Vortex atmosferic pentru a dispersa norii. Tehnologia impactului artificial asupra vremii

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 sau trunchi de nor cu un diametru de zeci și sute de metri. . Uneori, un vârtej format pe mare se numește tornadă, iar pe uscat se numește tornadă. Vârtejele atmosferice, asemănătoare tornadelor, dar formate în Europa, se numesc cheaguri de sânge. Dar mai des 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 părinte. De obicei, diametrul transversal al pâlniei tornadei din secțiunea inferioară este de 300-400 m, deși dacă tornada atinge suprafața apei, această valoare poate fi de numai 20-30 m, iar când pâlnia trece pe uscat poate ajunge la 1,5. -3 km. În interiorul pâlniei, aerul coboară, iar în exterior se ridică, rotindu-se rapid, creând o zonă de aer foarte rarefiat. Rarefacția este atât de semnificativă încât obiectele închise umplute cu gaz, inclusiv clădirile, pot exploda din interior din cauza diferenței de presiune. Determinarea vitezei de mișcare a aerului într-o pâlnie este încă problema serioasa. Practic, estimările acestei cantități sunt cunoscute din observații indirecte. În funcție de intensitatea vârtejului, viteza curgerii în acesta poate varia. Se crede că depășește 18 m/s și, potrivit unor estimări indirecte, poate ajunge 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 standard de 20 de kilotone de TNT, similară cu prima bombă atomică explodata de Statele Unite în timpul Testul Trinity în New Mexico pe 16 iulie 1945. În emisfera nordică, rotația aerului în tornade are loc, de regulă, în sens invers acelor de ceasornic. Motivele formării tornadelor nu au fost pe deplin studiate până acum. Este posibil să specificați doar câteva Informații generale , cea mai caracteristică 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 dintr-un nor de tunete, atârnând deasupra solului. Straturile reci de aer direct sub nor se reped 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 - cald și rece). Energia potențială a acestui sistem este transformată în energia cinetică a mișcării de rotație a aerului. Viteza acestei mișcări crește și ia forma sa clasică. Viteza de rotație crește cu timpul, în timp ce în centrul tornadei, aerul începe să se ridice intens în sus. Așa decurge a doua etapă a existenței unei tornade - 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 desprinde de suprafața pământului, ridicându-se treptat înapoi în norul părinte. Ce se întâmplă în interiorul tornadei? În 1930, un fermier din Kansas, pe cale să coboare în 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 desprins brusc de 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 o strălucire continuă de fulgere, sărind în zig-zag de la un perete la altul...”. Iată un alt caz similar. În 1951, în Texas, o tornadă care s-a apropiat de o persoană s-a desprins de sol și a măturat la șase metri deasupra capului său. 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 de lumină albastră. Există multe mărturii ale martorilor care au susținut 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. fulger cu minge în tornade au fost observate în mod repetat. În tornade, nu se observă doar bile luminoase, ci și nori luminoși, pete, dungi rotative și uneori inele. Evident, strălucirile din interiorul tornadei sunt asociate cu turbulențe turbulente de diferite forme și dimensiuni. Uneori, toată tornada strălucește în galben. În tornade, se dezvoltă adesea curenți de o putere enormă. Ele sunt descărcate de nenumărate fulgere (obișnuite și globulare) sau duc la apariția unei plasme luminoase care acoperă întreaga suprafață a tornadei și aprinde obiectele care au căzut în ea. Cunoscutul 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 existat. se manifestă”. Proprietățile plasmei care învăluie uneori tornade sunt mult mai puțin cunoscute. Este incontestabil că unele obiecte din apropierea zonei de distrugere se dovedesc a fi arse, carbonizate sau uscate. K. Flammarion a scris că tornada care a devastat Shatney (Franța) în 1839 „... a pârjolit copacii care se aflau pe marginile cărării sale, iar cei care stăteau pe această potecă în sine au fost dezrădăcinați. Vârtejul a acționat doar asupra copacilor pârjoliți. pe o parte, pe care toate frunzele și ramurile nu numai că s-au îngălbenit, ci s-au și uscat, în timp ce cealaltă parte a rămas neatinsă și a devenit verde ca înainte. După tornada care a provocat distrugeri la Moscova în 1904, mulți copaci căzuți au fost arși grav. Se pare că vârtejele de aer nu sunt doar rotația aerului în jurul unei anumite axe. Acesta este un proces energetic complex. Se întâmplă ca oameni care nu sunt atinși de o tornadă, fără un motiv aparent, să cadă morți. Aparent, în aceste cazuri oamenii sunt uciși de curenții de înaltă frecvență. Acest lucru este confirmat de faptul că prizele, receptoarele și alte dispozitive se defectează în casele supraviețuitoare, ceasul începe să meargă prost. 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 se află cel mai mare număr de tornade. observat), mai puțin - în statele de est ale Statelor Unite. În sud, în Florida Keys, tornade apar din mare aproape în fiecare zi, din mai până la jumătatea lunii octombrie, pentru care zona a primit porecla „țara trombelor de apă”. În 1969, aici au fost înregistrate 395 de astfel de vârtejuri. A doua regiune a globului în care apar condițiile pentru formarea tornadelor este Europa (cu excepția Peninsulei Iberice) și întregul teritoriu european al Rusiei. Clasificarea tornadelor În formă de bici Acesta este cel mai comun tip de tornade. Pâlnia pare netedă, subțire și poate fi destul de întortocheată. Lungimea pâlniei depășește considerabil raza acesteia. Vârtejurile slabe și vârtejurile care coboară pe apă sunt, de regulă, vârtejuri ca un bici. Fuzzy Apare ca niște nori zguduiți, rotativi, care ajung la pământ. Uneori, diametrul unei astfel de tornade chiar depășește înălțimea acesteia. Toate craterele cu diametru mare (mai mult de 0,5 km) sunt indistincte. De obicei, acestea sunt vârtejuri foarte puternice, adesea compuse. Ele provoacă daune enorme datorită dimensiunilor lor mari și vitezei foarte mari ale vântului. Compozitul poate 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 vaste. Fiery 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 puterea vântului zero (cea mai slabă) coincide cu vântul uraganului pe scara Beaufort. Scara Beaufort este o scară de douăsprezece puncte adoptată de Organizația Meteorologică Mondială pentru o estimare aproximativă a vitezei vântului prin efectul acestuia asupra obiectelor terestre sau a valurilor din marea liberă. Calculat de la 0 - calm la 12 - uragan. Tornadele mătură orașele cu o forță teribilă, măturându-le de pe suprafața Pământului împreună cu sute de locuitori. Uneori, puterea distructivă puternică a acestui element natural este sporită datorită faptului că mai multe tornade se combină și lovesc în același timp. Zona după o tornadă este ca un câmp de luptă după un bombardament teribil. De exemplu, la 30 mai 1879, două tornade, care au urmat una după alta cu un interval de 20 de minute, au distrus orașul de provincie Irving, cu 300 de locuitori, în nordul Kansasului. Tornada Irving este asociată cu una dintre cele mai convingătoare dovezi ale puterii enorme a tornadelor: un pod de oțel lung de 75 m peste râul Big Blue a fost ridicat în aer și răsucit ca o frânghie. Rămășițele podului fuseseră reduse la un mănunchi dens și compact de pereți despărțitori de oțel, ferme și funii, rupte și răsucite în cel mai fantastic mod. Aceeași tornadă a trecut prin lacul Freeman. A smuls patru secțiuni ale podului de cale ferată 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

Caracterizați atmosfera fenomene periculoase(cicloane, taifunuri, uragane, furtuni, furtuni, furtuni, tornade, precipitații abundente, secete, ceață, gheață, furtuni de zăpadă, înghețuri, înghețuri, furtuni, 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 împrăștie norii și aduc nori de ploaie pe câmpurile care produc culturi, așa că vântul este cea mai importantă componentă a vieții.

Mediul gazos din jurul Pământului, care se rotește odată 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, rezultat din distribuția neuniformă a presiunii atmosferice și direcționat din zonă presiune ridicata spre zona joasă.

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 scăderea de presiune se egalizează mai rapid și viteza vântului este mai mare.

Direcția vântului depinde de:

Poziții reciproce ale zonelor de înaltă și joasă presiune;

Rotația pământului;

În 1806, amiralul englez Bafarth a dezvoltat o scară pentru a determina puterea vântului în puncte. Această scară este încă utilizată astăzi.

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

O persoană este ținută pe picioare la viteze ale vântului de până la 36 m/s. Cu o viteză a vântului de 44 m/s, nimeni nu îndrăznește să părăsească camera. De îndată ce presiunea vântului, care este egală cu pătratul vitezei, depășește masa unei persoane, forțele îl schimbă, 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 perturbarea vieții.

