¿Por qué la punta de un tubo de agua elástico se agita cuando el flujo es rápido?

Question

Tenía la curiosidad de que cuando se hace pasar un fluido a través de un tubo elástico de forma rápida, la punta del tubo empieza a aletear. En casos normales, el flujo es mayormente laminar. Pero cuando se aumenta la presión hasta un punto, el aleteo comienza.

He visto globos que agitan sus puntas y hacen ese ruido "Blabbety blabbety" cuando los liberas. No sé si esto es similar a eso; pero en fin.

¿Por qué ocurre esto?

Answer 1

Yo también me lo he preguntado y considero probable la siguiente explicación:

Sabemos que el flujo en una tubería rígida presenta el efecto Bernoulli cuando encuentra una constricción: el flujo se acelera y la presión estática medida justo al lado de la pared interior de la tubería disminuye.

Pero la tubería en cuestión no es rígida, lo que significa que la reducción de la presión ejercida sobre las paredes de la tubería por el fluido que fluye tendrá una ligera tendencia a succionar las paredes y empeorar la constricción.

En algún momento, la flexibilidad de las paredes permitirá que el punto de estrangulamiento se desplace en la dirección del flujo hacia la salida de la tubería, ayudado por el aumento de la presión detrás del estrangulamiento (que tiende a hacer que la tubería se abulte allí). El punto de estrangulamiento se propaga entonces como una onda a lo largo de la tubería hasta que llega al final y modula transitoriamente el flujo allí, y la punta de la tubería flexible hace "blurp".

Hay dispositivos publicitarios al borde de la carretera que parecen enormes maniquíes tubulares que "bailan" cuando se sopla aire a través de ellos; en este caso, las constricciones hacen que los "brazos" del tubo se deslicen hacia las "manos" y, al hacerlo, hacen que los "brazos" den vueltas en forma de baile.

Esta propagación de los ruidos del blurp es el origen del "chirrido" de los globos y del ruido explosivo de las salpicaduras que se produce al sentarse en un "cojín whoopie".

Answer 2

Para añadir algo de jerga y referencias: El efecto observado es probablemente una variación del inestabilidad del aleteo que se puede observar en varios sistemas que presentan un flujo turbulento, desde las banderas hasta el ejemplo del globo en la pregunta.

El mecanismo subyacente es la retroalimentación positiva de Calles del vórtice de Karman causada por el fluido expulsado o por el aire que lo rodea.

Hay un bonito ilustración en el artículo de la wikipedia :

El ejemplo es un fluido que pasa por un cilindro. En la pregunta de la OP, hay que tener en cuenta las peculiaridades geométricas, la elasticidad del material y la velocidad de expulsión, pero el efecto básico debería ser similar.