Atmosferski vrtlog za raspršivanje oblaka. Yu.S. Potapov Energija rotacije. Zaključci poglavlja
Vrlo često loše vrijeme ometa naše planove, primoravajući nas da vikend provedemo sjedeći u stanu. Ali šta učiniti ako se planira veliki odmor uz učešće velikog broja stanovnika metropole? Ovdje u pomoć dolazi raspršivanje oblaka, koje sprovode vlasti kako bi stvorile povoljno vrijeme. Šta je to postupak i kako utiče na životnu sredinu?
Prvi pokušaji raspršivanja oblaka
Oblaci su prvi put raspršeni još 1970-ih u Sovjetskom Savezu uz pomoć specijalnih ciklona Tu-16. 1990. godine stručnjaci Goskomgidrometa razvili su čitavu metodologiju koja omogućava stvaranje povoljnih
1995. godine, tokom proslave 50. godišnjice Pobjede, tehnika je testirana na Crvenom trgu. Rezultati su ispunili sva očekivanja. Od tada se disperzija oblaka koristi tokom značajnih događaja. 1998. uspjeli su stvoriti lijepo vrijeme na Svjetskim igrama mladih. Proslava 850. godišnjice Moskve nije prošla bez učešća nove metodologije.
Trenutno se ruska usluga overkloka u oblaku smatra jednom od najboljih na svijetu. Ona nastavlja da radi i razvija se.
Princip raspršivanja oblaka
Za meteorologe, proces raspršivanja oblaka se naziva "zasijavanjem". Uključuje raspršivanje posebnog reagensa na čijim jezgramima se koncentriše vlaga u atmosferi. Nakon toga padavine dosežu i padaju na tlo. To se radi na područjima koja prethode teritoriji grada. Dakle, kiša prije prolazi.
Ova tehnologija raspršivanja oblaka omogućava da se obezbedi lepo vreme u radijusu od 50 do 150 km od centra proslave, što pozitivno utiče na proslavu i raspoloženje ljudi.
Koji se reagensi koriste za raspršivanje oblaka
Lepo vreme se uspostavlja uz pomoć srebrnog jodida, kristala tečnog azota i drugih supstanci. Izbor komponente zavisi od vrste oblaka.
Suvi led se raspršuje na slojevite forme sloja oblaka ispod. Ovaj reagens su granule ugljičnog dioksida. Njihova dužina je samo 2 cm, a prečnik oko 1,5 cm.Suhi led se raspršuje iz aviona sa velike visine. Kada ugljični dioksid udari u oblak, vlaga koju sadrži kristalizira. Nakon toga se oblak raspršuje.
Tečni dušik se koristi za borbu protiv nimbostratusnih oblaka. Reagens također difundira preko oblaka, uzrokujući da se ohlade. Srebrni jodid se koristi protiv snažnih kišnih oblaka.
Raspršivanjem oblaka cementom, gipsom ili talkom izbjegava se pojava kumulusnih oblaka koji se nalaze visoko iznad površine zemlje. Raspršivanjem praha ovih supstanci moguće je postići utezanje vazduha, čime se sprečava nastanak oblaka.
Tehnika raspršivanja oblaka
Operacije za uspostavljanje dobrog vremena izvode se pomoću posebne opreme. U našoj zemlji se raspršivanje oblaka vrši na transportnim avionima Il-18, An-12 i An-26, koji imaju neophodnu opremu.
Teretni odeljci imaju sisteme koji omogućavaju raspršivanje tečnog azota. Neki avioni su opremljeni uređajima za ispaljivanje patrona sa jedinjenjima srebra. Takve puške su ugrađene u repni dio.
Opremom upravljaju piloti koji su prošli posebnu obuku. Lete na visini od 7-8 hiljada metara, gde temperatura vazduha ne prelazi -40 °C. Da bi izbjegli trovanje dušikom, piloti su cijeli let u zaštitnim odijelima i maskama za kiseonik.
Kako se oblaci razilaze
Prije nego što počnu raspršivati oblačne mase, stručnjaci ispituju atmosferu. Nekoliko dana prije svečanog događaja, zračno izviđanje razjašnjava situaciju, nakon čega sama operacija počinje uspostavljati lijepo vrijeme.
Često avioni s reagensima polijeću iz moskovske regije. Podignuvši se na dovoljnu visinu, oni prskaju čestice lijeka na oblake, koji koncentrišu vlagu u njihovoj blizini. To dovodi do činjenice da obilne padavine odmah padaju na područje prskanja. Dok se oblaci nadmaše nad glavnim gradom, zalihe vlage nestaju.
Rastjerivanje oblaka, uspostavljanje lepog vremena donosi opipljive koristi stanovnicima glavnog grada. Do sada se u praksi ova tehnologija koristi samo u Rusiji. Angažovan je u radu Roshidrometa, koordinirajući sve akcije sa vlastima.
Efikasnost ubrzanja u oblaku
Gore je rečeno da su oblake počeli da rasturaju čak i pod sovjetskom vlašću. Tada se ova tehnika naširoko koristila u poljoprivrednim potrebama. Ali pokazalo se da može poslužiti i na dobrobit društva. Treba se samo prisjetiti Olimpijskih igara održanih u Moskvi 1980. godine. Upravo je zahvaljujući intervenciji stručnjaka izbjegnuto loše vrijeme.
Prije nekoliko godina Moskovljani su na proslavi Dana grada još jednom mogli uvjeriti se u efikasnost raspršivanja oblaka. Meteorolozi su uspjeli izvući glavni grad iz snažnog udara ciklona i smanjiti intenzitet padavina za 3 puta. Stručnjaci Hidrometa kažu da je gotovo nemoguće izaći na kraj sa snažnim oblacima. Međutim, prognostičari su zajedno sa pilotima to uspjeli.
Rastejanje oblaka nad Moskvom više nikoga ne iznenađuje. Često se lijepo vrijeme za vrijeme parade pobjede uspostavi zahvaljujući djelovanju meteorologa. Ovakva situacija raduje stanovnike glavnog grada, ali ima ljudi koji se pitaju čemu bi takvo miješanje u atmosferu moglo prijetiti. Šta o tome kažu stručnjaci Hidrometa?
Posljedice raspršivanja oblaka
Meteorolozi smatraju da razgovori o opasnostima od širenja oblaka nemaju osnova. Stručnjaci za praćenje životne sredine tvrde da su hemikalije koje se raspršuju preko oblaka ekološki prihvatljive i ne mogu štetiti atmosferi.
Migmar Pinigin, koji je šef laboratorije istraživačkog instituta, tvrdi da tečni azot ne predstavlja opasnost kako za zdravlje ljudi tako i za životnu sredinu. Isto vrijedi i za granulirani ugljični dioksid. I dušik i ugljični dioksid nalaze se u atmosferi u velikim količinama.
Prskanje cementnog praha također ne prijeti bilo kakvim posljedicama. U raspršivanju oblaka koristi se minimalni udio materije koji nije sposoban zagaditi površinu zemlje.
Meteorolozi tvrde da je reagens u atmosferi manje od jednog dana. Nakon što uđe u oblačnu masu, padavine je potpuno ispiru.
Protivnici širenja oblaka
Unatoč uvjeravanjima meteorologa da su reagensi apsolutno sigurni, postoje protivnici ove tehnike. Ekolozi iz Ecodefense kažu da prisilno uspostavljanje lijepog vremena dovodi do obilnih bujičnih kiša koje počinju nakon rasteranja oblaka.
Ekolozi smatraju da vlasti treba da prestanu da se mešaju u zakone prirode, inače to može dovesti do nepredvidivih posledica. Prema njihovim riječima, prerano je donositi zaključke o tome kakvim su radnjama raspršivanja oblaka prepuna, ali one definitivno neće donijeti ništa dobro.
Meteorolozi uvjeravaju da su negativne posljedice širenja oblaka samo pretpostavke. Za takve tvrdnje potrebno je pažljivo izmjeriti koncentraciju aerosola u atmosferi i vrstu aerosola. Dok se to ne uradi, tvrdnje ekologa mogu se smatrati neosnovanim.
Nesumnjivo, raspršivanje oblaka ima pozitivan učinak na velike događaje na otvorenom. Međutim, ovome se raduju samo stanovnici glavnog grada. Stanovništvo obližnjih teritorija prinuđeno je da preuzme najveći teret stihije. Debata o prednostima i štetnosti tehnologije dobrih vremenskih prilika traje do danas, ali do sada naučnici nisu došli do bilo kakvog razumnog zaključka.
Aktivan uticaj na vremenske prilike - ljudska intervencija u toku atmosferskih procesa tako što se tehničkim sredstvima za kratko vreme menjaju određena fizička ili hemijska svojstva u nekom delu atmosfere. To uključuje padavine kiše ili snijega iz oblaka, sprječavanje grada, raspršivanje oblaka i magle, slabljenje ili uklanjanje mraza u prizemnom sloju zraka itd.
Čovek je od davnina težio promeni vremena, ali tek u 20. veku razvijene su posebne tehnologije za uticaj na atmosferu koje dovode do promene vremena.
Zasijavanje oblaka je najčešći način za promjenu vremena; koristi se ili za stvaranje kiše na suhim mjestima, ili za smanjenje šanse za grad – izazivanje kiše prije nego što se vlaga u oblacima pretvori u tuču, ili za smanjenje padavina.
