Descrieți fenomenele atmosferice periculoase (cicloane, taifunuri, uragane, furtuni, furtuni, furtuni, tornade, precipitații abundente, secete, ceață, gheață, furtuni de zăpadă, înghețuri, înghețuri, foraje, furtuni cu tunete).

Trăim în fundul unui mare ocean de aer care este situat în jurul globului. Adâncimea acestui ocean este de 1000 km și se numește atmosferă.

Vânturile sunt așa-numitele „dispozitive de amestecare”, ele oferă:

Schimb între aerul poluat și cel curat;

Oxigenarea câmpurilor și pădurilor, regiunilor arctice calde și reci:

Ei dispersează norii și aduc norii de ploaie pe câmpurile care produc recolte, astfel vântul este cea mai importantă componentă a vieții.

Mediul gazos din jurul Pământului care se învârte cu acesta se numește atmosferă. Încălzirea neuniformă contribuie la circulația generală a atmosferei, care afectează vremea și clima Pământului.

Presiunea atmosferică este distribuită neuniform, ceea ce duce la mișcarea aerului în raport cu Pământul de la mare la scăzut. Vântul este mișcarea aerului în raport cu suprafața pământului, rezultată dintr-o distribuție neuniformă a presiunii atmosferice și direcționată dintr-o zonă de înaltă presiune către o zonă de joasă presiune.

Puterea vântului depinde de gradientul baric: cu cât diferența de presiune atmosferică este mai mare și cu cât regiunile care interacționează sunt mai apropiate, cu atât diferența de presiune este egalată mai rapidă și viteza vântului este mai mare.

Direcția vântului depinde de:

Interpunerea zonelor de înaltă și joasă presiune;

Rotația Pământului;

În 1806, amiralul britanic Bafart a dezvoltat o scară pentru a determina puterea vântului în puncte. Această scară este folosită și astăzi.

Vântul începe să provoace pagube cu o viteză de aproximativ 20 m/s. Viteza vântului este calculată atât în ​​metri pe secundă, cât și în kilometri pe secundă. Înmulțind prima valoare cu un factor de 3,6, obținem a doua valoare (în acțiunea opusă, același coeficient acționează ca divizor).

O persoană este ținută pe picioare la o viteză a vântului de până la 36 m / s. Cu o viteză a vântului de 44 m/s, nimeni nu îndrăznește să părăsească incinta. De îndată ce presiunea vântului, care este egală cu pătratul vitezei, depășește masa unei persoane, forțele o vor schimba, vântul îl ridică și îl poartă.

Pentru o persoană, viteza cea mai favorabilă a vântului în zilele caniculare, când este îmbrăcată ușor, este de 1–2 m / s. La o viteză a vântului de 3-7 m/s, apare iritația. Vânturile puternice de peste 20 m/s provoacă perturbări ale vieții.

Scala Beaufort pentru determinarea puterii vântului

Puterea vântului (puncte) Desemnarea verbală Viteza m/s Medie rotunjită, m / s Medie rotunjită, km/h Mediu rotunjit, noduri Presiune medie rotunjită, kg / m Efectul vântului asupra obiectelor
Vânt liniştit 0,3-1,5 2,5 0,1 Se simte o respiratie usoara. Direcția vântului poate fi determinată din fum. Frunzele și steagurile sunt nemișcate.
Briză ușoară 1,6-3,3 0,5 Fanionul flutură ușor, uneori steaguri și frunze pe copaci.
Vânt slab 3,4-5,4 Steaguri se bat, ramuri mici de copac acoperite cu frunze se leagănă.
Vânt moderat 5,5-7,9 Sunt întinse steaguri și fanioane mici, ramuri de copaci fără frunze se leagănă. Vântul ridică praf și bucăți de hârtie
Adiere proaspătă 8,0-10,7 Steaguri mari sunt întinse, ramuri mari de copaci goale se leagănă.
Vânt puternic 10,8-13,8 Crengile mari se leagănă, fluieră în dispozitiv, între case și obiecte staționare.
Vânt puternic 13,9-17,1 Trunchiuri de copaci mici fără frunziș se leagănă. Firele telefonice bâzâie.
Vant foarte puternic 17,2-24,4 Scutură copacii mari, rupe ramuri și crenguțe. Întârzie vizibil mișcarea vântului.
Furtună 20,7-24,4 Rupe ramuri mari goale ale copacilor, mută obiecte ușoare, dăunează acoperișurilor.
Furtună puternică 24,5-28,4 Rupe copaci, distruge clădiri.
Furtună brutală 28,5-32,6 Produce o mare distrugere.
Uragan 32 și mai mult Mai mult de 32 Mai mult de 105 Peste 57 Peste 74 Provoacă distrugeri catastrofale, smulge copacii

Condițiile meteorologice acționează ca un aparat de aer condiționat pentru a menține planeta noastră locuită. Ele sunt forța motrice care mută căldura și umiditatea dintr-un loc în altul și pot crea explozii puternice de energie.

Sisteme meteorologice- acestea sunt zone circulare ale curenților de aer vortex latime de la 150 la 400 km... Grosimea lor variază foarte mult, ajungând la 12-15 km și este situată practic pe toată înălțimea troposferei (stratul atmosferic cel mai apropiat de Pământ). Grosimea altor sisteme de mișcare mai mici și mai rapide nu depășește 1-3 km.

Sistemele meteorologice sunt caracterizate de modificări ale presiunii aerului, precum și de vânturi variate.

Principalele sisteme de funcționare (de presiune) sunt cicloane și anticicloni. Anticiclon Este o zonă de presiune atmosferică crescută cu un flux de aer descendent cu un maxim în centru. Ciclon reprezintă o zonă de presiune redusă cu curenți de aer ascendenți cu un minim în centru. Prin urmare, ciclonii sunt caracterizați de vreme înnorată.

Anticiclonii, ca zonă cu presiune atmosferică ridicată, sunt de obicei caracterizați de vreme stabilă, care de cele mai multe ori nu se schimbă semnificativ în mai multe zile. Vântul bate în sensul acelor de ceasornic în jurul centrului în emisfera nordică și în sens invers acelor de ceasornic în sud. Pe hărțile sinoptice, anticiclonii sunt reprezentați ca izobare concentrice (linii care leagă zone cu aceeași presiune) în jurul centrului cu cea mai mare presiune.

Anticicloanele sunt de obicei caracterizate de vânturi slabe și cer senin. Absența acoperirii norilor înseamnă că căldura radiată de la suprafață în timpul zilei scapă în spațiu. Ca urmare, solul și aerul de suprafață se răcesc rapid noaptea. Iarna, racirea este cauza inghetului cu umiditate in aer, inghet sau ceata. Vânturile slabe din zona anticiclonilor contribuie la evoluția acestor fenomene meteorologice. Dacă este puternic, ar putea amesteca mase de aer, iar răcirea suprafeței s-ar răspândi în straturi mult mai profunde ale aerului.

Aerul cald și rece se amestecă cu dificultate. Prin urmare, aerul cald care curge în valuri în frontul polar curge prin fluxul de aer rece și dens și nu se amestecă cu acesta. Aerul rece urmează aerului cald și astfel se formează ciclon. Există de obicei 2 fronturi în interiorul unui ciclon: front cald separă curentul de aer cald care se apropie de aerul rece. În acest caz, aerul cald se ridică deasupra stratului de aer rece și dens din față. În aerul răcit ascendent, vaporii de apă se condensează și se formează nori. Frontul cald este urmat de front rece. De-a lungul acestui front, aerul rece pătrunde sub aerul cald, făcându-l să se ridice în sus. Prin urmare, frontul rece poartă și vreme înnorată, ploioasă. Frontul rece se mișcă mai repede decât cel cald, în urma căruia se ciocnesc în cele din urmă, iar aerul cald este forțat în sus.

Meteorologii studiază cu atenție succesiunea condițiilor meteorologice asociate cu cicloanii. Aceste cunoștințe sunt extrem de importante pentru prognoza meteo. De exemplu, nori cirruși subțiri în nivelul superior, urmați de nori de ploaie gri în nivelul inferior. Acești nori poartă de obicei averse de ploaie timp de câteva ore înainte de un front cald.

În spatele frontului cald există o zonă de aer cald, cu înnorirea și umiditatea inerente.

Urmează un front rece, unde apar furtuni din cauza curenților de aer ascendenți. Ploaia abundentă cade adesea de-a lungul marginii frontului rece și este de obicei mai scurtă decât în ​​condițiile frontului cald. După ce frontul rece a trecut, de regulă, se instalează vremea rece senină.

Ca urmare a proceselor naturale care au loc în atmosferă, pe Pământ se observă fenomene care reprezintă un pericol imediat și împiedică funcționarea sistemelor umane. Pericolele atmosferice includ cicloane (uragane, taifunuri), furtuni (furtuni), tornade (tornade), grindină, viscol, averse, gheață, ceață, fulgere.

Ciclonii pot fi:

1. Obișnuite (non-tropicale), care apar ca urmare a interacțiunii fronturilor de aer rece și cald între ele.

2. Tropicale, care au diverse denumiri:

- „uragan” - numele este asociat cu numele zeului furtunilor printre vechii oameni Maya, ele sunt numite de locuitorii Statelor Unite. America Centrală și de Sud.

- „taifun” în traducere din chineză „vânt foarte mare” se numește locuitorii Rusiei (Orientul Îndepărtat), Australia, Coreea, China, India, Japonia. Într-o ironie ciudată, taifunurilor și uraganelor li se dau nume feminine.

Cicloane tropicale

În patria uraganelor, la tropice, masele de aer sunt foarte fierbinți și saturate cu vapori de apă - temperatura suprafeței oceanului la aceste latitudini ajunge la douăzeci și șapte până la douăzeci și opt de grade Celsius. Ca urmare, apar curenți de aer puternici ascendenți și degajarea căldurii solare stocate și condensarea vaporilor conținuti în aceasta. Procesul se dezvoltă și crește, se dovedește un fel de pompă uriașă - în pâlnia formată la locul de origine a acestei pompe, sunt aspirate mase vecine din același aer cald și saturat de vapori și, astfel, procesul se răspândește și în lățime. , captând tot mai multe zone noi de la suprafața oceanului.

Când turnați apă din cadă prin orificiul de scurgere, se va forma un vortex. Aproximativ același lucru se întâmplă cu aerul care se ridică în sus la originea ciclonului - începe să se rotească.

Pompa de aer gigantică continuă să funcționeze, mai multă umiditate se condensează pe partea superioară în formă de pâlnie, eliberând mai multă căldură. (Meteorologii americani au calculat că într-o zi mai mult de un milion de tone de apă pot fi ridicate în sus - sub formă de abur, care saturează continuu stratul de suprafață al atmosferei; energia eliberată în timpul condensării în doar zece zile ar fi suficientă pentru un stat atât de industrializat, precum SUA, timp de șase ani!). Se crede că un ciclon de putere medie eliberează aproximativ aceeași cantitate de energie ca și cele 500.000 de bombe atomice aruncate peste Hiroshima. Presiunea atmosferică în centrul ciclonului incipient și la periferia acestuia devine inegală: acolo, în centrul ciclonului, este mult mai scăzută, iar o scădere bruscă a presiunii este cauza vântului puternic, care se transformă în curând în cele de uragan. Într-o zonă cu un diametru de trei sute până la cinci sute de kilometri, vânturile cele mai puternice își încep vârtejul frenetic.

După ce au apărut, ciclonii încep să se miște cu o viteză medie de 10-30 km / h, uneori pot pluti pe teren pentru o perioadă.

Ciclonii (obișnuiți și tropicali) sunt vârtejuri la scară mare, cu un diametru: obișnuit de la 1000 la 2000 km; tropicale de la 200 la 500 km și înălțimi de la 2 la 20 km.

Masele de aer se deplasează în zona ciclonului într-o spirală răsucindu-se spre centrul său (în sens invers acelor de ceasornic în emisfera nordică, în emisfera sudică, invers) cu o viteză:

Normal nu mai mult de 50-70 km/h;

Tropical 400-500 km/h

În centrul ciclonului, presiunea aerului este mai mică decât la periferie, motiv pentru care, deplasându-se în spirală, masele de aer tind spre centru, unde se ridică apoi în sus, generând nori puternici.

Dacă în centru:

Presiunea aerului unui ciclon convențional în comparație cu cea atmosferică (760 mm Hg) este de 713-720 mm Hg;

Apoi, în centrul unui ciclon tropical, presiunea scade la 675 mm Hg.

