Un tornado (o tornado) è un vortice atmosferico che si forma in una nuvola cumulonembo (temporale) e si diffonde, spesso fino alla superficie stessa della terra, sotto forma di una manica o di un tronco di nuvola con un diametro di decine e centinaia di metri . A volte un vortice formatosi in mare è chiamato tornado e sulla terraferma è chiamato tornado. I vortici atmosferici, simili ai tornado, ma formati in Europa, sono chiamati coaguli di sangue. Ma più spesso tutti e tre questi concetti sono considerati sinonimi. La forma dei tornado può essere diversa: una colonna, un cono, un bicchiere, un barile, una corda simile a una frusta, una clessidra, le corna del "diavolo", ecc., Ma, molto spesso, i tornado hanno la forma di un tronco rotante, tubo o imbuto appeso al cloud genitore. Di solito, il diametro trasversale dell'imbuto del tornado nella parte inferiore è di 300-400 m, anche se se il tornado tocca la superficie dell'acqua, questo valore può essere solo di 20-30 m e quando l'imbuto passa sulla terra può raggiungere 1,5 -3 km. All'interno dell'imbuto l'aria scende, e all'esterno sale, ruotando rapidamente, creando una zona d'aria molto rarefatta. La rarefazione è così significativa che gli oggetti chiusi pieni di gas, compresi gli edifici, possono esplodere dall'interno a causa della differenza di pressione. Determinare la velocità del movimento dell'aria in un imbuto è ancora problema serio. Fondamentalmente, le stime di questa quantità sono note da osservazioni indirette. A seconda dell'intensità del vortice, la velocità del flusso al suo interno può variare. Si ritiene che superi i 18 m/s e, secondo alcune stime indirette, possa raggiungere i 1300 km/h. Il tornado stesso si muove insieme alla nuvola che lo genera. L'energia di un tipico tornado con un raggio di 1 km e una velocità media di 70 m/s è pari all'energia di una bomba atomica standard di 20 kilotoni di tritolo, simile alla prima bomba atomica esplosa dagli Stati Uniti durante il Test Trinity nel New Mexico il 16 luglio 1945. Nell'emisfero settentrionale, la rotazione dell'aria nei tornado avviene, di regola, in senso antiorario. Le ragioni della formazione dei tornado non sono state finora completamente studiate. È possibile specificarne solo alcuni Informazione Generale , il più caratteristico dei tipici tornado. I tornado si formano spesso sui fronti troposferici, interfacce nello strato inferiore di 10 chilometri dell'atmosfera che separano le masse d'aria con diverse velocità del vento, temperature e umidità dell'aria. I tornado attraversano tre fasi principali nel loro sviluppo. Nella fase iniziale, un imbuto iniziale appare da una nuvola temporalesca, sospesa dal suolo. Gli strati d'aria fredda direttamente sotto la nuvola precipitano verso il basso per sostituire quelli caldi, che, a loro volta, si alzano. (un sistema così instabile si forma solitamente quando due fronti atmosferici si uniscono: caldo e freddo). L'energia potenziale di questo sistema viene convertita nell'energia cinetica del movimento rotatorio dell'aria. La velocità di questo movimento aumenta e assume la sua forma classica. La velocità di rotazione aumenta con il tempo, mentre al centro del tornado l'aria inizia a salire intensamente verso l'alto. È così che procede la seconda fase dell'esistenza di un tornado: la fase del vortice formato della massima potenza. Il tornado è completamente formato e si muove in direzioni diverse. La fase finale è la distruzione del vortice. La potenza del tornado si indebolisce, l'imbuto si restringe e si stacca dalla superficie della terra, risalendo gradualmente nella nuvola madre. Cosa succede all'interno del tornado? Nel 1930, un contadino del Kansas, in procinto di scendere in cantina, vide improvvisamente un tornado muoversi nella sua direzione. Non c'era nessun posto dove andare e l'uomo saltò in cantina. E qui è stato incredibilmente fortunato: il piede del tornado si è improvvisamente staccato da terra e ha travolto la testa del fortunato. Più tardi, quando l'agricoltore tornò in sé, descrisse ciò che vide come segue: “La grande estremità ispida dell'imbuto pendeva proprio sopra la mia testa. Tutto intorno era immobile. Un sibilo proveniva dall'imbuto. Alzai lo sguardo e vidi il cuore stesso del tornado. Al suo centro c'era una cavità con un diametro di 30-70 metri, che saliva per circa un chilometro. Le pareti della cavità erano formate da nubi rotanti, e la cavità stessa era illuminata da un continuo bagliore di fulmini, salti a zigzag da una parete all'altra…”. Ecco un altro caso simile. Nel 1951, in Texas, un tornado che si è avvicinato a una persona si staccò da terra e travolse sei metri sopra la sua testa. Secondo il testimone, la larghezza della cavità interna era di circa 130 metri, lo spessore delle pareti era di circa 3 metri. E all'interno della cavità, una nuvola trasparente brillava di luce blu. Ci sono molte testimonianze di testimoni che hanno affermato che in alcuni momenti l'intera superficie della colonna del tornado ha iniziato a brillare di uno strano bagliore di toni gialli. I tornado generano anche forti campi elettromagnetici e sono accompagnati da fulmini. I fulmini globulari nei tornado sono stati osservati ripetutamente. Nei tornado si osservano non solo sfere luminose, ma anche nuvole luminose, macchie, strisce rotanti e talvolta anelli. Ovviamente, i bagliori all'interno del tornado sono associati a vortici turbolenti forme diverse e dimensioni. A volte l'intero tornado si illumina di giallo. Nei tornado si sviluppano spesso correnti di enorme forza. Sono scaricati da innumerevoli fulmini (ordinari e globulari) o portano alla comparsa di un plasma luminoso che copre l'intera superficie del tornado e accende gli oggetti caduti al suo interno. Il noto ricercatore Camille Flammarion, dopo aver studiato 119 tornado, è giunto alla conclusione che in 70 casi la presenza di elettricità in essi era indubbia, e in 49 casi "non c'era traccia di elettricità in essi, o almeno non manifestarsi». Le proprietà del plasma che a volte avvolge i tornado sono molto meno note. È indiscutibile che alcuni oggetti vicino alla zona di distruzione risultano bruciati, carbonizzati o prosciugati. K. Flammarion ha scritto che il tornado che ha devastato Shatney (Francia) nel 1839 "... ha bruciato gli alberi che si trovavano ai lati del suo percorso e quelli che si trovavano su questo percorso stesso sono stati sradicati. Il vortice ha agito solo sugli alberi bruciati da un lato, su cui tutte le foglie e i rami non solo ingiallirono, ma si seccarono anche, mentre l'altro lato rimase intatto e divenne verde come prima. Dopo il tornado che causò distruzione a Mosca nel 1904, molti alberi caduti furono gravemente bruciati. Si scopre che i vortici d'aria non sono solo la rotazione dell'aria attorno a un certo asse. Questo è un processo energetico complesso. Succede che le persone che non sono colpite da un tornado, senza alcuno ragioni visibili crepa. Apparentemente, in questi casi le persone vengono uccise dalle correnti ad alta frequenza. Ciò è confermato dal fatto che prese, ricevitori e altri dispositivi si guastano nelle case sopravvissute, l'orologio inizia a girare male. Il maggior numero di tornado è registrato nel continente nordamericano, in particolare negli stati centrali degli Stati Uniti (c'è anche un termine - Tornado Alley. Questo è il nome storico degli stati centroamericani in cui si trova il maggior numero di tornado osservato), meno - negli stati orientali degli Stati Uniti. Nel sud, nelle Florida Keys, quasi ogni giorno, da maggio a metà ottobre, spuntano dal mare tornado, per i quali la zona ha ricevuto il soprannome di "terra delle trombe". Nel 1969 qui sono stati registrati 395 vortici di questo tipo. La seconda regione del globo in cui si verificano le condizioni per la formazione di tornado è l'Europa (ad eccezione della penisola iberica) e l'intero territorio europeo della Russia. Classificazione dei tornado Tipo a frusta Questo è il tipo più comune di tornado. L'imbuto sembra liscio, sottile e può essere piuttosto tortuoso. La lunghezza dell'imbuto supera notevolmente il suo raggio. Vortici deboli e vortici che scendono sull'acqua sono, di regola, vortici simili a fruste. Fuzzy Appare come nuvole ispide e rotanti che raggiungono il suolo. A volte il diametro di un tale tornado supera persino la sua altezza. Tutti gli imbuti grande diametro(più di 0,5 km) sono vaghi. Di solito si tratta di trombe d'aria molto potenti, spesso composte. Provocano enormi danni a causa delle loro grandi dimensioni e delle velocità del vento molto elevate. Composito Può essere costituito da due o più coaguli di sangue separati attorno al tornado centrale principale. Tali tornado possono essere di quasi ogni potenza, tuttavia, il più delle volte sono tornado molto potenti. Provocano danni significativi su vaste aree. Fiery Si tratta di normali tornado generati da una nuvola formatasi a seguito di un forte incendio o di un'eruzione vulcanica. Per caratterizzare la forza dei tornado negli Stati Uniti, è stata sviluppata la scala Fujita-Pearson, composta da 7 categorie, e la forza del vento zero (più debole) coincide con il vento degli uragani della scala Beaufort. La scala Beaufort è una scala a dodici punti adottata dall'Organizzazione meteorologica mondiale per una stima approssimativa della velocità del vento in base al suo effetto sugli oggetti al suolo o dalle onde in alto mare. Calcolato da 0 - calma a 12 - uragano. I tornado spazzano le città con una forza terribile, spazzandole via dalla faccia della Terra insieme a centinaia di abitanti. A volte il potente potere distruttivo di questo elemento naturale è accresciuto dal fatto che diversi tornado si combinano e colpiscono contemporaneamente. L'area dopo un tornado è come un campo di battaglia dopo un terribile bombardamento. Ad esempio, il 30 maggio 1879, due tornado, uno dopo l'altro con un intervallo di 20 minuti, distrussero la città di provincia di Irving con 300 abitanti nel nord del Kansas. Il tornado di Irving è associato a una delle prove più convincenti dell'enorme potenza dei tornado: un ponte d'acciaio lungo 75 m sul Big Blue River è stato sollevato in aria e attorcigliato come una fune. I resti del ponte erano stati ridotti a un denso e compatto fascio di tramezzi d'acciaio, capriate e funi, strappato e attorcigliato nel modo più fantastico. Lo stesso tornado è passato attraverso il lago Freeman. Strappò quattro sezioni del ponte ferroviario dai supporti di cemento, le sollevò in aria, le trascinò per circa quaranta piedi e le gettò nel lago. Ciascuno pesava centoquindici tonnellate! Penso che sia abbastanza
L'atmosfera del nostro pianeta non è mai calma, le sue masse d'aria sono in continuo movimento. L'elemento aria raggiunge la sua massima forza nei cicloni: rotazioni circolari del vento verso il centro. Tempeste, uragani sono enormi trombe d'aria. Molto spesso, hanno origine in aree riscaldate delle zone tropicali degli oceani, ma possono verificarsi anche ad alte latitudini. I tornado più vorticosi ad alta velocità sono ancora in gran parte misteriosi.