Scala Beaufort pentru determinarea puterii vântului

Puterea vântului (puncte)	Desemnarea verbală	Viteza m/s	Medie rotunjită, m/s	Medie rotunjită, km/h	Mediu rotunjite, noduri	Presiune medie rotunjită, kg/m	Efectul vântului asupra obiectelor
	Vânt liniştit	0,3-1,5			2,5	0,1	Este o adiere ușoară. Direcția vântului poate fi determinată din fum. Frunzele și steagurile sunt nemișcate.
	Briză ușoară	1,6-3,3				0,5	Fanionul fluctuează ușor, uneori steagurile și frunzele de pe copaci.
	vânt slab	3,4-5,4					Steaguri flutură, ramuri mici de copac cu frunze se leagănă.
	vânt moderat	5,5-7,9					Steaguri mici și fanioane sunt întinse, ramuri de copaci fără frunziș se leagănă. Vântul ridică praf și bucăți de hârtie
	Adiere proaspătă	8,0-10,7					Se ridică steaguri mari, ramuri mari goale de copaci se leagănă.
	Vânt puternic	10,8-13,8					Ramuri mari se leagănă, fluieră în viteză, între case și obiecte staționare.
	vânt puternic	13,9-17,1					Trunchiurile copacilor mici fără frunze se leagănă. Firele de telefon bâzâie.
	Vant foarte puternic	17,2-24,4					Scutură copacii mari, rupe ramuri și ramuri. Întârzie semnificativ mișcarea împotriva 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 violentă	28,5-32,6					Produce distrugeri mari.
	Uragan	32 sau mai mult	Peste 32	Peste 105	Peste 57	Peste 74	Provoacă distrugeri catastrofale, smulge copacii

Condițiile meteorologice joacă rolul unui aparat de aer condiționat, datorită căruia planeta noastră rămâne locuibilă. Sunt forta motrice, deplasând căldura și umezeala dintr-un loc în altul și capabile să creeze cele mai puternice explozii de energie.

sisteme meteorologice sunt zone circulare ale fluxurilor de aer vortex latime de la 150 la 400 km. Grosimea acestora fluctuează foarte mult, ajungând la 12-15 km și situate de fapt pe toată înălțimea troposferei (stratul atmosferic cel mai apropiat de Pământ). Grosimea altor sisteme mai mici și care se mișcă rapid nu depășește 1-3 km.

Sistemele meteorologice se caracterizează prin modificări ale presiunii aerului, precum și prin diferite vânturi de încălțăminte.

Principalele sisteme liniare (barice) sunt ciclonii și anticiclonii. Anticiclon- Aceasta este o zonă de presiune atmosferică ridicată cu un flux de aer descendent cu un maxim în centru. Ciclon este o zonă de joasă presiune cu curenți de aer ascendenți cu un minim în centru. Prin urmare, vremea înnorată este tipică pentru cicloane.

Anticiclonii, ca zonă cu presiune atmosferică ridicată, sunt de obicei caracterizați de vreme stabilă, care cel mai adesea nu se schimbă semnificativ în câteva zile. Vântul bate în sensul acelor de ceasornic în jurul centrului în emisfera nordică și în sens invers acelor de ceasornic în emisfera sudică. 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 norilor înseamnă că căldura radiată de suprafață în timpul zilei scapă în spațiul cosmic. Ca urmare, solul și aerul de suprafață se răcesc rapid noaptea. Iarna, răcirea provoacă îngheț atunci când există umiditate în aer, brumă sau ceață. La evoluția acestor fenomene meteorologice contribuie vânturile slabe din regiunea anticiclonului. Dacă este puternic, ar putea amesteca masele de aer, iar răcirea suprafeței s-ar răspândi la straturi mult mai adânci de aer.

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. De obicei, există 2 fronturi în interiorul unui ciclon: front cald separă pârâul care se apropie aer cald de frig. În acest caz, aerul cald se ridică deasupra stratului de aer rece și dens din față. În aerul rece care se ridică, vaporii de apă se condensează și se formează nori. Frontul cald este urmat de front rece. De-a lungul acestui front, aerul rece își face loc sub stratul de aer cald, făcându-l să se ridice. Prin urmare, frontul rece aduce și vreme înnorată, ploioasă. Frontul rece se mișcă mai repede decât frontul cald, în urma căruia se ciocnesc în cele din urmă, iar aerul cald este forțat în sus.

Meteorologii studiază cu atenție succesiunea tiparelor meteorologice asociate cu cicloanii. Aceste cunoștințe sunt extrem de importante pentru prognoza meteo. De exemplu, nori cirruși subțiri ai stratului superior, urmați de nori de ploaie gri din stratul inferior. Acești nori aduc de obicei ploaie timp de câteva ore înainte de un front cald.

În spatele frontului cald se află o regiune de aer cald, cu înnorarea și umiditatea ei inerente.

Urmează un front rece, unde, din cauza curenților de aer în creștere, apar furtuni. Adesea, ploaia abundentă cade de-a lungul marginii unui front rece, a cărui durată este de obicei mai mică decât în ​​condițiile unui front cald. După trecerea unui front rece, de regulă, se instalează vremea rece limpede.

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, furtuni de zăpadă, 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 denumiri diferite:

- „uragan” – numele este asociat cu numele zeului furtunilor oameni din Antichitate Maya, numită locuitorii Statelor Unite. America Centrală și de Sud.

- „taifun” tradus din chineză „vânt foarte mare”, numit locuitorii Rusiei ( Orientul îndepărtat), Australia, Coreea, China, India, Japonia. Într-o ciudată ironie, sunt date taifunuri și uragane 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 rezultat, apar curenți puternici de aer ascendenți și eliberarea aerului stocat caldura solara si condensarea vaporilor pe care ii contine. Procesul se dezvoltă și crește, rezultă un fel de pompă uriașă - în pâlnia formată la locul de origine a acestei pompe, sunt aspirate mase învecinate din același aer cald și saturat de vapori și, astfel, procesul se răspândește mai departe și în lățime, captând tot mai multe zone noi de la suprafața oceanului.

Când turnați apă din cadă prin orificiul de scurgere, se formează un vârtej. Aproximativ același lucru se întâmplă cu aerul care se ridică în locul de unde își are originea ciclonul - acesta începe să se rotească.

Pompa de aer gigantică continuă să funcționeze, mai multă umiditate condensându-se pe partea superioară în formă de pâlnie, eliberând mai multă căldură. (Meteorologii americani au calculat că peste un milion de tone de apă pot fi ridicate într-o singură zi - 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 astfel de un stat puternic industrializat, ca SUA, timp de șase ani!). Se crede că un ciclon moderat eliberează aproximativ aceeași cantitate de energie ca 500.000 de bombe atomice cu puterea căzută peste Hiroshima. Presiunea atmosferică în centrul ciclonului în curs de dezvoltare și la periferia acestuia devine inegală: acolo, în centrul ciclonului, este mult mai scăzută, iar o scădere bruscă a presiunii este motivul Vânturi puternice, care se transformă în curând în uragane. Într-un spațiu 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 peste zonă pentru o perioadă.

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

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

obișnuit 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, mișcându-se în spirală, masele de aer tind spre centru, unde apoi se ridică, dând naștere unor nori puternici.

Dacă în centru:

Presiunea normală a aerului ciclonului în comparație cu cea atmosferică (760 mm r.s.) este de 713-720 mm r.s.;

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

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

Anual pentru glob Cel puțin 70 de cicloni tropicali apar și se dezvoltă pe deplin.

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

Exemplu

În 1970, un taifun. care a străpuns 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 prognozarea ciclonilor tropicali (taifunuri, uragane). Fiecare formațiune de nor suspectă unde nu a avut loc este fotografiată de sateliții meteorologici din spațiu, avioanele de servicii meteorologice zboară către „ochiul taifunului” pentru a obține date exacte. Aceste informații sunt introduse în computere pentru a calcula traseul și durata unui ciclon tropical (taifun, uragan) și pentru a anunța populația în avans cu privire la pericol.

Uragan

Un uragan este o forță a vântului 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 forma unui 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 se ridică simultan în spirală, atrăgând praf, apă și diverse obiecte. Se numește un uragan pe uscat furtună si pe mare furtună. Principalele caracteristici ale uraganelor sunt:

Viteza vântului;

Modalitati de miscare;

Dimensiuni și construcție;

Durata medie actiuni.

Cea mai importantă caracteristică a uraganelor este viteza vântului. Tabelul de mai jos (pe scara Beaufort) arată dependența vitezei vântului și denumirile modurilor. viteza medie mișcarea uraganelor în Ucraina 50-60 km/h.