În centrul unui ciclon tropical există o zonă de presiune joasă cu o temperatură ridicată, de 10-40 km în diametru, unde domnește calmul - ochi de taifun.

Anual, cel puțin 70 de cicloni tropicali apar și se dezvoltă pe deplin pe glob.

Când un ciclon tropical (taifun, uragan) se apropie de coastă, poartă mase uriașe de apă în fața sa. Puțul furtuniiînsoţit de puternic ploileși tornade... Se prăbușește în zonele de coastă, distrugând totul în cale.

Exemplu

În 1970 a fost un taifun. care a străbătut gura râului Gange (în India) a inundat 800.000 km 2 de coastă. A avut o viteză a vântului de 200-250 m/s. Valul mării a atins o înălțime de 10 m. Aproximativ 400.000 de oameni au murit.

Astăzi există metode moderne de prognoză a ciclonilor tropicali (taifunuri, uragane). Fiecare acumulare suspectă de nor, acolo unde nu a apărut, este fotografiată de sateliții meteorologici din spațiu, avioanele de serviciu meteorologic zboară către „ochiul taifunului” pentru a obține date precise. Aceste informații sunt introduse în computere pentru a calcula traseul și durata unui ciclon tropical (taifun, uragan) și pentru a alerta populația în avans despre pericol.

Uragan

Un uragan este un vânt cu o forță de 12 puncte (până la 17 puncte) pe scara Beaufort, adică. cu o viteză de 32,7 m/s (mai mult de 105 km/h) și atinge până la 300 m/s (1194 km/h)

Uragan- un vârtej atmosferic puternic, la scară mică, în care aerul se rotește cu o viteză de până la 100 m/s. Are formă de stâlp (uneori cu o axă de rotație concavă) cu prelungiri în formă de pâlnie în partea de sus și de jos. Aerul se rotește în sens invers acelor de ceasornic și în același timp se ridică în spirală, atrăgând praf, apă și diverse obiecte. Se numește un uragan pe uscat furtună iar pe mare furtună... Principalele caracteristici ale uraganelor sunt:

Viteza vântului;

Căi de mișcare;

Dimensiuni și construcție;

Durata medie a acțiunilor.

Cea mai importantă caracteristică a uraganelor este viteza vântului. Din tabelul de mai jos (pe scara Beaufort) puteți vedea dependența vitezei vântului și denumirile modurilor. Viteza medie a unui uragan în Ucraina este de 50-60 km/h.

Uraganele variază în mărime. De obicei, lățimea sa este luată ca lățimea zonei de distrugere catastrofală, care poate fi măsurată în sute de kilometri. Frontul uraganului atinge o lungime de până la 500 km. Uraganele apar în orice moment al anului, dar mai frecvent din iulie până în octombrie. În restul de 8 luni, sunt rare, căile lor sunt scurte.

Durata medie a unui uragan este de 9-12 zile. În Ucraina, uraganele nu durează mult, de la câteva secunde până la câteva ore.

Uraganul este aproape întotdeauna clar vizibil; când se apropie, se aude un bâzâit puternic.

Uraganele sunt una dintre cele mai puternice forțe ale elementului. În ceea ce privește efectele lor nocive, ele nu sunt inferioare dezastrelor naturale atât de teribile precum cutremurele. Acest lucru se datorează faptului că transportă energie colosală. Cantitatea sa eliberată de un uragan mediu într-o oră este egală cu energia unei explozii nucleare de 36 de megatone.

Un uragan reprezintă o triplă amenințare pentru oamenii care îi stau în cale. Cele mai distructive sunt vântul, valurile și ploaia.

Adesea, furtunile însoțite de un uragan sunt mult mai periculoase decât vântul uraganului în sine, mai ales pentru acei oameni care locuiesc pe coastă sau în apropiere. Un uragan creează valuri de până la 30 m înălțime pe coastă, poate provoca ploi abundente, iar mai târziu să provoace o epidemie, de exemplu, o maree de furtună de uragan, care a coincis cu cea obișnuită, a provocat o inundație uriașă pe coasta Indiei în 1876, timp în care valul a crescut cu 12-13 m Aproximativ 100.000 de oameni s-au înecat și aproape același număr au murit din cauza unei epidemii aprige.

Când un uragan se răspândește peste mare, provoacă valuri uriașe de 10-12 metri înălțime și mai mult, deteriorează sau chiar duce la moartea navei.

Cel mai mare pericol în timpul unui uragan este reprezentat de obiectele ridicate de la sol și rotite cu viteză mare. Spre deosebire de furtuni, un uragan se deplasează într-o bandă îngustă, astfel încât să poată fi evitat. Trebuie doar să determinați direcția mișcării sale și să vă deplasați în direcția opusă.

Un vânt de uragan distruge clădiri puternice și ușoare, devastează câmpurile semănate, rupe fire și dărâmă liniile de transmisie și comunicații electrice, dăunează autostrăzilor și podurilor de transport, sparge și smulge copaci, avaria și scufundă nave, provoacă accidente pe utilitățile și rețelele energetice aflate în producție. .. Au fost cazuri când un vânt de uragan a distrus baraje și diguri, ceea ce a dus la inundații mari, a aruncat trenuri de pe șine, a rupt poduri, a căzut coșurile de fum din fabrici, a aruncat nave pe uscat.

O tornadă (sau tornadă) este un vârtej atmosferic care apare într-un nor cumulonimbus (furtună) și se răspândește în jos, adesea până la suprafața pământului, sub forma unui manșon de nor sau a unui trunchi de zeci și sute de metri în diametru. Uneori, un vârtej format pe mare se numește tornadă, iar pe uscat se numește tornadă. Vortexurile atmosferice, asemănătoare tornadelor, dar formate în Europa, se numesc trombi. Dar, de cele mai multe ori, toate aceste trei concepte sunt considerate sinonime. Forma tornadelor poate fi diversă - o coloană, un con, un pahar, un butoi, o frânghie în formă de bici, o clepsidră, coarne ale "diavolului" etc., dar, cel mai adesea, tornadele au forma unui trunchi rotativ, țeavă sau pâlnie atârnând de norul mamei. De obicei, diametrul transversal al unei pâlnii de tornadă în secțiunea inferioară este de 300-400 m, deși dacă tornada atinge suprafața apei, această valoare poate fi de numai 20-30 m, iar atunci când pâlnia trece peste pământ, poate ajunge. 1,5-3 km. În interiorul pâlniei, aerul coboară, iar în exterior se ridică, rotindu-se rapid, creând o zonă de aer foarte rarefiat. Vidul este atât de important încât obiectele închise umplute cu gaz, inclusiv clădirile, pot exploda din interior din cauza diferențelor de presiune. Determinarea vitezei de mișcare a aerului într-o pâlnie este încă o problemă serioasă. Practic, estimările acestei valori sunt cunoscute din observații indirecte. În funcție de intensitatea vârtejului, viteza curgerii în acesta poate varia. Se crede că depășește 18 m/s și poate, potrivit unor estimări indirecte, să ajungă la 1300 km/h. Tornada în sine se mișcă împreună cu norul care o generează. Energia unei tornade tipice cu o rază de 1 km și o viteză medie de 70 m/s este egală cu energia unei bombe atomice de referință de 20 de kilotone de TNT, similară cu prima bombă atomică detonată de Statele Unite în timpul Testele Trinity în New Mexico pe 16 iulie 1945. În emisfera nordică, rotația aerului în tornade, de regulă, are loc în sens invers acelor de ceasornic. Motivele formării tornadelor nu sunt încă pe deplin înțelese. Este posibil să indicați doar câteva informații generale care sunt cele mai caracteristice tornadelor tipice. Tornadele se formează adesea pe fronturile troposferice - interfețe în stratul inferior de 10 kilometri al atmosferei care separă masele de aer cu viteze diferite ale vântului, temperaturi și umiditate a aerului. Tornadele trec prin trei etape principale în dezvoltarea lor. În stadiul inițial, o pâlnie inițială apare din norul de tunete, atârnând deasupra solului. Straturile reci de aer, situate direct sub nor, se grăbesc în jos pentru a le înlocui pe cele calde, care, la rândul lor, se ridică. (Un astfel de sistem instabil se formează de obicei atunci când două fronturi atmosferice se unesc - unul cald și unul rece). Energia potențială a acestui sistem este transformată în energie cinetică a mișcării de rotație a aerului. Viteza acestei mișcări crește și își capătă aspectul clasic. Viteza de rotație crește în timp, în timp ce în centrul tornadei, aerul începe să se ridice rapid în sus. Așa decurge a doua etapă a existenței tornadei - etapa vârtejului format de putere maximă. Tornada este complet formată și se mișcă în direcții diferite. Etapa finală este distrugerea vortexului. Puterea tornadei slăbește, pâlnia se îngustează și se rupe de suprafața pământului, ridicându-se treptat înapoi în norul-mamă. Ce se întâmplă în interiorul tornadei? În 1930, în Kansas, un fermier pe cale să coboare într-o pivniță a văzut brusc o tornadă mișcându-se în direcția lui. Nu era încotro, iar bărbatul a sărit în pivniță. Și iată că a fost incredibil de norocos - piciorul tornadei s-a ridicat brusc de pe pământ și a trecut peste capul celui norocos. Mai târziu, când fermierul și-a revenit în fire, a descris ceea ce a văzut în felul următor: „Capătul mare și zdruncinat al pâlniei atârna chiar deasupra capului meu. Totul în jur era nemișcat. Din pâlnie se auzi un șuierat. Am ridicat privirea și am văzut chiar inima tornadei. În mijlocul ei se afla o cavitate cu diametrul de 30-70 de metri, urcând aproximativ un kilometru. Pereții cavității erau formați din nori rotativi, iar cavitatea însăși era iluminată de un fulger continuu, sărind de la un perete la altul în zig-zag...”. Și iată un alt caz similar. În 1951, în Texas, o tornadă care s-a apropiat de un bărbat a smuls pământul și i-a măturat șase metri deasupra capului. Potrivit martorului, lățimea cavității interioare era de aproximativ 130 de metri, grosimea pereților era de aproximativ 3 metri. Și în interiorul cavității un nor transparent strălucea cu lumină albastră. Multe mărturii ale martorilor au supraviețuit, susținând că în unele momente întreaga suprafață a coloanei tornadei a început să strălucească cu o strălucire ciudată de tonuri galbene. Tornadele generează, de asemenea, câmpuri electromagnetice puternice și sunt însoțite de fulgere. S-au observat în mod repetat fulgere cu bile în tornade. În tornade, se observă nu numai bile strălucitoare, ci și nori strălucitori, pete, dungi rotative și uneori inele. Este evident că strălucirea din interiorul tornadei este asociată cu turbulențe turbulente de diferite forme și dimensiuni. Uneori, toată tornada strălucește cu o lumină galbenă. În tornade, se dezvoltă adesea curenți de o putere extraordinară. Ele sunt descărcate de nenumărate fulgere (regulate și bile) sau duc la apariția unei plasme luminoase care acoperă întreaga suprafață a tornadei și aprinde obiectele care au căzut în ea. Celebrul cercetător Camille Flammarion, după ce a studiat 119 tornade, a ajuns la concluzia că în 70 de cazuri prezența electricității în ele a fost neîndoielnică, iar în 49 de cazuri „nu a existat nicio urmă de electricitate în ele, sau cel puțin nu a apărut. " Proprietățile plasmei, uneori tornade învăluitoare, sunt mult mai puțin cunoscute. Nu există nicio îndoială că unele obiecte din apropierea zonei de distrugere sunt arse, carbonizate sau uscate. K. Flammarion a scris că tornada care a devastat Chatenet (Franța) în 1839 „... a pârjolit copacii care se aflau pe marginile cărării sale, iar cei care stăteau pe această potecă au fost dezrădăcinați. Vârtejul a acționat asupra copacilor pârjoliți. numai dintr-o parte, pe care toate frunzele și ramurile nu numai că s-au îngălbenit, ci s-au uscat, iar cealaltă parte a rămas neatinsă și s-a înverzit ca înainte." După o tornadă care a devastat Moscova în 1904, mulți dintre copacii căzuți au fost puternic arși. Se pare că vortexurile de aer nu sunt doar rotația aerului în jurul unei axe. Acesta este un proces energetic complex. Se întâmplă ca oameni, care nu sunt atinși de o tornadă, fără niciun motiv aparent, să cadă morți. Aparent, în aceste cazuri, oamenii sunt uciși de curenți de înaltă frecvență. Acest lucru este confirmat de faptul că prizele, receptoarele și alte dispozitive se defectează în casele care au supraviețuit, iar ceasurile încep să funcționeze incorect. Cel mai mare număr de tornade se înregistrează pe continentul nord-american, în special în statele centrale ale Statelor Unite (există chiar și un termen - Tornado Alley. Acesta este numele istoric al statelor din America Centrală, în care cel mai mare număr de tornade). sunt observate), mai puțin în statele estice ale Statelor Unite. În sud, în statul Florida de lângă Florida Keys, tornade apar din mare aproape în fiecare zi, din mai până la mijlocul lunii octombrie, pentru care această zonă a primit porecla „țara tornadelor de apă”. În 1969, aici au fost înregistrate 395 de astfel de vâltoare. A doua regiune a lumii în care apar condițiile pentru formarea tornadelor este Europa (cu excepția Peninsulei Iberice) și întregul teritoriu european al Rusiei. Clasificarea tornadelor Vârtej Acesta este cel mai frecvent tip de tornadă. Pâlnia pare netedă, subțire și poate fi destul de întortocheată. Lungimea pâlniei este mult mai mare decât raza acesteia. Tornadele slabe și pâlniile de tornadă care se scufundă în apă, de regulă, sunt tornade ca bici. Vag Arată ca niște nori zguduiți, rotativi care ajung la pământ. Uneori, diametrul unei astfel de tornade chiar depășește înălțimea acesteia. Toate pâlniile cu un diametru mare (peste 0,5 km) sunt vagi. De obicei, acestea sunt vârtejuri foarte puternice, adesea compuse. Ele provoacă daune enorme datorită dimensiunilor lor mari și vitezei foarte mari a vântului. Compus Pot consta din două sau mai multe cheaguri de sânge separate în jurul tornadei centrale principale. Astfel de tornade pot avea aproape orice putere, cu toate acestea, cel mai adesea sunt tornade foarte puternice. Ele provoacă daune semnificative pe suprafețe mari. Incendiu Acestea sunt tornade obișnuite generate de un nor format ca urmare a unui incendiu puternic sau a unei erupții vulcanice. Pentru a caracteriza puterea tornadelor din Statele Unite, a fost elaborată scara Fujita - Pearson, formată din 7 categorii, iar forța zero (cea mai slabă) a vântului coincide cu vântul de uragan pe scara Beaufort. Scala Beaufort este o scară de douăsprezece puncte adoptată de Organizația Meteorologică Mondială pentru o estimare aproximativă a vitezei vântului prin efectul acestuia asupra obiectelor de pe uscat sau de pe mările agitate. Calculat de la 0 - Calm la 12 - uragan. Tornade cu o forță teribilă mătură orașele, măturându-le de pe fața Pământului împreună cu sute de locuitori. Uneori, puternica forță distructivă a acestui element natural este amplificată din cauza faptului că mai multe tornade se unesc și lovesc în același timp. Zona după o tornadă arată ca un câmp de luptă după un bombardament teribil. De exemplu, la 30 mai 1879, două tornade, care au urmat una după alta la intervale de 20 de minute, au distrus orașul de provincie Irving, cu 300 de locuitori, în nordul Kansasului. Una dintre mărturiile convingătoare ale puterii enorme a tornadelor este legată de tornada Irving: un pod de oțel de 75 m lungime peste râul Big Blue a fost ridicat în aer și răsucit ca o frânghie. Rămășițele podului au fost transformate într-un mănunchi compact dens de pereți despărțitori, ferme și frânghii din oțel, rupte și îndoite în cele mai fantastice moduri. Aceeași tornadă a trecut prin lacul Freeman. A smuls patru secțiuni ale podului feroviar de pe suporturile de beton, le-a ridicat în aer, le-a târât la vreo patruzeci de picioare și le-a aruncat în lac. Fiecare cântărea o sută cincisprezece tone! Cred că este suficient

