נוסח השאלה המלא: מדוע עלי התה נשארים במרכז ולא נצמדים לדפנות הכוס (עקב כוח צנטריפוגלי)? זהו פרדוקס עלי התה הידוע (tea leaf paradox) שהדיר שינה מאנשים רבים ואפילו אלברט איינשטיין נדרש לנושא זה והוא גם כנראה הראשון שפתר את הפרדוקס ב 1926.
הסיפור ידוע. אנו בוחשים כוס ובתוכו עלי תה. להפתעתנו, עלי התה לא נדחפים להיקף הכוס כפי שהיינו מצפים (כוח צנטריפוגלי) אלא מתרכזים במרכז המערבולת ואף שוקעים לתחתית. מה קורה פה?
פרדוקס עלי התה (ויקיפדיה)
הסוד נעוץ בחיכוך של הנוזל בפני השטח של הכוס (בדפנות ובתחתית הכוס). החיכוך מאט את הנוזל הסמוך לדופן ותחתית הכוס ונוצרת שכבת מעבר (או שכבת גבול הקוריה גם Ekman layer). בשכבת הגבול תנועת הנוזל תתרחש לפי שיווי משקל בין הפרשי הלחצים בנוזל, הכוח הצנטריפוגלי והגרר הנוצר מהזרימה המערבולתית. בנוסף, עקב אופן סיבוב הכפית, זרימת הנוזל כלפי חוץ (עקב הכוח הצנטריפוגלי) חזקה יותר בחלק העליון של הכוס מאשר בחלק התחתון.
התוצאה היא שנוצרים למעשה שני זרמים של נוזל: זרם ראשי שהוא סיבובי ומוקדו הכפית המסתובבת וזרם משני. בחלק העליון של הכוס הכוח הצנטריפוגלי "גובר" והנוזל זורם מהמרכז כלפי חוץ ובחלק התחתון של הכוס הפרשי הלחצים גוברים על הכוח הצנטריפוגלי והנוזל זורם חזרה מהחוץ למרכז. זרם זה ידוע במכאניקת הנוזלים כ"זרם משני" (secondary flow). מה שנוצר הוא מעיו תנועת זרימה מעגלית (ראה תמונה).
זרימת הנוזל הראשית והמשנית יוצרת זרימת נוזל מעגלית מלמעלה למוה וחוזר חלילה (ויקיפדיה)
עלי התה נסחפים החוצה ואז יחד עם הנוזל יורדים למטה בצמוד לדופן הכוס ונסחפים חזרה למרכז בעזרת הזרם המשני. מכיוון שהזרם המשני לא חזק מספיק כדי לדחוף את העלים חזרה למעלה הם שוקעים בקרקעית במרכז הכוס. שם הם עדיין יושפעו מהזרם הראשי שהוא הסיבוב ולכן הם יסתחררו בתחתית.
מאת: ד"ר מאיר ברק
המחלקה לביולוגיה מבנית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
