La óptica del vórtice (en el agua): ¿por qué hay un anillo brillante?

Question

Esta foto es de este vídeo de YouTube de "Physics Girl" que muestra cómo se pueden generar vórtices en una piscina utilizando un plato:

Y allí explica la creación del círculo sombreado debido a uno de los vórtices. Pero como ves, también hay un anillo brillante, que está ahí sin importar la profundidad del agua. La flecha roja señala lo que parece un ala.

Las líneas blancas de la imagen de arriba son las trayectorias de los rayos de luz, ya que son desviados por el vórtice (véase también la imagen de abajo). Pero, ¿no deberían las trayectorias de la luz continuar más allá? ¿O también por el centro del vórtice? Las líneas negras de la imagen de arriba (añadidas por mí) y las blancas (abajo, a la derecha) deberían mostrar lo que quiero decir.

La profundidad del agua también debería influir en el brillo del anillo, ¿no? Es decir, con aguas muy profundas, no debería ser visible ningún anillo brillante. Entonces, ¿importa realmente la profundidad en este caso?

Aquí hay una foto del experimento que muestra que estos diferentes tipos de sombra también son posibles.

Answer 1

Esperaba obtener alguna buena respuesta, pero como no está presente, y la que se ha dado, no ha obtenido demasiados upvotes, me atrevo a decir mi propia respuesta, aunque pueda ser considerada "no mainstream".

La óptica se crea de forma similar a la de un arco iris;

En el arco iris también hay una sombra, pero está fuera;

En el vórtice hay un anillo de vórtice / vórtice toroidal en la parte superior del vórtice, y esto provoca el reflejo que se ve. Entre el vórtice forzado y Vórtice libre el fluido está "cortado" y hay una superficie dentro del fluido que refleja la luz. Este anillo de vórtice es un vórtice forzado en la parte superior del filamento de vórtice forzado.

Esto hace que la luz se doble "como el arco iris"; lo que significa aquí que la luz brillante está exactamente en el borde de la sombra, y no como en una lente, donde la sombra y la luz no están unidas en absoluto.

La existencia de este vórtice toroidal y de sus superficies reflectantes se puede comprobar colocando la luz por debajo de la superficie del agua (imagen de la izquierda);

Como se ve la manguera de aire, la sombra pasa por el anillo de sombra y luz. Estas sombras se pueden ver en estos vídeos .

Como la luz necesita una superficie para ser doblada, significa que debe haber superficies dentro del fluido. Y esta es la respuesta a la pregunta: "¿qué es la turbulencia?"; ¿Tendría una solución al Problema del Milenio de Navier-Stokes alguna consecuencia práctica? También llena la cabina con las leyes básicas de Newton, ya que' da una explicación física para la creación de esta rotación. Que según La primera ley de Newton no debería ser posible.

Answer 2

El anillo brillante ES las líneas negras que has dibujado: la luz que falta dentro del círculo se refracta hacia el borde exterior. Cuando enfocas la luz a través de una lupa, aparece una gran sombra redonda y en el centro un punto brillante. Esto se debe a que toda la luz que debía estar en la sombra se concentra hacia el punto del centro.

En el experimento, la luz que debería estar dentro del círculo se reparte uniformemente en la llanta del círculo.

Por cierto, las líneas negras son una representación inexacta de lo que ocurre: el círculo es una sombra. Está en el fondo de la piscina. Las líneas blancas son la luz que incide en el fondo de la piscina. La luz no puede viajar más lejos .

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Y en cuanto al cambio de color (rojo y azul), se produce porque las diferentes frecuencias de la luz viajan a diferentes velocidades en un medio y, por tanto, se refractan menos o más, como en un prisma. La luz roja es la que menos se refracta.