Capitolul șase
MIȘCAREA VORTEXULUI GAZELOR ȘI LICHIDELOR

6.1. Ghicitori de vortexuri atmosferice

Ne ocupăm de mișcarea în vortex a gazelor și lichidelor de pretutindeni. Cele mai mari vârtejuri de pe Pământ sunt ciclonii atmosferici, care, împreună cu anticiclonii - zone de presiune crescută în atmosfera terestră care nu sunt captate de mișcarea vortexului, determină vremea pe planetă. Diametrul ciclonilor ajunge la mii de kilometri. Aerul din ciclon face o mișcare spirală tridimensională complexă. În emisfera nordică, ciclonii, precum apa care curge din baie în conductă, se rotesc în sens invers acelor de ceasornic (când îi privesc de sus), în emisfera sudică - în sensul acelor de ceasornic, ceea ce se datorează acțiunii forțelor Coriolis din rotația Pământ.
În centrul ciclonului, presiunea aerului este mult mai mică decât la periferia acestuia, ceea ce se explică prin acțiunea forțelor centrifuge în timpul rotației ciclonului.
Originar de la latitudini medii din locurile de curbură ale fronturilor atmosferice, un ciclon de latitudine medie se formează treptat într-o formațiune din ce în ce mai stabilă și mai puternică în timpul deplasării sale, în principal spre nord, unde transportă aer cald din sud. Ciclonul incipient captează inițial doar straturile inferioare, de suprafață, de aer, care sunt bine încălzite. Vortexul crește de jos în sus. Odată cu dezvoltarea în continuare a ciclonului, fluxul de aer în el continuă la suprafața pământului. Ridicandu-se in sus in partea centrala a ciclonului, acest aer cald iese din ciclonul format la o altitudine de 6-8 km. Vaporii de apă conținuti în ea la o astfel de altitudine unde domnește frigul, se condensează, ceea ce duce la formarea norilor și a precipitațiilor.
O astfel de imagine a dezvoltării unui ciclon, recunoscută astăzi de meteorologii din întreaga lume, a fost modelată cu succes în instalațiile „meteotron” create în anii 70 în URSS pentru a provoca ploaie și testate cu succes în Armenia. Motoarele cu turboreacție montate pe sol au creat un flux de aer fierbinte care se învârtea în sus. După un timp, peste acest loc s-a format un nor, crescând treptat într-un nor, care a fost turnat de ploaie.
Cicloanele tropicale, care sunt numite taifunuri în Oceanul Pacific și uraganele din Atlantic, se comportă semnificativ diferit față de ciclonii lenți de la latitudini medii. Au diametre mult mai mici decât cele de latitudine medie (100-300 km), dar se deosebesc prin gradiente mari de presiune, vânturi foarte puternice (până la 50 și chiar 100 m/s) și ploi abundente.
Ciclonii tropicali apar numai peste ocean, cel mai adesea între 5 și 25 ° latitudine nordică. Mai aproape de ecuator, unde forțele Coriolis de deviere sunt mici, ele nu se nasc, ceea ce demonstrează rolul forțelor Coriolis în nașterea ciclonilor.
Deplasându-se mai întâi spre vest, apoi spre nord sau nord-est, ciclonii tropicali se transformă treptat în cicloni obișnuiți, dar foarte adânci. Căzând din ocean pe uscat, se estompează rapid peste el. Deci umiditatea oceanului joacă un rol imens în viața lor, care, condensându-se în fluxul de aer vortexul ascendent, eliberează o cantitate imensă de căldură latentă de evaporare. Acesta din urmă încălzește aerul și îi sporește ascensiunea, ceea ce duce la o scădere puternică a presiunii atmosferice atunci când se apropie un taifun sau un uragan.

Orez. 6.1. Vârtejul taifunului atmosferic gigant (vedere din spațiu)

Aceste vârtejuri gigantice au două caracteristici misterioase. În primul rând, ele apar rar în emisfera sudică. A doua este prezența în centrul unei astfel de formațiuni a „ochiului furtunii” - o zonă cu un diametru de 15-30 km, care se caracterizează prin calm și un cer senin.
Să vezi că un taifun, și cu atât mai mult un ciclon de latitudine medie, este un vortex, din cauza diametrelor lor uriașe, este posibil doar de la o înălțime cosmică. Fotografii spectaculoase cu lanțuri de nori învolburate, făcute de astronauți. Dar pentru un observator de la sol, tornada este cel mai vizibil tip de vortex atmosferic pentru vizionare. Diametrul coloanei sale de rotație, care se întinde spre nori, în punctul său cel mai subțire se află la 300-1000 m deasupra pământului și la doar zeci de metri deasupra mării. În America de Nord, unde tornadele apar mult mai des decât în ​​Europa (până la 200 pe an), ele se numesc tornade. Acolo își au originea în principal peste mare și se înfurie când se găsesc pe uscat.
În următoarea imagine a nașterii unei tornade este dată: „La 30 mai 1979, la ora 16:00, doi nori, negri și denși, s-au întâlnit în nordul Kansasului. La 15 minute după ce s-au ciocnit și s-au contopit într-un singur nor, un de pe suprafața inferioară a ieșit o pâlnie.Prelungindu-se rapid, a luat forma unui trunchi uriaș, a ajuns la pământ și timp de trei ore, ca un șarpe gigantic, a făcut feste în jurul statului, zdrobind și distrugând tot ce i-a ieșit în cale - case, ferme, școli...”
Pod din beton armat de 75 de metri, această tornadă a smuls taurii de piatră, s-a înnodat și a fost aruncat în râu. Experții au calculat ulterior că, pentru a realiza acest lucru, fluxul de aer trebuia să fie la viteză supersonică.
Ceea ce face aerul în tornade la astfel de viteze, derutează oamenii. Deci, chipsurile, dispersate într-o tornadă, pătrund cu ușurință în scândurile și trunchiurile copacilor. În poveste, o oală de metal, capturată de o tornadă, a fost întoarsă pe dos fără a sparge metalul. Astfel de trucuri se explică prin faptul că deformarea metalului în acest caz a fost efectuată fără un suport rigid capabil să deterioreze metalul, deoarece obiectul se afla în aer.


Orez. 6.2. Poza unei tornade.

Tornadele nu sunt deloc un fenomen natural rar, deși apar doar în emisfera nordică, prin urmare, s-au acumulat o mulțime de date observaționale despre ele. Cavitatea pâlniei („trunchiul”) tornadei este înconjurată de „pereți” de aer care se rotește nebunește în sens invers acelor de ceasornic (ca în taifun) (vezi Fig. 6.3.) Aici viteza aerului atinge 200-300 m/s. . Deoarece presiunea statică a gazului scade odată cu creșterea vitezei gazului, „pereții” tornadei aspiră aerul încălzit la suprafața pământului și, odată cu acesta, obiectele care se întâlnesc, ca un aspirator.
Toate aceste obiecte se ridică, uneori până la un nor, împotriva căruia se sprijină tornada.