L'atmosfera terrestre è come un oceano, dove spruzza l'aria invece dell'acqua. Sotto influenza radiazione solare, sollievo e rotazione quotidiana del pianeta nell'aria oceanica, sorgono disomogeneità. Le aree di bassa pressione sono chiamate cicloni e le aree di alta pressione sono chiamate anticicloni. È nei cicloni che nascono i forti venti. I più grandi raggiungono migliaia di chilometri di diametro e sono chiaramente visibili dallo spazio grazie alle nuvole che li riempiono. Al loro interno, questi sono vortici, dove l'aria si muove a spirale dai bordi al centro, in un'area a bassa pressione. Tali vortici, costantemente presenti nell'atmosfera, ma nati proprio ai tropici dell'Atlantico e della parte orientale dell'Oceano Pacifico e che raggiungono velocità del vento superiori a 30 m/s, sono chiamati uragani. ("Hurricane" a nome del dio malvagio indiano Huracan). Affinché l'aria si muova a tale velocità, è necessaria una grande differenza. pressione atmosferica a breve distanza.
Fenomeni simili nella parte occidentale dell'Oceano Pacifico, a nord dell'equatore, sono chiamati tifoni (dal cinese "tifeng", che significa "grande vento"), e nel Golfo del Bengala semplicemente cicloni.
Gli uragani sembrano finiti acque calde oceani tra 5 e 20 gradi di latitudine nord e sud. Condizione richiesta per la loro formazione un'enorme massa di acqua riscaldata. È stabilito che la temperatura dell'acqua non deve essere inferiore a 26,5 ° C, la profondità di riscaldamento deve essere di almeno cinquanta metri. Più caldo dell'aria acqua dell'oceano inizia ad evaporare. Masse di vapore riscaldato si alzano, formando un'area di bassa pressione e trascinando l'aria circostante. Ad una certa altezza, il vapore riscaldato raggiunge il punto di rugiada e condensa. L'energia termica rilasciata contemporaneamente riscalda l'aria, spingendola a salire verso l'alto, alimentando così il ciclone neonato. La componente rotazionale della velocità del vento la fa ruotare nell'emisfero settentrionale in senso antiorario e in quello meridionale in senso orario. La rotazione coinvolge in un turbine sempre più masse d'aria dall'esterno. Di conseguenza, la sagoma del ciclone assume la forma di un gigantesco imbuto, girato con il collo in giù. I suoi bordi a volte salgono ai limiti superiori della troposfera. All'interno dell'imbuto si forma una zona di tempo sereno e calmo con bassa pressione atmosferica, circondata da nubi temporalesche. Questo è l'occhio dell'uragano. La sua dimensione normale è di 3060 chilometri. Si verifica solo vicino a potenti cicloni tropicali ed è chiaramente visibile dallo spazio. Un ciclone tropicale si sposta a nord oa sud dell'equatore, a seconda del luogo di nascita. Sulla terraferma si indebolisce rapidamente, collassando a causa della rugosità della superficie terrestre e della mancanza di umidità. Ma non appena esce nell'oceano, e il volano può girare con nuova forza. Un potente uragano è in grado di spazzare via intere isole dalla faccia della Terra e cambiare la costa. Essendo caduto su aree densamente popolate, provoca una distruzione colossale e gli acquazzoni e le inondazioni che ne derivano infliggono un altro colpo, non meno pericoloso. Così, per le conseguenze del ciclone che ha colpito lo stato del Bangladesh nel 1970, sono morte più di trecentomila persone. L'uragano Katrina, originatosi nel Golfo del Messico nel 2005, ha ucciso quasi 2.000 persone e causato danni per oltre 80 miliardi di dollari.Nella zona tropicale si formano ogni anno centinaia di cicloni, ma non tutti stanno guadagnando forza da uragani. Il National Hurricane Center in Florida prevede 11 forti vortici per la prossima stagione. Hanno già i loro nomi. La tradizione di nominare gli uragani fu stabilita nel XVI secolo dagli spagnoli, che possedevano America Latina. Li chiamavano nomi di santi. Poi è entrato di moda nomi femminili, dagli anni '70 maschile. L'idea è stata ripresa dai servizi meteorologici di tutto il mondo, ad eccezione dell'Asia meridionale.
Alle latitudini alte e polari, ci sono fenomeni di vortice simili, solo il meccanismo della loro formazione è diverso. Un ciclone extratropicale riceve energia da un potente fronte atmosferico, dove l'aria fredda polare converge con l'aria calda. La distorsione di un tale sistema si verifica anche a causa della rotazione della Terra. I cicloni extratropicali hanno un diametro maggiore rispetto ai cicloni tropicali, ma hanno meno energia.
Quando la velocità del vento in un ciclone extratropicale raggiunge 20 24 m/s (nove punti della scala Beaufort), gli viene assegnata la categoria di tempesta. I venti più forti sono rari. Se, tuttavia, si forma un uragano, ad esempio, sul Nord Atlantico, allora imperversa nell'oceano, a volte catturando le coste dell'Europa. Negli ultimi anni, tuttavia, hanno cominciato a verificarsi delle eccezioni. Nel dicembre 1999 il più forte uragano Lothar, originato proprio dal ciclone nord atlantico, si è spostato al centro della terraferma, in Svizzera. Kirill, che ha paralizzato la vita degli europei per diversi giorni nel gennaio 2007, ha coperto ancora più territorio. La velocità del vento a volte raggiungeva i 62 m/s.
Negli ultimi dieci anni, i cicloni extratropicali sono diventati più tempeste e uragani e anche le loro traiettorie sono cambiate. Se le prime depressioni atmosferiche che si originavano sul Nord Atlantico si precipitavano attraverso la Gran Bretagna e la penisola scandinava fino all'Oceano Artico, ora iniziavano ad andare a est ea sud, portando forti venti e forti precipitazioni al centro dell'Europa e persino alla Russia. Questi fatti indicano che la probabilità di forti tempeste è in aumento e dovremmo essere preparati per elementi come Kirill.
Un tornado ha distrutto un'area residenziale nella città di Kvirla, nella Germania dell'Est, la notte del 2 ottobre 2006
L'energia cinetica di un potente uragano è enorme 1,5 x 10 12 watt, questa è la metà della capacità di generazione di tutte le centrali elettriche del mondo. Alcuni sviluppatori sognano da tempo di dirigerlo in una direzione utile, ma le informazioni al riguardo sono a livello di voci. Presumibilmente, ci sono laboratori segreti che sviluppano armi meteorologiche e persino le testano. Una delle poche conferme ufficiali che si sta lavorando in questa direzione è il rapporto Weather as a Force Multiplier: Owning the Weather in 2025, pubblicato qualche tempo fa sul sito web della US Air Force. Ha un capitolo sul controllo del tempo per scopi militari. Tra le principali capacità di shock armi meteorologiche tempeste dirette. Le forze armate statunitensi conoscono in prima persona il loro "potere di combattimento": nel 1992, l'uragano Andrew ha distrutto la base di Homestead nella penisola della Florida. Tuttavia, l'idea delle tempeste direzionali dovrebbe essere vista più come fantascienza che come un progetto. Finora, gli uragani non sono stati controllati dagli esseri umani.
Per contrastare gli elementi naturali, hanno offerto molti modi, compresi quelli esotici: per allontanarli dalla costa con l'aiuto di giganteschi ventagli o per romperli con una bomba all'idrogeno. Nell'esperimento Stormfury condotto da scienziati americani negli anni '60 e '80, lo ioduro d'argento è stato spruzzato nell'area di un uragano. Si presumeva che questa sostanza contribuisse al congelamento dell'acqua superraffreddata, a seguito della quale viene rilasciato calore e piogge e venti si intensificano nell'occhio dell'uragano, distruggendo la struttura dell'intero vortice. In effetti, si è scoperto che nei cicloni tropicali c'è poca acqua superraffreddata e l'effetto dell'irrorazione è minimo. Molto probabilmente aiuteranno le misure preventive, come la modifica dei parametri della specifica depressione atmosferica da cui nasce l'uragano. Ad esempio, raffreddando la superficie dell'oceano con materiali criogenici o iceberg, spruzzando fuliggine sull'acqua per assorbire la radiazione solare (in modo che l'acqua non si riscaldi). Dopotutto, ci deve essere una sorta di meccanismo di innesco che improvvisamente distorce il vento in una spirale frenetica. È in esso che risiede la chiave per il controllo degli elementi e la capacità di prevedere con precisione il luogo e l'ora della nascita di un uragano. Solo gli esperti non possono rilevarlo in alcun modo, e quindi i tentativi di impedire il rafforzamento del vortice non portano al successo.
