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와류 대포는 원형 구멍을 통해 공기 분출을 밀어내고, 가장자리와의 마찰로 인해 그 공기가 소용돌이 고리라고 불리는 회전하는 고리로 말려들어갑니다. 회전하는 고리는 내부에 공기 주머니를 가두어 일반적인 공기 분출보다 훨씬 더 멀리 이동하고 모양을 오래 유지합니다. 연기나 안개를 추가하면 와류 고리 과학이 실시간으로 일어나는 것을 볼 수 있습니다.
연기 고리는 마술처럼 보이지만, 유체 역학에서 가장 신뢰할 수 있는 시연 중 하나입니다. 와류 대포의 뒤쪽을 두드리면 짧은 공기 분출이 원형 입구를 통해 발사됩니다. 가장자리에 닿는 공기는 속도가 느려지는 반면 중앙의 공기는 계속 움직이며, 이 속도 차이로 인해 공기가 회전하는 도넛 모양으로 말려듭니다.
일단 회전이 시작되면 고리는 자체적으로 유지됩니다. 회전은 정지된 공기의 핵을 회전하는 껍질 안에 감싸서 주변 방으로부터 보호합니다. 이것이 바로 와류 대포의 와류 고리가 방 전체를 가로질러 종이컵을 쓰러뜨릴 수 있는 이유입니다. 이 가이드는 깨끗한 고리를 형태 없는 공기 분출로 만드는 실수를 포함하여 단계별 설정 과정을 안내합니다.
고리 내부에서 실제로 일어나는 현상
공기는 대포에서 단단한 덩어리로 나오지 않습니다. 분출 형태로 나오며, 분출의 가장자리는 주변의 정지된 공기에 대해 끌림을 발생시킵니다. 이 끌림은 전단층을 만들고, 전단층은 회전하는 공기 고리로 말려 올라갑니다. 회전이 핵심입니다. 고리는 운동량을 방에 버리는 대신 지속적으로 자체 운동량을 재순환합니다.
회전하는 껍질이 바깥쪽으로 밀어내는 동안 저압 코어가 안쪽으로 당기기 때문에 고리는 오그라들고 컴팩트하게 유지됩니다. 이러한 균형이 연기 고리 물리학이 매우 안정적으로 보이는 이유입니다. 일반적인 공기 분출에는 그러한 구조가 없어 몇 인치 내로 퍼져 사라집니다.
- 구멍이 둥글수록 고리는 더 대칭적입니다. 입구의 움푹 들어간 곳이나 테이프는 말림을 방해합니다.
연기가 보이지 않는 것을 보이게 하는 이유
깨끗한 공기 고리는 실제이지만 볼 수 없습니다. 연기나 안개는 고리가 운반할 무언가를 제공하여 경로, 속도, 그리고 부서지기 전까지 이동하는 거리를 추적할 수 있게 합니다. 이것은 풍동과 유동 수조에서 추적 입자를 사용하는 것과 같은 이유입니다.
포그 머신이 필요하지 않습니다. 몇 초간의 향, 연기가 나는 종이 조각, 또는 총구를 향한 포거 모두 작동합니다. 목표는 옅은 연기이지 짙은 구름이 아닙니다. 너무 많은 연기는 무게와 난류를 추가하여 고리의 수명을 단축시키기 때문입니다.
- 발사하기 전에 연기를 몇 초간 가라앉히십시오. 움직이는 연기는 고리 안으로 빨려 들어가 비대칭으로 만듭니다.
대포 선택 및 기대치 설정
CrunchLabs 와류 대포는 반복 가능한 고리를 위해 제작되었으므로, 실제로 완료할 수 있는 와류 대포 튜토리얼을 원한다면 좋은 시작점입니다. 이미 Hack Pack 로봇을 소유하고 있다면, 적외선 터렛 - IR 수신기 는 다른 종류의 제작입니다. 기류보다는 코딩과 적외선 통신을 가르치며, 필요한 모든 것이 포함되어 있고 구독 없이 작동합니다. 둘 다 합법적인 엔지니어링 프로젝트이지만, 다른 기술을 목표로 합니다.