Forța de ridicare a tornadelor este foarte mare. Deci, ei transportă pe distanțe considerabile nu numai obiecte mici, ci uneori animale și oameni. Pe 18 august 1959, în regiunea Minsk, o tornadă a ridicat calul la o înălțime considerabilă și l-a dus. Cadavrul animalului a fost găsit la doar un kilometru și jumătate distanță. În 1920, în statul Kansas, o tornadă, care a distrus o școală, a ridicat în aer un profesor și o întreagă clasă de școlari, împreună cu birourile. Câteva minute mai târziu, au fost toate coborâte la pământ împreună cu resturile școlii. Majoritatea copiilor și a profesorului au supraviețuit nevătămați, dar 13 persoane au murit.
Sunt multe cazuri cunoscute când tornadele ridică și transportă oameni pe distanțe considerabile, după care rămân nevătămați. Cea mai paradoxală dintre ele este descrisă în: o tornadă în Mytishchi, lângă Moscova, a lovit familia unei țărănci, Selezneva. După ce a aruncat femeia, fiul cel mare și copilul în șanț, l-a dus pe fiul mijlociu Petya. A fost găsit abia a doua zi în parcul Sokolniki din Moscova. Băiatul era în viață și sănătos, dar speriat de moarte. Cel mai ciudat lucru aici este că Sokolniki sunt situate din Mytishchi nu în direcția în care se mișca tornada, ci în direcția opusă. Se dovedește că băiatul a fost transportat nu de-a lungul tornadei, ci în direcția opusă, unde totul se liniștise demult! Sau s-a deplasat înapoi în timp?
S-ar părea că obiectele din tornadă ar trebui purtate de cel mai puternic vânt. Dar pe 23 avp / sută în 1953, în timpul unei tornade în Rostov, se spune în, o rafală puternică de vânt a deschis ferestrele și ușile din casă. În același timp, ceasul deșteptător de pe comodă a zburat prin trei uși, o bucătărie, un coridor și a zburat în podul casei. Ce forțe îl conduceau? La urma urmei, clădirea a rămas intactă, iar vântul, capabil să poarte astfel un ceas cu alarmă, a fost nevoit să demoleze complet clădirea, care are o viteză mult mai mare decât ceasul cu alarmă.
Și de ce tornadele, ridicând obiecte mici care se aflau într-o grămadă până la nori, le coboară la o distanță considerabilă aproape la fel de grămadă, nu se împrăștie, ci ca și cum ar fi revărsat din mânecă?
Legătura inseparabilă cu norul-mamă este diferența caracteristică dintre tornadă și alte mișcări vortex ale atmosferei. Fie pentru că curenți electrici uriași curg către pământ din norul de tunete de-a lungul „trunchiului” tornadei, fie pentru că praful și picăturile de apă din vortexul tornadei sunt puternic electrificate din cauza frecării, dar tornadele sunt însoțite de un nivel ridicat de activitate electrică. Cavitatea „trunchiului” de la perete la perete este pătrunsă din când în când de descărcări electrice. Adesea chiar strălucește.
Dar în interiorul cavității „trunchiului” tornadei, mișcarea aerului vortex este slăbită și mai des dirijată nu de jos în sus, ci de sus în jos * (* Cu toate acestea, se argumentează că în cavitatea „trunchiului” tornadei, aerul se mișcă de jos în sus, iar în pereții săi - de sus în jos.)... Există cazuri când un astfel de flux descendent în interiorul tornadei a devenit atât de puternic încât a apăsat obiectele în sol (vezi Fig. 6.3.). Absența unei rotații intense în cavitatea interioară a tornadei o face similară în acest sens cu un taifun. Da, iar „ochiul furtunii” din tornadă este acolo înainte de a ajunge de la nor la pământ. Iată cum îl descrie poetic Y. Maslov: „Într-un nor de tunet apare deodată un „ochi, „și anume un“ ochi”, cu o pupila moartă, fără viață. Senzația este că se uită la pradă. Se repezi la pământ. cu vuietul și viteza unui tren de curierat, lăsând în urmă un tren lung, clar vizibil - coada."
Experții sunt de mult interesați de problema surselor acelei energii cu adevărat inepuizabile pe care o au tornadele și cu atât mai mult taifunurile. Este clar că energia termică a maselor uriașe de aer umed este în cele din urmă convertită în energia mișcării aerului într-un vortex atmosferic. Dar ce îl face să se concentreze în volume atât de mici precum corpul unei tornade? Și o astfel de concentrare spontană de energie nu contrazice a doua lege a termodinamicii, care afirmă că energia termică este capabilă să se disipeze doar spontan?
Există multe ipoteze în acest sens, dar încă nu există răspunsuri certe.
Investigând energia vârtejurilor de gaz, V. A. Atsyukovsky scrie că „corpul unui vârtej de gaz este comprimat de mediu în timpul formării unui vârtej”. Acest lucru este confirmat de faptul că „trunchiul” tornadei este mai subțire decât baza sa, unde frecarea cu solul nu permite dezvoltarea unei viteze mari de rotație. Comprimarea corpului vortex de către presiunea mediului determină o creștere a vitezei de rotație a acestuia ca urmare a acțiunii legii conservării momentului unghiular. Și odată cu creșterea vitezei de mișcare a gazului într-un vortex, presiunea statică din acesta scade și mai mult. Din aceasta rezultă, concluzionează Atsukovsky, că vortexul concentrează energia mediului în sine, iar acest proces este fundamental diferit de altele, însoțit de disiparea energiei în mediu.
Aici teoria mișcării ar putea salva cea de-a doua lege a termodinamicii dacă ar fi posibil să se descopere că vortexurile de gaze emit energie în cantități semnificative. În virtutea celor spuse în secțiunea 4.4, teoria mișcării cere ca atunci când rotația aerului într-o tornadă sau un taifun este accelerată, ei emit energie nu mai puțin decât o consumă pentru a derula aerul. Și printr-o tornadă, și cu atât mai mult un taifun, în timpul existenței sale, trec mase uriașe de aer, învolburându-se.
S-ar părea că este mai ușor pentru aerul umed să arunce „în plus” energie de masă fără a o emite. Într-adevăr, după condensarea umidității, când aceasta se ridică la o înălțime mare de către vârtejul atmosferic, picăturile ploii care căde părăsesc vârtejul și, din această cauză, masa acestuia scade. Dar energia termică a vortexului din aceasta nu numai că nu scade, ci, dimpotrivă, crește datorită eliberării de căldură latentă de evaporare în timpul condensării apei. Aceasta duce la o creștere a vitezei de mișcare în vortex, atât datorită creșterii vitezei de ascensiune a aerului, cât și datorită creșterii vitezei de rotație atunci când corpul vortex este comprimat. În plus, îndepărtarea picăturilor de apă din vortex nu duce la o creștere a energiei de legare a sistemului rotativ și la o creștere a defectului de masă în vortexul rămas. Energia de legare a sistemului ar crește (și odată cu aceasta și stabilitatea sistemului ar crește) dacă, odată cu accelerarea rotației sistemului, o parte din energia internă a sistemului - căldura - ar fi îndepărtată din acesta. . Iar căldura este cel mai ușor îndepărtată prin radiație.
Aparent, nimănui nu i-a trecut prin cap să încerce să înregistreze radiațiile tepevoy (infraroșu și cu microunde) ale tornadelor și taifunurilor. Poate că există, dar nu o știm încă. Cu toate acestea, mulți oameni și animale simt apropierea unui uragan chiar și atunci când sunt în casă și fără să privească la cer. Și se pare că nu numai prin scăderea presiunii atmosferice, care face ca corbii să cronească din cauza durerilor din oasele care au goluri. Oamenii simt altceva, înfricoșător pentru unii, incitant pentru alții. Poate că aceasta este radiația de torsiune, care ar trebui să fie foarte intensă de la o tornadă și un taifun?
Ar fi interesant să le cerem astronauților să facă fotografii în infraroșu ale taifunurilor din spațiu. Se pare că astfel de fotografii ne-ar putea spune multe.
Cu toate acestea, astfel de fotografii ale celui mai mare ciclon din atmosferele planetelor sistemului solar, totuși, nu în raze infraroșii, au fost făcute cu mult timp în urmă de la o înălțime cosmică. Acestea sunt fotografii ale Marii Pate Roșii a lui Jupiter, care, după cum au relevat studiile fotografiilor sale făcute în 1979 de la sonda spațială americană Voyager 1, este un ciclon imens, existent permanent în atmosfera puternică a lui Jupiter (Fig. 6.4). „Ochiul furtunii” al acestui ciclopic-taifun ciclopic cu dimensiuni de 40x13 mii km strălucește chiar și în domeniul luminii vizibile cu o culoare roșie de rău augur, de la care își are originea numele.


Orez. 6.4. Marea Pată Roșie (CS) a lui Jupiter și vecinătatea petelor solare (Voyager 1, 1979).

6.2. Efectul Vortex Ranke

Cercetând separatoarele ciclice pentru curățarea gazului de praf, inginerul metalurgic francez J. Ranke a descoperit la sfârșitul anilor 1920 un fenomen neobișnuit: în centrul jetului, gazul care ieșea din ciclon avea o temperatură mai scăzută decât cea inițială. Deja la sfârșitul anului 1931, Ranke a primit primul brevet pentru un dispozitiv, pe care l-a numit „tub vortex” (VT), în care fluxul de aer comprimat este împărțit în două fluxuri - rece și cald. Curând brevetează această invenție în alte țări.
În 1933, Ranke a făcut un raport în Societatea Franceză de Fizică despre descoperirea fenomenului de separare a gazelor comprimate în VT. Dar comunitatea științifică a salutat mesajul său cu neîncredere, deoarece nimeni nu putea explica fizica acestui proces. La urma urmei, oamenii de știință și-au dat seama cu puțin timp înainte de imposibilitatea ideii fantastice a „demonului lui Maxwell”, care, pentru a separa un gaz cald în cald și rece, a trebuit să elibereze molecule rapide de gaz printr-o micro-găuri dintr-un vas. cu gaz si nu elibereaza cele lente. Toată lumea a decis că aceasta contrazice a doua lege a termodinamicii și legea creșterii entropiei.


Orez. 6.5. Tubul vortex Ranke.

Timp de mai bine de 20 de ani, descoperirea lui Ranke a fost ignorată. Și abia în 1946, fizicianul german R. Hilsch a publicat o lucrare despre studiile experimentale ale VT, în care dădea recomandări pentru proiectarea unor astfel de dispozitive. De atunci, acestea sunt uneori numite țevi Ranke-Hilsch.
Dar în 1937, omul de știință sovietic K. Strahovici, care nu cunoaște experimentele lui Ranke, într-un curs de prelegere despre dinamica aplicată a gazelor, a susținut teoretic că diferențele de temperatură ar trebui să apară în fluxurile rotative de gaz, se spune în savantul sovietic K. Strahovici. Cu toate acestea, abia după cel de-al Doilea Război Mondial efectul vortex a început să fie utilizat pe scară largă în URSS, ca și în multe alte țări. Trebuie menționat că cercetătorii sovietici din această direcție au preluat conducerea mondială până la începutul anilor '70. O trecere în revistă a unor lucrări sovietice despre BT este dată, de exemplu, într-o carte din care am împrumutat atât ceea ce s-a spus în această secțiune, cât și o mare parte din ceea ce s-a afirmat mai jos în ea.
În tubul vortex Ranke, a cărui diagramă este prezentată în Fig. 6.5, țeava cilindrică 1 este atașată la un capăt de voluta 2, care se termină cu o duză de intrare cu secțiune transversală dreptunghiulară, care asigură alimentarea cu gaz de lucru comprimat în țeavă tangențial la circumferința suprafeței sale interioare. La celălalt capăt, voluta este închisă de o diafragmă 3 cu o gaură în centru, al cărei diametru este semnificativ mai mic decât diametrul interior al conductei 1. Prin acest orificiu iese un flux de gaz rece din conducta 1, care este împărțit în timpul mișcării sale vortex în conducta 1 în părți reci (centrale) și calde (periferice). Partea fierbinte a fluxului adiacent suprafeței interioare a țevii 1, rotindu-se, se deplasează către capătul distal al țevii 1 și o părăsește prin golul inelar dintre marginea sa și conul de reglare 4.
B explică că fiecare flux de gaz (sau lichid) în mișcare are, după cum se știe, două temperaturi: termodinamică (numită și static) T, determinată de energia mișcării termice a moleculelor de gaz (această temperatură ar fi măsurată de un termometru care se mișcă cu debitul de gaz cu aceeași viteză V, ca și debitul) și temperatura de stagnare T0, care se măsoară cu un termometru staționar plasat pe calea curgerii. Aceste temperaturi sunt legate de relație

(6.1)

în care C este căldura specifică a gazului. Al doilea termen din (6.1) descrie o creștere a temperaturii datorată decelerării fluxului de gaz pe termometru. Dacă decelerația se efectuează nu numai în punctul de măsurare, ci și pe întreaga secțiune transversală a fluxului, atunci întregul gaz este încălzit la temperatura de decelerare T0. În acest caz, energia cinetică a fluxului este transformată în căldură.
Transformând formula (6.1), obținem expresia

(6.2)

ceea ce indică faptul că odată cu creșterea debitului V în condiții adiabatice, temperatura termodinamică scade.
Rețineți că ultima expresie este aplicabilă nu numai fluxului de gaz, ci și fluxului de lichid. În ea, cu o creștere a vitezei de curgere V în condiții adiabatice, temperatura termodinamică a lichidului ar trebui, de asemenea, să scadă. Tocmai această scădere a temperaturii debitului de apă accelerat în conducta de îngustare către turbină a subliniat L. Gerbrand, după cum am observat în Secțiunea 3.4, propunând să transforme căldura apei râului în energia cinetică a debitului furnizat. la turbina hidrocentralelor.
Într-adevăr, din nou rescrierea expresiei (6.1) în formă

