 |
Что такое смерч
Советы и факты/
Что такое смерч
Он зарождается из материнского, или, еще говорят, смерчевого, облака,
спускается вниз до земли в виде длинного хобота, внутри которого быстро
вращается воздух. Средние размеры облака - примерно 4-5 км в высоту
и 5-10 км 20 в поперечнике. Длина хобота, или, говоря научным языком
столба, составляет обычно несколько сот метров.
Детальное описание его внутренней части дал один американский фермер.
Стоя у входа в убежище, он наблюдал за приближающимся по равнине смерчем.
Вблизи от убежища столб приподнялся над землей и прошел над фермером.
"Большая лохматая воронка повисла прямо над моей головой. Кругом все
неподвижно. Из конуса воронки шел скрипящий, шипящий звук. Я взглянул
вверх и, к своему удивлению, увидел само сердце смерча. Надо мной
была полость диаметром 30-70 м, шедшая кверху на расстояние около
километра. Стены полости были образованы вращающимися облаками, а
сама она освещалась непрерывным блеском молний, зигзагом перескакивавших
с одной стены на другую"...
Давление во внутренней полости смерча, как показали многочисленные
наблюдения и измерения, сильно понижено. Поэтому, когда она соприкасается
с домом с запертыми дверями и закрытыми окнами, дом тот буквально
взрывается от перепада давления.
До сих пор остается невыясненным, почему столб имеет плотную, резко
очерченную внешнюю границу, подобно упругой стене. А ведь именно этой
особенностью объясняются некоторые специфические проявления торнадо.
В Канзасе 9 октября 1913 года смерч прошел по небольшому саду. Вырвал
с корнем крупную яблоню и разорвал ее на куски. В метре от яблони
стоял улей с пчелами - он остался невредим. В штате Оклахома смерч
унес двухэтажный деревянный дом вместе с семьей фермера. Жилище развалилось,
люди погибли. В дом вела трехступенчатая лестница, рядом с ней была
прислонена к стене скамейка. И та и другая остались на месте. Мало
того, недалеко от лестницы стоял старенький "фордик", а под деревом
на столе - горевшая керосиновая лампа. У машины смерч вырвал два задних
колеса, но кузов не тронул. Лампа же горела.
В 1904 году смерч обрушился на Москву, неся большие разрушения. Но
если верить газетным репортерам, он сумел перенести живым и невредимым
мальчика на 10 км. Между прочим, очевидцев поразила поистине библейская
картина: смерч, пересекая Москвуреку, высасывал воду до самого дна,
та не успевала смыкаться, и какое-то время в ней сохранялась траншея.
Перечисление зафиксированных загадочных проявлений смерча заняло
бы много места. Поэтому перейдем к вопросу - что мы знаем о нем?
Механизм образования материнского облака в принципе известен. Почему
из него начинает опускаться хобот, можно объяснить разной плотностью
облака и окружающего воздуха. А как понять, что вращение передается
по всему хоботу, будто это не воздушный столб, а резиновый шланг?
Заметим, если сам смерч, как цельное образование, двигается сравнительно
медленно - 40-60 км/ч, то образующие его воздушные массы вращаются
несравнимо быстрее. Прямые инструментальные измерения, проведенные
в последнее время, фиксируют скорость 500 км/ч. При этом возникает
давление более 1 т/м. Однако отверстия без трещин, пробитые галькой
в стекле, стволы деревьев, проткнутые щеп ками, и прочие подобные
факты заставляют предполагать, что за частую скорость внутри смерча
значительно выше. Оставался не объяснимым и феномен разрыва скорости
на границе быстро вращающегося столба и окружающей его атмосферы.
Не было ответа и на вопрос: какими силами поддерживается встречное
течение воздуха внутри хобота - по его оси вверх, а на периферии -
вниз?
Все эти эффекты не укладываются в те уравнения гидроаэро-динамики,
которыми описывают движение жидкости и газа. Специалисты знают - они
составлены в предположении, что в сплошной среде отсутствуют внутренние
моменты. То есть к данному ее объему практически невозможно приложить
пару сил, как это происходит, скажем, когда мы вертим пальцами деревянный
кубик. Перемещение твердого тела описывается шестью уравнениями -
тремя поступательного движения и тремя вращательного (относительно
трех координат). А в механике сплошных сред последними пренебрегают.