Materijal je pripremljen na osnovu informacija RIA Novosti i otvorenih izvora
Tornado (ili tornado) je atmosferski vrtlog koji se javlja u kumulonimbus (olujskom) oblaku i širi se dolje, često do same površine zemlje, u obliku oblačnog rukava ili debla prečnika desetine i stotine metara. . Ponekad se vihor nastao na moru naziva tornado, a na kopnu tornado. Atmosferski vihori, slični tornadu, ali nastali u Evropi, nazivaju se krvnim ugrušcima. Ali češće se sva ova tri pojma smatraju sinonimima. Forma tornada može biti raznolika - stub, konus, čaša, bure, uže nalik biču, pješčani sat, rogovi "đavola" itd., ali najčešće tornada imaju oblik rotirajući deblo, cijev ili lijevak koji visi sa matičnog oblaka. Obično je poprečni prečnik levka tornada u donjem delu 300-400 m, mada ako tornado dodirne površinu vode, ova vrednost može biti samo 20-30 m, a kada levak pređe preko kopna može dostići 1,5 -3 km. Unutar lijevka, zrak se spušta, a vani se diže, brzo rotirajući, stvarajući područje vrlo razrijeđenog zraka. Razrjeđivanje je toliko značajno da zatvoreni objekti ispunjeni plinom, uključujući zgrade, mogu eksplodirati iznutra zbog razlike tlaka. Određivanje brzine kretanja zraka u lijevu i dalje je ozbiljan problem. U osnovi, procjene ove količine su poznate iz indirektnih zapažanja. U zavisnosti od intenziteta vrtloga, brzina strujanja u njemu može varirati. Vjeruje se da prelazi 18 m/s i, prema nekim indirektnim procjenama, može doseći 1300 km/h. Sam tornado se kreće zajedno sa oblakom koji ga stvara. Energija tipičnog tornada poluprečnika 1 km i prosječne brzine od 70 m/s jednaka je energiji standardne atomske bombe od 20 kilotona TNT-a, slična prvoj atomskoj bombi koju su SAD eksplodirale tokom Trinity test u Novom Meksiku 16. jula 1945. Rotacija vazduha na severnoj hemisferi u tornadima se dešava, po pravilu, u suprotnom smeru kazaljke na satu. Razlozi za nastanak tornada do sada nisu u potpunosti proučeni. Moguće je navesti samo neke opšte informacije koje su najkarakterističnije za tipična tornada. Tornada se često formiraju na frontovima troposfere - interfejsima u donjem sloju atmosfere od 10 km koji razdvajaju vazdušne mase sa različitim brzinama vetra, temperaturama i vlažnošću vazduha. Tornada prolaze kroz tri glavne faze u svom razvoju. U početnoj fazi, početni lijevak pojavljuje se iz grmljavinskog oblaka, koji visi iznad zemlje. Hladni slojevi vazduha direktno ispod oblaka jure dole da zamene tople, koji se, zauzvrat, podižu. (ovakav nestabilan sistem obično nastaje kada se spoje dva atmosferska fronta – topli i hladni). Potencijalna energija ovog sistema se pretvara u kinetičku energiju rotacionog kretanja vazduha. Brzina ovog pokreta se povećava, te poprima svoj klasični oblik. Brzina rotacije raste s vremenom, dok u središtu tornada zrak počinje intenzivno da se diže prema gore. Tako teče druga faza postojanja tornada - faza formiranog vrtloga maksimalne snage. Tornado je potpuno formiran i kreće se u različitim smjerovima. Završna faza je uništavanje vrtloga. Snaga tornada slabi, lijevak se sužava i odvaja od površine zemlje, postepeno se uzdižući natrag u matični oblak. Šta se dešava unutar tornada? Godine 1930., farmer u Kanzasu, koji se spremao da siđe u podrum, iznenada je ugledao tornado kako se kreće u njegovom pravcu. Nije bilo kuda, a čovjek je skočio u podrum. I tu je imao nevjerovatnu sreću - noga tornada iznenada se odlomila od tla i prešla preko glave sretnika. Kasnije, kada je seljak došao k sebi, opisao je ono što je video ovako: „Veliki čupavi kraj levka visio mi je tačno iznad glave. Sve je bilo mirno. Iz lijevka je dopirao zvuk šištanja. Podigao sam pogled i ugledao samo srce tornada. U njegovoj sredini nalazila se šupljina prečnika 30-70 metara, koja se uzdizala oko kilometar. Zidovi šupljine formirani su rotirajućim oblacima, a sama šupljina je bila osvijetljena neprekidnim sjajem munje, cik-cak skačući s jednog zida na drugi...". Evo još jednog sličnog slučaja. Godine 1951. u Teksasu se tornado koji se približio nekoj osobi odlomio sa zemlje i poneo šest metara iznad njegove glave. Prema riječima svjedoka, širina unutrašnje šupljine je bila oko 130 metara, a debljina zidova oko 3 metra. A unutar šupljine, prozirni oblak sijao je plavom svetlošću. Postoje brojni iskazi svjedoka koji su tvrdili da je u nekim trenucima cijela površina stuba tornada počela svijetliti čudnim sjajem žutih tonova. Tornada takođe stvaraju jaka elektromagnetna polja i praćena su munjama. Kuglaste munje u tornadima su više puta primećene. U tornadima se ne primjećuju samo svjetleće kugle, već i svijetleći oblaci, mrlje, rotirajuće pruge, a ponekad i prstenovi. Očigledno je da su sjaj unutar tornada povezan s turbulentnim vrtlozima različitih oblika i veličina. Ponekad cijeli tornado svijetli žuto. U tornadima se često razvijaju struje ogromne snage. Izbacuju se bezbrojnim munjama (običnim i loptastim) ili dovode do pojave svjetleće plazme koja prekriva cijelu površinu tornada i pali predmete koji su u njega upali. Poznati istraživač Camille Flammarion, proučavajući 119 tornada, došao je do zaključka da je u 70 slučajeva prisustvo struje u njima bilo nesumnjivo, au 49 slučajeva "u njima nije bilo ni traga elektriciteta, ili barem nije manifestuje se." Svojstva plazme koja ponekad obavija tornada su mnogo manje poznata. Neosporno je da se neki objekti u blizini zone razaranja ispostavi da su spaljeni, ugljenisani ili sasušeni. K. Flammarion je pisao da je tornado koji je opustošio Shatne (Francuska) 1839. godine „...spržio drveće koje je bilo sa strane njegovog puta, a ono što je stajalo na samoj stazi je iščupano. Vrtlog je djelovao samo na sprženo drveće s jedne strane, na kojoj je svo lišće i grane ne samo požutjelo, nego se i osušilo, dok je druga strana ostala netaknuta i pozelenila kao i prije. Nakon tornada koji je izazvao uništenje u Moskvi 1904. godine, mnoga oborena stabla su teško izgorjela. Ispostavilo se da vazdušni vrtlozi nisu samo rotacija vazduha oko određene ose. Ovo je složen energetski proces. Dešava se da ljudi koje tornado ne dotakne, bez ikakvog razloga, padaju mrtvi. Očigledno, u ovim slučajevima ljudi ubijaju visokofrekventne struje. To potvrđuje i činjenica da u preživjelim kućama pokvare utičnice, prijemnici i drugi uređaji, sat počinje da ide po zlu. Najveći broj tornada zabilježen je na sjevernoameričkom kontinentu, posebno u središnjim državama Sjedinjenih Država (postoji čak i pojam - Aleja tornada. Ovo je povijesni naziv srednjoameričkih država u kojima je najveći broj tornada uočeno), manje - u istočnim državama Sjedinjenih Država. Na jugu, u Florida Keys, tornada se pojavljuju iz mora gotovo svakodnevno, od maja do sredine oktobra, zbog čega je ovo područje dobilo nadimak "zemlja vodenih izljeva". Godine 1969. ovdje je zabilježeno 395 takvih vrtloga. Druga regija na globusu u kojoj nastaju uslovi za nastanak tornada je Evropa (osim Pirinejskog poluostrva) i čitava evropska teritorija Rusije. Klasifikacija tornada U obliku biča Ovo je najčešći tip tornada. Lijevak izgleda glatko, tanko i može biti prilično vijugavo. Dužina lijevka znatno premašuje njegov polumjer. Slabi vihori i viri koji se spuštaju na vodu su po pravilu bičevi vihori. Fuzzy Pojavljuje se kao čupavi, rotirajući oblaci koji dosežu tlo. Ponekad promjer takvog tornada čak premašuje njegovu visinu. Svi krateri velikog prečnika (više od 0,5 km) su nejasni. Obično su to vrlo snažni vrtlozi, često složeni. Nanose ogromnu štetu zbog svoje velike veličine i vrlo velikih brzina vjetra. Kompozit Može se sastojati od dva ili više odvojenih krvnih ugrušaka oko glavnog centralnog tornada. Takva tornada mogu biti gotovo bilo koje snage, međutim, najčešće su to vrlo snažni tornada. Nanose značajnu štetu na velikim područjima. Vatreni To su obični tornada koje stvara oblak nastao kao rezultat jakog požara ili vulkanske erupcije. Za karakterizaciju jačine tornada u Sjedinjenim Državama razvijena je Fujita-Pearsonova skala koja se sastoji od 7 kategorija, a nulta (najslabija) jačina vjetra se poklapa s uraganskim vjetrom na Beaufortovoj skali. Beaufortova skala je skala od dvanaest tačaka koju je usvojila Svetska meteorološka organizacija za približnu procenu brzine vetra prema njegovom uticaju na kopnene objekte ili talase na otvorenom moru. Izračunato od 0 - zatišje do 12 - uragan. Tornada preplavljuju gradove strašnom snagom, zbrišući ih sa lica Zemlje zajedno sa stotinama stanovnika. Ponekad se moćna destruktivna moć ovog prirodnog elementa pojačava zbog činjenice da se nekoliko tornada kombinira i udara u isto vrijeme. Područje nakon tornada je kao bojno polje nakon strašnog bombardovanja. Na primjer, 30. maja 1879. godine, dva tornada, koja su slijedila jedan za drugim u intervalu od 20 minuta, uništila su provincijski grad Irving sa 300 stanovnika u sjevernom Kanzasu. Uz Irvingov tornado povezan je jedan od najuvjerljivijih dokaza ogromne snage tornada: čelični most dug 75 m preko Velike Plave rijeke podignut je u zrak i uvijen poput užeta. Ostaci mosta bili su svedeni na gust, kompaktan snop čeličnih pregrada, rešetki i užadi, potrganih i uvijenih na najfantastičniji način. Isti tornado prošao je kroz jezero Freeman. Otrgnuo je četiri dijela željezničkog mosta od betonskih nosača, podigao ih u zrak, vukao oko četrdeset stopa i bacio u jezero. Svaki je težio po sto petnaest tona! Mislim da je to dovoljno
Šesto poglavlje
VRTLEŽNO KRETANJE GASOVA I TEČNOSTI
6.1. Zagonetke atmosferskih vrtloga
Bavimo se vrtložnim kretanjem gasova i tečnosti svuda. Najveći vrtlozi na Zemlji su atmosferski cikloni, koji su, uz anticiklone, zone povećanog pritiska zemljine atmosfere koje nisu zahvaćene vrtložnim kretanjem, određuju vrijeme na planeti. Prečnik ciklona dostiže hiljade kilometara. Vazduh u ciklonu čini složeno trodimenzionalno spiralno kretanje. Na sjevernoj hemisferi, cikloni, poput vode koja teče iz kupke u cijev, rotiraju se u smjeru suprotnom od kazaljke na satu (gledano odozgo), na južnoj hemisferi - u smjeru kazaljke na satu, zbog djelovanja Coriolisovih sila iz Zemljine rotacije.
U središtu ciklona tlak zraka je znatno niži nego na njegovoj periferiji, što se objašnjava djelovanjem centrifugalnih sila tokom rotacije ciklona.