(6.3)

obţinem formula creşterii energiei cinetice a debitului de apă

(Aici m este masa de apă care trece prin linia de apă).
Dar să revenim la tubul vortex. Accelerând în voluta sa de intrare la o viteză mare, gazul de la intrarea în tubul cilindric 1 are viteza tangenţială maximă VR şi cea mai scăzută temperatură termodinamică. În plus, se deplasează în conducta 1 de-a lungul unei spirale cilindrice până la ieșirea îndepărtată, parțial închisă de conul 4. Dacă acest con este îndepărtat, atunci întregul flux de gaz va ieși liber prin capătul îndepărtat (fierbinte) al conductei 1. Mai mult, VT va fi aspirat prin orificiul din diafragma 3 și o parte din aerul exterior. (Acest principiu stă la baza funcționării ejectoarelor vortex, care au dimensiuni mai mici decât cele cu flux direct.)
Dar prin reglarea spațiului dintre conul 4 și marginea conductei 1, se realizează o creștere a presiunii în conductă până la o astfel de valoare la care se oprește aspirația aerului exterior și o parte din gazul din conducta 1 începe să ieșire prin orificiul din diafragmă 3. În același timp, unul central (axial) apare în conducta 1 un flux vortex care se deplasează spre fluxul principal (periferic), dar care se rotește, așa cum este menționat în, în același sens.
În întregul complex de procese care au loc în BT, se disting două principale, care determină, în opinia majorității cercetătorilor, redistribuirea energiei între fluxurile de gaz vortexul periferic și central din acesta.
Primul dintre procesele principale este restructurarea câmpului de viteză tangenţială a fluxurilor rotative pe măsură ce se deplasează de-a lungul conductei. Fluxul periferic care se rotește rapid își transferă treptat rotația către fluxul central opus. Ca urmare, atunci când particulele de gaz ale fluxului central se apropie de diafragma 3, rotația ambelor fluxuri este direcționată în aceeași direcție și se întâmplă ca și cum un cilindru solid, nu gaz, se rotește în jurul axei sale. Un astfel de vortex se numește „cvasi-solid”. Această denumire este determinată de faptul că particulele unui cilindru solid rotativ în mișcarea lor în jurul axei cilindrului au aceeași dependență a vitezei tangențiale de distanța față de axă: Vr. =. ?r.
Al doilea proces principal în HT este egalizarea temperaturilor termodinamice ale fluxurilor periferice și centrale în fiecare secțiune a HT, cauzată de schimbul de energie turbulent între fluxuri. Fără această aliniere, fluxul intern, care are viteze tangențiale mai mici decât cel periferic, ar avea o temperatură termodinamică mai mare decât cea periferică. Deoarece vitezele tangențiale ale fluxului periferic sunt mai mari decât cele ale celui central, atunci după egalizarea temperaturilor termodinamice, temperatura de stagnare a fluxului periferic care se deplasează la ieșirea conductei 1, pe jumătate acoperită de conul 4, se dovedește a fi să fie mai mare decât cea a fluxului central care se deplasează către orificiul din diafragmă 3.
Acțiunea simultană a celor două procese principale descrise duce, în opinia majorității cercetătorilor, la transferul de energie din fluxul central de gaz din HT către cel periferic și la separarea gazului în fluxuri reci și calde.
O astfel de idee a muncii VT rămâne încă recunoscută de majoritatea specialiștilor. Iar designul BT cu greu s-a schimbat din zilele lui Ranke, deși domeniile de aplicare ale BT s-au extins de atunci. S-a constatat că VT, în care în loc de una cilindrică se folosește o țeavă conică (cu un unghi mic de conicitate), prezintă o eficiență ceva mai bună în funcționare. Dar sunt mai greu de fabricat. Cel mai adesea, VT-urile care funcționează pe gaze sunt folosite pentru a obține frig, dar uneori, de exemplu, atunci când se lucrează în termostate vortex, se folosesc atât debite reci, cât și calde.
Deși tubul vortex are o eficiență mult mai scăzută decât frigiderele industriale de alte tipuri, ceea ce se datorează consumului mare de energie pentru comprimarea gazului înainte de alimentarea acestuia la HT, simplitatea extremă a designului și nepretenția HT-ului îl fac indispensabil pentru multe aplicații.
VT poate funcționa cu orice mediu de lucru gazos (de exemplu, cu vapori de apă) și la o mare varietate de căderi de presiune (de la fracțiuni de atmosferă la sute de atmosfere). Gama debitelor de gaz în VT este, de asemenea, foarte largă (de la fracțiuni de m3/oră la sute de mii de m3/oră), și de aici și gama capacităților acestora. Mai mult, cu o creștere
Diametrul VT (adică cu o creștere a puterii sale), crește și eficiența VT.
Când HT este utilizat pentru a produce fluxuri de gaz reci și fierbinți în același timp, conducta este nerăcită. Astfel de VT sunt numite adiabatice. Dar atunci când se utilizează doar un flux rece, este mai profitabil să se utilizeze VT, în care corpul conductei sau capătul său îndepărtat (fierbinte) este răcit cu forța printr-o cămașă de apă sau printr-o altă metodă. Răcirea vă permite să creșteți capacitatea de răcire a VT.

6.3. Paradoxurile tubului vortex

Tubul vortex, care a devenit acel „demon lui Maxwell”, care (separă moleculele de gaz rapide de cele lente, nu degeaba nu a primit recunoaștere mult timp după inventarea sa de către J. Ranke. În general, toate procesele și dispozitive, dacă nu primesc justificare teoretică și explicație științifică, în „secolul nostru” iluminat se va dovedi aproape sigur condamnat respingerii. Aceasta este, dacă vreți, cealaltă față a iluminării: tot ceea ce nu găsește un moment explicația nu are dreptul să existe!Și în conducta lui Ranke, chiar și după apariția explicației de mai sus a operei ei, au rămas multe și rămân neclare.Din păcate, autorii cărților și manualelor notează rareori ambiguitățile anumitor probleme, ci dimpotrivă. , mai des încearcă să le ocolească și să le învelească pentru a crea aparența atotputerniciei științei.” Cartea nu face excepție în acest sens.
Deci, pe pagina ei 25 când explică procesul de redistribuire! energie în WT prin restructurarea câmpului de viteză al fluxurilor de gaz rotative și apariția unui vortex „cvasi-solid”, se poate observa o oarecare confuzie. De exemplu), citim: „Atunci când fluxul central se deplasează spre... se învârte din ce în ce mai intens din partea fluxului extern. În acest proces, atunci când straturile exterioare le răsucesc pe cele interioare, ca urmare... . scad vitezele tangențiale ale fluxului interior, iar cea externă crește.”. Inconsecvența acestei fraze sugerează că autorii cărții nu încearcă să ascundă ceva ce nu poate fi explicat, să creeze aparența de logică acolo unde nu există?
Încercările de a crea o teorie a WT prin construirea și rezolvarea unui sistem de ecuații gaz-dinamice care descriu procesele în WT au condus mulți autori la dificultăți matematice insurmontabile. Între timp, studiile experimentatorilor asupra efectului vortex au dezvăluit în el toate trăsăturile noi, a căror fundamentare s-a dovedit a fi imposibilă conform oricăreia dintre ipotezele acceptate.
În anii '70, dezvoltarea tehnologiei criogenice a stimulat căutarea de noi posibilități ale efectului de vortex, întrucât alte metode de răcire existente - strotting, eject și expansiune a gazelor - nu au oferit o soluție la problemele practice apărute la răcirea în volume mari. și gaze de lichefiere cu o temperatură scăzută de condensare. Prin urmare, studiul funcționării răcitoarelor vortex a continuat și mai intens.
Cele mai interesante rezultate în această direcție au fost obținute de locuitorii din Leningrad V.E. Finko. În răcitorul său vortex cu VT, având un unghi de conicitate de până la 14 °, s-a realizat răcirea cu aer la 30 ° K. O creștere semnificativă a efectului de răcire a fost observată cu o creștere a presiunii gazului la intrare la 4 MPa și mai sus, ceea ce [contrazice punctul de vedere general acceptat că la o presiune mai mare de 1 MPa, eficiența HT nu practic. nu crește odată cu creșterea presiunii.
Aceasta și alte caracteristici, descoperite în timpul testelor unui răcitor vortex cu viteze subsonice ale fluxului de intrare, sunt incompatibile cu conceptele existente ale efectului vortex și cu metoda de calcul a răcirii cu gaz cu ajutorul acestuia, acceptată în literatură, a determinat VEFinko să analiza aceste discrepanțe.
El a observat că temperaturile de stagnare nu numai la rece (Gokh), ci și la „fierbinte” (Gog) ale fluxurilor de gaze de ieșire s-au dovedit a fi semnificativ mai mici decât temperatura T a gazului furnizat WT-ului său. Aceasta a însemnat că bilanţul energetic în WT-ul său nu corespunde bine-cunoscutei ecuaţii de bilanţ Hielsch pentru WT adiabatic.

(6.5)

unde I este entalpia specifică a gazului de lucru,

În literatura disponibilă, Finko nu a găsit nicio lucrare dedicată verificării relației (6.5). În lucrările publicate, de regulă, fracția din fluxul rece JLI a fost determinată prin calcul folosind formula

(6.6)

pe baza rezultatelor măsurătorilor de temperatură ale lui Tovkh Gog Goh. Ultima formulă se obține din (6.5) folosind condițiile:
V.E. Finko creează un stand, descris în, pe care, împreună cu măsurarea temperaturilor de stagnare a fluxurilor, s-au efectuat măsurători ale debitelor de gaz Ovx, Ox, Og. Ca urmare, s-a stabilit ferm că expresia (6.5) este inacceptabilă pentru calcularea bilanţului energetic al WT, deoarece diferenţa dintre entalpiile specifice ale fluxurilor de intrare şi de ieşire din experimente a fost de 9-24% şi a crescut cu o creştere. în presiunea de intrare sau cu scăderea temperaturii gazului de intrare. Finko notează că o anumită inconsecvență a relației (6.5) cu rezultatele testelor a fost observată mai devreme în lucrările altor cercetători, de exemplu, în cazul în care valoarea divergenței a fost de 10-12%, dar a fost explicată de autorii acestor lucrări prin inexactitatea măsurării costurilor.
În plus, VE Finko notează că niciunul dintre mecanismele propuse anterior de transfer de căldură în HT, inclusiv mecanismul de transfer de căldură turbulent în contracurent, nu explică ratele mari de îndepărtare a căldurii din gaz, care duc la scăderi semnificative de temperatură înregistrate de el ( ~ 70 ° K și mai mult) în răcitorul său vortex. El oferă explicația sa despre răcirea gazului în BT prin „lucrarea de expansiune în vortex a gazului”, efectuată în interiorul conductei peste porțiunile de gaz care au intrat anterior acolo, precum și peste atmosfera exterioară de unde iese gazul. .
Aici trebuie să remarcăm că, în cazul general, bilanţul energetic al BT are forma:

(6.7)

