עמוד טיילור
עמוד טיילור (באנגלית: Taylor column) הוא תופעה במכניקת הזורמים המתרחשת כתוצאה מאפקט קוריוליס. במסגרת התופעה, זורמים מסתחררים הסופגים הפרעה קלה בשדה המהירויות שלהם (למשל, אודות לגוף מוצק הנע יחסית למערכת ייחוס המסתובבת ביחד עם הזורם), נוטים להסתדר בעמודים המקבילים לציר הסיבוב אשר מהירות הזורם לא משתנה לאורכם. עמודים אלה נקראים "עמודי טיילור", על שם ג'פרי אינגרם טיילור, מחשובי חוקרי מכניקת הזורמים במאה ה-20.
התאוריה המתמטית מאחורי הקביעה הזו מבוססת על פישוט משוואות נאוויה-סטוקס במערכת ייחוס מסתובבת באמצעות התייחסות להתנהגות הזורם במצב עמיד ובגבול של מספר ריינולדס, מספר רוסבי ומספר אקמן נמוכים. בגבול הזה, משפט טיילור-פראודמן מראה כי הנגזרת הכיוונית של שדה המהירויות של הזורם מתאפסת בכיוון ציר הסיבוב. כתוצאה מכך, רכיב מהירות הזורם בכיוון ציר הסיבוב חייב להתאפס כאשר הזורם מצוי במיכל סגור המגביל את תנועתו, מה שמבטיח כי תנועת הזורם היא דו-ממדית.
לעובדה הזאת יש השלכות על השפעת זורמים על גופים בנתונים בתוכם. עצם הנע במקביל לציר הסיבוב של זורם מסתובב יחווה יותר כוח גרר לעומת כאשר היה נע בזורם לא מסתובב. לדוגמה, כדור בעל ציפה חזקה למדי (כמו למשל כדור פינג-פונג) המוצב בקרקעית מיכל מים מסתובב, יעלה אל פני השטח לאט יותר מאשר בזורם לא מסתובב. ניתן להסביר זאת בצורה מעט פשטנית על ידי כך שאודות לכוח קוריוליס, אלמנטי זורם הנקרים בדרכו של הכדור ונדחפים החוצה ממסלולו נוטים לבצע סירקולציה (תנועה מעגלית) חזרה לנקודה ממנה הם הוסטו. ככל שתדירות סיבוב המיכל גבוהה יותר, כך קטן יותר רדיוס המעגל האינרציאלי שמתווה חתיכת הזורם.
בזורם לא מסתובב חלקי הזורם נפרדים בחזית הכדור הנוסק, נעים מסביבו (קווי הזרם מראים תנועה אנכית של פרודות הזורם), ונפגשים חזרה בחלק האחורי שלו, תוך שהם מפעילים מעט גרר על הכדור. בזורם מסתובב, לעומת זאת, עקב נטייתן הטבעית של אלמנטי הזורם לחזור לנקודת ההתחלה, נערם לחץ סטטי גבוה בחזית הכדור, בעוד שהסירקוציה ההפוכה בחלקו האחורי גורמת לנפילת הלחץ הסטטי (הסבר מפורט יותר בהמשך הערך).
עובדת קיומם של "עמודי טיילור" ריתקה את בני זמנו של טיילור, בין היתר משום שהיא מתארת סוג של "פעולה מרחוק" הקיימת בזורמים מסתובבים - במהירות סיבוב גבוהה מאוד, הזורם מציג דרגה מסוימת של קשיחות; כלומר, פרודות הזורם המרכיבות עמודה נתונה מסונכרנות ומתנהגות כגוף אחד.
המנגנון הפיזיקלי מאחורי הגדלת הגרר
אודות לתנועת הכדור במהירות קבועה בכיוון ציר הסיבוב, מתפתחת בחזית הכדור סירקולציה במגמה הפוכה למגמת סיבוב מיכל הזורם, בעוד שמאחורי הכדור מתפתחת סירקולציה במגמה זהה לסיבוב המיכל. ההסבר לכך לא יכול לנבוע מפרק הזמן בו הכדור נע במהירות קבועה, אלא מפרק הזמן שקדם לו, במהלכו הכדור האיץ עד שהגיע למהירות הטרמינלית שלו. בפרק הזמן הזה הנחת עמידות הזרימה של משפט טיילור-פראודמן אינה תקפה, וישנה גם תנועה אנכית של הזורם מסביב לכדור. מכיוון שהזרימה מסביב לכדור אינה דחיסה, הדיברגנץ של שדה המהירויות חייב להתאפס בכל נקודה. לכן, מהירות אנכית של פרודות הזורם המשתנה לאורך ישר המקביל לציר הסיבוב גוררת התכנסות או התבדרות של קווי הזרם במישור האופקי. אפקט קוריוליס גורם לזרימה שבנקודות התבדרות של הזרימה במישור האופקי (שניתן להסתכל עליהן כעל "מקור" של שדה הזרימה) לפתח ערבוליות במגמה הפוכה לסיבוב הזורם, ולזרימה בנקודות התכנסות לפתח ערבוליות במגמה זהה לסיבוב המיכל, בדומה לזרימה הציקלונית או האנטי-ציקלונית מסביב לשקע ברומטרי ורמה ברומטרית.
מכיוון שפרודות הזורם הנקרות בדרכו של הכדור בשלב ההאצה נפרדות בחזית שלו ונפגשות שוב בחלקו האחורי, ניתן להסיק שבשלב ההאצה חזית הכדור משמשת כמקור דו-ממדי בעוד שחלקו האחורי משמש כבור דו-ממדי. כתוצאה, עם הגעתו של הכדור למהירות הטרמינלית שלו, ערבוליות הזרימה מסביב לכדור מתייצבת באופן שתואר מקודם. כוח קוריוליס פועל רדיאלית החוצה עבור תנועת סיבוב המתואמת עם סיבוב מערכת הייחוס כולה, ופנימה עבור תנועת סיבוב המנוגדת לסיבוב מערכת הייחוס כולה. לכן, הלחץ הסטטי במרכז מעגל אינרציאלי בכל אחד מהמקרים צריך להיות קטן או גדול בהתאמה, מהלחץ על שפת המעגל הזה. כלומר, משהתעצבה התפלגות הערבוליות והלחץ הסטטי מסביב לכדור, הלחץ הסטטי בחזית חייב לגדול משמעותית בעוד שהלחץ בחלק האחורי חייב לפחות משמעותית. מידת ההגדלה של הלחץ בחזית נמצאת ביחס ישר למהירות הזוויתית של סיבוב המיכל, .
