Esperimento in vasca rotante:
le tende di Taylor

Taylor courtain experiment step 1 Una bacinella di plastica dei circa 40x40 cm è stata posta su di una piattaforma rotante che esegue circa 4 giri al minuto. Una tazzina di caffè poggiata sul fondo simula un rilievo sottomarino. Dopo aver lasciato che l'acqua contenuta nella bacinella giunga in uno stato di riposo rispetto al sistema di riferimento in rotazione, si produce una leggera perturbazione agitando l'acqua brevemente con la mano.
Assumete che la velocità tipica dell'acqua a seguito della perturbazione sia U=10 cm/s. Qual'è il numero di Rossby nella bacinella?

Per visualizzare il movimento dell'acqua viene iniettata una piccola quantità di inchiostro verde. La caduta delle gocce d'inchiostro innalza localmente il numero di Rossby, cosicché per qualche istante l'acqua colorata non sembra risentire del movimento di rotazione (la forma della macchia verde è qualitativamente simile a quella che si osserverebbe se la vasca non fosse in rotazione).
Taylor courtain experiment step 2

Taylor courtain experiment step 3 Mentre l'area colorata in verde si allunga e comincia ad assumere un carattere bidimensionale, viene iniettata una certa quantità di inchiostro rosso. Si noti che, a causa della frizione col fondo e coi bordi della bacinella il fluido in essa contenuto tende a rallentare, pertanto il numero di Rossby diminuisce col tempo.

Sia il fluido colorato in rosso che quello colorato in verde hanno ormai acquistito un carattere bidimensionale: il moto delle particelle di fluido inizialmente incolonnate avviene lungo traiettorie orizzontali parallele, che mantengono l'allineamento verticale. Il numero di Rossby è ora sufficientemente basso affinché sia evidente un altro aspetto del moto (quasi) geostrofico: la corrente d'acqua colorata in rosso evita di passare al di sopra dell'ostacolo. Se così facesse, sarebbe necessaria la presenza di una velocità verticale non trascurabile nel fluido, il che è proibito dal teorema di Taylor-Proudman. Taylor courtain experiment step 4

Taylor courtain experiment step 5 Le striature colorate hanno assunto l'aspetto di "tende" stese verticalmente dalla superficie al fondo della bacinella. È evidente la presenza di alcuni vortici che dominano il moto del fluido. Il colorante tende ad essere reso omogeneo all'interno dei vortici dove il moto dell'acqua avvolge a spirale le tende di Taylor, mentre tra un vortice e l'altro le striature colorate sono state allungate e ripiegate su sè stesse molte volte, portando occasionalmente molto vicino fra loro aree colorate con colori diversi. Ciò crea improvvisi stacchi di colore detti fronti.

Ultimo aggiornamento: 09/06/2003