unde Wcool este cantitatea de căldură eliminată pe unitatea de timp din corpul VT datorită răcirii sale naturale sau artificiale. La calcularea tuburilor adiabatice, ultimul termen din (6.7) este neglijat din cauza micii sale, deoarece WT-urile sunt de obicei mici și schimbul lor de căldură cu aerul înconjurător prin convecție este nesemnificativ în comparație cu schimbul de căldură între fluxurile de gaz din interiorul WT. Iar în timpul funcționării VT-urilor răcite artificial, ultimul termen din (6.7) asigură o creștere a fracției din fluxul de gaz rece care părăsește VT. Nu a existat o răcire artificială în răcitorul vortex Finko, iar schimbul natural de căldură prin convecție cu aerul atmosferic din jur a fost nesemnificativ.
Următorul experiment al lui Finko, descris în, părea să nu aibă o legătură directă cu problemele transferului de căldură în VT. Dar el este cel care se îndoiește cel mai puternic nu numai de corectitudinea ideilor existente anterior despre mecanismul transferului de căldură între fluxurile de gaz în HT, ci și, în general, de corectitudinea întregii imagini general acceptate a funcționării HT. Finko introduce o tijă subțire de-a lungul axei VT, celălalt capăt al căruia este fixat într-un rulment. În timpul funcționării VT, tija începe să se rotească cu o viteză de până la 3000 rpm, condusă de fluxul de gaz central rotativ din VT. Dar numai direcția de rotație a tijei s-a dovedit a fi opusă direcției de rotație a fluxului principal de gaz vortex (periferic) în VT!
Din acest experiment, se poate concluziona că rotația fluxului central de gaz este opusă rotației fluxului periferic (principal). Dar acest lucru contrazice conceptul predominant al unei rotații „cvasi-rigide” a gazului într-un VT.
În plus, VE Finko a înregistrat, la ieșirea unui flux de gaz rece din VT, radiația infraroșie a unui spectru de bandă în intervalul de lungimi de undă de 5-12 microni, a cărei intensitate creștea odată cu creșterea presiunii gazului la intrarea în VT. Uneori, „radiația albastră care emană din miezul pârâului” a fost observată și vizual. Totuși, cercetătorul nu a acordat o importanță deosebită radiațiilor, observând prezența radiațiilor ca un efect concomitent curios și nici măcar nu a adus-o în valorile intensităților sale. Acest lucru sugerează că Finko nu a asociat prezența acestei radiații cu mecanismul de transfer de căldură în VT.
Aici trebuie să reamintim din nou mecanismul propus în Secțiunile 4.4 și 4.5 pentru scăderea energiei-masă „extra” din sistemul de corpuri aduse în rotație pentru apariția energiei de legare negative necesare a sistemului. Am scris că cel mai simplu mod de a descărca energie este către corpurile încărcate electric. Când se rotesc, pot pur și simplu emite energie sub formă de unde electromagnetice sau fotoni. În fluxul oricărui gaz există întotdeauna o anumită cantitate de ioni, a căror mișcare într-un cerc sau arc într-un flux vortex ar trebui să conducă la emisia de unde electromagnetice.
Adevărat, la frecvențele tehnice de rotație a vortexului, intensitatea radiației undelor radio de către un ion în mișcare, calculată folosind formula binecunoscută pentru radiația ciclotronului la frecvența fundamentală, se dovedește a fi extrem de mică. Dar radiația ciclotronului nu este singurul și departe de cel mai important dintre mecanismele posibile pentru emisia de fotoni dintr-un gaz în rotație. Există o serie de alte mecanisme posibile, de exemplu, prin excitarea moleculelor de gaz prin vibrații ion-acustice, urmată de emisia de molecule excitate. Vorbim aici despre radiația ciclotronică doar pentru că mecanismul ei este cel mai bine înțeles de inginer - cititorul acestei cărți. Să repetăm ​​încă o dată că atunci când natura are nevoie să radieze energie dintr-un sistem de corpuri în mișcare, are o mie de moduri de a face acest lucru. Mai ales dintr-un astfel de sistem precum un vortex de gaze, în care există atât de multe posibilități de radiație care sunt de înțeles chiar și cu dezvoltarea științei de astăzi.
V.E. Finko a înregistrat spectrul de bandă al radiației electromagnetice cu
lungimi de undă = <10 μm. Spectrul de bandă este caracteristic radiației termice a moleculelor de gaz. Solidele, pe de altă parte, oferă un spectru continuu de radiații. Din aceasta putem concluziona că radiația gazului de lucru, și nu corpul metalic al VT, a fost înregistrată în experimentele lui Finko.
Radiația termică a unui gaz în rotație poate consuma nu masa de repaus de molecule sau ioni care emit, ci energia termică a gazului ca parte cea mai mobilă a energiei sale interne. Ciocnirile termice dintre moleculele de gaz nu numai că excită moleculele, ci și hrănesc ionii cu energie cinetică, pe care o emit deja sub formă de energie electromagnetică. Și se pare că rotația gazului cumva (eventual printr-un câmp de torsiune) stimulează acest proces de radiație. Ca rezultat al emisiei de fotoni, gazul este răcit la temperaturi mai scăzute decât rezultă din teoriile cunoscute ale transferului de căldură între fluxurile de vortex central și periferic din WT.
Din păcate, munca lui Finko nu indică intensitatea radiației observate și, prin urmare, nu se poate spune nimic despre mărimea puterii transportate de aceasta. Dar el a remarcat încălzirea suprafeței interioare a pereților VT cu cel puțin 5 ° K, ceea ce s-ar putea datora încălzirii chiar prin această radiație.
În acest sens, se sugerează următoarea ipoteză despre procesul de îndepărtare a căldurii din fluxul central către fluxul de gaz vortexul periferic în VT. Gazul atât din fluxurile centrale, cât și din cel periferic emite fotoni pe măsură ce se rotesc. S-ar părea că periferica ar trebui să emită mai intens, deoarece are o viteză tangenţială mare. Dar fluxul central se află într-un câmp intens de torsiune axială, care stimulează emisia de fotoni de către moleculele și ionii excitați. (Acest lucru în experimentele lui Finko demonstrează prezența unei străluciri albastre tocmai din „miezul” fluxului.) În acest caz, gazul curentului este răcit datorită plecării radiației din acesta, care duce energia și radiația este absorbită de pereții tubului, care sunt încălziți de această radiație. Dar fluxul de gaz periferic în contact cu pereții conductei elimină această căldură și se încălzește. Ca urmare, fluxul de vortex central se dovedește a fi rece, iar cel periferic este încălzit.
Astfel, corpul VT joacă rolul unui corp intermediar care asigură transferul de căldură din fluxul vortex central către cel periferic.
Este clar că atunci când corpul HT este răcit, transferul de căldură de la acesta către fluxul de gaz periferic scade din cauza scăderii diferenței de temperatură dintre corpul conductei și gazul din acesta, iar capacitatea de refrigerare HT crește.
Această ipoteză explică și încălcarea echilibrului termic descoperit de Finko, despre care am vorbit mai sus. Într-adevăr, dacă o parte a radiației părăsește VT prin deschiderile sale de ieșire (și această parte poate fi de ~ 10%, judecând după geometria dispozitivului folosit de Finko), atunci energia transportată de această parte a radiației este nu. mai mult înregistrate de instrumente care măsoară temperatura de stagnare a gazului la ieșirile din conducte. Fracția de radiație care părăsește tubul crește în special dacă radiația este generată în principal în apropierea orificiului din diafragma 3 a tubului (vezi Fig. 6.5), unde vitezele de rotație a gazului sunt maxime.
Mai trebuie spuse câteva cuvinte despre încălzirea fluxului de gaz periferic în VT. Când V.E. Finko a instalat o „îndreptare” a fluxului de gaz („frână”) la capătul „fierbinte” al VT-ului său, partea „fierbintă” a fluxului de gaz de ieșire după ce „îndreptatorul” avea deja o temperatură cu 30-60 ° K mai mare decât Tovkh. În acest caz, ponderea fluxului rece a crescut din cauza scăderii zonei de curgere pentru îndepărtarea părții „fierbinte” a fluxului, iar temperatura părții reci a fluxului nu a mai fost la fel de scăzută ca la funcționare. fără „îndreptător”.
După instalarea „redresorului”, Finko constată un zgomot foarte intens în timpul funcționării VT-ului său. Și explică încălzirea gazului atunci când „îndreptatorul” este plasat în țeavă (care, după cum au arătat estimările sale, nu s-ar putea încălzi atât de mult doar din cauza frecării fluxului de gaz împotriva „îndreptatorului”) prin apariția apariției. a vibrațiilor sonore în gaz, al cărui rezonator este conducta. Finko a numit acest proces „mecanismul expansiunii și contracției undei de gaz” care duce la încălzirea acestuia.
Este clar că decelerația de rotație a fluxului de gaz ar fi trebuit să ducă la conversia unei părți din energia cinetică a fluxului în căldură. Dar mecanismul acestei transformări a fost dezvăluit numai în opera lui Finko.
Cele de mai sus arată că tubul vortex este plin de mult mai multe mistere și că ideile despre funcționarea lui care au existat de zeci de ani necesită o revizuire radicală.

6.4. Ipoteza contracurentului în vârtejuri

Mișcarea vortex conține atât de multe neexplorate încât mai mult de o generație de teoreticieni și experimentatori vor avea suficientă muncă. Și, în același timp, mișcarea vortex este, aparent, cel mai răspândit tip de mișcare în natură. Într-adevăr, toate acele corpuri (planete, stele, electroni dintr-un atom etc.), despre care am scris în secțiunea 4.1 că fac o mișcare circulară, de obicei se deplasează și ele înainte. Iar când se adaugă mișcările lor de rotație și translație, se obține o mișcare în spirală.
Există două tipuri principale de spirale: cilindrice elicoidale, despre care am vorbit în Secțiunea 4.3, și spirala lui Arhimede, a cărei rază a spirelor crește odată cu numărul de spire. Galaxiile spirale, cele mai mari vârtejuri din natură, au acest aspect.
Și suprapunerea mișcării de rotație de-a lungul spiralei lui Arhimede și a mișcării de translație de-a lungul axei sale dă, de asemenea, un al treilea tip de spirală - una conică. Într-o astfel de spirală, apa curge, curgând din baie într-o țeavă în partea inferioară a acesteia, iar aerul într-o tornadă. Gazul se deplasează de-a lungul aceleiași spirale conice în ciclonii tehnici. Acolo, cu fiecare revoluție, raza traiectoriei particulelor scade.


Orez. 6.6. Profilul de viteză al jeturilor scufundate libere cu diferite grade de răsucire:
a - flux direct; b - jet care se vârtejește slab; c - jet moderat învolburat; d - jet închis puternic învolburat; e - jet deschis puternic învolburat; un perete; b - gaură în perete; c - limitele jetului; d - profilul vitezei la diferite distante de perete; e - axa jetului; [Y este viteza axială.

Dar în răcitorul vortex Finko, care are un tub vortex conic, fluxul de gaz periferic se mișcă de-a lungul unei spirale conice în expansiune, iar fluxul contra-axial de-a lungul uneia înguste. Această configurație a fluxurilor în HT și ciclonul tehnic este determinată de geometria pereților aparatului.
Când luăm în considerare un tub vortex în secțiunea 6.2, am scris că fluxul axial invers în acesta are loc atunci când ieșirea de gaz prin capătul îndepărtat (fierbinte) al tubului este parțial blocată și se creează o presiune în exces în el, forțând gazul să căutați o a doua ieșire din tub. O astfel de explicație a apariției unui flux contra-axial în WB este în general acceptată astăzi.
Dar experții în jeturi turbionare, care sunt utilizate pe scară largă, de exemplu, pentru a crea torțe în arzătoarele centralelor termice, observă că contracurent de-a lungul axei unui jet învolburat are loc chiar și în absența pereților aparatului. Investigarea profilelor de viteză ale jeturilor scufundate libere (vezi Fig. 6.6) arată că curgerea axială inversă crește odată cu creșterea gradului de turbionare a jetului.
Cauza fizică a returului nu a fost încă clarificată. Majoritatea experților cred că aceasta apare deoarece, odată cu creșterea gradului de răsucire a jetului, forțele centrifuge aruncă particule de gazul său la periferie, drept urmare se creează o zonă de rarefacție în apropierea axei jetului, unde aerul atmosferic. se repezi,
situat în fața axei jetului.
Dar în lucrări se arată că fluxul invers este asociat nu atât cu gradientul de presiune statică în jet, cât cu raportul componentelor tangenţiale şi axiale (axiale) ale vitezei sale. De exemplu, jeturile formate dintr-un turbion cu un aparat cu palete tangenţiale, la un unghi de înclinare a palelor de 40-45 °, au o rarefacţie mare în regiunea axială, dar nu au fluxuri inverse. De ce nu sunt acolo rămâne un mister pentru specialiști.
Să încercăm să ne dăm seama, sau mai degrabă, să explicăm într-un mod diferit motivul apariției contracurenților axiali în jeturile turbionate.
Așa cum am observat deja de multe ori, ejectarea de energie de masă „extra” dintr-un sistem adus în rotație se realizează cel mai ușor prin emisia de fotoni. Dar acesta nu este singurul canal posibil. Putem propune și următoarea ipoteză, care la început va părea incredibilă unor mecanici.
Calea către această ipoteză a fost lungă și a fost făcută de mai mult de o generație de fizicieni. Chiar și Viktor Schauberger, un genial pepită austriacă, un pădurar care s-a angajat în fizică în timpul liber, care a dedicat mult timp în anii 1920 înțelegerii mișcării vortexului, a observat că atunci când apa care curge în conducta de la baie se desfășoară spontan, timpul de golire a băii scade. Aceasta înseamnă că nu numai viteza tangențială, ci și cea axială crește în vortex. Apropo, iubitorii de bere au observat de mult acest efect. În competițiile lor, în efortul de a introduce conținutul sticlei în gură cât mai repede posibil, ei de obicei învârt mai întâi berea în sticlă energic înainte de a o arunca înapoi.
Nu știm dacă lui Schauberger îi plăcea berea (ce austriac nu-i place!), dar a încercat să explice acest fapt paradoxal prin faptul că în vârtej energia mișcării termice a moleculelor din ea este transformată în energie cinetică. a mișcării axiale a jetului. El a subliniat că, deși o astfel de opinie contrazice a doua lege a termodinamicii, nu se poate găsi o altă explicație, iar scăderea temperaturii apei în vârtej este un fapt experimental.
Pe baza legilor conservării energiei și impulsului, se presupune de obicei că atunci când jetul se învârte într-un vortex longitudinal, o parte din energia cinetică a mișcării de translație a jetului este convertită în energia de rotație a acestuia și se crede că ca urmare, viteza axială a jetului ar trebui să scadă. Acest lucru, așa cum s-a argumentat, de exemplu, în, ar trebui să conducă la o scădere a gamei jeturilor scufundate libere atunci când acestea se rotesc.
Mai mult decât atât, în inginerie hidraulică, ei se luptă de obicei în toate modurile posibile cu vârtejurile de fluid în dispozitivele pentru preaplinul acestuia și se străduiesc să asigure un flux laminar fără vortex. Acest lucru se datorează faptului, așa cum este descris, de exemplu, prin aceea că apariția unui cordon vortex în fluxul de lichid implică formarea unei pâlnii pe suprafața lichidului deasupra intrării în conducta de scurgere. Pâlnia începe să aspire puternic aer, a cărui intrare în conductă este nedorită. În plus, se crede în mod eronat că apariția unei pâlnii cu aer, care reduce fracțiunea de secțiune transversală a orificiului de admisie ocupată de lichid, reduce și fluxul de lichid prin această deschidere.
Experiența iubitorilor de bere arată că cei care cred așa se înșală: în ciuda scăderii fracțiunii secțiunii transversale a găurii ocupate de fluxul de lichid, acesta din urmă curge prin orificiu mai repede când fluxul se rotește decât fără rotație. .
Dacă L. Gerbrand, despre care am scris în Secțiunea 3.4, s-a străduit să obțină o creștere a puterii hidrocentralelor doar prin îndreptarea debitului de apă către turbină și îngustarea treptat a conductei de apă, astfel încât apa să dobândească cea mai mare viteză de înaintare posibilă. , apoi Schauberger a echipat și conducta de apă care se îngustează cu ghidaje șuruburi, învârtind fluxul de apă într-un vortex longitudinal, iar la capătul conductei de apă, el plasează o turbină axială cu un design fundamental nou. (Brevet austriac nr. 117749 din 05/10/1930)
Particularitatea acestei turbine (vezi Fig. 6.7) este că nu are pale, care în turbinele convenționale traversează fluxul de apă și, rupându-l, irosesc multă energie pentru a depăși forțele de tensiune superficială și de aderență a moleculelor de apă. Aceasta duce nu numai la pierderi de energie, ci și la apariția fenomenelor de cavitație, determinând erodarea metalului turbinei.
Turbina Schauberger are o formă conică cu palete spiralate sub formă de tirbușon înșurubat într-un curent de apă învolburat. Nu rupe fluxul și nu creează cavitație. Nu se știe dacă o astfel de turbină a fost implementată în practică oriunde, dar schema ei, desigur, conține idei foarte promițătoare.
Totuși, ne interesează aici nu atât turbina Schauberger, cât afirmația sa că energia mișcării termice a moleculelor de apă într-un flux vortex poate fi transformată în energia cinetică a fluxului de apă. În acest sens, cele mai interesante sunt rezultatele experimentelor efectuate în 1952 de W. Schauberger împreună cu profesorul Franz Popel la Colegiul Tehnic din Stuttgart, despre care vorbește Joseph Gasslberger din Roma.
Cercetând influența formei canalului conductei de apă și a materialului pereților acestuia asupra rezistenței hidrodinamice la curgerea în vârtej de apă din acesta, experimentatorii au descoperit că cele mai bune rezultate se obțin cu pereții de cupru. Dar cel mai surprinzător lucru este că, cu o configurație de canal asemănătoare unui corn de antilope, frecarea în canal scade odată cu creșterea vitezei apei și, după depășirea unei anumite viteze critice, apa curge cu rezistență negativă, adică este aspirată în canal și accelerează în ea.

