煙の輪、イルカが吐くバブルリング、キノコ雲。流体の中で渦は輪になり、まわりの流体を抱えたまま進みます。数式で組んだ速度場の中に粒子を流して、その構造を確かめてください。断面図をタップすると、その場所に染料を落とせます。
ヘルムホルツの渦定理によれば、粘性のない流体の中で渦線は途中で途切れることができません。端は壁や水面につくか、自分自身とつながって閉じた輪になるしかありません。煙の輪やバブルリングはその姿です。
軸対称な流れは、ひとつの関数 ψ(ストークスの流れ関数)から速度を求めると、自動的に「どこでも湧き出しも吸い込みもない」流れになります。ψ が一定の線がそのまま流線です。ヒルの球形渦の内側では次の形をしています。
渦輪の各部分は、輪の反対側がつくる流れに押されて全体として前に進みます。2つの輪を並べると、後ろの輪は前の輪の流れですぼまって加速し、前の輪は広がって減速します。こうして中をくぐり抜け合うのが「馬跳び」です。
粘性のない理想流体のモデルで、長さと時間は無次元(球の半径や輪の半径を 1)にしています。現実の流体では粘性で渦が少しずつ太り、馬跳びは数回で崩れることが多くなります。旋回成分は見やすさのために設計した形で、特定の厳密解ではありません。