(nejlépe čtěte s šálkem horkého čaje v 17:00)

Ačkoliv by se mohlo zdát, že fyzika běžného dne nemůže člověka, který dal dohromady teorii relativity, nikterak zaujmout, opak je pravdou. V roce 1926 Albert Einstein na téma toku kapalin zveřejnil v časopise článek, který pojednával hlavně o meandrujících řekách [1]. Princip je ale velmi podobný tomu, co probíhá v našich hrncích s čajem.

Připravte si šálek sypaného čaje, lžičku a pohodlně se usaďte – není nad to využít rovnou praktického experimentu, když k tomu samotná otázka vybízí!

Pokud čaj zamícháme, udělujeme kapalině horizontální rotaci (otáčení ve vodorovné rovině). Můžeme si všimnout, že poté je kapalina ve středu šálku níže než na okraji nádoby – vidíte to?

Je to důsledkem vzájemného působení dvou sil, které kapalinu v šálku ovlivňují – jednou z nich je odstředivá síla způsobená setrvačnosti kapaliny a druhá je tlaková síla vycházející z gravitace.

Pokračujme dále. U stěn našeho šálku a na jeho dně brzdí molekuly čaje tření. Dochází tedy ke zmenšení odstředivé síly, avšak tlaková síla zůstává stejná a tyto dvě síly tak nejsou v rovnováze. K vyrovnání obou sil se mění proudění kapaliny a vzniká sekundární neboli druhotná cirkulace (proudění). Kapalina tak podél stěn klesá dolů, na dně se přesouvá ke středu šálku a pak zpět nahoru. S sebou unáší čajové lístky, dokud se pohyb nezastaví. Hladina čaje je poté opět vodorovná, a jelikož je hustota namočených čajových lístků o něco vyšší než hustota vody, před skončením pohybu se už dále netočí směrem vzhůru, ale zůstávají na dně hrnku v jeho středu (může se dít i to, že čajové lístky necestují nahoru vůbec a pouze se shromažďují ve středu dna šálku).

Nezůstaneme ale jen u čaje. Jak Einsteinův článek napovídá [1], můžeme se se sekundárním prouděním setkat i u meandrujících řek, v atmosféře, ale i v praxi u čištění nečistot z kapalin nebo při získávání krevní plazmy oddělením červených a bílých krvinek z krve pomocí odstředivky.

V poslední řadě je třeba dodat, že tento efekt nebude fungovat, pokud budeme místo lžičkou v šálku otáčet celým šálkem.

Pro Zeptej se vědce odpovídala Lenka

Zdroje:

[1] https://doi.org/10.1007/BF01510300 

Další čtení prověřené autorkou:

https://www.matfyz.cz/clanky/caj-alberta-einsteina

https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/warum-sammeln-sich-teeblaetter-in-der-mitte