Orez. 6.7. turbina Schauberg

Gasslberger este de acord cu Schauberger că aici vortexul transformă căldura apei în energia cinetică a curgerii sale. Dar el observă că „termodinamica, așa cum este predată în școli și universități, nu permite o astfel de transformare a căldurii la diferențe de temperatură scăzute”. Cu toate acestea, subliniază Gasslberger, termodinamica modernă nu poate explica multe alte fenomene naturale.
Și aici teoria mișcării poate ajuta la înțelegerea de ce mișcarea vortex oferă, aparent contrar conceptelor predominante ale termodinamicii, transformarea căldurii fluxului învolburat de materie în energia mișcării sale axiale în conformitate cu formula ( 6.4). Învârtirea fluxului în vortex obligă o parte din căldură, care face parte din energia internă a sistemului, să fie convertită în energie cinetică a mișcării de translație a fluxului de-a lungul axei vortexului. De ce exact de-a lungul axei? Pentru că atunci vectorul viteză al mișcării de translație dobândite se dovedește a fi perpendicular pe vectorul vitezei tangențiale instantanee a mișcării de rotație a particulelor din flux și nu modifică valoarea acesteia din urmă. În acest caz, se respectă legea conservării momentului unghiular al curgerii.
În plus, accelerația particulelor într-o direcție perpendiculară pe direcția mișcării lor principale (circulare) într-un vortex duce la o creștere relativistă a masei lor transversale și nu longitudinale. Despre necesitatea de a lua în considerare separat masele transversale și longitudinale ale particulelor elementare * (Acesta este ca și cum ați calcula separat efectele Doppler longitudinal și transversal.) a scris mult în stadiul inițial al formării SRT (vezi, de exemplu,.) Și anume, masa longitudinală (corespunzând în acest caz vitezei tangențiale de mișcare a particulelor într-un vortex) determină mărimea forțelor centrifuge în timpul circularului mişcare. Când o parte din energia internă a sistemului este convertită în energie cinetică a mișcării axiale (axiale) a corpurilor din acesta, forțele centrifuge nu cresc. Prin urmare, energia mișcării axiale apărute se dovedește a fi, parcă, a dispărut din problema mișcării circulare, care este echivalentă din punct de vedere matematic cu plecarea sa din sistemul rotativ fără nicio emisie de fotoni.
Dar legea conservării impulsului sistemului cere ca, în cazul dobândirii unui impuls axial printr-un flux vortex, un alt corp (de exemplu, corpul unui aparat vortex) dobândește simultan aceeași mărime a impulsului în sensul opus. direcţie. În aparatele vortex închise, de exemplu, în tuburile vortex, precum și atunci când nu există niciun contact al fluxului de vortex cu pereții aparatului (ca în unele cazuri de jeturi turbionare libere), impulsul de întoarcere este forțat să dobândească axial. parte a fluxului, care are o viteză tangențială mai mică decât partea periferică. Cu toate acestea, impulsul de recul poate fi purtat și de fluxul axial (axial) de fotoni sau neutrini generați în timpul mișcării de rotație, care va fi discutat în capitolul al unsprezecelea.
Acesta este, în termeni generali, adevăratul, din punctul nostru de vedere, motivul apariției contracurentului atât în ​​tuburile vortex, cât și în jeturile turbionante.

Concluzii pentru capitol

1 Vârtejurile atmosferice sunt caracterizate în principal prin mișcarea aerului cu mâna dreaptă în ele și prezența unui „ochi de furtună” - o zonă centrală de mișcări lente sau calm.
2. Tornadele mai au o serie de mistere: viteze ultra mari ale aerului și obiectelor prinse în ele, o forță extraordinară de ridicare care depășește forța presiunii fluxului de aer, prezența strălucirii etc.
3. Energia termică a maselor de aer umed este transformată în energie de mișcare în vârtejurile atmosferice. În acest caz, are loc concentrația de energie, care la prima vedere contrazice principiile termodinamicii.
4. Contradicția cu termodinamica este înlăturată dacă presupunem că vortexurile atmosferice, în conformitate cu cerințele teoriei mișcării, generează radiații termice (infraroșii și cu microunde).
5. Descoperirea în anii '30 de către J. Ranke a efectului separării gazelor într-un tub vortex în fluxuri vortex axiale calde din apropierea peretelui și reci a inițiat o serie de noi direcții în tehnologie, dar încă nu are un nivel suficient de complet și consistent. explicatie teoretica.
6. Lucrările lui V.E. Finko în anii 80 a pus la îndoială corectitudinea unor idei general acceptate despre procesele dintr-un tub vortex: balanța energetică din acesta, mecanismul de transfer de căldură turbulent în contracurent etc.
7. V.E. Finko a descoperit că un contracurent axial rece într-un tub vortex are o direcție de rotație opusă direcției de rotație a fluxului de gaz principal (periferic) și că un tub vortex de gaz generează radiații infraroșii dintr-un spectru de bandă și uneori și un albastru. radiatii care ies din zona axiala.
8. Amplasarea în capătul fierbinte al tubului vortex al frânei - cabluri de îndreptare a fluxului de gaz,
după cum a descoperit V.E. Finko, la apariția unor vibrații sonore intense în gaz, al cărui rezonator este conducta, și la încălzirea lor puternică a fluxului de gaz.
9. Se propune un mecanism de îndepărtare a căldurii din contrafluxul axial al gazului din tubul vortex către fluxul periferic datorită radiației de către fluxul axial de fotoni stimulați de accelerarea rotației gazului, care încălzesc pereții tubului vortex, și deja de la ele căldura este transferată în fluxul de gaz periferic care le spală.
10. Contracurent axial are loc nu numai în tuburile vortex, ci și în jeturile turbionare libere, unde nu există pereți ai aparatului, motivul pentru care încă nu este pe deplin înțeles.
11. V. Schauberger în anii 30 a subliniat că într-un vârtej o parte din energia mișcării termice a moleculelor din acesta este transformată în energia cinetică a mișcării axiale a unui curent de apă și a propus să utilizeze aceasta.
12. Teoria mișcării explică efectul Schauberger prin faptul că învârtirea curgerii apei forțează o parte din energia termică a moleculelor, care este energia internă a curgerii, să nu părăsească fluxul învolburat sub formă de radiație, ci să se transforme în energia cinetică a fluxului în direcția perpendiculară pe viteza tangențială a turbionării, să se deplaseze de-a lungul axei curgerii vortexului. Acesta din urmă este cerut de legea conservării momentului unghiular al debitului. Iar legea conservării impulsului de-a lungul axei sale de rotație cere ca la
acesta fie a apărut un contracurent, fie s-a născut o emisie axială de fotoni sau neutrini, care compensează modificarea impulsului longitudinal al fluxului.

Atmosfera planetei noastre nu este niciodată calmă, masele sale de aer sunt în continuă mișcare. Elementul aer atinge cea mai mare forță în cicloni - rotații circulare ale vântului spre centru. Furtunile, uraganele sunt vârtejuri gigantice care se învârt nebunește. Cel mai adesea, își au originea în zonele încălzite ale oceanelor tropicale, dar pot apărea și la latitudini mari. Cele mai mari vârtejuri - tornadele - sunt încă în mare parte misterioase.

Atmosfera Pământului este ca un ocean, unde aerul stropește în loc de apă. Sub influența radiației solare, reliefului și rotației zilnice a planetei, în aerul oceanului apar neomogenități. Zonele de joasă presiune se numesc cicloni, zonele de înaltă presiune se numesc anticicloni. În cicloane apar vânturile puternice. Cele mai mari dintre ele ating mii de kilometri în diametru și sunt clar vizibile din spațiu datorită norilor care le umplu. În esență, acestea sunt vortexuri, în care aerul se mișcă în spirală de la margini spre centru, într-o zonă de presiune scăzută. Astfel de vârtejuri, existente în mod constant în atmosferă, dar născute la tropice - în Atlantic și în partea de est a Oceanului Pacific - și ating viteze ale vântului de peste 30 m/s, se numesc uragane. ("Uraganul" - în numele zeului rău indian Huracan). Pentru ca aerul să se miște cu o astfel de viteză, este necesară o diferență mare de presiune atmosferică la o distanță scurtă.

Fenomene similare din partea de vest a Oceanului Pacific, la nord de ecuator, sunt numite taifunuri (din limba chinezească „typhen”, care înseamnă „vânt mare”), iar în Golful Bengal - pur și simplu cicloni.