적외선 터렛 - IR 수신기
방에 따라 기대치를 설정하십시오. 정지된 공기가 있는 긴 복도는 가장 깨끗하고 멀리 이동하는 고리를 제공합니다. 팬, 외풍 또는 애완동물이 있는 어수선한 방은 고리를 빠르게 부수어 버립니다. 이것은 대포의 결함이 아니라 공기가 무엇을 하고 있는지 알려주는 것입니다.
- 벽 간섭을 줄이려면 방을 가로질러 발사하지 말고 방의 긴 축을 따라 발사하십시오.
와류 대포 튜토리얼: 깨끗한 연기 고리를 만드는 단계
- 1. 정지된 공기를 선택하십시오: 팬을 끄고, 창문을 닫고, 난방구에서 멀리 떨어지십시오. 시작하기 전에 방을 1분간 안정시키십시오. 확인 사항: 연기가 옆으로 표류하는 것이 보이면 공기가 깨끗한 고리를 만들기에 너무 움직이고 있는 것입니다.
- 2. 옅은 연기를 장전하십시오: 포거, 향 또는 연기가 나는 종이 조각을 총구에 2~3초간 겨누십시오. 대포가 뿌옇게 보이기 전에 멈추십시오. 피해야 할 실수: 과도하게 채우는 것. 무거운 연기는 고리를 처지게 하고 일찍 부서지게 만듭니다.
- 3. 수평을 맞추고 목표물을 선택하십시오: 대포를 바닥과 평행하게 하여 종이컵, 컵 탑, 또는 몇 피트 떨어진 가벼운 목표물을 조준하십시오. 확인 사항: 수평 샷은 고리의 실제 사거리를 보여줍니다. 위로 각도를 주면 고리가 호를 그리게 됩니다.
- 4. 밀지 말고 두드리십시오: 뒤쪽 막이나 플런저를 빠르고 단단하게 한 번 치고 그 후에 가만히 있으십시오. 날카로운 충격은 천천히 누르는 것보다 더 단단한 고리를 만듭니다. 피해야 할 실수: 느리고 약한 밀기. 고리로 말리지 않고 공기를 그냥 내보냅니다.
- 5. 처음 2피트를 관찰하십시오: 고리는 총구 바로 앞에서 형성됩니다. 거기서 고리가 고르지 않게 보이면 문제는 구멍이나 연기에 있는 것이지 목표물에 있는 것이 아닙니다. 확인 사항: 깨끗한 고리는 첫 1피트 내에서 둥글고 명확하게 도넛 모양입니다.
- 6. 한 번에 하나의 변수만 변경하십시오: 더 강한 두드림을 시도한 다음 더 가벼운 두드림을 시도해 보십시오. 그런 다음 목표물을 더 가깝게 또는 더 멀리 옮기십시오. 다른 모든 것은 동일하게 유지하여 무엇이 변화를 일으켰는지 알 수 있도록 하십시오. 다음 단계: 어떤 두드림 강도가 가장 멀리 이동하는지 기록하고 이를 기준으로 사용하십시오.
이 실험에 중요한 제품 사실
- 적외선 터렛 - IR 수신기: 한정 기간 제공: 독립형 Hack Pack 로봇을 구매하세요. 구독이 필요 없습니다. 필요한 모든 것이 포함되어 있습니다. 코딩 콘솔(IDE)로 코딩하는 방법을 배우십시오. 목표가 기류보다는 코딩과 센서 로직이라면, 구독이 필요 없는 독립적인 대안입니다.
- 호버 퍽 - 에어 쿠션: 카탈로그 가격은 USD 16.48이며 카탈로그 비교 가격은 USD 32.95입니다. 제공된 카탈로그 설명은 없습니다. 비슷한 가격대의 또 다른 공기 중심 장난감이지만, 카탈로그는 기류 거동을 설명하지 않으므로 와류 대포의 대체품이 아닌 별도의 실험으로 취급하십시오.
와류 고리는 물리학이 눈에 보이고, 반복 가능하며, 진정으로 깨뜨리는 재미가 있는 드문 경우입니다. 단계를 한 번 실행한 다음 한 번에 하나씩 변경하기 시작하고 고리가 어떻게 반응하는지 지켜보십시오. 연기가 아니라 그 습관이 진정한 엔지니어링 교훈입니다.