Nastaje u srednjim geografskim širinama na mjestima zakrivljenosti atmosferskih frontova, ciklon srednje širine postepeno se formira u sve stabilniju i moćniju formaciju tokom svog kretanja uglavnom na sjever, gdje nosi topli zrak sa juga. Ciklon u nastajanju najprije zahvata samo donje, površinske slojeve zraka, koji su dobro zagrijani. Vrtlog raste odozdo prema gore. Daljnjim razvojem ciklona, dotok zraka u njega i dalje se događa blizu površine zemlje. Podižući se u središnjem dijelu ciklona, ovaj topli zrak napušta formirani ciklon na visini od 6-8 km. Vodena para sadržana u njemu na takvoj visini na kojoj vlada hladnoća kondenzuje se, što dovodi do stvaranja oblaka i padavina.
Takva slika razvoja ciklona, koju danas prepoznaju meteorolozi širom svijeta, uspješno je modelirana u meteotronskim instalacijama stvorenim 70-ih godina u SSSR-u da izazivaju kišu i uspješno testirane u Jermeniji. Turbomlazni motori postavljeni na tlu stvarali su vrtložni tok vrućeg zraka koji se dizao prema gore. Nakon nekog vremena, nad ovim mjestom se rodio oblak koji je postepeno prerastao u oblak koji je sipao kišu.
Tropski cikloni, koji se nazivaju tajfuni u Pacifiku i uragani u Atlantiku, ponašaju se mnogo drugačije od sporih ciklona srednjih geografskih širina. Imaju mnogo manje prečnike (100-300 km) od srednjih geografskih širina, ali ih odlikuju veliki gradijenti pritiska, veoma jaki vetrovi (do 50 pa čak i 100 m/s) i jake kiše.
Tropski cikloni nastaju samo iznad okeana, najčešće između 5 i 25° sjeverne geografske širine. Bliže ekvatoru, gdje su otklone Coriolisove sile male, one se ne proizvode, što dokazuje ulogu Coriolisovih sila u stvaranju ciklona.
Krećući se prvo na zapad, a zatim na sjever ili sjeveroistok, tropski cikloni postepeno prelaze u obične, ali vrlo duboke ciklone. Dolazeći od okeana do kopna, brzo nestaju preko njega. Dakle, oceanska vlaga igra ogromnu ulogu u njihovom životu, koja, kondenzirajući se u uzlaznom vrtložnom strujanju zraka, oslobađa ogromnu količinu latentne topline isparavanja. Potonji zagrijava zrak i povećava njegov uspon, što dovodi do snažnog pada atmosferskog tlaka kada se približi tajfun ili uragan.Rice. 6.1. Džinovski atmosferski vrtlog tajfuna (pogled iz svemira)
Ovi divovski bijesni vihori imaju dvije misteriozne karakteristike. Prvo, rijetko se pojavljuju na južnoj hemisferi. Drugi je prisustvo u središtu takve formacije "oka oluje" - zone promjera 15-30 km, koju karakterizira mirno i vedro nebo.
Uvidjeti da je tajfun, a još više ciklon srednje geografske širine, vihor, zbog njihovih ogromnih prečnika, moguće je samo sa kosmičke visine. Fotografije uskovitlanih lanaca oblaka koje su snimili astronauti su spektakularne. Ali za zemaljskog posmatrača, najočitiji tip atmosferskog vrtloga za posmatranje je tornado. Prečnik njenog stuba rotacije, koji se pruža prema oblacima, na najtanjem mestu je 300-1000 m iznad kopna, a samo desetine metara iznad mora. U Sjevernoj Americi, gdje se tornada pojavljuju mnogo češće nego u Evropi (do 200 godišnje), nazivaju se tornadi. Tamo nastaju uglavnom iznad mora, a bjesne kada su iznad kopna.
Sljedeća slika rođenja tornada prikazana je u: „30. maja 1979., u 4 sata popodne, dva oblaka, crna i gusta, susrela su se u sjevernom Kanzasu. 15 minuta nakon što su se sudarila i spojila u jedan oblak, iz njegove donje površine izrastao je lijevak.Brzo se izdužujući, poprimio je oblik ogromnog debla, stigao do zemlje i tri sata, poput džinovske zmije, igrao se po državi, razbijajući i uništavajući sve što mu se nađe na putu. - kuće, farme, škole..."
Ovaj tornado otkinuo je od kamenih bikova 75-metarski armirano-betonski most, vezao ga u čvor i bacio u rijeku. Stručnjaci su kasnije izračunali da je protok zraka morao imati nadzvučnu brzinu da bi se to postiglo.
Ono što vazduh radi u tornadima pri takvim brzinama zbunjuje ljude. Dakle, strugotine raspršene u tornadu lako prodiru u daske i stabla drveća. U njemu se kaže da je metalni lonac, zarobljen tornadom, okrenut naopačke, a da se metal ne slomi. Takvi trikovi se objašnjavaju činjenicom da je deformacija metala u ovom slučaju izvedena bez krutog nosača koji bi mogao oštetiti metal, jer je predmet bio u zraku.
Rice. 6.2. Fotografija tornada.Tornada nikako nisu rijetka prirodna pojava, iako se pojavljuju samo na sjevernoj hemisferi, pa je o njima prikupljeno mnogo podataka iz opservacija. Šupljina lijevka ("debla") tornada je okružena "zidovima" zraka koji se bjesomučno rotira u spiralu u smjeru suprotnom od kazaljke na satu (kao u tajfunu) (vidi sliku 6.3.) Ovdje brzina zraka dostiže 200-300 gospođa. Pošto statički pritisak u njemu opada sa povećanjem brzine gasa, „zidovi“ tornada usisavaju vazduh zagrejan blizu površine zemlje, a sa njim i predmete koji nailaze, poput usisivača.
Svi ovi objekti se uzdižu, ponekad i do oblaka, na koji se naslanja tornado.
Sila dizanja tornada je veoma velika. Dakle, oni prenose na znatne udaljenosti ne samo male predmete, već ponekad i stoku i ljude. Dana 18. avgusta 1959. godine, u regiji Minsk, tornado je podigao konja na priličnu visinu i odnio ga. Tijelo životinje pronađeno je samo kilometar i po dalje. 1920. godine, u državi Kanzas, tornado je uništio školu i podigao učitelja u zrak sa cijelim razredom školaraca zajedno sa njihovim stolovima. Nekoliko minuta kasnije, svi su spušteni na zemlju zajedno sa olupinom škole. Većina djece i učiteljica ostali su živi i nepovređeni, ali je 13 osoba umrlo.
Mnogo je slučajeva kada tornada podižu i nose ljude na značajne udaljenosti, nakon čega ostaju neozlijeđeni. Najparadoksalniji od njih opisan je u: tornado u Mytishchi-u u blizini Moskve uletio je u porodicu seljanke Seleznjeve. Bacivši ženu, najstarijeg sina i bebu u jarak, odveo je srednjeg sina Petju. Pronađen je tek sledećeg dana u moskovskom parku Sokolniki. Dječak je bio živ i zdrav, ali nasmrt uplašen. Najčudnije je što se Sokolniki nalazi od Mytishchi-ja ne u smjeru gdje se kretao tornado, već u suprotnom smjeru. Ispostavilo se da dječak nije prebačen u toku tornada, već u suprotnom smjeru, gdje se sve odavno smirilo! Ili je otputovao u prošlost?
Čini se da bi objekte u tornadu trebao nositi jak vjetar. Ali 23. AVP/100, 1953. godine, tokom tornada u Rostovu, kako se navodi, jak nalet vjetra otvorio je prozore i vrata u kući. Istovremeno je budilnik, koji se nalazio na komodi, proleteo kroz troja vrata, kuhinju, hodnik i odleteo na tavan kuće. Koje su ga sile pokretale? Na kraju krajeva, zgrada je ostala neozlijeđena, a vjetar, sposoban da na takav način nosi budilicu, morao je potpuno srušiti zgradu koja ima mnogo veće vjetrove od budilice.
I zašto tornada, podižući hrpe malih predmeta pravo do oblaka, spuštaju ih na priličnu udaljenost gotovo kao nagomilane, ne razbacujući se, već kao da im izlijevaju iz rukava?
Neraskidiva veza sa matičnim grmljavinskim oblakom karakteristična je razlika između tornada i drugih vrtložnih kretanja atmosfere. Ili zato što ogromne električne struje teku iz grmljavinskog oblaka duž "debla" tornada do zemlje, ili zato što su prašina i kapi vode u vrtlogu tornada snažno naelektrizirani trenjem, ali tornada prati visok nivo električne energije. aktivnost. Šupljina "debla" od zida do zida je stalno probijena električnim pražnjenjima. Često čak i svijetli.
Ali unutar šupljine "debla" tornada, vrtložno kretanje zraka je oslabljeno i češće usmjereno ne odozdo prema gore, već odozgo prema dolje * (* Međutim, u njemu se navodi da se u šupljini "debla" tornada zrak kreće odozdo prema gore, a u njegovim zidovima - odozgo prema dolje.). Postoje slučajevi kada je takav silazni tok unutar tornada postao toliko jak da je pritisnuo predmete u tlo (vidi sliku 6.3.). Odsustvo intenzivne rotacije u unutrašnjoj šupljini tornada čini ga u tom pogledu sličnim tajfunu. Da, i "oko oluje" u tornadu postoji prije nego što dođe do tla iz oblaka. Ovako to poetski opisuje Y. Maslov: „U grmljavinskom oblaku odjednom se pojavljuje „oko“, odnosno „oko“, sa mrtvom beživotnom zenicom. Osećaj je da zaviruje u plen. Primetio je to! juri na zemlju uz tutnju i brzinu kurirskog voza, ostavljajući za sobom dug, jasno vidljiv trag - rep.
Stručnjake već dugo zanima pitanje izvora te zaista neiscrpne energije kojom raspolažu tornada, a još više tajfuni. Jasno je da se toplotna energija ogromnih masa vlažnog vazduha na kraju pretvara u energiju kretanja vazduha u atmosferskom vrtlogu. Ali šta ga tjera da se koncentriše u tako malim količinama kao što je tijelo tornada? I zar takva spontana koncentracija energije nije u suprotnosti sa drugim zakonom termodinamike, koji kaže da se toplotna energija može samo spontano raspršiti?
Postoji mnogo hipoteza na ovu temu, ali još uvijek nema jasnih odgovora.
Istražujući energiju vrtloga gasa, V. A. Atsukovsky piše da je "telo gasnog vrtloga kompresovano okolinom u procesu formiranja vrtloga." To potvrđuje i činjenica da je "deblo" tornada tanje od njegove osnove, gdje mu trenje o tlo ne dozvoljava da razvije veliku brzinu rotacije. Kompresija tijela vrtloga pritiskom okoline uzrokuje povećanje brzine njegove rotacije kao rezultat zakona održanja količine gibanja. A s povećanjem brzine plina u vrtlogu, statički tlak u njemu još više opada. Iz ovoga proizilazi, zaključuje Acukovski, da vrtlog koncentriše energiju okoline, a ovaj proces se bitno razlikuje od drugih, praćen disipacijom energije u okolinu.