Uraganele variază foarte mult ca mărime. De obicei, lățimea zonei de distrugere catastrofală, care poate fi măsurată în sute de kilometri, este luată ca lățime. Frontul de uragan atinge o lungime de până la 500 km. Uraganele apar în orice moment al anului, dar sunt mai frecvente 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.

Un uragan este aproape întotdeauna clar vizibil; când se apropie, se aude un zumzet puternic.

Uraganele sunt una dintre cele mai puternice forțe ale elementelor. 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 o energie enormă. Cantitatea sa, eliberată de un uragan de putere medie într-o oră, este egală cu energia unei explozii nucleare de 36 Mgt.

Un uragan poartă o triplă amenințare pentru oamenii care se află în calea lui. Cele mai distructive sunt vântul, valurile și ploaia.

Adesea, aversele însoțite de un uragan sunt mult mai periculoase decât uraganul 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 averse și mai târziu provoacă 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 s-a ridicat cu 12-13 m Aproximativ 100.000 de oameni s-au înecat și aproape tot atâtea au murit din cauza unei epidemii feroce.

Atunci când un uragan se propagă peste mare, provoacă valuri uriașe de 10-12 metri sau mai mult, care dăunează sau chiar duc la moartea navei.

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

Vântul uraganului distruge puternice și demolează clădiri ușoare, devastează câmpurile semănate, sparge fire și dărâmă liniile electrice și stâlpii de comunicații, distruge autostrăzi și poduri, sparge și smulge copaci, avaria și scufundă nave, provoacă accidente pe rețelele de utilități și energie în producție. Au existat cazuri când vânturile de uragan au distrus baraje și diguri, ceea ce a dus la inundații mari, au aruncat trenurile de pe șine, au rupt poduri de pe suporturi, au doborât țevile fabricii și au aruncat nave pe uscat.

Influență activă asupra vremii - intervenția omului în cursul proceselor atmosferice prin modificarea pentru scurt timp a anumitor elemente fizice sau proprietăți chimiceîntr-o parte a atmosferei prin mijloace tehnice. Acestea includ precipitarea ploii sau ninsori din nori, prevenirea grindinii, dispersarea norilor si a cetii, slabirea sau eliminarea ingheturilor din stratul de aer al solului etc.

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

Semănarea norilor este cea mai comună modalitate de a schimba vremea; este folosit fie pentru a crea ploi in locuri uscate, fie pentru a reduce sansele de grindina – provoaca ploi inainte ca umiditatea din nori sa se transforme in grindina, fie pentru a reduce precipitatiile.

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

Capitolul șase
MIȘCAREA VORTEXULUI GAZELOR ȘI LICHIDELOR

6.1. Puzzle-uri vortexuri atmosferice

Ne ocupăm de mișcarea vortex a gazelor și lichidelor de pretutindeni. Cele mai mari vârtejuri de pe Pământ sunt ciclonii atmosferici, care, împreună cu anticiclonii, sunt zone tensiune arterială crescută ale atmosferei terestre, necaptate de mișcarea vortexului, determină vremea de pe planetă. Diametrul ciclonilor ajunge la mii de kilometri. Aerul din ciclon face o mișcare spirală tridimensională complexă. În emisfera nordică, ciclonii, ca și apa care curge din baie în conductă, se rotesc în sens invers acelor de ceasornic (văzute de sus), în emisfera sudică - în sensul acelor de ceasornic, datorită acțiunii forțelor Coriolis din rotația Pământului.
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 emergent captează la început doar straturile inferioare, de suprafață, de aer, care sunt bine încălzite. Vortexul crește de jos în sus. Odată cu dezvoltarea ulterioară a ciclonului, afluxul de aer în el are loc încă lângă suprafața pământului. Ridicându-se în partea centrală a ciclonului, acest aer cald părăsește ciclonul format la o înălțime de 6-8 km. Vaporii de apă conținuti în ea la o astfel de înălțime la care 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, este modelată cu succes în instalațiile de meteotron create în anii 70 în URSS pentru a provoca ploi și testate cu succes în Armenia. Motoarele cu turboreacție montate pe sol au creat un flux de aer fierbinte care se ridica în sus. După ceva timp, peste acest loc s-a născut un nor, crescând treptat într-un nor, care a plouat.
Ciclonii tropicali, care se numesc taifunuri în Pacific și uragane în Atlantic, se comportă mult diferit decât ciclonii lenți de la latitudine medie. Au diametre mult mai mici (100-300 km) decât cele de latitudine medie, dar se remarcă prin gradiente mari de presiune, vânturi foarte puternice (până la 50 și chiar 100 m/s) și ploi abundente.
Ciclonii tropicali își au originea numai peste ocean, cel mai adesea între 5 și 25 ° latitudine nordică. Mai aproape de ecuator, unde forțele Coriolis de deviație sunt mici, acestea nu sunt produse, ceea ce demonstrează rolul forțelor Coriolis în generarea ciclonilor.
Deplasându-se mai întâi spre vest și apoi spre nord sau nord-est, ciclonii tropicali se transformă treptat în cicloni obișnuiți, dar foarte adânci. Trecând de la ocean la uscat, se estompează rapid peste el. Așadar, umiditatea oceanului joacă un rol enorm în viața lor, care, condensându-se într-un flux de aer vortex ascendent, eliberează o cantitate imensă de căldură latentă de evaporare. Acesta din urmă încălzește aerul și îi mărește 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 uriașe au două trăsături 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 cer calm și senin.
Să vezi că un taifun, și cu atât mai mult un ciclon de latitudine medie, este un vârtej, datorită diametrelor lor uriașe, este posibil doar de la o înălțime cosmică. Fotografiile cu lanțuri de nori învolburate făcute de astronauți sunt spectaculoase. Dar pentru un observator de la sol, cel mai evident tip de vortex atmosferic pentru vizionare este o tornadă. Diametrul coloanei sale de rotație, care se întinde spre nori, în locul său cel mai subțire este 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), se numesc tornade. Acolo își au originea în principal peste mare și se înfurie atunci când sunt deasupra pământului.
Următoarea poză a nașterii unei tornade este dată în: „La 30 mai 1979, la ora 4 după-amiaza, 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, o pâlnie a crescut de pe suprafața sa inferioară.Alungându-se repede, a luat forma unui trunchi uriaș, a ajuns la pământ și timp de trei ore, ca un șarpe gigantic, a jucat feste în jurul statului, zdrobind și distrugând tot ce venea. în felul ei - case, ferme, școli..."
Această tornadă a smuls podul de beton armat de 75 de metri de la tauri de piatră, l-a legat într-un nod și l-a aruncat în râu. Experții au calculat ulterior că, pentru a realiza acest lucru, fluxul de aer trebuia să aibă viteză supersonică.
Ceea ce face aerul în tornade la astfel de viteze derutează oamenii. Deci, așchiile dispersate într-o tornadă pătrund ușor în scânduri și trunchiuri de copaci. Se spune că o oală de metal, capturată de o tornadă, a fost întoarsă pe dos fără să spargă metalul. Astfel de trucuri se explică prin faptul că deformarea metalului în acest caz a fost efectuată fără un suport rigid care ar putea deteriora metalul, deoarece obiectul se afla în aer.

Orez. 6.2. Fotografia unei tornade.

