Меркулов В.И. - Гидродинамика знакомая и незнакомая, страница 5

На слегка нагретый утюг капните водой. Капля плотно ляжет на поверхность утюга и через несколько секунд испарится. Теперь нагрейте утюг до самой высокой температуры, намного превосходящей температуру кипения воды. Казалось бы, чта теперь капля испарится, едва коснувшись утюга. На саыаы деле она будет долго «бегать» по ега поверхности. Этот эффект объясняется тем, что между горячей поверхностью утюга и каплей воды появляется слой пара, который и защищает каплю ат действия высокой температуры.

Такой же способ защиты принят и для космических кораблей. Носовую часть корабля покрывают толстым слоем какого-либо вещества с малым коэффициентом теплапроводн ости, высокой температурой испарения и большой скрытой энергией испарения, Применяемые покрытия при высоких температурах переходят из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Такое испарение называется абляцией. Покрытие своими испарениями защищает корабль от действия высокой температуры. Знает ли читатель, что такое сыерч-торнадо 3 Здесь нужно сказать несколько слов по поводу терминологии. В советской научной литературе употребляется термин «смерч» приме-' нительно к двум разным .физическим процессам, которые имеют, правда, некоторое сходство. Пер- 59 вый — эта процесс, вызываемый восходящими потоками воздуха над сильно нагретой поверхностью Земли.

Некоторая начальная циркуляция воздуха на периферии смерча приводит к заметному вращению вблизи центра, создавая общее винтовое течение„направленное вверх. При этом воздух захватывает с земли пыль, чта и обусловила ега английское название дцЫ детй (пыльный дьявол). «Пыльный дьявол», несмотря на свае грозное имя, представляет собой безобидное явление, которое имеет хорошее физическое и математическое описание, Этого не скажешь о другам смерче, который в западной литературе называется «торнадо». О нем-та и пойдет речь ниже.

Торнадо зарождается из материнского или смерчевого облака, спускается вниз до Земли в виде длинного хобота, внутри которого воздух совершает быстрое вращательное движение са скоростью, иногда достигающей скорости звука. Материнское облако, представляющее собой маленький тропнче- ский ураган, как и настоящий ура- ган, имеет так называемый глаз, в котором стоит мертвая тишина, и обладает спиральным строением. Если смерчевое облако имеет большие размеры, ано практически ло. жится на Землю, и мала отличается от циклона. Очень часта циклон приводит к появлению торнадо, Средние размеры смерчевого облака невелики' в поперечнике 5 — 10 км, высота 4 — 5 км. Расстояние между Землей н верхним краем облака порядка нескольких сат метров, реже больше.

В смерчевом облаке, как правило, наблюддется горизонтальное бО вихревое облако с наклонным или вертикальным столбом самого смерча-торнадо. Детальное описание внутренней полости смерча дал один фермер из штата Канзас ~11). Стоя во входе в убежище, он наблюдал за приближающимся по равнине смерчем, Вблизи от убежища конец воронки смерча поднялся над землей и прошел над фермером. «Большой лохматый конец воронки навис прямо над маей головой.

Кругом все неподвижна. Из конца воронки шел скрипящий, шипящий звук. Я взглянул вверх и, к своему удивлению, увидел само сердце смерча, В ега середине была полость диаметрам 30 — 70 и, шедшая кверху на расстояние около километра. Стены полости были образованы вращающимися облаками, а сама ана была освещена непрерывным блеском молний, зигзагом перескакивавших с одной стены на другую. Полость была совершенно пустой, и только туманные образования двигались вверх и вниз. Смерч двигался медленна„ и у меня было время хорошо увидеть все внутри и снаружи». Внутренняя полость смерча, как это показали многочисленные наблюдения и измерения, обладает резко пониженным давлением Поэтому, когда она соприкасается с запертым дамам с закрытыми окнами, дом буквальна взрывается, н целые стены вываливаются наружу, Резко ограниченные почти гладкие плотные стенки, воронок представляют одно иэ важнейших и своеобразных свойств смерча.

Повидимому, именна этим свойством смерча объясняются некоторые его проявления. В Канзасе, этой стране смерчей, 9 октября 1913 г, смерч прошел па небольшому саду. Он выр- вал с корнем большую яблоню и разорвал ее на отдельные куски. В метре ат яблони стоял улей с пчелами„— он остался невредим. Фермер ехал по нроселачнай дороге в телеге, запряженной двумя лошадьми.