И вот, оказывается, применительно к смерчу такое упрощение недопустимо.
Здесь уместна аналогия с игрушкой - юлой. Стоящую легко наклонить
набок, то есть, прибегая к специальной терминологии, можно сказать,
что момент ее инерции пренебрежимо мал. Иное дело, когда она крутится.
Теперь уже для наклона ее оси потребуется ощутимое усилие - момент
инерции значительно возрос. Его надо учитывать при описании пространственного
перемещения юлы. следовательно, пренебрегать последними тремя уравнениями
нельзя.
Примерно то же самое происходит и с объемом быстро вращающегося воздуха.
Он приобретает свойство упругости в смысле реакции на приложенные
к нему моменты сил. Если такие, условно говоря, раскрученные юлы сцепить
в гирлянду, то получится прообраз вихревой нити. И ведет она себя
подобно вращающемуся резиновому жгуту.
Теперь обратимся к экспериментам с вихревыми камерами. Продувая сквозь
них под определенным давлением воздух, можно смоделировать некое подобие
смерча. Течение в камерах распадается на большое количество вихревых
нитей (говорят еще - дискретных вихрей), к каждой из которых применимы
полученные из новой теории соотношения. Существуют кинограммы, показывающие,
что все эти вихри имеют винтовую геометрию и, помимо вращения вокруг
собственных осей, совместно вращаются вокруг общей. Добавим, что в
опытах регистрируется также течение по этой оси навстречу вдуваемому
воздуху. Но вернемся к нашему смерчу. На некоторых фотографиях отчетливо
видно, что его наружная поверхность имеет винтообразные выступы. Это
и есть упоминавшиеся нами вихревые нити. На тех участках, где они
не совпадают с вертикалью, вращение каждой отдельной нити создает
течение воздуха вверх - внутри столба и вниз - на его периферии.
И наконец, упругость таких дискретных вихрей объясняет удивительную
устойчивость разрыва скорости на внешней границе столба. В поперечном
разрезе он представляет собой как бы подшипник, который катится, используя
трение качения, а не скольжения. Вот почему смерч не увлекает в бурное
вращение соприкасающийся с ним воздух, и, даже пройдя рядом с керосиновой
лампой, не гасит ее. Какой же практический результат могут дать наши
знания об "анатомии" смерча? Помогут ли они избежать создаваемых им
опасностей?
Поскольку материальным и энергетическим источником смерча выступает
материнское облако, то его уничтожение предотвратило бы и возникновение
разрушительного хобота. Это можно осуществить, обработав облако специальным
реагентом, вызывающим конденсацию влаги и выпадение дожди Подобые
операции не редкость, например расстрел туч с самолета. Сейчас, чтобы
избежать нежелательного града над полями или садами, а раньше - нередко
и для того, чтобы диктор по радио и ТВ лишний раз подчеркнул: "...будто
сама природа решила встретить праздник доброй солнечной улыбкой".
Но такой метод недешево обходится. К тому же неизвестно, какое облако
грозит стать смерчевым, а какое - нет, и разгонять тучи в небе придется
вхолостую.
Думаю, более рационально ликвидировать смерч уже после его зарождения.
Место примыкания столба к облаку, если так можно сказать,- наиболее
нагруженная часть конструкции смерча. Через нее крутящий момент передается
от облака хоботу. Ее разрушение приведет к распаду опасного вихря.
Изменив равновесие между центробежными силами, действующими из-за
вращения столба на его стенки, и центростремительными - из-за пониженного
давления в середине, мы оторвем хобот от облака. Для этого достаточно
произвести в верхней части столба взрыв или сжечь некоторый объем
топлива. Причем мину, которая разрушит смерч, сам же он благодаря
своей всасывающей способности и доставит к месту назначения.
Завершая, хотел бы добавить, что теория действия смерча может послужить
созданию новых типов пылесосов, погрузочно-разгрузочных устройств
для сыпучих материалов, хлопкоуборочных машин и тому подобной техники.
Меркулов В.,
профессор, дтн
|
 |
|
|
