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ベナール対流~太陽と味噌汁 

先日の国立天文台見学で太陽観測を見学した時、係員のお姉さんが投影板に映る太陽表面の粒々が見えないかといわれた。これを“粒状班”といって、そのまま粒状に見える斑(まだら)模様なのだ。

で、匝が答えたのは「味噌汁の模様ですよね」と。

具の少ない味噌汁ではよく観察できると思うが、対流によってモヤモヤした味噌の模様が各エリアごとに分かれるようになっているのはご存知だと思う。つまり粒状班は味噌汁のそうした模様に似ている…というよりも、原理的にも同じなのだ。この対流をベナール対流という。

対流というとロウソクなど熱源の上にある水が温められて上昇し、表面で冷めた水はビーカーの側面に押しやられたあと、底面へと下降するイメージがある。

しかし底面が均一に温められた場合、そこからいっぺんに温かい水が上昇できないので、自然とムラとなって上昇、どこかでは表面で冷めた水が下降しなければならず、押し合いへし合いの結果、味噌汁のような模様になるのだ。

図解するとわかりやすいだろうが、その辺はいろんなサイトがあるのでそちらをご覧ください。いずれ描いてもいいですが、あてになりませんよ(おいおい)。

こういう規則的な現象(たとえば模様)が自然にできるのは、熱力学からみればおかしなことなのだが、これを散逸構造といって個々はランダムに動きながら全体としては規則正しく動くような現象はいくつかあるのだ。教科書に書かれていることは単純な形式にて理解されたものであって、実際の世界は複雑に要因がからみあっているので教科書通りにはならないこともある(教科書が間違っていることではない)。

ほれ、一部で話題になっている「ためしてガッテン」のお湯が氷になりやすいというのも、頭から否定しにくいなぁ。というより実際に観察されたようだし、自分の考察でもそのようなことは否定できないな。

何の話だっけ?

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