virvling

Bevegelsene i en oppvaskkum kan illustrere noen prinsipper for virvling. Når man har vasket opp for hånd, og drar ut proppen i kummen for å slippe ut vannet, virvler vannet raskere og raskere. Vaskingen har allerede skapt en sirkulasjon i kummen som går enten mot eller med urviseren.

Enkelt sagt er denne sirkulasjonen lik virvlingen ganget med arealet av vannet i kummen (se avsnitt om virvling og sirkulasjon nedenfor). Bunnen av kummen skråner nedover mot sluket, så når vannet renner ut, blir vannarealet mindre og mindre, og da må vannet bevege seg fortere rundt for at sirkulasjonen skal være bevart. Det er det samme som skjer med en kunstløper som utfører en piruett, og denne effekten kalles bevaring av spinn.

Veien som vannet virvler er den samme som før man dro ut proppen, og har ikke med jordrotasjonens avbøyende effekt å gjøre.

Virvling som skjer på grunn av strømskjæret kalles relativ virvling. Den kalles relativ fordi denne virvlingen skjer sett i forhold til det roterende referansesystemet på Jorden (altså på en planet som spinner rundt sin egen akse).

På stor skala er strømskjær mye svakere enn på liten skala fordi hastighetsendringene er over mye større avstander. Derfor spiller jordrotasjonens avbøyende effekt (coriolisakselerasjonen) en avgjørende rolle på stor skala. Virvling som kommer av at Jorden roterer kalles planetær virvling (se artikkel om coriolisparameteren). Den planetære virvlingen er gjerne ti ganger kraftigere enn den relative virvlingen i storskalastrømmene i havet og lufta.

På stor skala regnes virvlingen som summen av relativ og planetær virvling, og kalles absolutt virvling. Absolutt virvling er virvlingen i strømmen sett i forhold til stjernehimmelen. På liten skala er den relative virvlingen så stor at det ikke utgjør noen forskjell om man regner absolutt eller relativt. Virvlingen i skypumper, tornadoer, bakevjer i elver, tidevannsstrømmer, så vel som i kaffekoppen eller oppvaskkummen, er mye kraftigere (typisk 5000 ganger) enn den planetære virvlingen.

Absolutt virvling har en tendens til å være bevart (det vil si at den holder seg konstant). En strøm som går nordover, får større planetær virvling (fordi planetær virvling øker med breddegraden), og dermed må relativ virvling avta, ved at strømmen dreier med urviseren, altså østover. Lavtrykk på vei nordover blir mindre intense, mens lavtrykk med kurs sørover blir mer intense.

Bildet er egentlig ikke så enkelt. Vannmassene i en strøm har en vertikal utstrekning. Vi må betrakte en vannsøyle med en viss høyde. Denne høyden kan for eksempel være fra overflaten og ned til havbunnen. Potensiell virvling er absolutt virvling delt på vannsøylens vertikale utstrekning.

Det er egentlig potensiell virvling som bevares. Når for eksempel vannsøylen følger en strøm som kommer inn over grunnere vann, blir vannsøylen presset sammen, den blir samtidig breiere (større grunnflate) slik at volumet også bevares. Absolutt virvling for vannsøylen må reduseres tilsvarende, og strømmen bøyer av i urviserens retning.

Virvling måles i radianer per sekund. Virvlingen er en vektor som er rettet langs rotasjonsaksen (normalen til flaten som rotasjonsbevegelsen skjer i), det vil si i tommelens retning hvis du legger høyre hånd rundt rotasjonsaksen og lar fingrene peke i rotasjonsretningen mens tommelen peker langs aksen. Rotasjon i horisontalplanet mot urviserens retning er dermed knyttet til positiv vertikal virvling; virvlingsvektoren peker rett opp.

Sirkulasjon måles i kvadratmeter per sekund. Sirkulasjon er virvling integrert over virvelens flate, og vi kan tolke sirkulasjon som et produkt av virvling og areal. Sirkulasjonen kan vi isteden regne ut ved å ta linjeintegralet av strømhastigheten langs en kurve som omgir virvelens flate, og vi kan se det som et produkt av hastighet og veilengde. (Produkt av hastighet og veilengde er også angitt i kvadratmeter per sekund.)

At sirkulasjonen er bevart fører til at virvlingen øker, når virvelens flate avtar.

• hydrodynamikk
• coriolisparameteren
• sirkulasjonssatsene til Vilhelm Bjerknes