Tu bi teorija kretanja mogla spasiti drugi zakon termodinamike ako bi bilo moguće otkriti da plinski vrtlozi zrače energiju u značajnim količinama. S obzirom na ono što je rečeno u Odjeljku 4.4, teorija kretanja zahtijeva da, kada se zrak rotira u tornadu ili tajfunu, oni zrače ne manje energije nego što troše za okretanje zraka. I kroz tornado, a još više tajfun, tokom svog postojanja, prolaze ogromne mase zraka, uvijajući se.
Čini se da je vlažnom vazduhu lakše izbaciti "dodatnu" masnu energiju bez zračenja. Zapravo, nakon kondenzacije vlage, kada ga atmosferski vrtlog podigne na veliku visinu, kapi kiše koje padaju iz vrtloga napuštaju vrtlog i njegova masa se zbog toga smanjuje. Ali toplinska energija vrtloga ne samo da se od toga ne smanjuje, već se, naprotiv, povećava zbog oslobađanja latentne topline isparavanja tijekom kondenzacije vode. To dovodi do povećanja brzine kretanja u vrtlogu kako zbog povećanja brzine uzdizanja zraka, tako i zbog povećanja brzine rotacije kada je tijelo vrtloga komprimirano. Osim toga, uklanjanje mase vodenih kapi iz vrtloga ne dovodi do povećanja energije vezivanja rotacionog sistema i do povećanja defekta mase u preostalom vrtlogu. Energija vezivanja sistema bi se povećala (a sa njom i stabilnost sistema) ako bi se prilikom ubrzanja rotacije sistema iz njega uklonio deo unutrašnje energije sistema – toplota. A toplina se najlakše uklanja zračenjem.
Očigledno nikome nije palo na pamet da pokuša da registruje tepe (infracrveno i mikrotalasno) zračenje tornada i tajfuna. Možda postoji, ali mi to još ne znamo. Međutim, mnogi ljudi i životinje osjećaju približavanje uragana čak i kada su u zatvorenom prostoru i ne gledaju u nebo. I mislim da ne samo zbog pada atmosferskog pritiska, zbog kojeg vrane grakću od bolova u kostima koje imaju šupljine. Ljudi osjećaju nešto drugo, neki zastrašujuće, drugi uzbudljivo. Možda je ovo torzijsko zračenje, koje bi od tornada i tajfuna trebalo biti jako intenzivno?
Bilo bi zanimljivo zamoliti astronaute da naprave infracrvene fotografije tajfuna sa svemirske visine. Čini se da bi nam ovakve fotografije mogle reći puno novih stvari.
Međutim, takve fotografije najvećeg ciklona u atmosferama planeta Sunčevog sistema, iako ne u infracrvenim zracima, odavno su snimljene sa kosmičke visine. Riječ je o fotografijama Velike crvene mrlje Jupitera, koja je, kako su otkrile studije njenih fotografija snimljenih 1979. godine sa američke svemirske letjelice Voyager 1, ogroman, stalno postojeći ciklon u moćnoj atmosferi Jupitera (sl. 6. 4) . "Oko oluje" ovog kiklopskog kiklopskog tajfuna veličine 40x13 hiljada km blista zloslutnom crvenom bojom čak i u opsegu vidljive svjetlosti, odakle mu i potiče ime.
Rice. 6.4. Velika crvena mrlja (SR) Jupitera i blizina te tačke ("Voyager 1", 1979).6.2. Vortex Ranke efekat
Istražujući ciklične separatore za čišćenje gasa od prašine, francuski metalurški inženjer J. Ranke otkrio je neobičnu pojavu kasnih 1920-ih: u središtu mlaza, gas koji je izlazio iz ciklona imao je nižu temperaturu od početne. Već krajem 1931. Ranke je dobio prvi patent za uređaj koji je nazvao "vortex tube" (VT), u kojem se struja komprimovanog zraka dijeli na dva toka - hladnu i vruću. Ubrzo patentira ovaj izum u drugim zemljama.
Godine 1933. Ranke je podnio izvještaj Francuskom fizičkom društvu o fenomenu koji je otkrio odvajanja komprimovanog gasa u BT. Ali njegovu poruku naišla je naučna zajednica s nepovjerenjem, jer niko nije mogao objasniti fiziku ovog procesa. Na kraju krajeva, naučnici su nedugo prije shvatili neizvodljivost fantastične ideje o "Maxwellovom demonu", koji je, da bi razdvojio topli plin na topli i hladan, morao da otpusti brze molekule plina kroz mikrorupu iz posude s plinom. a ne puštati spore. Svi su odlučili da je to u suprotnosti sa drugim zakonom termodinamike i zakonom povećanja entropije.
Rice. 6.5. Vrtložna cijev Ranke.Više od 20 godina, Rankeovo otkriće je ignorisano. I tek 1946. godine, njemački fizičar R. Hilsch objavio je rad o eksperimentalnim studijama VT, u kojem je dao preporuke za dizajn takvih uređaja. Od tada se ponekad nazivaju i Ranke-Hilsch cijevi.
Ali davne 1937. godine, sovjetski naučnik K. Strahovič je, ne znajući za Rankeove eksperimente, rekao u toku predavanja o primijenjenoj plinskoj dinamici, teoretski dokazao da temperaturne razlike treba da nastaju u rotirajućim tokovima plina. Međutim, tek nakon Drugog svjetskog rata u SSSR-u, kao iu mnogim drugim zemljama, počela je široka upotreba efekta vrtloga. Treba napomenuti da su sovjetski istraživači u ovom pravcu do početka 70-ih zauzeli svjetsko vodstvo. Pregled nekih sovjetskih radova o VT-u dat je, na primjer, u knjizi, iz koje smo pozajmili i gore navedeno u ovom dijelu i veliki dio onoga što je navedeno u nastavku.
U Ranke vrtložnoj cijevi, čiji je dijagram prikazan na sl. 6.5, cilindrična cijev 1 spojena je jednim krajem na spiralu 2, koja se završava ulazom mlaznice pravokutnog poprečnog presjeka, koji osigurava dovod komprimiranog radnog plina u cijev tangencijalno na obim njene unutrašnje površine. Sa drugog kraja spirala je zatvorena dijafragmom 3 sa rupom u sredini čiji je prečnik znatno manji od unutrašnjeg prečnika cevi 1. Kroz ovu rupu iz cevi 1 izlazi struja hladnog gasa, koja se prilikom svog vrtložnog kretanja u cijevi 1 odvaja na hladni (centralni) i vrući (periferni) dio. Vrući dio toka koji se nalazi uz unutrašnju površinu cijevi 1 rotira do udaljenog kraja cijevi 1 i napušta ga kroz prstenasti razmak između njenog ruba i konusa za podešavanje 4.
B objašnjava da svaki pokretni tok plina (ili tekućine) ima, kao što znate, dvije temperature: termodinamičku (takođe zvanu statičku) T, određenu energijom toplotnog kretanja molekula plina (ova temperatura bi se mjerila termometrom koji se kreće zajedno sa protok gasa pri istoj brzini V, što je protok) i temperaturu stagnacije T0, koja se meri stacionarnim termometrom postavljenim na putu protoka. Ove temperature su povezane relacijom
(6.1)
gdje je C specifični toplinski kapacitet plina. Drugi član u (6.1) opisuje povećanje temperature zbog usporavanja protoka gasa na termometru. Ako se stagnacija vrši ne samo na mjernoj točki, već i na cijelom protočnom dijelu, tada se cijeli plin zagrijava do temperature stagnacije T0. U tom slučaju kinetička energija strujanja se pretvara u toplinu.
Transformišući formulu (6.1), dobijamo izraz
(6.2)
koji kaže da kako se brzina protoka V povećava u adijabatskim uslovima, termodinamička temperatura opada.
Imajte na umu da je posljednji izraz primjenjiv ne samo na protok plina, već i na protok tekućine. U njemu, sa povećanjem brzine strujanja V u adijabatskim uslovima, termodinamička temperatura tečnosti takođe treba da se smanji. Upravo to smanjenje temperature vodenog toka ubrzanog u suženom vodu do turbine je L. Gerbrand ukazao u odjeljku 3.4, predlažući pretvaranje topline riječne vode u kinetičku energiju protoka koji se dovodi u turbinu. hidroelektrana.
Zaista, još jednom prepisivanjem izraza (6.1) u formu
(6.3)
dobijamo formulu za povećanje kinetičke energije strujanja vode
(Ovdje je m masa vode koja je prošla kroz vod).
Ali da se vratimo na vorteks cijev. Ubrzavajući u svojoj ulaznoj volti do velike brzine, plin na ulazu u cilindričnu cijev 1 ima maksimalnu tangencijalnu brzinu VR i najnižu termodinamičku temperaturu. Zatim se kreće u cijevi 1 duž cilindrične spirale do udaljenog izlaza, djelomično zatvorenog konusom 4. Ako se ovaj konus ukloni, tada će cijeli tok plina slobodno izaći kroz dalji (vrući) kraj cijevi 1. Štaviše, VT će usisati kroz otvor na dijafragmi 3 i dio vanjskog zraka. (Na ovom principu se zasniva rad vrtložnih ejektora, koji imaju manje dimenzije od onih sa direktnim protokom.)
Ali podešavanjem razmaka između konusa 4 i ruba cijevi 1 postižu povećanje tlaka u cijevi do takve vrijednosti pri kojoj usis vanjskog zraka prestaje i dio plina iz cijevi 1 počinje izlaziti. kroz otvor na dijafragmi 3. Istovremeno se u cijevi 1 pojavljuje centralni (paraksialni) vrtložni tok koji se kreće prema glavnom (perifernom), ali rotira, kako je navedeno u, u istom smjeru.
U čitavom kompleksu procesa koji se odvijaju u VT postoje dva glavna koja određuju, po mišljenju većine istraživača, preraspodjelu energije između perifernih i centralnih vrtložnih tokova plina u njemu.
Prvi od glavnih procesa je restrukturiranje polja tangencijalnih brzina rotirajućih strujanja dok se kreću duž cijevi. Brzo rotirajući periferni tok postepeno prenosi svoju rotaciju na centralni tok koji se kreće prema njemu. Kao rezultat toga, kada se čestice plina središnjeg toka približavaju dijafragmi 3, rotacija oba toka je usmjerena u istom smjeru, a događa se kao da se čvrsti cilindar, a ne plin, rotira oko svoje ose. Takav vrtlog se naziva "kvazi-čvrstim". Ovaj naziv je određen činjenicom da čestice rotacionog čvrstog cilindra u svom kretanju oko ose cilindra imaju istu zavisnost tangencijalne brzine od udaljenosti do ose: Vr. =. ?r.