Dal Kansas a OzNell'atmosfera ci sono piccoli trombe d'aria tornado. Sorgono in nubi temporalesche e si estendono verso l'acqua o la terra. I tornado si verificano quasi ovunque sulla Terra, ma il più delle volte, circa il 75% dei casi, il loro aspetto si nota negli Stati Uniti. Gli americani li chiamano "tornadoes" o "twisters", riferendosi alla rotazione frenetica e alla traiettoria complessa. In Europa, lo stesso fenomeno è conosciuto con il nome di "trombo".
Ci sono molti fatti sui tornado che iniziarono a essere studiati alla fine del 19° secolo. (I mini tornado possono anche essere allestiti a casa posizionando un ventilatore sopra una vasca idromassaggio.) Tuttavia, non esiste ancora una teoria coerente sulla loro origine. Secondo l'opinione più comune, i tornado si originano a un'altitudine di pochi chilometri quando l'aria calda proveniente dal basso incontra un vento freddo orizzontale. Questo spiega, ad esempio, perché non ci sono tornado in luoghi molto freddi, come l'Antartide, dove l'aria vicino alla superficie non è calda. Per accelerare il vortice ad alta velocità, è anche necessario che la pressione atmosferica al suo interno scenda bruscamente. I tornado spesso accompagnano i cicloni tropicali. Una coppia del genere - un uragano con un tornado - produce una distruzione particolarmente forte. Ci sono diversi tornado di fila. Quindi, nell'aprile del 1974, 148 tornado apparvero negli Stati Uniti e in Canada entro 18 ore. Morirono più di trecento persone.
Tipicamente, un tornado ha la forma della proboscide di un elefante che pende da una nuvola temporalesca. A volte sembra un imbuto o un pilastro. Dopo aver catturato acqua, sabbia o altri materiali dalla superficie, il tornado diventa visibile. La larghezza di un tornado medio è di diverse centinaia di metri, la velocità di movimento è di 1020 m/s. Vive per diverse ore e percorre una distanza di decine di chilometri. Un forte turbine risucchia, come un gigantesco aspirapolvere, tutto ciò che incontra e lo disperde per decine di chilometri. Ci sono molte storie divertenti su precipitazioni miracolose, ad esempio da frutta o meduse. Nel 1940, nel villaggio di Meshchery, nella regione di Gorky, dal cielo caddero monete d'argento, che un tornado "prese in prestito" da un tesoro poco profondo. Una volta in Svezia, una tromba d'aria che è volata all'improvviso nello stadio nel bel mezzo di una partita storta ha sollevato il portiere di una delle squadre insieme alla porta e li ha risistemati con cura di pochi metri senza causare alcun danno. Anche se, pochi istanti prima, ha rotto i pali del telegrafo come fiammiferi e ha fatto a pezzi diversi edifici di legno.
L'energia di un tornado è inferiore a quella degli uragani, ma la velocità del vento al suo interno è molto più alta e può raggiungere i 140 m/s. Per fare un confronto: i cicloni tropicali della categoria più alta, quinta, secondo la scala degli uragani SaffirSimpson adottata negli Stati Uniti iniziano con una velocità del vento di 70 m/s. Un bastone, decentemente fatto girare da un tornado, può perforare un tronco d'albero e un tronco può speronare una casa. Solo il 2% dei tornado raggiunge un potere distruttivo, eppure il loro danno medio annuo alle economie dei paesi colpiti è molto alto.
I ricercatori osservano che nell'Atlantico periodi di attività di uragani e tornado si alternano a una relativa calma. Il numero di trombe d'aria atmosferici, in particolare di potenti uragani (in media 3,5 all'anno), è aumentato nel 1940-1960 e dal 1995 ad oggi. La forza dei venti correnti e delle tempeste oceaniche stupisce anche i marinai esperti. Alcuni scienziati considerano l'ultimo focolaio di attività atmosferica a lungo termine e lo collegano a il riscaldamento globale. Altri ne difendono la connessione con i cicli dell'attività solare. Entrambe le versioni non sono state ancora confermate, anzi, su scala planetaria, non si è notato un aumento del numero di cicloni tropicali.
Tuttavia, la domanda su come cambierà l'attività degli uragani con l'aumento degli uragani temperatura media annuale pianeta, rimane aperto. Ecco perchè previsioni accurate i cicloni tropicali sono più importanti che mai. Per loro sono coinvolti i mezzi più moderni: satelliti spaziali, aerei, boe imbottite di elettronica, radar, supercomputer. Ci sono molte informazioni: tutti gli uragani si registrano, tracciano e avvisano le persone di un possibile pericolo. L'allarme e l'evacuazione tempestivi sono oggi gli unici modi efficaci per affrontare gli elementi.
Innocenza Senin
Caratterizzare i rischi atmosferici (cicloni, tifoni, uragani, tempeste, tempeste, burrasche, tornado, forti precipitazioni, siccità, nebbie, ghiaccio, tempeste di neve, gelate, gelate, tempeste, temporali).
Viviamo sul fondo di un grande oceano d'aria, che si trova in tutto il mondo. La profondità di questo oceano è di 1000 km ed è chiamata atmosfera.
I venti sono i cosiddetti "dispositivi di miscelazione", forniscono:
Scambio tra inquinato e aria pulita;
Ossigenazione di campi e foreste, regioni artiche calde e fredde:
Disperdono le nuvole e portano nuvole di pioggia nei campi che producono raccolti, quindi il vento è la componente più importante della vita.
Il mezzo gassoso attorno alla Terra, che ruota con essa, è chiamato atmosfera. Il riscaldamento irregolare contribuisce alla circolazione generale dell'atmosfera, che influisce sul tempo e sul clima della Terra.
La pressione atmosferica è distribuita in modo non uniforme, il che porta al movimento dell'aria rispetto alla Terra dall'alto verso il basso. Il vento è il movimento dell'aria rispetto alla superficie terrestre, risultante da una distribuzione non uniforme della pressione atmosferica e diretto da una zona di alta pressione a una zona di bassa pressione.
La forza del vento dipende dal gradiente barico: maggiore è la differenza di pressione atmosferica e più vicine sono le regioni interagenti, più veloce si equalizza la caduta di pressione e maggiore è la velocità del vento.
La direzione del vento dipende da:
Posizioni reciproche di aree di alta e bassa pressione;
La rotazione della terra;
Nel 1806, l'ammiraglio inglese Bafarth sviluppò una scala per determinare la forza del vento in punti. Questa scala è ancora in uso oggi.
Il vento inizia a causare danni a circa 20 m/s. La velocità del vento è misurata sia in metri al secondo che in chilometri al secondo. Moltiplicando il primo valore per un fattore 3,6, otteniamo il secondo valore (con l'azione inversa, lo stesso fattore funge da divisore).
Una persona è tenuta in piedi a velocità del vento fino a 36 m/s. Con una velocità del vento di 44 m / s, nessuno osa lasciare la stanza. Non appena la pressione del vento, che è uguale al quadrato della velocità, supera la massa di una persona, le forze lo cambiano, il vento lo prende e lo trasporta.
Per una persona, la velocità del vento più favorevole nelle giornate calde, quando è leggermente vestito, è di 1-2 m / s. A una velocità del vento di 3-7 m/s, compare l'irritazione. Forti venti superiori a 20 m/s causano interruzione della vita.
Scala Beaufort per determinare la forza del vento
| Forza del vento (punti) | Designazione verbale | Velocità m/s | Media arrotondata, m/s | Media arrotondata, km/h | Media arrotondata, nodi | Pressione media arrotondata, kg/m | L'effetto del vento sugli oggetti |
| Vento tranquillo | 0,3-1,5 | 2,5 | 0,1 | C'è una leggera brezza. La direzione del vento può essere determinata dal fumo. Foglie e bandiere sono immobili. | |||
| Brezza leggera | 1,6-3,3 | 0,5 | Il gagliardetto oscilla leggermente, a volte le bandiere e le foglie sugli alberi. | ||||
| vento debole | 3,4-5,4 | Sventolano le bandiere, ondeggiano piccoli rami di alberi frondosi. | |||||
| vento moderato | 5,5-7,9 | Bandiere e stendardi sono stesi, rami di alberi senza fogliame ondeggiano. Il vento solleva polvere e frammenti di carta | |||||
| Brezza fresca | 8,0-10,7 | Grandi bandiere vengono alzate, grandi rami spogli degli alberi ondeggiano. | |||||
| Vento forte | 10,8-13,8 | Grandi rami ondeggiano, fischiano in marcia, tra case e oggetti fissi. | |||||
| vento forte | 13,9-17,1 | I tronchi di piccoli alberi senza foglie ondeggiano. I cavi telefonici ronzano. | |||||
| Vento molto forte | 17,2-24,4 | Scuote grandi alberi, spezza rami e rami. Ritarda notevolmente il movimento controvento. | |||||
| Tempesta | 20,7-24,4 | Spezza i grandi rami spogli degli alberi, sposta oggetti leggeri, danneggia i tetti. | |||||
| Forte tempesta | 24,5-28,4 | Rompe alberi, danneggia edifici. | |||||
| Tempesta violenta | 28,5-32,6 | Produce grande distruzione. | |||||
| Uragano | 32 o più | Oltre 32 | Oltre 105 | Oltre 57 | Oltre 74 | Provoca distruzione catastrofica, sradica alberi |
Le condizioni meteorologiche svolgono il ruolo di un condizionatore d'aria, grazie al quale il nostro pianeta rimane abitabile. Sono la forza motrice che sposta il calore e l'umidità da un luogo all'altro ed è in grado di creare le più forti esplosioni di energia.
sistemi meteorologici sono aree circolari di flussi d'aria a vortice larghezza da 150 a 400 km. Il loro spessore oscilla notevolmente, raggiungendo i 12-15 km e si trova infatti su tutta l'altezza della troposfera (lo strato atmosferico più vicino alla Terra). Lo spessore di altri sistemi più piccoli e in rapido movimento non supera 1-3 km.
