Почему дым всегда попадает в глаза?

Почему столб дыма, мягко поднимающийся над огнем, цепко прилипает именно к вашему лицу? Почему дым неумолимо следует за вами, обжигая вам глаза и заставляет задыхаться от каждого вздоха? Независимо от того, с какой стороне огня вы стоите?

Магия? Статическое электричество? Злой полтергейст?

Ответ менее сверхъестественный, чем гидродинамический, включает всего три части физики. Короткий ответ довольно прост:

Когда горячий воздух поднимается, холодный воздух замещает его, чтобы компенсировать разницу. Таким образом, вокруг огня всегда есть радиальный входящий воздушный поток.
Ваше тело частично блокирует этот ток воздуха. Как вода, текущая вокруг скалы, ниже по течению образует водовороты. Эти вихри кружатся вокруг вашей головы, над огнем и, в конечном итоге, распространяют дым обратно к вашему лицу.
Когда воздух движется по изогнутой поверхности, он имеет тенденцию следовать по кривой. Известный как эффект Коанды, поднимающийся шлейф горячего воздуха имеет тенденцию притягиваться к ближайшей изогнутой поверхности. Например такой как ваша голова …

Чтобы проиллюстрировать роль этих трех факторов, смоделируем невинного повара на заднем дворе, стоящего рядом с горячим грилем.

Базовый сценарий – гриль без присмотра. Теплый воздух поднимается вверх, и более холодный воздух из окружающего двора устремляется, чтобы восполнить недостающий объем. Это создает столб горячего воздуха, симметрично поднимающийся над решеткой.

Горячий воздух в моделируемом случае поднимается быстрее, чем окружающий холодный воздух. Объем поднимающегося воздуха должен соответствовать равному объему подпиточного воздуха. Но столб горячего воздуха небольшой и ограниченный, а подпиточный воздух поступает из резервуара гораздо большего размера. Таким образом, этот больший окружающий объем может медленно двигаться к огню, но все же точно соответствовать меньшему объему поднимающегося быстрого воздуха в шлейфе.

Вдоль этого поднимающегося шлейфа циркулируют «ячейки» более холодного воздуха, которые каскадом возвращаются на землю по мере охлаждения поднимающегося столба.

Что происходит, когда вы стоите рядом с огнем? Что ж, ваше тело блокирует поток воздуха с той стороны, которая обычно присоединяется к восходящей колонне. Это означает, что воздух, поступающий с противоположной стороны, неуравновешен. Заставляя столб воздуха слегка изгибаться в сторону помехи. Если вы присмотритесь, вы увидите, что столб воздуха слегка наклонен к голове. Это и есть эффект Коанды.

В эффекте Коанда блокирующая стена заставляет параллельный поток движущегося воздуха давить на поверхность. Если поверхность «мягко» изгибается в дугу, это давление «прикрепляет» воздушный поток к поверхности, и он следует кривой. Если изгиб слишком крутой, воздушный поток «отрывается» от поверхности и образует турбулентный след. Крылья самолета спроектированы таким образом, чтобы избежать отслоения до того, как поток достигнет задней кромки крыла.

Опять же, срез воздушного потока «на уровне глаз» более четко иллюстрирует изгиб. Центральный столб поднимающегося воздуха явно смещен к блокирующему телу. Эта сила направляет дым ближе к лицу. Кроме того, от тела и шеи выпускается вихрь воздуха, распространяющий дым прямо в поле вашего зрения. Раздражает мягко говоря.

Вихри возникают всякий раз, когда воздух проходит мимо края стены. Воздушный поток движется вокруг стены быстрее, потому что воздух зажат между блокирующей поверхностью и застойным удаленным воздухом. Этот более высокоскоростной поток огибает дугу за счет эффекта Коанда. Ударяет по потоку вслед за поверхностью под углом и изгибается, образуя полный круг.

Дым на самом деле не имеет собственного разума, он просто следует законам гидродинамики.