Drugi glavni proces u WP je izjednačavanje termodinamičkih temperatura perifernog i centralnog toka u svakom dijelu WP, uzrokovano turbulentnom razmjenom energije između tokova. Bez ovog poravnanja, unutrašnji tok, koji ima manje tangencijalne brzine od perifernog, imao bi višu termodinamičku temperaturu od perifernog. Kako su tangencijalne brzine perifernog toka veće od centralnog, nakon izjednačavanja termodinamičkih temperatura, temperatura stagnacije perifernog toka koji se kreće prema izlazu cijevi 1, napola prekrivenog konusom 4, postaje veća. nego centralni tok koji se kreće prema rupi u dijafragmi 3.
Istodobno djelovanje dva glavna opisana procesa dovodi, po mišljenju većine istraživača, do prijenosa energije iz centralnog toka plina u WT na periferni i do razdvajanja plina na hladni i topli tok.
Ovu ideju rada VT-a još uvijek prepoznaje većina stručnjaka. A dizajn VT-a od vremena Rankea nije se mnogo promijenio, iako se obim VT-a od tada širi. Utvrđeno je da VT koji koriste konusnu cijev (mali ugao suženja) umjesto cilindrične pokazuju nešto bolje performanse. Ali teže ih je proizvesti. Najčešće se VT koji rade na plinove koriste za proizvodnju hladnoće, ali ponekad se, na primjer, pri radu u vrtložnim termostatima koriste i hladni i topli tokovi.
Iako vrtložna cijev ima mnogo manju efikasnost od industrijskih hladnjaka drugih tipova, što je zbog velike potrošnje energije za kompresiju plina prije dovoda u VT, izuzetna jednostavnost dizajna i nepretencioznost VT-a čine ga nezamjenjivim. za mnoge aplikacije.
VT može raditi s bilo kojim plinovitim radnim fluidima (na primjer, s vodenom parom) i pri različitim padovima tlaka (od frakcija atmosfere do stotina atmosfera). Raspon protoka gasa u VT je takođe veoma širok (od frakcija m3/sat do stotina hiljada m3/sat), a samim tim i raspon njihovih kapaciteta. Međutim, sa povećanjem
Prečnik VT-a (to jest, sa povećanjem njegove snage) povećava efikasnost VT-a.
Kada se VT koristi za proizvodnju hladnih i toplih tokova plina u isto vrijeme, cijev se pravi nehlađena. Takvi WT se nazivaju adijabatskim. Ali kada se koristi samo hladan mlaz, isplativije je koristiti VT, u kojem se tijelo cijevi ili njegov udaljeni (vrući) kraj hladi vodenom košuljicom ili drugom metodom prisilno. Hlađenje vam omogućava da povećate kapacitet hlađenja HT-a.6.3. Paradoksi vrtložne cijevi
Vrtložna cijev, koja je postala onaj "Maxwellov demon", koji (odvaja brze molekule plina od sporih), dugo nije dobila priznanje nakon što je pronašla J. Ranke. Generalno, svi procesi i uređaji , ako ne dobiju teorijsko opravdanje i naučno objašnjenje, u našem prosvijećenom" veku su gotovo sigurno osuđeni na odbacivanje. Ovo je, ako hoćete, suprotna strana prosvjetljenja: sve što ne nađe trenutno objašnjenje nema pravo na postojanje !A u Rankeovoj luli, i nakon pojave gornjeg objašnjenja njenog rada, mnogo je ostalo i ostalo nejasno.Nažalost, autori knjiga i udžbenika rijetko primjećuju nejasnoće pojedinih pitanja, već, naprotiv, češće traže zaobilaziti ih i pokrivati ih kako bi se stvorio privid svemoći nauke. Knjiga nije izuzetak u tom pogledu.
Dakle, na njenoj strani 25 kada objašnjava proces preraspodjele! energije u VT preuređivanjem polja brzina rotirajućih gasnih tokova i pojavom "kvazičvrstog" vrtloga, može se primijetiti određena zabuna. Na primjer), čitamo: "Kada se središnji tok kreće prema ... on doživljava sve intenzivnije kovitlanje sa strane vanjskog toka. U tom procesu, kada vanjski slojevi uvrću unutrašnje, kao rezultat .. . tangencijalne brzine unutrašnjeg toka se smanjuju, a vanjske rastu. Nelogičnost ove fraze nateraće vas da se zapitate da li autori knjige pokušavaju da sakriju nešto što se ne može objasniti, da stvore privid logike tamo gde je nema?
Pokušaji da se stvori teorija VT konstruisanjem i rešavanjem sistema gasnodinamičkih jednačina koje opisuju procese u VT doveli su mnoge autore do nepremostivih matematičkih poteškoća. U međuvremenu, istraživanja vorteks efekta od strane eksperimentatora otkrivala su u njemu sve više i više novih karakteristika, čije se opravdanje pokazalo nemogućim prema bilo kojoj od prihvaćenih hipoteza.
Sedamdesetih godina 20. stoljeća razvoj kriogene tehnologije potaknuo je potragu za novim mogućnostima vrtložnog efekta, budući da druge postojeće metode hlađenja - prigušivanje plina, izbacivanje i ekspanzija plina - nisu pružile rješenje za praktične probleme koji su nastajali hlađenjem velikih količina. i tečni gasovi sa niskom temperaturom kondenzacije. Stoga su istraživanja rada vrtložnih hladnjaka nastavljena još intenzivnije.
Najzanimljivije rezultate u ovom pravcu postigli su Lenjingradci V. E. Finko. U njegovom vrtložnom hladnjaku sa VT koji ima ugao konusnosti do 14°, postignuto je hlađenje vazduhom do 30°K. Značajno povećanje efekta hlađenja zabilježeno je s povećanjem tlaka plina na ulazu na 4 MPa i više, što [koje protivreči općeprihvaćenom stajalištu da pri pritisku većem od 1 MPa efikasnost VT praktički ne pada. povećavati sa povećanjem pritiska.
Ova i druge karakteristike pronađene tokom ispitivanja vrtložnog hladnjaka sa podzvučnim ulaznim brzinama strujanja, koje nisu u skladu sa postojećim idejama o vrtložnom efektu i metodi koja se koristi u literaturi za proračun hlađenja gasa uz njegovu pomoć, potaknule su V. E. Finka da analizira ova odstupanja. .
Primetio je da su temperature stagnacije ne samo hladnog (Tx) već i „vrućeg“ (Tr) izlaznih tokova gasa bile znatno niže od temperature T gasa koji se dovodi u njegov VT. To je značilo da energetski bilans u njegovom WT-u ne odgovara dobro poznatoj Hilšovoj jednačini ravnoteže za adijabatske WT.
(6.5)
gdje je I specifična entalpija radnog plina,
U dostupnoj literaturi Finko nije pronašao radove posvećene provjeri relacije (6.5). U objavljenim radovima, po pravilu, frakcija hladnog tečenja JLI je izračunata po formuli
(6.6)
prema rezultatima mjerenja temperature Tovh Gog Goh. Poslednja formula se dobija iz (6.5) korišćenjem uslova:
V.E.Finko kreira štand, opisan u, na kojem su, uz mjerenje temperatura stagnacije protoka, vršena mjerenja protoka gasa Ovkh, Ox, Og. Kao rezultat toga, čvrsto je utvrđeno da je izraz (6.5) neprihvatljiv za izračunavanje energetskog bilansa WP, budući da je razlika u specifičnim entalpijama dolaznih i izlaznih tokova u eksperimentima bila 9-24% i rasla s povećanjem u ulaznom pritisku ili sa smanjenjem temperature ulaznog gasa. Finko napominje da je neko odstupanje između relacije (6.5) i rezultata testa uočeno ranije u radovima drugih istraživača, na primjer, u , gdje je neslaganje iznosilo 10-12%, ali su autori ovih radova objasnili nepreciznost mjerenja troškova .
Nadalje, V. E. Finko primjećuje da nijedan od ranije predloženih mehanizama prijenosa topline u VT, uključujući mehanizam protustrujnog turbulentnog prijenosa topline, ne objašnjava one visoke stope odvođenja topline iz plina, koje dovode do značajnih padova temperature (~ 70 °K i više) u svom vrtložnom hladnjaku. On nudi svoje objašnjenje za hlađenje gasa u VT „radom vrtložnog širenja gasa“ koji se obavlja unutar cevi preko delova gasa koji su tamo prethodno ušli, kao i preko spoljašnje atmosfere, gde se gas nalazi izlazi.
Ovdje treba napomenuti da u opštem slučaju, energetski bilans WT ima oblik:
(6.7)
gdje je Wcool količina topline koja se u jedinici vremena uklanja iz VT kućišta zbog njegovog prirodnog ili umjetnog hlađenja. Prilikom proračuna adijabatskih cijevi, posljednji član u (6.7) se zanemaruje zbog njegove male veličine, budući da su VT obično male veličine i njihova izmjena topline sa okolnim zrakom kroz konvekciju je neznatna u odnosu na razmjenu topline između tokova plina unutar VT. A tokom rada umjetno hlađenih VT-a, posljednji član u (6.7) osigurava povećanje udjela protoka hladnog plina koji napušta VT. U Finko vrtložnom hladnjaku nije bilo vještačkog hlađenja, a prirodna konvekcijska izmjena topline sa okolnim atmosferskim zrakom bila je neznatna.
Činilo se da sljedeći Finkov eksperiment, opisan u , nema direktne veze s pitanjima prijenosa topline u VT. Ali on je taj koji najviše dovodi u sumnju ne samo ispravnost ranije postojećih ideja o mehanizmu razmjene topline između tokova plina u WP, već i općenito u ispravnost općeprihvaćene slike rada WP. Finko uvodi tanku šipku duž ose svog VT, čiji je drugi kraj učvršćen u ležaju. Kada VT radi, šipka počinje da se okreće brzinom do 3000 o/min, pokretana rotirajućim centralnim protokom gasa u VT. Ali samo se smjer rotacije štapa pokazao suprotnim smjeru rotacije glavnog (perifernog) vrtložnog toka plina u VT!
Iz ovog eksperimenta možemo zaključiti da je rotacija središnjeg toka plina suprotna rotaciji perifernog (glavnog) toka. Ali to je u suprotnosti s preovlađujućom idejom o "kvazi-čvrstoj" rotaciji plina u BT-u.
Osim toga, V. E. Finko je registrovao infracrveno zračenje spektra pojasa na izlazu toka hladnog gasa iz svog VT u opsegu talasnih dužina od 5-12 μm, čiji se intenzitet povećavao sa povećanjem pritiska gasa na ulazu VT. Ponekad je, međutim, vizualno uočeno i "plavo zračenje koje izlazi iz jezgre potoka". Međutim, istraživač nije pridavao veliki značaj zračenju, ističući prisustvo radijacije kao čudnu nuspojavu i čak nije ni doveo njene intenzitete do vrednosti. Ovo ukazuje da Finko nije povezao prisustvo ovog zračenja sa mehanizmom prenosa toplote u BT.