I sistemi meteorologici sono caratterizzati da variazioni della pressione atmosferica e da vari venti di ferratura.
I principali sistemi lineari (barici) sono cicloni e anticicloni. Anticicloneè un'area di alta pressione atmosferica con discesa flusso d'aria con un massimo al centro. Cicloneè una zona di bassa pressione con correnti d'aria ascendenti con un minimo al centro. Pertanto, il tempo nuvoloso è tipico dei cicloni.
Gli anticicloni, in quanto area ad alta pressione atmosferica, sono generalmente caratterizzati da tempo stabile, che molto spesso non cambia in modo significativo per diversi giorni. Il vento soffia in senso orario attorno al centro nell'emisfero nord e in senso antiorario nell'emisfero sud. Sulle mappe sinottiche, gli anticicloni sono rappresentati come isobare concentriche (linee che collegano aree con la stessa pressione) attorno al centro con la pressione più alta.
Gli anticicloni sono generalmente caratterizzati da venti deboli e cieli sereni. L'assenza di nuvole fa sì che il calore irradiato dalla superficie durante il giorno fuoriesca nello spazio. Di conseguenza, il suolo e l'aria superficiale si raffreddano rapidamente di notte. In inverno, il raffreddamento provoca gelo quando c'è umidità nell'aria, brina o nebbia. I venti leggeri nell'area degli anticicloni contribuiscono all'evoluzione di questi fenomeni meteorologici. Se forte, potrebbe mescolare le masse d'aria e il raffreddamento superficiale si diffonderebbe a strati d'aria molto più profondi.
Aria calda e fredda si mescolano con difficoltà. Ecco perchè aria calda, che scorre in onde nel fronte polare, scorre attraverso il flusso di aria densa e fredda e non si mescola con esso. L'aria fredda segue l'aria calda e quindi si forma ciclone. Di solito ci sono 2 fronti all'interno di un ciclone: fronte caldo separa il flusso di aria calda in avvicinamento dall'aria fredda. In questo caso, l'aria calda sale sopra lo strato di aria fredda e densa davanti. Nell'aria fresca che sale, il vapore acqueo si condensa e si formano nuvole. Il fronte caldo è seguito da fronte freddo. Lungo questo fronte, l'aria fredda si fa strada sotto lo strato di aria calda, facendolo salire. Pertanto, il fronte freddo porta anche tempo nuvoloso e piovoso. Il fronte freddo si muove più velocemente del fronte caldo, per cui alla fine si scontrano e l'aria calda viene spinta verso l'alto.
I meteorologi studiano attentamente la sequenza dei modelli meteorologici associati ai cicloni. Questa conoscenza è estremamente importante per le previsioni del tempo. Ad esempio, magro Nubi di Spindrift livello superiore, seguito da grigio nuvole di pioggia livello inferiore. Queste nuvole di solito portano pioggia per diverse ore prima di un fronte caldo.
Dietro il fronte caldo c'è una regione di aria calda con la sua intrinseca nuvolosità e umidità.
Segue un fronte freddo, dove, a causa delle correnti d'aria in aumento, si verificano temporali. Spesso, forti piogge cadono lungo il bordo di un fronte freddo, la cui durata è generalmente inferiore rispetto alle condizioni di un fronte caldo. Dopo il passaggio di un fronte freddo, di norma, inizia il freddo sereno.
Come risultato dei processi naturali che si verificano nell'atmosfera, sulla Terra si osservano fenomeni che rappresentano un pericolo immediato e ostacolano il funzionamento dei sistemi umani. I rischi atmosferici includono cicloni (uragani, tifoni), tempeste (tempeste), tornado (tornado), grandine, tempeste di neve, acquazzoni, ghiaccio, nebbia, fulmini.
I cicloni possono essere:
1. Ordinario (non tropicale), che sorgono come risultato dell'interazione tra i fronti di aria fredda e calda.
2. Tropical, che hanno nomi diversi:
- "uragano" - il nome è associato al nome del dio delle tempeste gli antichi Maya, chiamati gli abitanti degli Stati Uniti. Centro e Sud America.
- "tifone" tradotto dal cinese "vento molto grande", chiamato gli abitanti della Russia ( Lontano est), Australia, Corea, Cina, India, Giappone. Con una strana ironia, ai tifoni e agli uragani vengono dati nomi femminili.
Cicloni tropicali
Nella patria degli uragani, ai tropici, le masse d'aria sono molto calde e sature di vapore acqueo: la temperatura della superficie dell'oceano a queste latitudini raggiunge dai ventisette ai ventotto gradi Celsius. Ne derivano potenti correnti d'aria ascendenti e rilascio del calore solare da essa immagazzinato e la condensazione dei vapori in essa contenuti. Il processo si sviluppa e cresce, si scopre una specie di pompa gigante: nell'imbuto formato nel luogo di origine di questa pompa, vengono aspirate masse vicine della stessa aria calda e satura di vapore, e quindi il processo si diffonde ulteriormente e in ampiezza, catturando sempre più nuove aree sulla superficie dell'oceano.
Quando si versa l'acqua dalla vasca attraverso il foro di scarico, si forma un vortice. Approssimativamente la stessa cosa accade con l'aria che sale nel punto in cui ha origine il ciclone: inizia a ruotare.
La gigantesca pompa dell'aria continua a funzionare, più umidità si condensa sulla sua parte superiore a forma di imbuto, più calore viene rilasciato. (I meteorologi americani hanno calcolato che in un giorno si possono sollevare oltre un milione di tonnellate d'acqua - sotto forma di vapore, che satura continuamente lo strato superficiale dell'atmosfera; l'energia rilasciata durante la condensazione in soli dieci giorni sarebbe sufficiente per tale uno stato altamente industrializzato, come gli USA, per sei anni!). Si ritiene che un ciclone di media potenza rilasci all'incirca la stessa quantità di energia di 500.000 bombe atomiche con la caduta del potere su Hiroshima. La pressione atmosferica al centro del ciclone nascente e alla sua periferia diventa diseguale: lì, al centro del ciclone, è molto più bassa, e un forte calo di pressione è la causa di forti venti che presto si trasformano in uragani. In uno spazio con un diametro da trecento a cinquecento chilometri, i venti più forti iniziano il loro frenetico turbine.
Essendo sorti, i cicloni iniziano a muoversi a una velocità media di 10-30 km / h, a volte possono librarsi sull'area per un po'.
I cicloni (ordinari e tropicali) sono vortici di grandi dimensioni con un diametro: ordinario da 1000 a 2000 km; tropicale da 200 a 500 km e altezza da 2 a 20 km.
Le masse d'aria si muovono nell'area del ciclone a spirale, ruotando verso il suo centro (in senso antiorario nell'emisfero nord, viceversa nel sud) ad una velocità di:
Ordinario non più di 50-70 km / h;
Tropicale 400-500 km/h
Al centro del ciclone la pressione dell'aria è inferiore rispetto alla periferia, motivo per cui, muovendosi a spirale, le masse d'aria tendono al centro, dove poi si sollevano dando origine a forti nuvole.
Se al centro:
La normale pressione dell'aria del ciclone rispetto a quella atmosferica (760 mm r.s.) è di 713-720 mm r.s.;
Quindi al centro di un ciclone tropicale, la pressione scende a 675 mm r.s.
Al centro di un ciclone tropicale c'è un'area di bassa pressione con alta temperatura, con un diametro di 10-40 km, dove regna la calma - occhio di tifone.
Ogni anno almeno 70 cicloni tropicali sorgono e si sviluppano completamente sul globo.
Quando un ciclone tropicale (tifone, uragano) si avvicina alla costa, trasporta enormi masse d'acqua davanti a sé. Albero della tempesta accompagnato da forte piove e tornado. Piomba sulle zone costiere, distruggendo tutto ciò che incontra.
Esempio
Nel 1970, un tifone. che ha sfondato la foce del fiume Gange (in India) ha allagato 800.000 km 2 di costa. Aveva una velocità del vento di 200-250 m/s. Onda Marina raggiunse un'altezza di 10 m morirono circa 400.000 persone.
Oggi esistono metodi moderni per prevedere i cicloni tropicali (tifoni, uragani). Ogni formazione di nubi sospette dove non si è verificata viene fotografata dai satelliti meteorologici dallo spazio, gli aerei dei servizi meteorologici volano verso "l'occhio del tifone" per ottenere dati accurati. Queste informazioni vengono inserite nei computer per calcolare il percorso e la durata di un ciclone tropicale (tifone, uragano) e avvisare in anticipo la popolazione del pericolo.
Uragano
Un uragano è una forza del vento di 12 punti (fino a 17 punti) sulla scala Beaufort, cioè ad una velocità di 32,7 m/s (oltre 105 km/h) e raggiunge fino a 300 m/s (1194 km/h)
Uragano- un forte vortice atmosferico su piccola scala in cui l'aria ruota ad una velocità fino a 100 m/s. Ha la forma di un pilastro (a volte con asse di rotazione concavo) con estensioni a forma di imbuto in alto e in basso. L'aria ruota in senso antiorario e contemporaneamente sale a spirale, attirando polvere, acqua e vari oggetti. Viene chiamato un uragano a terra tempesta e sul mare tempesta. Le principali caratteristiche degli uragani sono:
Velocità del vento;
Modi di movimento;
Dimensioni e costruzione;
Durata media Azioni.