Tornadele nu sunt deloc un fenomen natural rar, deși apar doar în emisfera nordică, așa că s-au acumulat o mulțime de date observaționale despre ele. Cavitatea pâlniei („trunchiul”) tornadei este înconjurată de „pereți” de aer care se rotește frenetic într-o spirală în sens invers acelor de ceasornic (ca într-un taifun) (vezi Fig. 6.3.) Aici viteza aerului atinge 200-300 Domnișoară. Deoarece presiunea statică din acesta scade odată cu creșterea vitezei gazului, „pereții” tornadei aspiră aerul încălzit lângă suprafața pământului și, odată cu acesta, obiectele care se întâlnesc, precum un aspirator.
Toate aceste obiecte se ridică, uneori până la 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 a distrus o școală și a ridicat în aer un profesor cu o întreagă clasă de școlari împreună cu birourile lor. Câteva minute mai târziu, toți au fost doborâți la pământ împreună cu epava școlii. Majoritatea copiilor și profesorul au rămas în viață și nevătămați, dar 13 persoane au murit.
Există multe cazuri 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 zburat în 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 este situat din Mytishchi nu în direcția în care se mișca tornada, ci în direcția opusă. Se pare că băiatul a fost transferat nu în cursul tornadei, ci în direcția opusă, unde totul se calmase de mult! Sau a călătorit înapoi în timp?
S-ar părea că obiectele dintr-o tornadă ar trebui să fie purtate de un vânt puternic. Dar pe 23 AVP/100, 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, care se afla pe comoda, a zburat prin trei uși, o bucătărie, un coridor și a zburat în podul casei. Ce forțe l-au împins? La urma urmei, clădirea a rămas nevătămată, iar vântul, capabil să poarte astfel ceasul deșteptător, a fost nevoit să demoleze complet clădirea, care are o vânt mult mai mare decât ceasul deșteptător.
Și de ce tornadele, ridicând obiecte mici îngrămădite până la nori, le coboară distanta considerabila aproape la fel de grămadă, nu se împrăștie, ci ca și cum ar fi revărsat dintr-o mânecă?
Legătura inseparabilă cu norul-mamă este o diferență caracteristică între o tornadă și alte mișcări vortex ale atmosferei. Fie pentru că curenți electrici uriași curg din norul de tunet de-a lungul „trunchiului” tornadei către pământ, fie pentru că praful și picăturile de apă din vârtejul tornadei sunt puternic electrificate prin frecare, dar tornadele sunt însoțite de un nivel ridicat de electricitate. activitate. Cavitatea „trunchiului” de la perete la perete este străpunsă constant de descărcări electrice. Deseori chiar strălucește.
Dar în interiorul cavității „trunchiului” tornadei, mișcarea vortexului aerului este slăbită și mai des dirijată nu de jos în sus, ci de sus în jos * (* Cu toate acestea, se afirmă că în cavitatea „trunchiului” unei tornade, 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 unei tornade o face similară în acest sens cu un taifun. Da, iar „ochiul furtunii” din tornadă există înainte de a ajunge la pământ din nor. Așa îl descrie poetic Y. Maslov: „Într-un nor de tunete, apare brusc un „ochi”, și anume un „ochi”, cu o pupila moartă, fără viață. Senzația este că se uită la pradă. A observat-o! se repezi la pământ cu vuietul și viteza unui tren de curierat, lăsând în urmă o dâră lungă, clar vizibilă - o coadă.
Specialiștii sunt interesați de multă vreme de problema surselor acelei energii cu adevărat inepuizabile pe care tornadele și cu atât mai mult taifunurile o au la dispoziție. Este clar că energia termică a maselor uriașe este convertită în cele din urmă în energia mișcării aerului în vortexul atmosferic. aer umed. 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 se poate disipa doar spontan?
Există multe ipoteze pe acest subiect, dar încă nu există răspunsuri clare.
Explorând energia vârtejurilor de gaz, V. A. Atsukovsky scrie că „corpul unui vârtej de gaz este comprimat de mediu în procesul de formare a vârtejului”. Acest lucru este confirmat de faptul că „trunchiul” unei tornade este mai subțire decât baza sa, unde frecarea cu solul nu îi permite să dezvolte o viteză mare de rotație. Comprimarea corpului vortex prin presiune mediu inconjurator determină o creștere a vitezei de rotație a acesteia ca urmare a legii conservării momentului unghiular. Și odată cu creșterea vitezei gazului în vortex, presiunea statică din acesta scade și mai mult. De aici rezultă, concluzionează Atsyukovsky, că vortexul concentrează energia mediului, 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 radiază energie în cantități semnificative. Având în vedere ceea ce s-a spus în Secțiunea 4.4, teoria mișcării cere ca, atunci când aerul se rotește într-o tornadă sau un taifun, ei radiază nu mai puțină energie decât consumă pentru a învârti aerul. Și printr-o tornadă, și cu atât mai mult un taifun, în timpul existenței sale, trec mase uriașe de aer, răsucindu-se.
S-ar părea că este mai ușor ca aerul umed să arunce „în plus” energie de masă fără a radia. De fapt, după condensarea umezelii, când este ridicată de un vârtej atmosferic la o înălțime mare, picături de ploaie care căde părăsesc vârtejul, iar masa acestuia scade din această cauză. Dar energia termică a vortexului nu numai că nu scade din aceasta, ci, dimpotrivă, crește datorită eliberării căldurii latente 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 vortexului este comprimat. În plus, îndepărtarea masei 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 ea și stabilitatea sistemului ar crește) dacă, în timpul accelerării 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 radiația tepe (infraroșu și microunde) a 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 interior și fără să privească cerul. Și cred că nu numai din cauza scăderii presiunii atmosferice, care face ca corbii să cronască din cauza durerilor din oasele care au goluri. Oamenii simt altceva, unii înspăimântător, alții incitant. Poate că aceasta este radiația de torsiune, care de la o tornadă și un taifun ar trebui să fie foarte intensă?
Ar fi interesant să le cerem astronauților să facă fotografii în infraroșu ale taifunurilor de la altitudinea spațială. Se pare că astfel de fotografii ne-ar putea spune o mulțime de lucruri noi.
Totuși, astfel de fotografii ale celui mai mare ciclon din atmosferele planetelor sistemului solar, deși nu în raze infraroșii, au fost făcute de multă vreme de la o înălțime cosmică. Acestea sunt fotografii ale Marii Pate Roșii a lui Jupiter, care, după cum au dezvăluit studiile asupra fotografiilor sale făcute în 1979 de la sonda spațială americană Voyager 1, este un ciclon imens, care există constant 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 gama de lumină vizibilă cu o culoare roșie de rău augur, de la care provine numele.

Orez. 6.4. Marea Pată Roșie (SR) a lui Jupiter și vecinătatea spotului („Voyager 1”, 1979).

6.2. Efectul Vortex Ranke

Explorând separatoarele ciclice pentru purificarea gazelor din 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 către Societatea Franceză de Fizică despre fenomenul pe care l-a descoperit despre separarea gazului comprimat în BT. Dar mesajul său a fost primit cu neîncredere de comunitatea științifică, deoarece nimeni nu putea explica fizica acestui proces. La urma urmei, oamenii de știință cu puțin timp înainte de asta și-au dat seama de impracticabilitatea ideii fantastice a „demonului lui Maxwell”, care, pentru a separa gazul cald în cald și rece, a trebuit să elibereze molecule rapide de gaz printr-o microgăuri dintr-un vas cu gaze și nu eliberează 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 privind studiile experimentale ale VT, în care a dat recomandări pentru proiectarea unor astfel de dispozitive. De atunci, uneori au fost denumite țevi Ranke-Hilsch.
Dar în 1937, omul de știință sovietic K. Strahovici, neștiind despre experimentele lui Ranke, a demonstrat teoretic într-un curs de prelegeri despre dinamica aplicată a gazelor că diferențele de temperatură ar trebui să apară în fluxurile rotative de gaz. Cu toate acestea, abia după cel de-al doilea război mondial în URSS, ca și în multe alte țări, a început utilizarea pe scară largă a efectului de vortex. Trebuie menționat că cercetătorii sovietici în această direcție până la începutul anilor 70 au preluat conducerea mondială. O privire de ansamblu asupra unor lucrări sovietice despre VT este oferită, de exemplu, în carte, din care am împrumutat atât cele de mai sus în această secțiune, cât și multe din ceea ce este menționat mai jos în ea.
În tubul vortex Ranke, a cărui diagramă este prezentată în Fig. 6.5, o țeavă cilindrică 1 este conectată la un capăt la o volută 2, care se termină cu o duză de intrare de 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 din conducta 1 un flux de gaz rece, care este separată în timpul mișcării sale vortex în conducta 1 în părți reci (centrale) și calde (periferice). Partea fierbinte a fluxului, adiacentă suprafeței interioare a țevii 1, se rotește, se deplasează la capătul îndepărtat al țevii 1 și o părăsește prin golul inelar dintre marginea sa și conul de reglare 4.
B explică că orice flux de gaz (sau lichid) în mișcare are, după cum știți, 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 împreună cu debitul de gaz cu aceeași turație V, care este 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)

unde C este capacitatea termică specifică a gazului. Al doilea termen din (6.1) descrie creșterea temperaturii datorată decelerării fluxului de gaz pe termometru. Dacă stagnarea se efectuează nu numai la punctul de măsurare, ci și pe întreaga secțiune de curgere, atunci întregul gaz este încălzit la temperatura de stagnare T0. În acest caz, energia cinetică a fluxului este transformată în căldură.
Transformând formula (6.1), obținem expresia