Ovdje se moramo ponovo prisjetiti mehanizma predloženog u odjeljcima 4.4 i 4.5 za izbacivanje "dodatne" mase-energije iz sistema tijela postavljenih u rotaciju kako bi se stvorila neophodna negativna energija vezivanja sistema. Napisali smo da je najlakši način za izbacivanje energije električno nabijena tijela. Kada se rotiraju, mogu jednostavno zračiti energiju u obliku elektromagnetnih valova ili fotona. U struji bilo kojeg plina uvijek postoji određeni broj jona, čije bi kretanje duž kruga ili luka u vrtložnom toku trebalo dovesti do emisije elektromagnetnih valova.
Istina, na tehničkim frekvencijama rotacije vrtloga, intenzitet radiotalasnog zračenja jona koji se kreće, izračunat prema poznatoj formuli za ciklotronsko zračenje na osnovnoj frekvenciji, pokazuje se izuzetno malim. Ali ciklotronsko zračenje nije jedini i daleko od najvažnijeg od mogućih mehanizama za emisiju fotona iz rotirajućeg plina. Postoji niz drugih mogućih mehanizama, na primjer, pobuđivanjem molekula plina ionsko-zvučnim vibracijama, nakon čega slijedi emisija pobuđenih molekula. Ovdje govorimo o ciklotronskom zračenju samo zato što je njegov mehanizam najrazumljiviji inženjeru – čitaocu ove knjige. Ponovimo još jednom da kada priroda treba da zrači energiju iz sistema pokretnih tijela, ona će pronaći hiljadu načina da to učini. Pogotovo iz takvog sistema kao što je gasni vrtlog, u kojem postoji toliko mogućnosti za zračenje koje su razumljive i sa današnjim razvojem nauke.
V. E. Finko je registrovao pojasni spektar elektromagnetnog zračenja sa
talasne dužine =‹10 µm. Spektar pojasa je karakterističan za toplotno zračenje molekula gasa. Čvrsta tijela daju kontinuirani spektar zračenja. Iz ovoga možemo zaključiti da je u Finkovim eksperimentima registrovano zračenje radnog gasa, a ne metalno kućište VT.
Toplotno zračenje rotirajućeg plina može potrošiti ne ostatak mase zračećih molekula ili iona, već toplinsku energiju plina kao najpokretnijeg dijela njegove unutrašnje energije. Toplotni sudari između molekula plina ne samo da pobuđuju molekule, već i hrane ione kinetičkom energijom, koju emituju već u obliku elektromagnetne energije. I čini se da rotacija gasa nekako (možda pomoću torzijskog polja) stimuliše ovaj proces zračenja. Kao rezultat emisije fotona, plin se hladi na niže temperature nego što to slijedi iz poznatih teorija prijenosa topline između centralnog i perifernog vrtložnog toka u VT.
U Finkovom radu, nažalost, nije naznačen intenzitet uočenog zračenja, pa se stoga za sada ne može ništa reći o veličini snage koju ono nosi. Ali je primijetio zagrijavanje unutrašnje površine zidova VT-a za najmanje 5°K, što bi moglo biti posljedica zagrijavanja upravo ovim zračenjem.
S tim u vezi, nameće se sljedeća hipoteza o procesu odvođenja topline iz centralnog toka u periferni vrtložni tok plina u WP. Gas centralnog i perifernog toka emituje fotone tokom njihove rotacije. Čini se da bi periferni trebao intenzivnije zračiti, jer ima veću tangencijalnu brzinu. Ali središnji tok je u intenzivnom aksijalnom torzijskom polju, koje stimulira emisiju fotona pobuđenih molekula i jona. (U Finkovim eksperimentima to dokazuje prisustvo plavog sjaja upravo iz "jezgra" toka.) U ovom slučaju, protočni gas se hladi zbog zračenja koje ga napušta, koje odnosi energiju, a zračenje se apsorbuje zidovima cijevi koje se zagrijavaju ovim zračenjem. Ali periferni tok plina u kontaktu sa zidovima cijevi uklanja ovu toplinu i zagrijava se. Kao rezultat, centralni vrtložni tok je hladan, a periferni zagrejan.
Dakle, VT tijelo igra ulogu međutijela koje osigurava prijenos topline od centralnog vrtložnog toka do perifernog.
Jasno je da kada se tijelo HT ohladi, prijenos topline sa njega na periferni tok plina se smanjuje zbog smanjenja temperaturne razlike između tijela cijevi i plina u njemu, te kapaciteta hlađenja. HT je povećan.
Ova hipoteza takođe objašnjava narušavanje toplotne ravnoteže otkriveno od strane Finka, o čemu smo već govorili. Zaista, ako dio zračenja napusti granice WP kroz svoje izlaze (a ovaj dio može iznositi ~10%, sudeći po geometriji uređaja koji koristi Finko), tada energija koju nosi ovaj dio zračenja više nije snimaju uređaji koji mjere temperaturu stagnacije plina na izlazima cijevi. Udio zračenja koje napušta cijev se posebno povećava ako se zračenje generiše pretežno u blizini otvora 3 cijevi (vidi sliku 6.5), gdje su brzine rotacije plina maksimalne.
Treba reći još nekoliko riječi o zagrijavanju perifernog toka plina u VT. Kada je V.E. Finko je ugradio "ispravljač" toka gasa (rešetkasta "kočnica") na "vrući" kraj svog VT, "vrući" dio izlaznog toka gasa nakon "ravnala" je već imao temperaturu 30-60 °K viši od Tovha. Istovremeno se povećao udio hladnog toka zbog smanjenja površine prolaznog dijela za uklanjanje "vrućeg" dijela toka, a temperatura hladnog dijela toka nije bila duže tako nisko kao kod rada bez "ravnalice".
Nakon ugradnje "ispravljača" Finko primjećuje vrlo intenzivnu buku tokom rada svog VT-a. A zagrijavanje plina kada se u cijev stavi "ispravljač" (koji se, kako su njegove procjene pokazale, ne bi mogao tako jako zagrijati samo zbog trenja toka plina o "ispravljač") objašnjava izgledom zvučnih vibracija u plinu, čiji je rezonator cijev. Taj proces Finko je nazvao "mehanizmom talasnog širenja i kompresije gasa", što dovodi do njegovog zagrijavanja.
Jasno je da je usporavanje rotacije toka gasa trebalo da dovede do pretvaranja dela kinetičke energije strujanja u toplotu. Ali mehanizam ove transformacije otkriven je tek u radu Finka.
Navedeno pokazuje da je vrtložna cijev još uvijek ispunjena mnogim misterijama i da ideje o njenom radu koje postoje decenijama zahtijevaju radikalnu reviziju.6.4. Hipoteza o protustruji u vrtlozima
Vrtložno kretanje sadrži toliko toga neistraženog da će više od jedne generacije teoretičara i eksperimentatora imati dovoljno posla. A u isto vrijeme, vrtložno kretanje je očigledno najčešći tip kretanja u prirodi. Zaista, sva ona tijela (planete, zvijezde, elektroni u atomu, itd.), o kojima smo pisali u odjeljku 4.1 da vrše kružno kretanje, obično se kreću i naprijed. A kada dodate njihove rotacijske i translacijske pokrete, dobijete spiralno kretanje.
Postoje dva glavna tipa spirala: cilindrična spiralna, o kojoj smo raspravljali u odeljku 4.3, i Arhimedova spirala, čiji se poluprečnik povećava sa brojem zavoja. Ovakav izgled imaju spiralne galaksije, najveći vrtlozi u prirodi.
A superpozicija rotacionog kretanja duž Arhimedove spirale i translacionog kretanja duž njene ose takođe daje treću vrstu spirale - konusnu. Voda koja teče iz kupke u cijev na njenom dnu kreće se duž takve spirale, a zrak u tornadu. Plin se kreće duž iste konusne spirale u tehničkim ciklonima. Tu se, sa svakim okretajem, radijus putanje čestice smanjuje.
Rice. 6.6. Profil brzine slobodnih potopljenih mlazova različitog stepena uvijanja:
a - direktni mlaz; b - blago vrtložni mlaz; c - umjereno vrtložni mlaz; g - snažno vrtložni zatvoreni mlaz; e - snažno vrtložni otvoreni mlaz; zid; b - rupa u zidu; c - granice mlaza; d je profil brzine na različitim udaljenostima od zida; e - osa mlaza; [U- aksijalna brzina.Ali u Finkovom vrtložnom hladnjaku, koji ima konusnu vrtložnu cijev, periferni tok plina se kreće duž konusne spirale koja se širi, a nadolazeći aksijalni tok - duž sužene. Takva konfiguracija tokova u VT i tehničkom ciklonu određena je geometrijom zidova aparata.
Kada smo razmatrali vrtložnu cijev u odjeljku 6.2, napisali smo da se obrnuti aksijalni tok u njoj javlja kada je izlaz plina kroz krajnji (vrući) kraj cijevi djelomično blokiran i u njemu se stvara višak tlaka, prisiljavajući plin da traži drugi izlaz iz cijevi. Ovakvo objašnjenje pojave suprotnog aksijalnog strujanja u VT danas je opšteprihvaćeno.
Ali stručnjaci za vrtložne mlaznice, koji se široko koriste, na primjer, za stvaranje baklji u gorionicima termoelektrana, primjećuju da se protutok duž osi vrtložnog mlaza javlja čak i u odsustvu zidova aparata. Proučavanje profila brzina slobodnih potopljenih mlazova (vidi sliku 6.6) pokazuje da obrnuti aksijalni tok raste sa povećanjem stepena uvijanja mlaza.
Fizički uzrok povratnog toka još nije razjašnjen. Većina stručnjaka vjeruje da se pojavljuje zato što s povećanjem stupnja uvijanja mlaza, centrifugalne sile izbacuju čestice njegovog plina na periferiju, zbog čega se stvara zona razrjeđivanja u blizini ose mlaza, gdje se atmosferski zrak žurbe,
koji se nalazi naprijed duž ose mlaza.
Ali u radovima je pokazano da je obrnuti tok povezan ne toliko sa statičkim gradijentom pritiska u mlazu, već sa omjerom tangencijalne i aksijalne (aksijalne) komponente njegove brzine. Na primjer, mlazovi formirani vrtložnim aparatom sa tangencijalnim lopatnim aparatom, pod uglom nagiba lopatica od 40-45°, imaju veliko razrjeđivanje u aksijalnom području, ali nemaju obrnute tokove. Zašto nisu - ostaje misterija za stručnjake.
Pokušajmo to razotkriti, odnosno objasniti na drugačiji način razlog za pojavu aksijalnih protustruja u vrtložnim mlazovima.