La caratteristica più importante degli uragani è la velocità del vento. La tabella seguente (sulla scala Beaufort) mostra la dipendenza della velocità del vento ei nomi delle modalità. velocità media movimento degli uragani in Ucraina 50-60 km/h.
Gli uragani variano notevolmente in termini di dimensioni. Di solito, la larghezza della zona di distruzione catastrofica, che può essere misurata in centinaia di chilometri, viene presa come larghezza. Il fronte degli uragani raggiunge una lunghezza fino a 500 km. Gli uragani si verificano in qualsiasi momento dell'anno, ma sono più frequenti da luglio a ottobre. Nei restanti 8 mesi sono rari, i loro percorsi sono brevi.
La durata media di un uragano è di 9-12 giorni. In Ucraina, gli uragani non durano a lungo, da pochi secondi a diverse ore.
Un uragano è quasi sempre chiaramente visibile; quando si avvicina si sente un forte ronzio.
Gli uragani sono una delle forze più potenti degli elementi. In termini di effetti nocivi, non sono inferiori a tali terribili disastri naturali come i terremoti. Ciò è dovuto al fatto che trasportano un'energia enorme. La sua quantità, rilasciata da un uragano di media potenza in un'ora, è pari all'energia di un'esplosione nucleare di 36 Mgt.
Un uragano comporta una triplice minaccia per le persone che si trovano sul suo cammino. I più distruttivi sono il vento, le onde e la pioggia.
Spesso, gli acquazzoni accompagnati da un uragano sono molto più pericolosi dell'uragano stesso, soprattutto per le persone che vivono sulla costa o in prossimità di essa. Un uragano crea onde alte fino a 30 m sulla costa, può causare acquazzoni e in seguito causare un'epidemia, ad esempio una marea di tempesta di uragani, che ha coinciso con quella normale, ha causato una gigantesca inondazione sulla costa dell'India nel 1876, durante i quali l'onda è salita di 12-13 m Circa 100.000 persone sono annegate e quasi altrettante sono morte per le conseguenze di una feroce epidemia.
Quando un uragano si propaga sul mare, provoca enormi onde alte 10-12 metri o più, danneggiando o addirittura portando alla morte della nave.
Il pericolo maggiore durante un uragano sono gli oggetti sollevati da terra e fatti ruotare a grande velocità. A differenza delle tempeste, un uragano viaggia in una fascia stretta, quindi può essere evitato. Devi solo determinare la direzione del suo movimento ed entrare lato opposto.
Il vento dell'uragano distrugge forti e demolisce edifici leggeri, devasta i seminati, spezza fili e abbatte linee elettriche e pali di comunicazione, danneggia autostrade e ponti, rompe e sradica alberi, danneggia e affonda navi, provoca incidenti alle reti elettriche ed energetiche in produzione. Ci sono stati casi in cui i venti degli uragani hanno distrutto dighe e dighe, che hanno portato a grandi inondazioni, lanciato treni fuori dai binari, strappato ponti dai supporti, abbattuto tubi di fabbrica e gettato navi a terra.
Capitolo sei
MOTO A VORTICE DI GAS E LIQUIDI
6.1. Enigmi di vortici atmosferici
Ci occupiamo del moto vorticoso di gas e liquidi ovunque. I più grandi vortici sulla Terra sono cicloni atmosferici, che, insieme agli anticicloni - zone di alta pressione l'atmosfera terrestre, non catturato dal movimento del vortice, determina il tempo sul pianeta. Il diametro dei cicloni raggiunge migliaia di chilometri. L'aria nel ciclone compie un complesso movimento a spirale tridimensionale. Nell'emisfero settentrionale, i cicloni, come l'acqua che scorre dal bagno nel tubo, ruotano in senso antiorario (se visti dall'alto), nell'emisfero australe - in senso orario, a causa dell'azione delle forze di Coriolis dalla rotazione terrestre.
Al centro del ciclone, la pressione dell'aria è molto più bassa rispetto alla sua periferia, il che si spiega con l'azione delle forze centrifughe durante la rotazione del ciclone.
Originario delle medie latitudini nei punti di curvatura dei fronti atmosferici, un ciclone di media latitudine si forma gradualmente in una formazione sempre più stabile e potente durante il suo movimento principalmente verso nord, dove trasporta aria calda da sud. Il ciclone emergente all'inizio cattura solo gli strati d'aria inferiori e superficiali, che sono ben riscaldati. Il vortice cresce dal basso verso l'alto. Con l'ulteriore sviluppo del ciclone, l'afflusso di aria al suo interno avviene ancora vicino alla superficie della terra. Salendo nella parte centrale del ciclone, quest'aria calda lascia il ciclone formatosi a un'altezza di 6-8 km. Il vapore acqueo in esso contenuto a un'altezza tale dove regna il freddo si condensa, il che porta alla formazione di nuvole e precipitazioni.
Tale quadro dello sviluppo di un ciclone, riconosciuto oggi dai meteorologi di tutto il mondo, è modellato con successo nelle installazioni di meteotroni create negli anni '70 in URSS per causare pioggia e testato con successo in Armenia. I motori a turbogetto montati a terra creavano un flusso vorticoso di aria calda che saliva verso l'alto. Dopo qualche tempo, su questo luogo nacque una nuvola, che gradualmente si trasformò in una nuvola, che pioveva a dirotto.
I cicloni tropicali, chiamati tifoni nel Pacifico e uragani nell'Atlantico, si comportano in modo molto diverso dai cicloni lenti a media latitudine. Hanno diametri molto più piccoli (100-300 km) rispetto a quelli di media latitudine, ma si distinguono per ampi gradienti di pressione, venti molto forti (fino a 50 e anche 100 m/s) e forti piogge.
I cicloni tropicali hanno origine solo sull'oceano, il più delle volte tra 5 e 25° di latitudine nord. Più vicino all'equatore, dove le forze di Coriolis devianti sono piccole, non vengono prodotte, il che dimostra il ruolo delle forze di Coriolis nella generazione dei cicloni.
Spostandosi prima a ovest e poi a nord o nord-est, i cicloni tropicali si trasformano gradualmente in cicloni ordinari, ma molto profondi. Passando dall'oceano alla terra, svaniscono rapidamente su di esso. Quindi l'umidità dell'oceano gioca un ruolo enorme nella loro vita, che, condensando in un flusso d'aria a vortice ascendente, rilascia un'enorme quantità di calore latente di evaporazione. Quest'ultimo riscalda l'aria e ne aumenta la salita, il che porta a un forte calo della pressione atmosferica quando si avvicina un tifone o un uragano.Riso. 6.1. Vortice di tifone atmosferico gigante (vista dallo spazio)
Questi giganteschi turbini furiosi hanno due caratteristiche misteriose. Innanzitutto, compaiono raramente nell'emisfero australe. Il secondo è la presenza al centro di una tale formazione dell '"occhio della tempesta" - una zona con un diametro di 15-30 km, caratterizzata da cieli calmi e limpidi.
Vedere che un tifone, e ancor più un ciclone di media latitudine, è un turbine, a causa dei loro enormi diametri, è possibile solo da un'altezza cosmica. Le fotografie di catene di nubi vorticose scattate dagli astronauti sono spettacolari. Ma per un osservatore terrestre, il tipo più ovvio di vortice atmosferico da osservare è un tornado. Il diametro della sua colonna di rotazione, che si estende verso le nuvole, nel suo punto più sottile è di 300-1000 m sopra la terra e solo decine di metri sopra il mare. In Nord America, dove i tornado compaiono molto più spesso che in Europa (fino a 200 all'anno), sono chiamati tornado. Là provengono principalmente dal mare e imperversano quando sono al di sopra della terraferma.
La seguente immagine della nascita di un tornado è data in: "Il 30 maggio 1979, alle 4 del pomeriggio, due nuvole, nere e dense, si incontrarono nel nord del Kansas. 15 minuti dopo si scontrarono e si fusero in una nuvola, un imbuto è cresciuto dalla sua superficie inferiore.Allungandosi rapidamente, ha preso la forma di un enorme tronco, ha raggiunto il suolo e per tre ore, come un serpente gigantesco, ha giocato brutti scherzi in tutto lo stato, fracassando e distruggendo tutto ciò che veniva a suo modo - case, fattorie, scuole..."
Questo tornado ha strappato il ponte in cemento armato di 75 metri dai tori di pietra, lo ha legato in un nodo e lo ha gettato nel fiume. Gli esperti in seguito calcolarono che per ottenere ciò, il flusso d'aria doveva avere una velocità supersonica.
Ciò che l'aria fa nei tornado a tali velocità confonde le persone. Quindi, i trucioli dispersi in un tornado penetrano facilmente nelle tavole e nei tronchi d'albero. Si dice che una pentola di metallo, catturata da un tornado, sia stata rivoltata senza rompere il metallo. Tali trucchi sono spiegati dal fatto che la deformazione del metallo in questo caso è stata eseguita senza un supporto rigido che potesse danneggiare il metallo, perché l'oggetto era nell'aria.
Riso. 6.2. Fotografia di un tornado.I tornado non sono affatto un fenomeno naturale raro, sebbene appaiano solo nell'emisfero settentrionale, quindi sono stati accumulati molti dati osservativi su di loro. La cavità dell'imbuto ("tronco") del tornado è circondata da "muri" d'aria che ruota freneticamente in una spirale in senso antiorario (come in un tifone) (vedi Fig. 6.3.) Qui la velocità dell'aria raggiunge 200-300 SM. Poiché la pressione statica al suo interno diminuisce con l'aumentare della velocità del gas, le "pareti" del tornado aspirano l'aria riscaldata vicino alla superficie terrestre e con essa gli oggetti che si incrociano, come un aspirapolvere.