(6.2)

care spune că pe măsură ce viteza curgerii V crește 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 care se îngustează spre turbină este pe care L. Gerbrand a subliniat în secțiunea 3.4 când a sugerat convertirea căldurii apei de râu în energia cinetică a debitului furnizat turbinei de centrale hidroelectrice.
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 a trecut prin conductă).
Dar să revenim la tubul vortex. Accelerând în voluta sa de intrare la o viteză mare, gazul de la intrarea în conducta cilindrică 1 are viteza tangențială maximă VR și cea mai scăzută temperatură termodinamică. Apoi 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 aspira prin orificiul din diafragma 3 și o parte din aerul exterior. (Funcționarea ejectoarelor vortex, care au dimensiuni mai mici decât cele cu flux direct, se bazează pe acest principiu.)
Dar prin reglarea spațiului dintre conul 4 și marginea conductei 1, se realizează o creștere a presiunii în conductă la o astfel de valoare la care se oprește aspirația aerului exterior și o parte din gazul din conducta 1 începe să iasă. prin orificiul din diafragmă 3. În același timp, în conducta 1 apare un flux de vortex central (paraxial) care se deplasează spre principal (periferic), dar se rotește, așa cum este menționat în, în același sens.
În întregul complex de procese care au loc în VT, există 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 viteze tangenţiale ale fluxurilor rotative pe măsură ce se deplasează de-a lungul conductei. Fluxul periferic care se rotește rapid își transferă treptat rotația către fluxul central care se deplasează spre el. Ca rezultat, atunci când particulele de gaz ale fluxului central se apropie de diafragma 3, rotația ambelor fluxuri este direcționată în aceeași direcție și are loc ca și cum un cilindru solid, mai degrabă decât 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 WP este egalizarea temperaturilor termodinamice ale fluxurilor periferice și centrale în fiecare secțiune a WP, 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 spre ieșirea conductei 1, pe jumătate acoperită de conul 4, se dovedește a fi mai mare decât cea a fluxului central care se deplasează către orificiul din diafragma 3.
Acțiunea simultană a celor două procese principale descrise duce, conform celor mai mulți cercetători, la transferul de energie din fluxul central de gaz din VT către cel periferic și la separarea gazului în fluxuri reci și calde.
Această idee a muncii VT este încă recunoscută de majoritatea specialiștilor. Și designul VT de pe vremea lui Ranke nu s-a schimbat prea mult, deși domeniul de aplicare al VT s-a extins de atunci. S-a descoperit că VT-urile care utilizează un tub conic (unghi mic conic) în loc de unul cilindric prezintă o performanță puțin mai bună. Dar sunt mai greu de fabricat. Cel mai adesea, VT-urile care funcționează pe gaze sunt folosite pentru a produce frig, dar uneori, de exemplu, atunci când se lucrează în termostate vortex, sunt utilizate atât fluxuri reci, cât și calde.
Deși tubul vortex are o eficiență mult mai scăzută decât alte tipuri de frigidere industriale, ceea ce se datorează consumului mare de energie pentru comprimarea gazului înainte de a fi alimentat în VT, simplitatea extremă a designului și nepretenția VT îl fac. indispensabil pentru multe aplicații.
VT poate funcționa cu orice fluide de lucru gazoase (de exemplu, cu vapori de apă) și la o 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. Cu toate acestea, cu o creștere
Diametrul VT (adică cu o creștere a puterii sale) crește eficiența VT.
Când VT este utilizat pentru a produce fluxuri de gaz reci și fierbinți în același timp, conducta este nerăcită. Astfel de WT-uri sunt numite adiabatice. Dar atunci când se folosește doar un flux rece, este mai profitabil să se folosească VT, în care corpul conductei sau capătul său îndepărtat (fierbinte) este răcit cu forța printr-o manta de apă sau printr-o altă metodă. Răcirea vă permite să creșteți capacitatea de răcire a HT.

6.3. Paradoxurile tubului vortex

Tubul vortex, care a devenit acel „demon lui Maxwell”, care (realizează separarea moleculelor de gaz rapide de cele lente), nu a primit recunoaștere mult timp după inventarea sa de către J. Ranke. În general, toate procesele și dispozitivele , dacă nu primesc justificare teoretică și explicație științifică, în secolul nostru iluminat sunt aproape sigur sortiți respingerii. Aceasta, dacă doriți, este reversul iluminării: tot ceea ce nu găsește o explicație de moment nu are dreptul să existe. ! Și în conducta lui Ranke, chiar și după apariția explicației de mai sus a operei sale, multe au rămas și rămân neclare.Din păcate, autorii de cărți și manuale rareori notează ambiguitățile anumitor probleme, dar, dimpotrivă, mai des caută să ocoliți-le și acoperiți-le 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 VT prin rearanjarea 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 tot mai intens din partea fluxului extern. În acest proces, când straturile exterioare le răsucesc pe cele interioare, ca urmare... .vitezele tangențiale ale fluxului intern scad, iar cele externe cresc”. Ilogicitatea acestei fraze te va face să te întrebi dacă autorii cărții 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 VT prin construirea și rezolvarea unui sistem de ecuații gaz-dinamice care descriu procesele în VT au condus mulți autori la dificultăți matematice insurmontabile. Între timp, studiile efectuate de experimentatori asupra efectului vortex au dezvăluit în el tot mai multe caracteristici noi, a căror justificare s-a dovedit a fi imposibilă conform oricăreia dintre ipotezele acceptate.
În anii 1970, dezvoltarea tehnologiei criogenice a stimulat căutarea de noi posibilități ale efectului de vortex, deoarece alte metode de răcire existente - throttling gaz, ejecție și expansiune a gazului - nu au oferit o soluție la problemele practice apărute în cazul răcirii unor volume mari. şi gaze de lichefiere cu o temperatură scăzută de condensare. Prin urmare, cercetările privind funcționarea răcitorilor vortex au continuat și mai intens.
Cele mai interesante rezultate în această direcție au fost obținute de Leningraders V. E. Finko. În răcitorul său vortex cu un VT având un unghi conic de până la 14°, s-a realizat o răcire cu aer de până 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 mare, ceea ce [contrazice punctul de vedere general acceptat că la o presiune mai mare de 1 MPa, eficiența VT practic nu crește. odată cu creșterea presiunii.
Aceasta și alte caracteristici găsite în timpul testelor unui răcitor vortex cu viteze de curgere subsonice de intrare, care sunt incompatibile cu ideile existente despre efectul vortex și metoda folosită în literatura de specialitate pentru calcularea răcirii cu gaz cu ajutorul acestuia, l-au determinat pe V. E. Finko să analizeze aceste discrepanțe .
El a observat că temperaturile de stagnare nu numai ale fluxurilor de gaze reci (Tx) ci și „fierbinte” (Tr) de ieșire s-au dovedit a fi semnificativ mai mici decât temperatura T a gazului furnizat către VT-ul său. Aceasta însemna că bilanţul energetic în WT-ul său nu corespundea bine-cunoscutei ecuaţii de echilibru Hilsch pentru WT-urile adiabatice.

(6.5)

unde I este entalpia specifică a gazului de lucru,

În literatura disponibilă, Finko nu a găsit lucrări dedicate verificării relației (6.5). În lucrările publicate, de regulă, fracția de curgere la rece JLI a fost calculată folosind formula

(6.6)

conform rezultatelor măsurătorilor de temperatură Tovh 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 fluxului, s-au efectuat măsurători ale debitelor de gaz Ovkh, Ox, Og. Ca urmare, s-a stabilit ferm că expresia (6.5) este inacceptabilă pentru calcularea bilanţului energetic al WP, 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 oarecare discrepanță între relația (6.5) și rezultatele testelor a fost observată mai devreme în lucrările altor cercetători, de exemplu, în cazul în care discrepanța a fost de 10-12%, dar autorii acestor lucrări au explicat inexactitatea măsurării costurilor.
În plus, V. E. Finko observă că niciunul dintre mecanismele propuse anterior de transfer de căldură în VT, inclusiv mecanismul de transfer de căldură turbulent în contracurent, nu explică acele rate ridicate 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 pentru răcirea gazului în VT prin „lucrarea expansiunii vortexului gazului” efectuată în interiorul tubului peste porțiunile de gaz care au intrat anterior acolo, precum și peste atmosfera exterioară, unde gazul ieșiri.
Aici ar trebui să remarcăm că, în cazul general, bilanţul energetic al WT are forma:

(6.7)

unde Wcool este cantitatea de căldură eliminată pe unitatea de timp din carcasa VT datorită răcirii sale naturale sau artificiale. La calcularea tuburilor adiabatice, ultimul termen din (6.7) este neglijat din cauza micii sale, deoarece VT-urile sunt de obicei mici și schimbul lor de căldură cu aerul din jur prin convecție este nesemnificativ în comparație cu schimbul de căldură între fluxurile de gaz din interiorul VT. Și în timpul funcționării VT-urilor răcite artificial, ultimul termen din (6.7) asigură o creștere a fracției din debitul de gaz rece care părăsește VT-urile. 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 face să se îndoiască cel mai puternic nu numai de corectitudinea ideilor existente anterior despre mecanismul schimbului de căldură între fluxurile de gaz în WP, ci și, în general, de corectitudinea imaginii general acceptate a funcționării WP. Finko introduce o tijă subțire de-a lungul axei VT-ului său, celălalt capăt al căruia este fixat în rulment. Când VT funcționează, tija începe să se rotească cu o viteză de până la 3000 rpm, condusă de fluxul central de gaz 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, putem concluziona că rotația fluxului central de gaz este opusă rotației fluxului periferic (principal). Dar acest lucru contrazice ideea predominantă a rotației „cvasi-solide” a gazului în BT.
În plus, V. E. Finko a înregistrat la ieșirea unui flux de gaz rece din radiația sa infraroșie VT a spectrului de bandă în intervalul de lungimi de undă de 5-12 μm, a cărei intensitate a crescut odată cu creșterea presiunii gazului la intrarea VT. Uneori, însă, „radiația albastră care iese din miezul fluxului” a fost observată și vizual. Cercetătorul nu a acordat însă prea multă importanță radiațiilor, constatând prezența radiațiilor ca un efect secundar curios și nici măcar nu a adus intensitățile acesteia la valori. Acest lucru indică faptul că Finko nu a asociat prezența acestei radiații cu mecanismul de transfer de căldură în BT.
Aici trebuie să reamintim din nou mecanismul propus în Secțiunile 4.4 și 4.5 pentru descărcarea energiei de masă „extra” dintr-un sistem de corpuri puse în rotație pentru a genera energia de legare negativă necesară a sistemului. Am scris că cel mai simplu mod de a descărca energie sunt corpurile încărcate electric. Când se rotesc, pur și simplu pot radia energie sub formă de unde electromagnetice sau fotoni. În fluxul oricărui gaz există întotdeauna un anumit număr de ioni, a căror mișcare de-a lungul unui 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 unde radio de către un ion în mișcare, calculată conform formulei binecunoscute 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-sunete, urmată de emisia de molecule excitate. Vorbim aici despre radiația ciclotronică doar pentru că mecanismul său este cel mai de înțeles pentru 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, ea va găsi 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. Corpurile solide dau un spectru continuu de radiații. Din aceasta putem concluziona că în experimentele lui Finko a fost înregistrată radiația gazului de lucru, și nu carcasa metalică a VT.
Radiația termică a unui gaz rotativ poate consuma nu masa de repaus a moleculelor sau ionilor radianți, 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 (poate prin intermediul unui câmp de torsiune) stimulează acest proces de radiație. Ca rezultat al emisiei de fotoni, gazul este răcit la mai mult temperaturi scăzute decât rezultă din teoriile cunoscute ale transferului de căldură între fluxurile de vortex central și periferic în VT.
În lucrarea lui Finko, din păcate, intensitatea radiației observate nu este indicată și, prin urmare, nu se poate spune nimic până acum despre mărimea puterii transportate de aceasta. Dar el a remarcat încălzirea suprafeței interioare a pereților VT cu cel puțin 5°K, care ar putea fi datorată încălzirii chiar de această radiație.
În acest sens, apare următoarea ipoteză despre procesul de îndepărtare a căldurii din fluxul central către fluxul de gaz vortexul periferic din WP. Gazul atât din fluxul central cât și din cel periferic emite fotoni în timpul rotației lor. S-ar părea că cel periferic ar trebui să radieze mai intens, deoarece are o viteză tangenţială mai mare. Dar fluxul central se află într-un câmp intens de torsiune axială, care stimulează emisia de fotoni de către moleculele și ionii excitați. (În experimentele lui Finko, aceasta dovedește prezența unei străluciri albastre tocmai din „miezul” fluxului.) În acest caz, gazul de curgere este răcit datorită radiației care îl părăsește, care transportă energie, iar radiația este absorbită. de pereții conductei, care sunt încălziți prin această radiație. Dar fluxul de gaz periferic în contact cu pereții conductei elimină această căldură și se încălzește. Ca urmare, fluxul de vortex central este rece, iar cel periferic este încălzit.
Astfel, corpul VT joacă rolul unui corp intermediar care asigură transferul de căldură din fluxul de 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 este redus datorită scăderii diferenței de temperatură dintre corpul conductei și gazul din acesta și răcirea. capacitatea HT este crescută.
Această ipoteză explică și încălcarea echilibrului termic descoperit de Finko, despre care am vorbit mai sus. Într-adevăr, dacă o parte din radiație părăsește limitele WP prin ieșirile sale (și această parte poate fi de ~10%, judecând după geometria dispozitivului folosit de Finko), atunci energia transportată de această parte a radiației nu mai este înregistrată de aparate care măsoară temperatura de stagnare a gazelor la ieșirile din conductă. Fracția de radiație care părăsește tubul crește în special dacă radiația este generată predominant în apropierea deschiderii 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 un „îndreptător” al 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 de 30-60 °K mai înalt decât Tovh. În același timp, ponderea fluxului rece a crescut din cauza scăderii zonei secțiunii de trecere pentru îndepărtarea părții „fierbinte” a fluxului, iar temperatura părții reci a fluxului nu a fost. mai lung la fel de jos ca atunci când se operează fără „îndreptare”.
După instalarea „îndreptatorului”, Finko remarcă un zgomot foarte intens în timpul funcționării VT-ului său. Și explică încălzirea gazului atunci când în conductă este plasat un „redresor” (care, după cum au arătat estimările sale, nu s-ar putea încălzi atât de mult doar din cauza frecării fluxului de gaz împotriva „redresorului”) prin aspect. a vibrațiilor sonore în gaz, al cărui rezonator este conducta. Acest proces Finko a numit „mecanismul de expansiune și comprimare a valului de gaz”, ducând 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 încă plin de 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 comun 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, se deplasează de obicei și ele înainte. Și atunci când adăugați mișcările lor de rotație și translație, obțineți o mișcare în spirală.
Există două tipuri principale de spirale: cilindrice elicoidale, despre care am discutat în Secțiunea 4.3, și spirala arhimediană, a cărei rază crește odată cu numărul de spire. Galaxiile spirale, cele mai mari vârtejuri din natură, au acest aspect.
Iar 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. Apa care curge din baie în conducta de la fundul acesteia se mișcă de-a lungul unei astfel de spirale, iar aerul din tornadă. Gazul se mișcă de-a lungul aceleiași spirale conice în ciclonii tehnici. Acolo, cu fiecare rotație, raza traiectoriei particulelor scade.

Orez. 6.6. Profilul de viteză al jeturilor scufundate libere de diferite grade de răsucire:
a - jet cu flux direct; b - jet ușor învolburat; c - jet moderat învolburat; g - jet închis puternic învolburat; e - jet deschis puternic învolburat; un perete; b - gaură în perete; c - limitele jetului; d este profilul de viteză la diferite distanțe de perete; e - axa jetului; [U- viteza axială.