Kao što smo u više navrata napomenuli, izbacivanje "viške" mase-energije iz sistema, koja se stavlja u rotaciju, najlakše se postiže emitovanjem fotona. Ali ovo nije jedini mogući kanal. Možemo predložiti i sljedeću hipotezu, koja će se nekim mehaničarima na prvi pogled činiti nevjerovatnom.
Put do ove hipoteze bio je dug i išlo ga je više od jedne generacije fizičara. Čak je i Viktor Schauberger, briljantni austrijski grumen, šumar, koji se u slobodno vrijeme bavio fizikom, koji je posvetio mnogo vremena razumijevanju vrtložnog kretanja 20-ih godina, primijetio da spontano okretanje vode koja teče u cijev iz kade , vrijeme pražnjenja kade se smanjuje. A to znači da se u vrtlogu povećava ne samo tangencijalna, već i aksijalna brzina strujanja. Inače, ljubitelji piva odavno primjećuju ovaj efekat. U svojim takmičenjima, u nastojanju da što prije stave sadržaj flaše u usta, obično prvo snažno zavrte pivo u boci prije nego što je prevrnu.
Ne znamo da li je Schauberger volio pivo (ono što ga Austrijanac ne voli!), ali je ovu paradoksalnu činjenicu pokušao da objasni činjenicom da se u vrtlogu energija toplotnog kretanja molekula u njemu pretvara u kinetičku energiju aksijalno kretanje mlaza. On je istakao da iako je takvo mišljenje u suprotnosti sa drugim zakonom termodinamike, drugo objašnjenje se ne može naći, a smanjenje temperature vode u vrtlogu je eksperimentalna činjenica.
Na osnovu zakona održanja energije i količine gibanja, obično se pretpostavlja da kada se mlaz vrti u uzdužni vrtlog, dio kinetičke energije translacijskog kretanja mlaza pretvara se u energiju njegove rotacije, te je smatrao da bi, kao rezultat, trebalo da se smanji aksijalna brzina mlaza. To bi, kako je navedeno, na primjer, u , trebalo bi dovesti do smanjenja dometa slobodnih plutanih mlazova kada se vrtlože.
Štaviše, u hidrotehnici se obično na sve moguće načine bore sa turbulencijom fluida u uređajima za njeno prelivanje i nastoje da obezbede nerotacioni laminarni tok. To je zbog činjenice, kao što je opisano, na primjer, da pojava vrtložne vrpce u protoku fluida podrazumijeva formiranje lijevka na površini tekućine iznad ulaza u odvodnu cijev. Lijevak počinje snažno usisati zrak, čiji je ulazak u cijev nepoželjan. Osim toga, pogrešno se vjeruje da pojava lijevka sa zrakom, koji smanjuje udio poprečnog presjeka ulaza koji zauzima tekućina, također smanjuje protok tekućine kroz ovu rupu.
Iskustvo ljubitelja piva pokazuje da se varaju oni koji tako misle: uprkos smanjenju udjela poprečnog presjeka rupe koju zauzima protok tekućine, ova potonja teče kroz rupu brže kada se tok rotira nego bez rotacije.
Ako je L. Gerbrand, o kojem smo pisali u odjeljku 3.4, nastojao povećati snagu hidroelektrana samo izravnavanjem toka vode do turbine i postupnim sužavanjem cijevi tako da je voda postigla najveću moguću translacijsku brzinu, onda je Schauberger opskrbio je konusni vod vijčanim vodilicama koje kovitlaju tok vode u uzdužni vrtlog, a na kraju kanala postavlja aksijalnu turbinu fundamentalno novog dizajna. (austrijski patent br. 117749 od 10. maja 1930.)
Karakteristika ove turbine (vidi sliku 6.7) je da nema lopatice koje, u konvencionalnim turbinama, prelaze tok vode i, razbijajući ga, troše mnogo energije u isto vrijeme da savladaju sile površinske napetosti. i adhezija molekula vode. To dovodi ne samo do gubitaka energije, već i do pojave pojava kavitacije koje izazivaju eroziju metala turbine.
Schaubergerova turbina ima konusni oblik sa spiralnim lopaticama u obliku vadičepa, uvrnutim u vrtložni mlaz vode. Ne prekida protok i ne stvara kavitaciju. Nije poznato da li je takva turbina igdje implementirana u praksi, ali njena shema, naravno, sadrži vrlo obećavajuće ideje.
Međutim, ovdje nas ne zanima toliko Schaubergerova turbina koliko njegova izjava da se energija toplinskog kretanja molekula vode u vrtložnom toku može transformirati u kinetičku energiju strujanja vode. S tim u vezi, najzanimljiviji su rezultati eksperimenata koje je 1952. godine izveo W. Schauberger zajedno sa profesorom Franzom Popelom na Tehničkom koledžu u Stuttgartu, o kojima govori Josef Gasslberger iz Rima 1952. godine.
Istražujući utjecaj oblika kanala cijevi i materijala njegovih zidova na hidrodinamički otpor vrtložnom strujanju vode u njemu, eksperimentatori su otkrili da se najbolji rezultati postižu s bakrenim zidovima. Ali ono što najviše iznenađuje je to što s konfiguracijom kanala koja liči na rog antilope, trenje u kanalu se smanjuje sa povećanjem brzine vode, a nakon prekoračenja određene kritične brzine, voda teče s negativnim otporom, odnosno usisava se u kanala i ubrzava u njemu.Rice. 6.7. Schauberg turbina
Gasslberger se slaže sa Schaubergerom da ovdje vrtlog pretvara toplinu vode u kinetičku energiju njenog toka. Ali napominje da "termodinamika, kako se uči u školama i na univerzitetima, ne dopušta takvu transformaciju topline pri niskim temperaturnim razlikama." Međutim, ističe Gasslberger, moderna termodinamika nije u stanju da objasni mnoge druge prirodne pojave.
I ovdje teorija kretanja može pomoći da se shvati zašto vrtložno kretanje pruža, čini se, suprotno prevladavajućim idejama termodinamike, pretvaranje topline vrtložnog toka materije u energiju njenog aksijalnog kretanja u skladu s formulom (6.4). Uvijanje toka u vrtlogu uzrokuje da se dio topline, koji je dio unutrašnje energije sistema, pretvara u kinetičku energiju translacijskog kretanja toka duž ose vrtloga. Zašto baš duž ose? Da, jer tada se vektor brzine stečenog translacionog kretanja ispostavlja okomitim na vektor trenutne tangencijalne brzine rotacionog kretanja čestica u toku i ne mijenja vrijednost potonjeg. U ovom slučaju se poštuje zakon održanja impulsa strujanja.
Osim toga, ubrzanje čestica u smjeru okomitom na smjer njihovog glavnog (kružnog) kretanja u vrtlogu dovodi do relativističkog povećanja njihove poprečne, a ne uzdužne mase. O neophodnosti odvojenog obračuna poprečne i uzdužne mase elementarnih čestica* (Ovo podsjeća na odvojeno izračunavanje longitudinalnih i poprečnih Doplerovih efekata.) dosta je napisano u početnoj fazi formiranja SRT-a (vidi npr.). Naime, uzdužna masa (koja u ovom slučaju odgovara tangencijalnoj brzini čestica u vrtlogu) određuje veličinu centrifugalnih sila tokom kružnog kretanja . Kada se dio unutrašnje energije sistema pretvori u kinetičku energiju aksijalnog (aksijalnog) kretanja tijela u njemu, centrifugalne sile se ne povećavaju. Stoga se ispostavlja da je energija nastalog aksijalnog kretanja, takoreći, nestala iz problema kružnog kretanja, što je matematički ekvivalentno njegovom napuštanju rotacionog sistema bez ikakve emisije fotona.
Ali zakon održanja količine gibanja sistema zahtijeva da ako vrtložni tok dobije aksijalni zamah, neko drugo tijelo (na primjer, tijelo vrtložnog aparata) istovremeno dobije istu apsolutnu vrijednost zamaha u suprotnom smjeru. U zatvorenim vrtložnim aparatima, na primjer, u vrtložnim cijevima, kao i kada nema kontakta između vrtložnog toka i zidova aparata (kao u nekim slučajevima slobodnih vrtložnih mlazova), aksijalni dio strujanja koji ima niža tangencijalna brzina od perifernog dijela, mora dobiti obrnuti impuls. Međutim, moment trzanja može biti odnesen aksijalnim (aksijalnim) protokom fotona ili neutrina koji nastaju tokom rotacionog kretanja, o čemu će biti reči u jedanaestom poglavlju.
Ovo je, generalno gledano, pravi, sa naše tačke gledišta, razlog za pojavu protivstruje kako u vrtložnim cevima, tako i u vrtložnim mlazovima.Zaključci poglavlja
1 Atmosferski vrtlozi se odlikuju pretežno desnim kretanjem zraka u njima i prisustvom "oka oluje" - središnje zone sporih kretanja ili zatišja.
2. Tornada i dalje imaju niz misterija: ultra velike brzine vazduha i zarobljenih objekata u njima, izuzetnu silu dizanja koja premašuje silu pritiska strujanja vazduha, prisustvo sjaja itd.
3. Toplotna energija vlažnih vazdušnih masa pretvara se u energiju kretanja u atmosferskim vrtlozima. U ovom slučaju energija je koncentrisana, što je na prvi pogled u suprotnosti s principima termodinamike.
4. Kontradikcija sa termodinamikom otklanja se ako pretpostavimo da atmosferski vrtlozi, u skladu sa zahtjevima teorije kretanja, stvaraju toplotno (infracrveno i mikrotalasno) zračenje.
5. Otkriće J. Rankea 1930-ih o efektu separacije plina u vrtložnoj cijevi na tople uzzidne i hladne aksijalne vrtložne tokove postavilo je temelje za niz novih pravaca u tehnologiji, ali još uvijek nema dovoljno potpuno i konzistentno teorijsko objašnjenje.
6. Radovi V.E. Finko je 80-ih godina bacio sumnju u ispravnost nekih opšteprihvaćenih ideja o procesima u vrtložnoj cijevi: energetskom balansu u njoj, mehanizmu protustrujnog turbulentnog prijenosa topline itd.
7. V.E. Finko je otkrio da hladni aksijalni protivtok u vrtložnoj cijevi ima smjer rotacije suprotan smjeru rotacije glavnog (perifernog) toka plina, te da plinska vrtložna cijev generiše infracrveno zračenje pojasnog spektra, a ponekad i plavo zračenje koje izlazi iz aksijalna zona.
8. Postavljanje u vrući kraj kočnice vrtložne cijevi - vodilice za ispravljanje protoka plina,
kao V.E. Finko, na pojavu intenzivnih zvučnih vibracija u gasu, čiji je rezonator cev, i na njihovo snažno zagrevanje toka gasa.
