Техника - молодёжи 1987-05, страница 40

Мы уже уверенно говорим о моментах собственного вращения элементарных частиц материи, их спинах, но еще толком не знаем, как образуются гигантские крутящиеся воронки, засасывающие морские и воздушные корабли. В самом деле, каков же механизм образования атмосферных вихрей и смерчей, а также родственных им ураганов. Циклонов и антициклонов! (См. «ТМ», 1978, № 7.)

Описания воздушных «коловоротов» очень разноречивы. Так, 2 марта 1957 года жители американского города Далласа увидели черное грозовое облако, из которого вниз потянулся вращающийся вокруг оси зеленовато-серый «хобот». Когда он коснулся земли, в воздух взлетели обломки первого разрушенного дома...

Совсем иную картину наблюдал более века назад экипаж судна, пересекавшего Южно-Китайское море. Вдруг совсем рядом на поверхности воды появились брызги, как от выпрыгивающих летучих рыб. Брызг становилось все больше, они сливались в изогнутые струйки, и из них образовался крутящийся столб шириной около 10 м и высотой 6 м. Столб быстро рос, и с его боков вода каскадами

Опыты с воронкообразованием в различных средах обнаруживают общие закономерности, которым следует любой вихрь. Какие же нужны условия, чтобы волчком закружились частички вещества?

Сам по себе не раскрутишься. Возьмем ведро с пробитым в дне отверстием и убедимся, что, когда через дырку вода вытекает, в самом ведре никакой вихревой воронки не возникает, даже если в дырку устанавливался завихритель или турбинка. Чтобы началось вращение, надо вывести частицы жидкости из состояния равновесия, «возмутить».

Частички могут быть любой природы — атомы, молекулы, зерна, кирпичи. От их свойств зависит плотность и вязкость газообразной, жидкой или сыпучей среды, ее внутреннее трение, но не законы движения частицы в окружении себе подобных.

Наполним то же ведро мелким песком и убедимся, что при высыпании его через донное отверстие как раз над ним образуется углубление (мениск) на поверхности — сначала небольшое, но постепен-

падала вниз. Через некоторое время, когда струи взметнулись высоко в небо, над ним появилось облако. Оно было небольшое и серое, но, постепенно увеличиваясь, уплотнилось и стало черным. Взвихрившаяся водяная колонна соединила его с морем.

Губительные тропические ураганы порождены Солнцем, нагревающим гладь океана, передающим свое тепло десяткам миллиардов кубометров испаряющейся воды. Пар поднимается вверх, охлаждается и конденсируется, выделяя при этом запасенную энергию. Образуется «воздушный камин» с «трубой», достигающей высоты 13 км. Давление в ней на уровне моря составляет в среднем 930—950 мбар, а на расстоянии в 100 км от центра раскрутки — около 1000 мбар. Такой большой градиент давления приводит к сильным ветрам, стягивающимся к устью «трубы». Она всасывает влажный нагретый воздух с огромной площади, и кориолисовы силы вращения Земли закручивают взбудораженную воздушную массу против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой — в Южном.

Лишь около 3% теплового запа-

ИДЕИ, ПРОЕКТЫ, РАЗМЫШЛЕНИЯ

ДОКЛАД № 93

ВЗВИТЬСЯ ВИХРЕМ

Павел ЛУКЬЯШКО,

инженер, Московская обл.

но увеличивающееся. Легко проследить, как крупинки ссыпаются по склону воронки к центру и по узкому вертикальному каналу устремляются к отверстию. Отметим: большая часть крупинок остается в покое, а в движение приходит только тонкий верхний их слой. Аналогично ведут себя «зернышки» того или иного вещества, если их нагнетать под напором через донное отверстие—струя поднимается до поверхности, об-

са тайфуна средней мощности переходит в механическую работу ветра и волн, но и этой незначительной доли хватило бы, чтобы в течение года снабжать электроэнергией 100—150 миллионов горожан. Многие циклоны, зародившиеся над теплыми морскими водами, затухают после того, как попадают в более прохладные умеренные широты. Отсутствие источника тепла приводит к заметному уменьшению их размеров и к полному исчезновению. Часть их затухает в тропической зоне после выхода на континент. При столкновении теплого и холодного воздушных фронтов еще легче высвобождается разрушительная мощь стихии, и вот по «аллее торнадо» в американских штатах Оклахома и Канзас со скоростью курьерского поезда чуть ли не ежегодно проносятся полчища смерчей.

Возникает вопрос: где зарождается вихрь — в облаке или у поверхности земли! Идут споры о необходимых и достаточных условиях его возникновения, о механизме начального импульса, приводящего в движение всю систему. Свои соображения предлагает подмосковный изобретатель П. ЛУКЬЯШКО.

разуя центральное возвышение, и растекается оттуда к стенкам ведра. Объяснение простое: подпираемые снизу и сбоку себе подобными, частички вынуждены продвигаться в том направлении, где они затратят меньше энергии на преодоление сил вязкости или трения.

Воздушный вихрь — та же воронка. Напор создается снизу, подъемной силой теплого воздуха. При этом энергетические затраты минимальны, если самые нижние слои воздуха со всех сторон стекаются к одному центру и оттуда поднимаются вверх. Впрочем, достаточно малейшего несбалансированного дуновения ветра, чтобы нарушить симметричность потоков, стекающихся по радиусам к центральной точке. В этом случае воздушные массы устремятся вверх уже не по прямой, а закручиваясь по спирали вокруг центрального ствола потока.

На глазах авиамехаников раскручиваются микросмерчи перед воздухозаборником работающего воздушного реактивного двигателя. Во время снегопада особенно

37