Dar în răcitorul vortex al lui Finko, care are un tub vortex conic, fluxul de gaz periferic se mișcă de-a lungul unei spirale conice în expansiune, iar fluxul axial care se apropie - de-a lungul uneia care se îngustează. O astfel de configurație a fluxurilor în VT și ciclonul tehnic este determinată de geometria pereților aparatului.
Când luăm în considerare un tub vortex în Secțiunea 6.2, am scris că un flux 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 caute. o a doua ieșire din tub. O astfel de explicație a apariției unui flux contra-axial în VT este în general acceptată astăzi.
Dar experții în jeturi turbionare, utilizate pe scară largă, de exemplu, pentru a crea torțe în arzătoarele centralelor termice, observă că un contracurent de-a lungul axei unui jet învolburat are loc chiar și în absența pereților aparatului. Un studiu al profilelor de viteză ale jeturilor scufundate libere (vezi Fig. 6.6) arată că curgerea axială inversă crește odată cu creșterea gradului de răsucire 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, în urma cărora se creează o zonă de rarefacție în apropierea axei jetului, unde aerul atmosferic. se repezi,
situat înainte de-a lungul axei jetului.
Dar aici în lucrări se arată că fluxul invers este asociat nu atât cu gradientul presiune staticaîn jet, cât de mult cu raportul componentelor tangenţiale şi axiale (axiale) ale vitezei sale. De exemplu, jeturile formate dintr-un turbion cu un aparat cu palete tangențiale, la un unghi de înclinare a palelor de 40-45°, au o rarefacție mare în regiunea axială, dar nu au curgeri inverse. De ce nu sunt - rămâne un mister pentru experți.
Să încercăm să o deslușim, sau mai degrabă, să explicăm într-un mod diferit motivul apariției contracurenților axiali în jeturile turbionate.
După cum am observat în mod repetat, scăderea masei-energie „extra” din sistem, care este pusă în rotație, se realizează cel mai ușor prin emiterea 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 strălucit pepită austriacă, pădurar, care s-a angajat în fizică în timpul liber, care a dedicat mult timp înțelegerii mișcării vortexului în anii 20, a observat că odată cu învârtirea spontană a apei care curgea în conducta din baie , timpul de golire a băii scade. Și asta înseamnă că nu numai viteza tangențială, ci și cea axială crește în vortex. Apropo, acest efect a fost observat de mult de iubitorii de bere. În competițiile lor, în efortul de a pune conținutul sticlei în gură cât mai repede posibil, ei de obicei învârt mai întâi berea în sticlă cu putere înainte de a o înclina.
Nu știm dacă Schauberger iubea berea (ce austriac nu-l iubește!), dar a încercat să explice acest fapt paradoxal prin faptul că, într-un vârtej, energia mișcării termice a moleculelor din acesta este convertită în energia cinetică a miscarea axiala a jetului. El a subliniat că, deși o astfel de opinie contrazice a doua lege a termodinamicii, nu poate fi găsită o altă explicație, iar o scădere a temperaturii apei într-un vârtej este un fapt experimental.
Pe baza legilor conservării energiei și a 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 este s-a gândit că, ca urmare, viteza axială a jetului ar trebui să scadă. Acest lucru, după cum se spune, de exemplu, în , ar trebui să conducă la o scădere a gamei jeturilor inundate libere atunci când acestea se rotesc.
Mai mult, în inginerie hidraulică, ei se luptă de obicei în toate modurile posibile cu turbulența fluidului în dispozitivele pentru preaplinul acestuia și se străduiesc să asigure un flux laminar irrotațional. Acest lucru se datorează faptului, așa cum este descris, de exemplu, că apariția unui cordon vortex într-un flux de fluid implică formarea unei pâlnii pe suprafața fluidului deasupra orificiului de intrare 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 proporția din secțiunea transversală a orificiului de admisie ocupată de lichid, reduce și fluxul de lichid prin acest orificiu.
Experiența iubitorilor de bere arată că cei care cred așa se înșală: în ciuda scăderii proporției secțiunii transversale a orificiului ocupat de curgerea lichidului, 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, a căutat să obțină o creștere a puterii centralelor hidroelectrice doar prin îndreptarea fluxului de apă către turbină și îngustarea treptat a conductei astfel încât apa să dobândească cea mai mare viteză de translație posibilă. , apoi Schauberger a furnizat conductei conice cu ghidaje cu șuruburi care rotesc fluxul de apă într-un vortex longitudinal, iar la capătul conductei, el plasează o turbină axială cu un design fundamental nou. (Brevet austriac nr. 117749 din 10 mai 1930)
O caracteristică a acestei turbine (vezi Fig. 6.7) este că nu are pale care, la 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. Acest lucru duce nu numai la pierderi de energie, ci și la apariția unor fenomene de cavitație care provoacă eroziunea metalului turbinei.
Turbina Schauberger are o formă conică cu palete în formă de spirală sub formă de tirbușon, înșurubate într-un curent de apă învolburat. Nu rupe fluxul și nu creează cavitație. Nu se știe dacă o astfel de turbină a fost implementată oriunde în practică, 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 Josef Gasslberger din Roma în 1952.
Cercetând influența formei conductei de apă și a materialului pereților acesteia asupra rezistenței hidrodinamice la fluxul de apă în vârtej din acesta, experimentatorii au descoperit că scoruri de top realizat cu pereți 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, iar după depășirea unei anumite viteze critice, apa curge cu rezistență negativă, adică este aspirată în canal și accelerează în el.

Orez. 6.7. Turbina Schauberg

Gasslberger este de acord cu Schauberger că aici vortexul transformă căldura apei în energia cinetică a curgerii sale. Dar notează că „termodinamica, așa cum este predată în școli și universități, nu permite o astfel de transformare a căldurii la diferențe scăzute de temperatură”. Cu toate acestea, subliniază Gasslberger, termodinamica modernă nu este capabilă să explice multe altele fenomene naturale.
Și aici teoria mișcării poate ajuta la înțelegerea de ce mișcarea vârtejului oferă, s-ar părea, contrar ideilor predominante ale termodinamicii, conversia căldurii unui flux turbulent de materie în energia mișcării sale axiale în conformitate cu formula. (6.4). Răsucirea fluxului într-un vortex face ca o parte din căldură, care face parte din energia internă a sistemului, să fie convertită în energia cinetică a mișcării de translație a fluxului de-a lungul axei vortexului. De ce exact de-a lungul axei? Da, 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 impulsului curgerii.
În plus, accelerarea 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 contabilizării separate pentru masele transversale și longitudinale ale particulelor elementare* (Acest lucru amintește de calcularea efectelor Doppler longitudinal și transversal separat.) multe s-au scris în stadiul inițial al formării SRT (vezi, de exemplu,.) Și anume, masa longitudinală (corespunzând în acest caz vitezei tangențiale a particulelor într-un vortex) determină mărimea forțelor centrifuge în timpul mișcării circulare . Când o parte din energia internă a sistemului este convertită în energia cinetică a mișcării axiale (axiale) a corpurilor din acesta, forțele centrifuge nu cresc. Prin urmare, energia mișcării axiale emergente se dovedește a fi, parcă, a dispărut din problema mișcării circulare, ceea ce este echivalent din punct de vedere matematic cu părăsirea sistemului rotativ fără nicio emisie de fotoni.
Dar legea conservării impulsului a sistemului impune ca, dacă fluxul vortex capătă un impuls axial, un alt corp (de exemplu, corpul aparatului vortex) dobândește simultan aceeași valoare absolută a impulsului în direcția opusă. În aparatele cu vortex închise, de exemplu, în tuburile vortex, și, de asemenea, atunci când nu există niciun contact între fluxul vortex și pereții aparatului (ca în unele cazuri de jeturi turbionate libere), partea axială a fluxului, care are o viteză tangențială mai mică decât partea periferică, trebuie să dobândească un impuls invers. Cu toate acestea, impulsul de recul poate fi purtat și de un flux axial (axial) de fotoni sau neutrini produși 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 unui contracurent atât în ​​tuburile vortex, cât și în jeturile turbioase.

Concluzii la capitol

1 Vârtejurile atmosferice sunt caracterizate prin mișcarea aerului predominant pe dreapta în ele și prezența unui „ochi al furtunii” - 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 de ridicare extraordinară care depășește forța de presiune a fluxului de aer, prezența strălucirilor etc.
3. Energia termică a maselor de aer umed este transformată în energie de mișcare în vortexurile atmosferice. În acest caz, energia este concentrată, ceea ce 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 1930 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. Lucrări de V.E. Finko în anii 1980 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 contracurentul axial rece dintr-un tub vortex are o direcție de rotație opusă celei a fluxului de gaz principal (periferic) și că un tub vortex de gaz generează radiație infraroșie a spectrului de bandă și, uneori, și radiație albastră care iese din zona axiala.
8. Amplasarea la capătul fierbinte al frânei tubului vortex - cablurile de îndreptare a fluxului de gaz,
ca V.E. Finko, la apariția unor vibrații sonore intense în gaz, al cărui rezonator este conducta, și la încălzirea puternică a fluxului de gaz.
9. Se propune un mecanism pentru îndepărtarea căldurii de la contracurent axial al gazului într-un tub vortex la un flux periferic datorită radiației stimulate de accelerarea rotației gazului de un flux axial de fotoni care încălzesc pereții tubului vortex și din ele căldura este transferată în fluxul de gaz periferic spălându-le.
10. Contracurent axial are loc nu numai în tuburile vortex, ci și în jeturile de turbionare libere, unde nu există pereți ai aparatului, motivul pentru care nu a fost încă pe deplin elucidat.
11. În anii 1930, V. Schauberger 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 jet de apă și a sugerat utilizarea acesteia.
12. Teoria mișcării explică efectul Schauberger prin faptul că învârtirea fluxului de apă face ca o parte din energia termică a moleculelor, care este energia internă a fluxului, să nu părăsească fluxul învolburat sub formă de radiație. , dar să fie transformată în energia cinetică a curgerii în direcția perpendiculară pe viteza de turbionare tangențială, de-a lungul axei curgerii vortexului. Acesta din urmă este cerut de legea conservării momentului unghiular al mișcării fluxului. Iar legea conservării impulsului de-a lungul axei sale de rotație cere ca atunci când
În acest caz, fie a apărut un contracurent, fie s-a născut o emisie axială de fotoni sau neutrini, compensând o modificare a 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 putere în cicloni - rotații circulare ale vântului spre centru. Furtunile, uraganele sunt vârtejuri gigantice. Cel mai adesea, ele provin din zonele încălzite ale zonelor tropicale ale oceanelor, dar pot apărea și la latitudini mari. Cea mai mare viteză tornadă vârtej este încă în mare parte misterioasă.