Tutti questi oggetti salgono, a volte fino alla nuvola, contro la quale poggia il tornado.
La forza di sollevamento dei tornado è molto alta. Quindi, trasportano su distanze considerevoli non solo piccoli oggetti, ma a volte bestiame e persone. Il 18 agosto 1959, nella regione di Minsk, un tornado sollevò il cavallo a un'altezza considerevole e lo portò via. Il corpo dell'animale è stato ritrovato a solo un chilometro e mezzo di distanza. Nel 1920, nello stato del Kansas, un tornado distrusse una scuola e sollevò in aria un insegnante con un'intera classe di scolari insieme ai loro banchi. Pochi minuti dopo, furono tutti calati a terra insieme ai rottami della scuola. La maggior parte dei bambini e l'insegnante sono rimasti vivi e illesi, ma 13 persone sono morte.
Ci sono molti casi in cui i tornado sollevano e trasportano persone a distanze considerevoli, dopodiché rimangono illese. Il più paradossale di questi è descritto in: un tornado a Mytishchi vicino a Mosca è volato nella famiglia di una contadina Selezneva. Dopo aver abbattuto la donna, il figlio maggiore e bambino nel fosso, portò via il figlio di mezzo Petya. È stato trovato solo il giorno successivo nel Parco Sokolniki di Mosca. Il ragazzo era vivo e vegeto, ma spaventato a morte. La cosa più strana qui è che Sokolniki si trova da Mytishchi non nella direzione in cui si stava muovendo il tornado, ma nella direzione opposta. Si scopre che il ragazzo è stato trasferito non nel corso del tornado, ma nella direzione opposta, dove tutto si era calmato da tempo! O ha viaggiato indietro nel tempo?
Sembrerebbe che gli oggetti in un tornado debbano essere trasportati da un forte vento. Ma il 23 AVP/100 del 1953, durante un tornado a Rostov, si dice che una forte raffica di vento aprì le finestre e le porte della casa. Allo stesso tempo, la sveglia, che era sul comò, ha attraversato tre porte, una cucina, un corridoio ed è volata fino alla soffitta della casa. Quali forze lo hanno spinto? Dopotutto, l'edificio è rimasto illeso e il vento, in grado di portare la sveglia in questo modo, ha dovuto demolire completamente l'edificio, che ha una deriva molto maggiore della sveglia.
E perché i tornado, sollevando mucchi di piccoli oggetti fino alle nuvole, li abbassano a notevole distanza quasi accatastati, non sparpagliandosi, ma come se sgorgassero dalle maniche?
La connessione inseparabile con la nuvola temporalesca madre è differenza caratteristica tornado da altri moti vorticosi dell'atmosfera. O perché enormi correnti elettriche scorrono dalla nuvola temporalesca lungo il "tronco" del tornado fino al suolo, o perché le gocce di polvere e acqua nel vortice del tornado sono fortemente elettrizzate dall'attrito, ma i tornado sono accompagnati da un alto livello di energia elettrica attività. La cavità del "tronco" da parete a parete è costantemente trafitta da scariche elettriche. Spesso si illumina anche.
Ma all'interno della cavità del "tronco" del tornado, il movimento vorticoso dell'aria è indebolito e più spesso diretto non dal basso verso l'alto, ma dall'alto verso il basso * (* Tuttavia, in esso si afferma che nella cavità del "tronco" di un tornado, l'aria si muove dal basso verso l'alto e nelle sue pareti - dall'alto verso il basso.). Ci sono casi in cui un tale flusso discendente all'interno del tornado è diventato così forte da premere oggetti nel terreno (vedi Fig. 6.3.). L'assenza di un'intensa rotazione nella cavità interna di un tornado lo rende simile sotto questo aspetto a un tifone. Sì, e l '"occhio della tempesta" nel tornado esiste prima che raggiunga il suolo dalla nuvola. È così che Y. Maslov lo descrive poeticamente: "In una nuvola temporalesca, appare all'improvviso un" occhio ", vale a dire un" occhio ", con una pupilla morta e senza vita. La sensazione è che scruta la preda. L'ha notato! si precipita a terra con il ruggito e la velocità di un treno di corriere, lasciando dietro di sé una lunga scia ben visibile: una coda.
Gli specialisti sono da tempo interessati alla questione delle fonti di quell'energia davvero inesauribile che i tornado, e ancor più i tifoni, hanno a loro disposizione. È chiaro che l'energia termica di enormi masse viene infine convertita nell'energia del movimento dell'aria nel vortice atmosferico. aria umida. Ma cosa lo fa concentrare in volumi così piccoli come il corpo di un tornado? E una tale concentrazione spontanea di energia non contraddice la seconda legge della termodinamica, che afferma che l'energia termica può dissiparsi solo spontaneamente?
Ci sono molte ipotesi su questo argomento, ma non ci sono ancora risposte chiare.
Esplorando l'energia dei vortici di gas, V. A. Atsukovsky scrive che "il corpo di un vortice di gas è compresso dall'ambiente nel processo di formazione del vortice". Ciò è confermato dal fatto che il "tronco" di un tornado è più sottile della sua base, dove l'attrito con il suolo non gli consente di sviluppare un'elevata velocità di rotazione. La compressione del corpo del vortice da parte della pressione dell'ambiente provoca un aumento della velocità della sua rotazione come risultato della legge di conservazione della quantità di moto. E con un aumento della velocità del gas nel vortice, la pressione statica al suo interno diminuisce ancora di più. Ne consegue, conclude Atsyukovsky, che il vortice concentra l'energia dell'ambiente, e questo processo è fondamentalmente diverso dagli altri, accompagnato dalla dissipazione di energia nell'ambiente.
È qui che la teoria del moto potrebbe salvare la seconda legge della termodinamica se fosse possibile scoprire che i vortici di gas irradiano energia in quantità significative. Alla luce di quanto affermato nella Sezione 4.4, la teoria del moto richiede che, quando l'aria ruota in un tornado o in un tifone, irradi non meno energia di quella che consuma per far girare l'aria. E attraverso un tornado, e ancor più un tifone, durante la sua esistenza, passano enormi masse d'aria, attorcigliate.
Sembrerebbe che sia più facile per l'aria umida espellere energia di massa "extra" senza irradiare. Infatti, dopo la condensazione dell'umidità, quando viene sollevato da un vortice atmosferico a una grande altezza, gocce di pioggia che cadono lasciano il vortice e per questo la sua massa diminuisce. Ma l'energia termica del vortice non solo non diminuisce da questo, ma, al contrario, aumenta per il rilascio del calore latente di evaporazione durante la condensazione dell'acqua. Ciò porta ad un aumento della velocità di movimento nel vortice sia per un aumento della velocità di risalita dell'aria, sia per un aumento della velocità di rotazione quando il corpo del vortice viene compresso. Inoltre, la rimozione della massa delle gocce d'acqua dal vortice non porta ad un aumento dell'energia di legame del sistema rotante e ad un aumento del difetto di massa nel vortice rimanente. L'energia di legame del sistema aumenterebbe (e con essa aumenterebbe la stabilità del sistema) se, durante l'accelerazione della rotazione del sistema, una parte dell'energia interna del sistema - il calore - venisse rimossa da esso. E il calore viene rimosso più facilmente per irraggiamento.
Apparentemente, a nessuno è mai venuto in mente di provare a registrare la radiazione tepe (infrarossi e microonde) di tornado e tifoni. Forse esiste, ma non lo sappiamo ancora. Tuttavia, molte persone e animali avvertono l'avvicinarsi di un uragano anche quando sono al chiuso e senza guardare il cielo. E penso che non solo per il calo della pressione atmosferica, che fa gracchiare i corvi per il dolore alle ossa che hanno dei vuoti. Le persone provano qualcos'altro, alcune spaventose, altre eccitanti. Forse questa è la radiazione di torsione, che da un tornado e un tifone dovrebbe essere molto intensa?
Sarebbe interessante chiedere agli astronauti di scattare fotografie a infrarossi di tifoni dall'altitudine dello spazio. Sembra che tali fotografie potrebbero dirci molte cose nuove.
Tuttavia, tali fotografie del più grande ciclone nelle atmosfere dei pianeti del sistema solare, sebbene non nei raggi infrarossi, sono state a lungo scattate da un'altezza cosmica. Queste sono fotografie della Grande Macchia Rossa di Giove, che, come hanno rivelato gli studi delle sue fotografie scattate nel 1979 dalla navicella spaziale americana Voyager 1, è un enorme ciclone costantemente esistente nella potente atmosfera di Giove (Fig. 6.4) . L '"occhio della tempesta" di questo ciclopico tifone ciclopico con dimensioni di 40x13 mila km risplende anche nella gamma della luce visibile con un minaccioso colore rosso, da cui deriva il suo nome.
Riso. 6.4. La Grande Macchia Rossa (SR) di Giove e le sue vicinanze ("Voyager 1", 1979).6.2. Effetto Rango Vortice
Esplorando i separatori ciclici per la purificazione dei gas dalle polveri, l'ingegnere metallurgico francese J. Ranke scoprì un fenomeno insolito alla fine degli anni '20: al centro del getto, il gas in uscita dal ciclone aveva una temperatura inferiore a quella iniziale. Già alla fine del 1931, Ranke ricevette il primo brevetto per un dispositivo che chiamò "tubo a vortice" (VT), in cui il flusso di aria compressa è diviso in due flussi: freddo e caldo. Presto brevetta questa invenzione in altri paesi.