День был душный, жаркий, надвигалась гроза, Лошади шли шагам и фермер задремал. Проснулся ан, когда раздался страшный грохот, налетел ужасный вихрь. Через несколько секунд вихрь ушел вперед, все прояснилась, стало тихо и солнечно. Телега и фермер на ней остались на месте, на оглобля и две лошади исчезли. Они были унесены смерчем, В штате Небраска на ферме в коровнике сидела хозяйка и доила кОрову. Вдруг коровник и корава поднялись в воздух и улетели.

Хозяйка осталась сидеть на стуле, рядом с ней ведра с молоком. В штате Оклахома четырехкомнатиый двухэтажный деревянный дом был унесен смерчем вместе с семьей фермера, Дам был разломан на мелкие куски, вся семья убита. В дам вела невысокая трехступенчатая лестница, Рядом с ней к до- му была и рислонена скамейка. И лестница, и скамейка остались на месте. Мало этого: недалеко ат лестницы стаял старенький фордик и пад деревам на столе горевшая керосиновая лампа. У автомашины смерч вырвал два задних колеса, на кузов остался, Керосиновая лампа продолжала гореть, как будто рядом никакого бешеного вихря и не было.

В СССР ва время смерча 23 августа 1953 г. в г, Ростове (Ярославской области) ва дворе дама № 37 по Февральской улице у колодца- снесло деревянный сруб, а стоявшее рядам ведро и деревянная кадка остались на месте, Скорости движения воздуха в смерче столь велики, чта ни один нз существующих приборов для иэ мерения скоростей не выдерживает, ломается, а чаще всего исчезает бесследно. Однако специалисты довольна точно высчитывали эти скорости по косвенным измерениям. Далласский смерч 2 апреля 1957 г., пересекая железную дорагу, опрокинул несколько груженых, очень тяжелых ваганов.. Па их весу и форме специалисты определили, что скорость ветра достигала 210 — 225 км/ч, а порывами да 350 км/ч. Немного дальше ат дороги была разрушена громадная и прочная подставка для объявлений: в этом месте скорость достигала 480 км/ч.

Американский метеоролог Файнли, детально изучивший многие сотни смерчеи, еще в 1834 г. приводил цифру 1300 км~ч. Эту цифру он получил на основании следующего зарегистрированного факта.' мелкая галька, увлекаемая смерчем,пробивала оконные стекла так же, как револьверные пули,— образуя круглые отверстия в целом стекле, Знаменитый в Америке Ирвингский смерч, который появился З0 мая 1379 г. 'в штате Канзас, среди многих разрушений уничтожил новый железный мост длиной 75 и.

Подняв громадное стальное сооружение, воронка в воздухе изогнула и закрутила его с невероятной силой. Вся структура моста превратилась в плотный сверток диаметром 15 — 2 и Перечисленные примеры свидетельствуют о сверхзвуковой скорости движения воздуха в воронке (1200 км/ч). О большой скорости смер~а свидетельствуют другие многочисленные факты, 61 конец, угловая скорость тоже сохраняется. Граница раздела между быстра вращающейся массой смерча и неподвижной окружающей средой, обычно неустойчивая, будет сохраняться, Сделав предположение, чта столб смерча-торнадо состоит нз набора вихревых нитей, мы можем дать объяснение некоторым ега физическим особенностям, которые не поддавались объяснению.

Хотя мы ограничились рассмотрением смерча-торнадо, есть необходимость коснуться и смерча †пыльно дьявола Дело в том, что исследователи торнадо неоднократно наблюдали, как навстречу опускающейся воронке, видимой благодаря конденсированной влаге материнского облака, поднимался от земли другой смерч— пыльный дьявол, видимый благодаря захваченной им пыли Тем более такая смерч должен возникать при периодических отрывах торнадо ат земли, Весь тат механизм торнадо, который мы описали выше, сохраняется и при наличии пыльного дьявола. Постоянное или периодическое присутствие пыльнага дьявола в нижней части торнадо, па-видимому, является типичным состоянием.

Именно этим можно объяснить каскад и чехол нз пыли, в который иногда одевается столб. Некоторые изменения окружной и радиальной скоростей вблизи торнадо находятся в противоречии с другими данными о скачке окружной скорости, но хорошо объясняются, если принять, чта нижняя часть была дополнена пыльным дьяволам. Итак, мы нашли объяснение почти всем видимым проявлениям торнадо, используя известные нам законы гидромеханики. Мы гово- 66 рим «почти~, так как совершенна не остановилясь на термодинамических, электростатических и других возможных процессах, сопровождающих торнадо, Более того, мы молчаливо предполагали, чта неучтенные процессы не влияют на сделанные выводы, Теперь самое время обратиться к возможному практическому применению наших знании.