Atmosfera Pământului este ca un ocean, unde aerul în loc de apă stropește. Sub influența radiației solare, reliefului și rotației zilnice a planetei, în aerul oceanului apar neomogenități. Zonele de joasă presiune sunt numite cicloni, iar zonele de înaltă presiune sunt numite anticicloni. În cicloane se nasc 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 miezul lor, acestea sunt vârtejuri, unde aerul se deplasează în spirală de la margini spre centru, într-o zonă cu presiune scăzută. Astfel de vârtejuri, existente în mod constant în atmosferă, dar născute tocmai la tropice în Atlantic și în partea de est Oceanul Pacific iar atingerea vitezei vântului de peste 30 m/s se numește uragane. („Uraganul” în numele zeului rău indian Huracan). Pentru ca aerul să se deplaseze cu o astfel de viteză, este necesară o diferență mare de presiune atmosferică pe o distanță scurtă.

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

Uraganele apar peste ape calde oceane între 5 și 20 de grade latitudine nordică și sudică. O condiție prealabilă pentru formarea lor este o masă uriașă de apă încălzită. Se stabilește că temperatura apei nu trebuie să fie mai mică de 26,5 ° C, adâncimea de încălzire trebuie să fie de cel puțin cincizeci de metri. Mai caldă decât aerul, apa oceanului începe să se evapore. Masele de abur încălzit se ridică, formând o zonă de presiune scăzută și antrenând aerul din jur. La o anumită înălțime, aburul încălzit ajunge la punctul de rouă și se condensează. Energia termică eliberată în același timp încălzește aerul, determinându-l să se miște în sus și, astfel, hrănește ciclonul nou-născut. Componenta de rotație a vitezei vântului o învârte în emisfera nordică în sens invers acelor de ceasornic și în sensul acelor de ceasornic în sud. Rotația presupune într-un vârtej din ce în ce mai multe mase de aer din exterior. Drept urmare, silueta ciclonului ia forma unei pâlnii uriașe, întoarsă cu gâtul 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 tunete. Acesta este ochiul uraganului. Dimensiunea sa obișnuită este de 3060 de kilometri. Apare numai în apropierea ciclonilor 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. Pe uscat, se slăbește rapid, prăbușindu-se din cauza rugozității suprafeței pământului și a lipsei de umiditate. Dar de îndată ce iese la ocean, și volantul se poate învârti cu forță nouă. Un uragan puternic este capabil să ștergă insule întregi de pe suprafața Pământului și să se schimbe litoral. Căzut pe zone dens populate, provoacă distrugeri colosale, iar ploile și inundațiile însoțitoare 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 avut originea în Golful Mexic în 2005, a ucis aproape 2.000 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. centru national ceasul de uragan din Florida prezice 11 vârtejuri puternice pentru sezonul următor. Au deja propriile nume. Tradiția de a numi uraganele a fost stabilită în secolul al XVI-lea de către spanioli, care dețineau America Latină. Le-au numit nume de sfinți. Apoi au intrat în modă numele de femei, din anii 1970 - bărbați. Ideea a fost preluată de serviciile meteorologice din întreaga lume, cu excepția Asiei de Sud.

Atlanticul este furtunos

În latitudinile înalte și polare, există fenomene turbioare 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. Ciclonii extratropicali au un diametru mai mare decât ciclonii tropicali, dar au mai puțină energie.

Când viteza vântului într-un ciclon extratropical atinge 20 24 m/s (nouă puncte pe scara Beaufort), i se atribuie categoria 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 anul trecut totusi au inceput sa apara si exceptii. În decembrie 1999, cel mai puternic uragan Lothar, care a provenit tocmai din ciclonul nord-atlantic, s-a mutat în centrul continentului, în Elveția. Kirill, care a paralizat viețile 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 devenit mai multe furtuni și uragane, iar traiectoriile lor s-au schimbat, de asemenea. 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 puternice 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 orașul Kvirla din Germania de Est în noaptea de 2 octombrie 2006.

Oameni și uragane: Războiul Lumilor

Energia cinetică a unui uragan puternic este enormă de 1,5 x 10 12 wați, aceasta este jumătate din capacitatea de generare a tuturor centralelor electrice din lume. Unii dezvoltatori visau de mult să o direcționeze 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 controlul vremii în scopuri militare. Printre principalele capacități de lovitură ale armelor meteorologice se numără furtunile direcționate. Armata americană își cunoaște „puterea de luptă” direct: în 1992, uraganul Andrew a distrus baza Homestead din peninsula Florida. Cu toate acestea, ideea furtunilor direcționale ar trebui privită mai mult ca știință ficțiune decât ca un proiect. Până acum, uraganele nu au fost controlate de oameni.

Pentru a contracara elementele naturale, ei au oferit o mulțime de modalități, inclusiv exotice - de a le alunga de coastă cu ajutorul unor evantai giganți sau de a le sparge cu o bombă cu hidrogen. În experimentul Stormfury realizat de oamenii de știință americani în anii 1960 și 1980, iodură de argint a fost pulverizată în zona unui uragan. S-a presupus că această substanță contribuie la înghețarea apei suprarăcite, în urma căreia se eliberează căldură, iar ploile și vânturile se intensifică în ochiul uraganului, distrugând structura întregului vârtej. De fapt, s-a dovedit că în ciclonii tropicali există prea puțină apă suprarăcită, iar efectul pulverizării este minim. Cel mai probabil, măsurile preventive vor ajuta, cum ar fi modificarea parametrilor depresiunii atmosferice specifice din care se naște uraganul. 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 răsucește brusc vântul într-o spirală frenetică. În ea se află cheia controlului elementelor și a capacității de a prezice cu exactitate locul și ora nașterii unui uragan. Numai experții 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

În atmosferă există mici vârtejuri 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”, referindu-se la rotația frenetică și traiectoria complexă. În Europa, același fenomen este cunoscut sub denumirea de „trombus”.

Există o mulțime de fapte despre tornade în care au început să fie studiate sfârşitul XIX-lea secol. (Mini tornade pot fi instalate chiar și acasă, plasând un ventilator peste o cadă cu hidromasaj.) Cu toate acestea, nu există încă o teorie coerentă a originii lor. Potrivit celei mai comune vederi, tornadele își au originea la o altitudine de câțiva 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 vârtejul la o viteză mare, este necesar și ca în interiorul acestuia Presiunea atmosferică. Tornadele însoțesc adesea ciclonii tropicali. O astfel de pereche - un uragan cu o tornadă - produce distrugeri deosebit de puternice. 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 murit.

De obicei, o tornadă are forma unei trunchi de elefant atârnând de un nor de tunete. Uneori arată ca o pâlnie sau un stâlp. După ce a captat apă, nisip sau alte materiale de la suprafață, tornada devine vizibilă. Lățimea unei tornade medii este de câteva sute de metri, viteza de mișcare este de 1020 m/s. Trăiește câteva ore și parcurge o distanță de zeci de kilometri. Un vârtej puternic suge, ca un aspirator uriaș, tot ce îi iese în cale și îl împrăștie pe zeci de kilometri în jur. Există multe povești amuzante despre ploile miraculoase, de exemplu, din fructe sau meduze. În 1940, în satul Meshchery, regiunea Gorki, au căzut din cer monede de argint, pe care o tornadă 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 pe portarul uneia dintre echipe împreună cu poarta și i-a rearanjat 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 făcut bucăți mai multe clădiri din lemn.

Energia unei tornade este mai mică decât energia 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, conform scalei de uragane SaffirSimpson adoptată în SUA încep cu o viteză a vântului de 70 m/s. Un băț, învârtit decent de o tornadă, poate străpunge un trunchi de copac, iar un buștean poate zdrobi o casă. Doar 2% dintre tornade ating puterea distructivă și totuși, daunele lor medii anuale asupra economiilor țărilor afectate sunt foarte mari.

Și cum rămâne cu încălzirea globală?

Cercetătorii observă că în Atlantic, perioadele de activitate ale uraganelor și tornadelor alternează cu un calm relativ. Numărul vârtejelor atmosferice, în special uraganele puternice (în medie 3,5 pe an), a crescut în 19401960 și din 1995 până în prezent. Puterea vântului actual și a furtunilor oceanice îi uimește chiar și pe marinarii experimentați. Unii oameni de știință consideră că cel mai recent focar de activitate atmosferică este pe termen lung și îl leagă de încălzirea globală. Alții îi apără legătura cu ciclurile activitatea solară. 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 uraganelor se va schimba pe măsură ce temperatura medie anuală a planetei crește rămâne deschisă. De aceea previziuni precise ciclonii tropicali sunt mai relevanți ca niciodată. Pentru ei sunt implicate cele mai moderne mijloace: sateliți spațiali, avioane, geamanduri umplute cu electronice, radare, supercalculatoare. Există o mulțime de informații: toate uraganele înregistrează, urmăresc și anunță oamenii despre un posibil pericol. Avertizarea și evacuarea în timp util sunt singurele modalități eficiente de a face față elementelor de astăzi.

Innokenty Senin