Nel 1933 Ranke fece un rapporto alla Società di Fisica francese sul fenomeno della separazione da lui scoperto. gas compresso in VT. Ma il suo messaggio è stato accolto con sfiducia dalla comunità scientifica, poiché nessuno poteva spiegare la fisica di questo processo. Dopotutto, gli scienziati poco prima si resero conto dell'impraticabilità della fantastica idea del "demone di Maxwell", che, per separare il gas caldo in caldo e freddo, doveva rilasciare molecole di gas veloci attraverso un microforo da un recipiente con gas e non rilasciare quelli lenti. Tutti hanno deciso che questo contraddice la seconda legge della termodinamica e la legge dell'aumento dell'entropia.
Riso. 6.5. Classifica tubo vortice.Per più di 20 anni, la scoperta di Ranke è stata ignorata. E solo nel 1946, il fisico tedesco R. Hilsch pubblicò un lavoro sugli studi sperimentali di VT, in cui forniva raccomandazioni per la progettazione di tali dispositivi. Da allora, a volte sono state chiamate pipe Ranke-Hilsch.
Ma nel 1937, lo scienziato sovietico K. Strahovich, che non conosceva gli esperimenti di Ranke, dimostrò teoricamente in un corso di lezioni sulla dinamica dei gas applicata che dovrebbero sorgere differenze di temperatura nei flussi di gas rotanti. Tuttavia, solo dopo la seconda guerra mondiale in URSS, come in molti altri paesi, iniziò l'uso diffuso dell'effetto vortice. Va notato che i ricercatori sovietici in questa direzione all'inizio degli anni '70 presero la leadership mondiale. Una panoramica di alcuni lavori sovietici sulla VT è data, ad esempio, nel libro, da cui abbiamo preso in prestito sia quanto sopra in questa sezione sia molto di quanto in esso affermato di seguito.
Nel tubo a vortice di Ranke, il cui diagramma è mostrato in Fig. 6.5, un tubo cilindrico 1 è collegato ad una estremità ad una voluta 2, che termina con un ugello di ingresso di sezione rettangolare, che assicura l'alimentazione del gas di lavoro compresso nel tubo tangenzialmente alla circonferenza della sua superficie interna. All'altra estremità, la voluta è chiusa da un diaframma 3 con un foro al centro, il cui diametro è notevolmente inferiore al diametro interno del tubo 1. Attraverso questo foro, un flusso di gas freddo esce dal tubo 1, che è separato durante il suo movimento a vortice nel tubo 1 in parti fredde (centrali) e calde (periferiche). La parte calda del flusso, adiacente alla superficie interna del tubo 1, ruota, si sposta all'estremità più lontana del tubo 1 e la lascia attraverso lo spazio anulare tra il suo bordo e il cono di regolazione 4.
B spiega che qualsiasi flusso di gas (o liquido) in movimento ha, come sapete, due temperature: T termodinamica (detta anche statica), determinata dall'energia del moto termico delle molecole di gas (questa temperatura sarebbe misurata da un termometro che si muove insieme a il flusso di gas alla stessa velocità V, che è il flusso) e la temperatura di ristagno T0, che viene misurata da un termometro stazionario posto nel percorso del flusso. Queste temperature sono legate dalla relazione
(6.1)
in cui C - calore specifico gas. Il secondo termine in (6.1) descrive l'aumento di temperatura dovuto alla decelerazione del flusso di gas sul termometro. Se il ristagno viene effettuato non solo nel punto di misura, ma anche sull'intera sezione di flusso, l'intero gas viene riscaldato alla temperatura di ristagno T0. In questo caso, l'energia cinetica del flusso viene convertita in calore.
Trasformando la formula (6.1), otteniamo l'espressione
(6.2)
che dice che all'aumentare della velocità del flusso V in condizioni adiabatiche, la temperatura termodinamica diminuisce.
Si noti che l'ultima espressione è applicabile non solo al flusso di gas, ma anche al flusso di liquido. In esso, con un aumento della velocità di flusso V in condizioni adiabatiche, dovrebbe diminuire anche la temperatura termodinamica del liquido. È proprio questa diminuzione della temperatura del flusso d'acqua accelerato nel condotto di restringimento alla turbina che L. Gerbrand ha evidenziato nella Sezione 3.4 quando ha suggerito di convertire il calore dell'acqua di fiume nell'energia cinetica del flusso fornito alla turbina di centrali idroelettriche.
Infatti, ancora una volta riscrivendo l'espressione (6.1) nella forma
(6.3)
otteniamo la formula per l'aumento dell'energia cinetica del flusso d'acqua
(Qui m è la massa d'acqua che è passata attraverso il condotto).
Ma torniamo al tubo a vortice. Accelerando nella sua voluta di ingresso ad una velocità elevata, il gas all'ingresso del tubo cilindrico 1 ha la velocità tangenziale massima VR e la temperatura termodinamica più bassa. Quindi si sposta nel tubo 1 lungo una spirale cilindrica fino all'uscita più lontana, parzialmente chiusa dal cono 4. Se questo cono viene rimosso, l'intero flusso di gas uscirà liberamente attraverso l'estremità più lontana (calda) del tubo 1. Inoltre, il VT aspira attraverso il foro nel diaframma 3 e parte dell'aria esterna. (Il funzionamento degli eiettori a vortice, che hanno dimensioni inferiori rispetto a quelli a flusso diretto, si basa su questo principio.)
Ma regolando lo spazio tra il cono 4 e il bordo del tubo 1, si ottiene un aumento della pressione nel tubo a un valore tale per cui l'aspirazione dell'aria esterna si interrompe e parte del gas dal tubo 1 inizia ad uscire attraverso il foro del diaframma 3. Allo stesso tempo, nel tubo 1 appare un flusso vorticoso centrale (parassiale) che si muove verso il principale (periferico), ma ruotando, come indicato in, nella stessa direzione.
Nell'intero complesso dei processi che si verificano nel VT, ve ne sono due principali che determinano, secondo la maggior parte dei ricercatori, la ridistribuzione dell'energia tra i flussi di gas periferico e centrale a vortice in esso contenuti.
Il primo dei principali processi è la ristrutturazione del campo delle velocità tangenziali dei flussi rotanti mentre si muovono lungo il tubo. Il flusso periferico in rapida rotazione trasferisce gradualmente la sua rotazione al flusso centrale muovendosi verso di esso. Di conseguenza, quando le particelle di gas del flusso centrale si avvicinano al diaframma 3, la rotazione di entrambi i flussi è diretta nella stessa direzione e si verifica come se un cilindro solido, anziché gas, ruotasse attorno al proprio asse. Tale vortice è chiamato "quasi solido". Questo nome è determinato dal fatto che le particelle di un cilindro solido rotante nel loro movimento attorno all'asse del cilindro hanno la stessa dipendenza della velocità tangenziale dalla distanza all'asse: Vr. =. ?r.
Il secondo processo principale nel WP è l'equalizzazione delle temperature termodinamiche dei flussi periferici e centrali in ciascuna sezione del WP, causata dallo scambio di energia turbolenta tra i flussi. Senza questo allineamento il flusso interno, che ha velocità tangenziali inferiori a quello periferico, avrebbe una temperatura termodinamica maggiore di quella periferica. Poiché le velocità tangenziali del flusso periferico sono maggiori di quelle di quello centrale, allora dopo aver equalizzato le temperature termodinamiche, la temperatura di ristagno del flusso periferico spostandosi verso l'uscita del tubo 1, semicoperto dal cono 4, risulta essere maggiore di quella del flusso centrale in movimento verso il foro del diaframma 3.
L'azione simultanea dei due principali processi descritti porta, secondo la maggior parte dei ricercatori, al trasferimento di energia dal flusso gassoso centrale del TV a quello periferico e alla separazione del gas in flussi freddi e caldi.
Questa idea del lavoro di VT è ancora riconosciuta dalla maggior parte degli specialisti. E il design del VT dai tempi di Ranke non è cambiato molto, sebbene la portata del VT si sia ampliata da allora. È stato riscontrato che i TV che utilizzano un tubo conico (piccolo angolo di conicità) invece di uno cilindrico mostrano prestazioni leggermente migliori. Ma sono più difficili da produrre. Molto spesso, i TV che funzionano con i gas vengono utilizzati per produrre freddo, ma a volte, ad esempio, quando si lavora in termostati a vortice, vengono utilizzati flussi sia freddi che caldi.
Sebbene il tubo a vortice abbia un'efficienza molto inferiore rispetto ad altri tipi di frigoriferi industriali, a causa dell'elevato consumo di energia per comprimere il gas prima che venga immesso nel VT, l'estrema semplicità del design e la sobrietà del VT lo rendono indispensabile per molte applicazioni.
VT può funzionare con qualsiasi fluido di lavoro gassoso (ad esempio con vapore acqueo) e con una varietà di perdite di carico (da frazioni di atmosfera a centinaia di atmosfere). Molto ampio è anche il range delle portate di gas in VT (da frazioni di m3/ora a centinaia di migliaia di m3/ora), e quindi il range delle loro capacità. Tuttavia, con un aumento
Il diametro del VT (cioè con un aumento della sua potenza) aumenta l'efficienza del VT.