9. Predložen je mehanizam za odvođenje topline iz aksijalnog protutoka plina u vrtložnoj cijevi na periferni tok uslijed zračenja stimuliranog ubrzanjem rotacije plina aksijalnim tokom fotona, koji zagrijavaju zidove vrtložne cijevi, i već se toplota sa njih prenosi na periferni tok gasa koji ih pere.
10. Aksijalni protivtok se javlja ne samo u vorteks cijevima, već iu slobodnim vrtložnim mlaznicama, gdje nema zidova aparata, a razlog za to još nije u potpunosti razjašnjen.
11. Tridesetih godina prošlog vijeka V. Schauberger je istakao da se u vrtlogu dio energije toplinskog kretanja molekula u njemu pretvara u kinetičku energiju aksijalnog kretanja vodenog mlaza i predložio da se to koristi.
12. Teorija kretanja objašnjava Schaubergerov efekat činjenicom da kovitlanje vodenog toka uzrokuje da dio toplinske energije molekula, koja je unutrašnja energija strujanja, ne napusti vrtložni tok u obliku zračenja , ali da se transformiše u kinetičku energiju strujanja u smjeru okomitom na tangencijalnu brzinu vrtloga, duž ose vrtložnog toka. Ovo posljednje zahtijeva zakon održanja ugaonog momenta kretanja toka. A zakon održanja impulsa duž njegove ose rotacije zahtijeva da kada
U ovom slučaju se pojavila ili protustruja, ili je rođena aksijalna emisija fotona ili neutrina, kompenzirajući promjenu longitudinalnog momenta toka.
Borba toplih i hladnih struja, koja nastoji da izjednače temperaturnu razliku između sjevera i juga, odvija se s različitim uspjehom. Tada tople mase preuzimaju i prodiru u obliku toplog jezika daleko na sjever, ponekad na Grenland, Novu Zemlju, pa čak i na Zemlju Franza Josifa; tada se mase arktičkog zraka u obliku džinovske "kapi" probijaju na jug i, brišući topli zrak na svom putu, padaju na Krim i republike srednje Azije. Ova borba je posebno izražena zimi, kada se povećava temperaturna razlika između sjevera i juga. Na sinoptičkim kartama sjeverne hemisfere uvijek možete vidjeti nekoliko jezika toplog i hladnog zraka koji prodiru na različite dubine prema sjeveru i jugu (pronađite ih na našoj karti).
Arena u kojoj se odvija borba zračnih struja pada upravo na najnaseljenije dijelove zemaljske kugle - umjerene geografske širine. Ove geografske širine doživljavaju hirovite vremenske prilike.
Najturbulentnije regije u našoj atmosferi su granice vazdušnih masa. Na njima se često dižu ogromni vihori koji nam donose stalne promjene vremena. Upoznajmo ih detaljnije.
Zamislite front koji razdvaja hladne i tople mase (slika 15, a). Kada se vazdušne mase kreću različitim brzinama ili kada se jedan vazduh
Masa se kreće duž fronta u jednom, a drugom u suprotnom smjeru, tada se linija fronta može savijati i na njoj se formiraju zračni valovi (slika 15, b). Istovremeno, hladan vazduh sve jače skreće na jug, struji ispod „jezika“ toplog vazduha i istiskuje deo prema gore. - Topli jezik prodire sve dalje na sever i „ispira“ hladnu masu koja leži ispred njega. Vazdušni slojevi se postepeno kovitlaju.
Iz središnjeg dijela vrtloga, zrak se silom izbacuje na njegove rubove. Zbog toga na vrhu toplog jezika pritisak naglo opada, a u atmosferi nastaje neka vrsta šupljine. Takav vrtlog sa smanjenim pritiskom u centru naziva se ciklon („ciklon“ znači kružni).
Pošto vazduh struji na mesta sa nižim pritiskom, onda bi u ciklonu trebalo da teži
Rubovi vrtloga ravno u centar. Ali ovdje moramo podsjetiti čitaoca da zbog rotacije Zemlje oko svoje ose, putanje svih tijela koja se kreću na sjevernoj hemisferi skreću udesno. Zbog toga se, na primjer, jače ispiraju desne obale rijeka, brže se troše desne šine na dvokolosiječnim prugama. I vjetar u ciklonu također skreće udesno; rezultat je vrtlog sa vjetrovima u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.
Da biste razumeli kako rotacija Zemlje utiče na protok vazduha, zamislite deo zemljine površine na globusu (slika 16). Smjer vjetra u tački A prikazan je strelicom. Vjetar u tački A je jugozapadni. Nakon nekog vremena, Zemlja će se okrenuti i tačka A će se pomeriti u tačku B. Strujanje vazduha će skrenuti udesno, a ugao će se promeniti; vjetar će biti zapadno-jugozapadni. Nakon nekog vremena tačka B će se pomeriti u tačku C, a vetar će postati zapadni, odnosno skrenuće još više udesno.
Ako se u području ciklona povuku linije jednakih pritisaka, odnosno izobare, onda se ispostavlja da one okružuju centar ciklona (slika 15, c). Ovako izgleda ciklon u prvim danima svog života. Šta se dalje dešava s njim?
Jezik ciklona se proteže sve dalje prema sjeveru, izoštrava se i postaje veliki topli sektor (Sl. 17). Obično se nalazi u južnom dijelu ciklona, jer tople struje najčešće dolaze sa juga i jugozapada. Sektor je sa obje strane okružen hladnim zrakom. Pogledajte kako tople i hladne struje idu u ciklonu, i vidjet ćete da postoje dva fronta koja već poznajete. Desna granica toplog sektora je topla fronta ciklona sa širokim pojasom padavina, a lijeva je hladna; opseg padavina je uzak.
Ciklon se uvijek kreće u smjeru prikazanom strelicom (paralelno sa izobarama toplog sektora).
Okrenimo se ponovo našoj vremenskoj karti i pronađimo ciklon u Finskoj. Njegov centar je označen slovom H (nizak pritisak). Desno je topao front; Morski polarni vazduh teče u kontinentalni vazduh, pada sneg.
Na lijevoj strani - hladan front: arktički morski zrak, zaobilazeći sektor, probija se u toplu jugozapadnu struju; uzak pojas snježnih oluja. Ovo je već dobro razvijen ciklon.
Pokušajmo sada da "predvidimo" dalju sudbinu ciklona. Nije teško. Uostalom, već smo rekli da se hladni front kreće brže od toplog. To znači da će s vremenom topli zračni val postati još strmiji, sektor ciklona će se postepeno sužavati i, konačno, oba fronta će se zatvoriti, doći će do okluzije. Ovo je smrt za ciklon. Prije okluzije, ciklon se mogao "hraniti" toplom vazdušnom masom. Očuvana je temperaturna razlika između hladnih tokova i toplog sektora. Ciklon je živio i razvijao se. Ali nakon što su se oba fronta zatvorila, "napajanje" ciklona je prekinuto. Topli vazduh se diže, a ciklon počinje da nestaje. Padavine jenjavaju, oblaci se postepeno razilaze, vjetar jenjava,
pritisak se izjednačava, a mala zona kovitlanja ostaje od strašnog ciklona. Postoji takav umirući ciklon na našoj karti, iza Volge.
Cikloni se razlikuju po veličini. Ponekad je to vihor prečnika samo nekoliko stotina kilometara. Ali dešava se i da vihor zahvati područje do 4-5 hiljada kilometara u prečniku - čitav kontinent! Različite zračne mase mogu strujati u središta ogromnih ciklonalnih vrtloga: tople i vlažne, hladne i suhe. Stoga je nebo iznad ciklona najčešće oblačno, a vjetar jak, ponegdje i olujan.
Na granici između vazdušnih masa može se formirati nekoliko talasa. Stoga se cikloni obično ne razvijaju jedan po jedan, već u serijama, četiri ili više. Dok prvi već blijedi, topao jezik tek počinje da se rasteže u drugom. Ciklon živi 5-6 dana i za to vrijeme može pokriti ogroman prostor. Tokom dana ciklon u prosjeku prelazi oko 800 kilometara, a ponekad i do 2000 kilometara.
Cikloni nam najčešće dolaze sa zapada. To je zbog općeg kretanja zračnih masa sa zapada na istok. Jaki cikloni na našoj teritoriji su vrlo rijetki. Duga kiša ili snijeg, oštar vjetar na udare - ovo je uobičajena slika našeg ciklona. Ali u tropima ponekad postoje cikloni izuzetne jačine, sa jakim pljuskovima i olujnim vjetrovima. To su uragani i tajfuni.
Već znamo da kada se linija fronta između dvije vazdušne struje spusti, topli jezik se stisne u hladnu masu i tako se rađa ciklon. Ali linija fronta može klonuti u smjeru toplog zraka. U ovom slučaju nastaje vrtlog sa potpuno drugačijim svojstvima od ciklona. Zove se anticiklon. Ovo više nije šupljina, već zračna planina.
Pritisak u centru takvog vrtloga je veći nego na rubovima, a zrak se širi od centra do ruba vrtloga. Na njegovo mjesto, zrak se spušta iz viših slojeva. Kako se spušta, skuplja se, zagrijava, a oblačnost u njemu postepeno se raspršuje. Stoga je vrijeme u anticikloni obično oblačno i suho; na ravnicama je ljeti vruće, a zimi hladno. Samo na rubovima anticiklone mogu se pojaviti magle i niski stratusni oblaci. Kako u anticiklonu nema tako velike razlike u pritiscima kao u ciklonu, ovdje su vjetrovi znatno slabiji. Kreću se u smjeru kazaljke na satu (slika 18).
Kako se vrtlog razvija, njegovi gornji slojevi se zagrijavaju. Ovo je posebno uočljivo kada je hladan jezik od -
Presiječe se i vihor prestaje da se „hrani“ hladnoćom ili kada anticiklon stagnira na jednom mjestu. Tada vrijeme u njemu postaje stabilnije.
Općenito, anticikloni su tiši vrtlozi od ciklona. Kreću se sporije, oko 500 kilometara dnevno; često se zaustavljaju i stoje na jednom području nedeljama, a zatim ponovo nastavljaju svojim putem. Njihove veličine su ogromne. Anticiklon često, posebno zimi, pokriva cijelu Evropu i dio Azije. Ali u odvojenim serijama ciklona mogu se pojaviti i mali, pokretni i kratkotrajni anticikloni.
Ovi vihori nam obično dolaze sa sjeverozapada, rjeđe sa zapada. Na vremenskim kartama centri anticiklona su označeni slovom B (visoki pritisak).
Pronađite anticiklon na našoj karti i pogledajte kako se izobare nalaze oko njegovog centra.
Ovo su atmosferski vrtlozi. Svaki dan prolaze preko naše zemlje. Mogu se naći na bilo kojoj vremenskoj mapi.
Sada vam je sve na našoj karti već poznato i možemo prijeći na drugo glavno izdanje naše knjige - vremensku prognozu.