הזרם שעומד במקום

בסרטון שלמעלה אין אפקטים מיוחדים או טריק של מצלמה – זה פשוט הטבע. התופעה שאנו רואים בסרטון נקראת זרימה למינרית, או זרימה שכבתית. מדובר בסוג של זרימה שבו הזורם, כלומר נוזל או גז, נע בשכבות מקבילות שלא מפריעות זו לזו. במילים אחרות, כיוון הזרימה של כל שכבה אינו מצטלב עם השכבות הסמוכות לה.

זרימה כזאת מקנה לזורם מראה "קפוא". כשמערבבים את שכבות הזרימה על ידי התערבות חיצונית, למשל כשמכניסים אצבע לתוך הזרם, התנאים הדרושים לזרימה השכבתית נהרסים.

כדי ליצור תנאים לזרימה למינרית, יש למצוא את האיזון הנכון בין מהירות הנוזל לצמיגותו – המידה שבה הוא נוטה לאבד אנרגיה עקב חיכוך. דבש, למשל, הוא נוזל צמיג מאוד שצריך להשקיע אנרגיה רבה יחסית  כדי לגרום לו לזרום. גורם נוסף שיש להביא בחשבון הוא הגיאומטרייה של הצינור או הפיה שדרכה זורם הנוזל. האיזון בין הגורמים האלה בא לידי ביטוי בגודל שנקרא מספר ריינולדס, שלפיו אפשר לחזות אם בזורם מסוים בתנאי זרימה מסוימים תהיה זרימה שכבתית או זרימה ערבולית (טורבולנטית), ששכבות הזורם בה מתערבלים.

חשיבות רבה

לסוג הזרימה יש חשיבות רבה בתחומים רבים: באווירונאוטיקה, למשל, אופן זרימת האוויר סביב הכנף קריטי לכוח העילוי שהכנף יכולה לייצר וגם לכוח הגרר הפועל נגד כיוון תנועת המטוס. אפשר לראות את הזרימה הלמינארית ואת הזרימה הערבולית שנוצרות בקרבת הכנף בסרטון שלמטה. באופן דומה, יש חשיבות רבה לניתוח סוג זרימת האוויר סביב כלי רכב וזרימת המים סביב כלי שיט כדי שניתן יהיה לשפר את מהירותם ויציבותם. 

אופן הזרימה חשוב מאוד גם בהנדסת מים, מצנרת עירונית ועד מערכות מיקרו-פלואידיות, שבהן משתמשים בצינורות דקיקים בעובי מיקרונים אחדים ובנפח זעיר של נוזל כדי לבצע פעולות כימיות וביולוגיות שונות. אפשר למשל להשתמש בהתקן מיקרו-פלואידי כדי לזהות נוכחות של DNA מסוים או חלבונים מסוימים בדגימה ביולוגית על סמך נפחים מזעריים, אפשר להפריד ולרכז חלבונים שונים באותו נוזל, ועוד. שמירה על תנאי זרימה למינריים מאפשרים לשלוט במידת העירבוב בין הזרמים השונים בהתקן. בסרטון שלמטה, למשל, רואים הזרמה של שלושה נוזלים בהתקן מיקרו-פלואידי, כאשר כל אחד שומר על מיקומו בגלל זרימה למינארית.