Uraganele apar peste apele calde ale oceanelor între gradele cinci și douăzeci de latitudine nordică și sudică. O condiție prealabilă pentru formarea lor este o masă uriașă de apă încălzită. S-a stabilit că temperatura apei trebuie să fie de cel puțin 26,5 ° C, adâncimea de încălzire să fie de cel puțin cincizeci de metri. Mai caldă decât aerul, apa oceanului începe să se evapore. Masele de abur încălzit se ridică în sus, formând o zonă de presiune redusă și atrăgând aerul din jur în mișcare. La o anumită altitudine, aburul încălzit ajunge la punctul de rouă și se condensează. Energia termică eliberată în acest timp încălzește aerul, determinându-l să se străduiască în sus și, astfel, hrănește ciclonul nou-născut. Componenta de rotație a vitezei vântului o învârte în sens invers acelor de ceasornic în emisfera nordică și în sensul acelor de ceasornic în emisfera sudică. Rotația atrage în vortex din ce în ce mai multe mase de aer din exterior. Drept urmare, silueta ciclonului ia forma unei pâlnii uriașe, cu gâtul îndreptat în jos. Marginile sale se ridică uneori până la limitele superioare ale troposferei. În interiorul pâlniei se formează o zonă de vreme senină, calmă, cu presiune atmosferică scăzută, înconjurată de nori de furtună. Acesta este ochiul uraganului. Dimensiunea sa obișnuită este de 30-60 de kilometri. Apare numai în cicloni tropicali puternici și este clar vizibil din spațiu. Un ciclon tropical se deplasează la nord sau la sud de ecuator, în funcție de locul nașterii. Peste uscat, se slăbește rapid, prăbușindu-se din cauza rugozității suprafeței pământului și a lipsei de umiditate. Dar de îndată ce iese în ocean, iar volantul se poate întoarce cu vigoare reînnoită. Un uragan puternic poate distruge insule întregi și poate schimba coastele. Căzând pe zone dens populate, comite distrugeri colosale, iar ploile și inundațiile care le însoțesc dau o altă lovitură, nu mai puțin periculoasă. Deci, din consecințele ciclonului care a lovit statul Bangladesh în 1970, au murit peste trei sute de mii de oameni. Uraganul Katrina, care a lovit Golful Mexic în 2005, a ucis aproape două mii de oameni și a provocat pagube de peste 80 de miliarde de dolari.

În zona tropicală se formează anual sute de cicloane, dar nu toți câștigă puterea uraganelor. Centrul Național pentru Uragane din Florida prezice 11 vârtejuri puternice pentru sezonul următor. Au deja propriile nume în magazin. Tradiția de a numi uraganele a fost înlăturată în secolul al XVI-lea de spaniolii care au condus America Latină. I-au numit pe numele sfinților. Apoi au intrat în vogă numele feminine, din anii 1970 - nume masculine. Ideea a fost preluată de serviciile meteorologice din întreaga lume, cu excepția Asiei de Sud.

Atlanticul dă o furtună puternică

În latitudinile înalte și polare, există fenomene de vortex similare, doar mecanismul formării lor este diferit. Un ciclon extratropical primește energie de la un front atmosferic puternic, unde aerul polar rece converge cu aerul cald. Desfacerea unui astfel de sistem are loc și din cauza rotației Pământului. Diametrul ciclonilor extratropicali este mai mare decât cel al ciclonilor tropicali, dar energia este mai mică.

Când viteza vântului într-un ciclon extratropical atinge 20-24 m/s (nouă puncte pe scara Beaufort), i se atribuie o categorie de furtună. Vânturile mai puternice sunt rare. Dacă, totuși, un uragan se formează, de exemplu, peste Atlanticul de Nord, atunci răvășește în ocean, captând uneori coasta Europei. În ultimii ani, însă, au început să apară excepții. În decembrie 1999, cel mai puternic uragan „Lothar”, care a provenit din ciclonul Atlanticului de Nord, s-a mutat în centrul continentului, în Elveția. „Cyril”, care a paralizat viața europenilor pentru câteva zile în ianuarie 2007, a acoperit și mai mult teritoriu. Viteza vântului în el atingea uneori 62 m/s.

În ultimul deceniu, ciclonii extratropicali au trecut mai des în categoria furtunilor și uraganelor, iar traiectoriile lor s-au schimbat și ele. Dacă depresiunile atmosferice anterioare care au avut originea peste Atlanticul de Nord s-au repezit prin Marea Britanie și Peninsula Scandinavă până în Oceanul Arctic, acum au început să se îndrepte spre est și spre sud, aducând vânturi puternice și precipitații abundente în centrul Europei și chiar în Rusia. Aceste fapte indică faptul că probabilitatea unor furtuni severe este în creștere și ar trebui să fim pregătiți pentru elemente precum „Kirill”.

O tornadă a distrus o zonă rezidențială din Quirla, Germania de Est, în noaptea de 2 octombrie 2006.

Oameni și uragane: războiul lumilor

Energia cinetică a unui uragan puternic este enormă - 1,5 x 10 12 wați, ceea ce reprezintă jumătate din capacitatea de generare a tuturor centralelor electrice din lume. Unii dezvoltatori visau de mult să-l trimită într-o direcție utilă, dar informațiile despre acest lucru sunt la nivelul zvonurilor. Se presupune că există laboratoare secrete care dezvoltă arme meteorologice și chiar le testează. Una dintre puținele confirmări oficiale că se lucrează în această direcție este raportul Weather as a Force Multiplier: Owning the Weather in 2025, postat cu ceva timp în urmă pe site-ul US Air Force. Are un capitol despre managementul meteorologic militar. Furtunile direcționate se numără printre principalele capacități de lovitură ale armelor meteorologice. Armata americană își cunoaște direct „puterea de luptă”: în 1992, uraganul Andrew a distrus baza Homestead din Peninsula Florida. Cu toate acestea, ideea furtunilor dirijate ar trebui privită mai mult ca o fantezie decât ca un proiect. Până acum, uraganele nu sunt supuse controlului uman.

Pentru a rezista elementelor naturale, au fost propuse o mulțime de modalități, inclusiv exotice - de a le alunga de coastă cu ajutorul unor evantai giganți sau de a le arunca în aer cu o bombă cu hidrogen. În experimentul Stormfury realizat de oamenii de știință americani în 1960-1980, iodură de argint a fost pulverizată în zona uraganului. S-a presupus că această substanță contribuie la înghețarea apei suprarăcite, în urma căreia se eliberează căldură, iar ploile și vânturile se intensifică în zona ochiului uraganului, distrugând structura întregului vortex. De fapt, s-a dovedit că în ciclonii tropicali există prea puțină apă suprarăcită, iar efectul pulverizării este minim. Măsurile preventive, cum ar fi modificarea parametrilor depresiei atmosferice particulare din care se naște uraganul, sunt probabil să ajute. De exemplu, răcirea suprafeței oceanului cu materiale criogenice sau aisberguri, pulverizarea funingine peste apă pentru a absorbi radiația solară (pentru ca apa să nu se încălzească). La urma urmei, trebuie să existe un fel de mecanism de declanșare care transformă brusc vântul într-o spirală nebună. În el se află cheia gestionării elementelor și a capacității de a prezice cu exactitate locul și ora nașterii unui uragan. Numai specialiștii nu o pot detecta în niciun fel și, prin urmare, încercările de a preveni întărirea vârtejului nu duc la succes.

Din Kansas până în Oz

Există mici vârtejuri în atmosferă - tornade. Ele apar în nori de tunete și se întind spre apă sau pământ. Tornadele apar aproape peste tot pe Pământ, dar cel mai adesea, aproximativ 75% din cazuri, apariția lor este remarcată în Statele Unite. Americanii le numesc „tornade” sau „twisters”, adică rotația frenetică și traiectoria complexă. În Europa, același fenomen este cunoscut sub denumirea de „trombus”.

Există o mulțime de fapte despre tornade - au început să se studieze la sfârșitul secolului al XIX-lea. (O mini tornadă poate fi instalată chiar acasă prin plasarea unui ventilator peste o cadă cu hidromasaj.) Cu toate acestea, nu există încă o teorie coerentă a originii lor. Potrivit celui mai răspândit concept, tornadele își au originea la o altitudine de primii kilometri când aerul cald care vine de jos întâlnește un vânt rece orizontal. Aceasta explică, de exemplu, de ce nu există tornade în locuri foarte reci, precum Antarctica, unde aerul de lângă suprafață nu este cald. Pentru a accelera un vortex la o viteză mare, este, de asemenea, necesar ca presiunea atmosferică din interiorul acestuia să scadă brusc. Tornadele însoțesc adesea ciclonii tropicali. O astfel de pereche - un uragan cu o tornadă - este deosebit de dăunătoare. Sunt mai multe tornade la rând. Așadar, în aprilie 1974, 148 de tornade au apărut în SUA și Canada în decurs de 18 ore. Peste trei sute de oameni au fost uciși.

De obicei, o tornadă are forma unei trunchi de elefant atârnând de un nor de tunete. Uneori arată ca o pâlnie sau un stâlp. Captând apă, nisip sau alte materiale de la suprafață, tornada devine vizibilă. Lățimea medie a tornadei este de câteva sute de metri, viteza de mișcare este de 10–20 m / s. Trăiește câteva ore și parcurge zeci de kilometri. Un vârtej puternic aspiră, ca un aspirator uriaș, tot ce iese în cale și îl împrăștie pe zeci de kilometri în jur. Există multe povești amuzante despre ploile minunate, de exemplu, din fructe sau meduze. În 1940, în satul Meshchera, regiunea Gorki, au căzut din cer monede de argint, pe care tornada le-a „împrumutat” dintr-o comoară de mică adâncime. Odată ajuns în Suedia, un vârtej care a zburat brusc pe stadion chiar în mijlocul unui meci bandy, l-a ridicat alături de poartă pe portarul uneia dintre echipe și i-a mutat cu grijă câțiva metri, fără să-i facă vreun rău. Deși cu câteva clipe înainte, a spart stâlpii de telegraf ca pe chibrituri și a zdrobit câteva clădiri din lemn în bucăți.

Energia unei tornade este mai mică decât cea a uraganelor, dar viteza vântului în ea este mult mai mare și poate ajunge la 140 m/s. Pentru comparație, ciclonii tropicali din categoria cea mai înaltă, a cincea, pe scara uraganelor Saffir-Simpson adoptate în SUA încep cu o viteză a vântului de 70 m/s. Un băț, destul de nerăsucit de o tornadă, poate străpunge un trunchi de copac, iar un buștean poate bate o casă. Doar 2% dintre tornade ating puterea distructivă și totuși daunele lor medii anuale asupra economiei țărilor afectate sunt foarte mari.

Dar încălzirea globală?

Cercetătorii notează că în Atlantic, perioadele de activitate ale uraganelor și tornadelor alternează cu calm relativ. Numărul turbulențelor atmosferice, în special uraganele puternice (în medie 3,5 pe an), a crescut în 1940-1960 și din 1995 până în prezent. Puterea vântului de astăzi și a furtunilor oceanice îi uimește chiar și pe marinarii experimentați. Unii oameni de știință consideră că cea mai recentă explozie a activității atmosferice este pe termen lung și o asociază cu încălzirea globală. Alții susțin că este legat de ciclurile activității solare. Ambele versiuni nu au fost încă confirmate, dimpotrivă, la scară planetară, nu s-a observat o creștere a numărului de cicloni tropicali.

Cu toate acestea, întrebarea cu privire la modul în care activitatea uraganului se va schimba pe măsură ce temperatura medie anuală a planetei crește rămâne deschisă. Prin urmare, prognozele precise ale ciclonilor tropicali sunt mai relevante ca niciodată. Pentru ei sunt implicate cele mai moderne mijloace: sateliți spațiali, avioane, geamanduri umplute cu electronice, radare, supercomputere. Există o mulțime de informații: toate uraganele înregistrează, urmăresc și alertează oamenii despre posibilul pericol. Avertizarea și evacuarea în timp util sunt singurele modalități eficiente de combatere a elementelor în prezent.

Innokenty Senin

Influența activă asupra vremii - intervenția omului în cursul proceselor atmosferice prin modificarea pentru scurt timp a unor proprietăți fizice sau chimice într-o anumită parte a atmosferei prin mijloace tehnice. Acestea includ precipitații de ploaie sau ninsoare din nori, prevenirea grindinii, dispersarea norilor și a ceții, atenuarea sau eliminarea înghețului în stratul de aer subsol etc.

Din cele mai vechi timpuri, oamenii s-au străduit să schimbe vremea, dar abia în secolul al XX-lea au fost dezvoltate tehnologii speciale pentru influențarea atmosferei, care duc la o schimbare a vremii.

Semănatul norilor este cel mai comun mod de a schimba vremea; este folosit fie pentru a crea ploi în zonele aride, fie pentru a reduce probabilitatea de grindină - prin cauzarea ploii înainte ca umiditatea din nori să se transforme în grindină sau pentru a reduce precipitațiile.

Materialul a fost pregătit pe baza informațiilor de la RIA Novosti și a surselor deschise