Quando VT viene utilizzato per produrre contemporaneamente flussi di gas freddo e caldo, il tubo viene realizzato non raffreddato. Tali WT sono chiamati adiabatici. Ma quando si utilizza solo un flusso freddo, è più vantaggioso utilizzare VT, in cui il corpo del tubo o la sua estremità più lontana (calda) viene raffreddato forzatamente da una camicia d'acqua o con un altro metodo. Il raffreddamento consente di aumentare la capacità di raffreddamento dell'HT.6.3. Paradossi del tubo a vortice
Il tubo a vortice, che divenne quel "demone di Maxwell", che (effettua la separazione delle molecole di gas veloci da quelle lente), non ricevette il riconoscimento per molto tempo dopo la sua invenzione da parte di J. Ranke. In generale, tutti i processi e i dispositivi , se non ricevono giustificazioni teoriche e spiegazioni scientifiche, nel nostro secolo "illuminato" sono quasi certamente destinati al rifiuto. Questo, se volete, è il rovescio della medaglia dell'illuminismo: tutto ciò che non trova una momentanea spiegazione non ha diritto di esistere ! E nella pipa di Ranke, anche dopo l'apparizione della spiegazione di cui sopra del suo lavoro, molto è rimasto e rimane poco chiaro Sfortunatamente, gli autori di libri e libri di testo raramente notano le ambiguità di determinati problemi, ma, al contrario, cercano più spesso di aggirarli e velarli per creare l'apparenza dell'onnipotenza della scienza. Il libro non fa eccezione a questo riguardo.
Quindi, a pagina 25, quando spiega il processo di ridistribuzione! energia in VT riorganizzando il campo di velocità dei flussi di gas rotanti e l'aspetto di un vortice "quasi solido", si può notare una certa confusione. Ad esempio), leggiamo: "Quando il flusso centrale si sposta verso ... sperimenta un vortice sempre più intenso dal lato del flusso esterno. In questo processo, quando gli strati esterni torcono quelli interni, di conseguenza ... .le velocità tangenziali del flusso interno diminuiscono, e quelle esterne aumentano”. L'illogicità di questa frase ti farà chiedere se gli autori del libro stiano cercando di nascondere qualcosa che non può essere spiegato, di creare l'apparenza della logica dove non c'è?
I tentativi di creare una teoria della VT costruendo e risolvendo un sistema di equazioni gas-dinamiche che descrivono i processi nella VT hanno portato molti autori a difficoltà matematiche insormontabili. Nel frattempo, gli studi sull'effetto vortice da parte degli sperimentatori hanno rivelato in esso sempre più nuove caratteristiche, la cui giustificazione si è rivelata impossibile secondo una qualsiasi delle ipotesi accettate.
Negli anni '70, lo sviluppo della tecnologia criogenica ha stimolato la ricerca di nuove possibilità dell'effetto vortice, poiché altri metodi di raffreddamento esistenti - strozzamento, espulsione ed espansione del gas - non hanno fornito una soluzione ai problemi pratici sorti dal raffreddamento di grandi volumi e gas di liquefazione a bassa temperatura di condensazione. Pertanto, la ricerca sul funzionamento dei refrigeratori a vortice è proseguita in modo ancora più intenso.
I risultati più interessanti in questa direzione sono stati raggiunti da Leningraders V. E. Finko. Nel suo raffreddatore a vortice con un VT con un angolo di conicità fino a 14°, è stato ottenuto un raffreddamento ad aria fino a 30°K. È stato notato un aumento significativo dell'effetto di raffreddamento con un aumento della pressione del gas all'ingresso a 4 MPa e oltre, il che [contraddiceva il punto di vista generalmente accettato secondo cui a una pressione superiore a 1 MPa, l'efficienza del TV praticamente non aumenta all'aumentare della pressione.
Questa e altre caratteristiche riscontrate durante i test di un raffreddatore a vortice con velocità del flusso di ingresso subsonico, che non sono coerenti con le idee esistenti sull'effetto vortice e il metodo utilizzato in letteratura per calcolare il raffreddamento del gas con il suo aiuto, hanno spinto V. E. Finko ad analizzare queste discrepanze .
Ha notato che le temperature di ristagno non solo del flusso di gas freddo (Tx) ma anche di quello "caldo" (Tr) in uscita risultavano essere significativamente inferiori alla temperatura T del gas fornito al suo VT. Ciò significava che il bilancio energetico nel suo WT non corrispondeva alla nota equazione di bilancio di Hilsch per i WT adiabatici.
(6.5)
dove I è l'entalpia specifica del gas di lavoro,
Nella letteratura disponibile, Finko non ha trovato articoli dedicati alla verifica della relazione (6.5). Nei lavori pubblicati, di norma, la frazione di flusso freddo JLI è stata calcolata utilizzando la formula
(6.6)
secondo i risultati delle misurazioni della temperatura Tovh Gog Goh. L'ultima formula si ottiene dalla (6.5) utilizzando le condizioni:
V.E.Finko realizza uno stand, descritto in, sul quale, oltre alla misurazione delle temperature di ristagno del flusso, sono state effettuate misurazioni delle portate di gas Ovkh, Ox, Og. Di conseguenza, è stato fermamente stabilito che l'espressione (6.5) è inaccettabile per il calcolo del bilancio energetico del WP, poiché la differenza nelle entalpie specifiche dei flussi in entrata e in uscita negli esperimenti era del 9-24% e aumentava con un aumento nella pressione di ingresso o con una diminuzione della temperatura del gas in ingresso. Finko osserva che una certa discrepanza tra la relazione (6.5) e i risultati del test è stata osservata in precedenza nei lavori di altri ricercatori, ad esempio, in cui la discrepanza era del 10-12%, ma gli autori di questi lavori hanno spiegato l'imprecisione della misurazione dei costi.
Inoltre, V. E. Finko osserva che nessuno dei meccanismi di trasferimento del calore precedentemente proposti nel VT, incluso il meccanismo del trasferimento di calore turbolento in controcorrente, spiega quegli alti tassi di rimozione del calore dal gas, che portano a significativi cali di temperatura da lui registrati (~ 70 °K e oltre) nel suo raffreddatore a vortice. Offre la sua spiegazione per il raffreddamento del gas in VT mediante il "lavoro di espansione vorticosa del gas" svolto all'interno del tubo sopra le porzioni di gas che vi sono entrate in precedenza, nonché sopra l'atmosfera esterna, dove il gas esce.
Qui dobbiamo notare che in caso generale il bilancio energetico del WT ha la forma:
(6.7)
dove Wcool è la quantità di calore rimossa per unità di tempo dalla custodia del TV a causa del suo raffreddamento naturale o artificiale. Nel calcolo dei tubi adiabatici, l'ultimo termine in (6.7) viene trascurato per la sua piccolezza, poiché i TV sono generalmente di piccole dimensioni e il loro scambio termico con l'aria circostante per convezione è insignificante rispetto allo scambio termico tra i flussi di gas all'interno del TV. E durante il funzionamento dei TV raffreddati artificialmente, l'ultimo termine in (6.7) assicura un aumento della frazione del flusso di gas freddo in uscita dai TV. Non c'era raffreddamento artificiale nel refrigeratore a vortice Finko e lo scambio di calore naturale per convezione con l'aria atmosferica circostante era insignificante.
Il successivo esperimento di Finko, descritto in , sembrava non avere alcuna relazione diretta con i problemi del trasferimento di calore in VT. Ma è lui che fa dubitare più fortemente non solo della correttezza delle idee precedentemente esistenti sul meccanismo di scambio termico tra i flussi di gas nel WP, ma anche in generale della correttezza del quadro generalmente accettato del funzionamento del WP. Finko introduce un'asta sottile lungo l'asse del suo VT, l'altra estremità della quale è fissata nel cuscinetto. Quando il VT è in funzione, l'asta inizia a ruotare a una velocità fino a 3000 giri/min, azionata dal flusso di gas centrale rotante nel VT. Ma solo la direzione di rotazione dell'asta si è rivelata opposta alla direzione di rotazione del flusso di gas vortice principale (periferico) nel VT!
Da questo esperimento, possiamo concludere che la rotazione del flusso centrale del gas è opposta alla rotazione del flusso periferico (principale). Ma questo contraddice l'idea prevalente della rotazione "quasi solida" del gas nel BT.
Inoltre, V. E. Finko si è registrato all'uscita di un flusso di gas freddo dal suo VT radiazione infrarossa spettro di banda nell'intervallo di lunghezze d'onda di 5-12 μm, la cui intensità aumentava con l'aumento della pressione del gas all'ingresso del TV. A volte, tuttavia, è stata osservata anche visivamente "radiazioni che emergono dal nucleo del ruscello". colore blu". Tuttavia, il ricercatore non ha attribuito molta importanza alla radiazione, notando la presenza di radiazione come un curioso effetto di accompagnamento e non ha nemmeno portato le sue intensità ai valori. Ciò suggerisce che Finko non associasse la presenza di questa radiazione con la meccanismo di scambio termico in BT.
È qui che dobbiamo ricordare ancora una volta il meccanismo proposto nelle Sezioni 4.4 e 4.5 per scaricare la massa-energia "extra" da un sistema di corpi posti in rotazione per generare la necessaria energia di legame negativa del sistema. Abbiamo scritto che il modo più semplice per scaricare energia sono i corpi carichi elettricamente. Quando ruotano, possono semplicemente irradiare energia sotto forma di onde elettromagnetiche o fotoni. Nel flusso di qualsiasi gas c'è sempre un certo numero di ioni, il cui movimento lungo un cerchio o un arco in un flusso a vortice dovrebbe portare all'emissione di onde elettromagnetiche.
È vero, alle frequenze tecniche di rotazione del vortice, l'intensità della radiazione delle onde radio da parte di uno ione in movimento, calcolata secondo la nota formula per la radiazione di ciclotrone alla frequenza fondamentale, risulta essere estremamente piccola. Ma la radiazione di ciclotrone non è l'unico e lontano dal più importante dei possibili meccanismi di emissione di fotoni da un gas rotante. Esistono numerosi altri possibili meccanismi, ad esempio l'eccitazione delle molecole di gas mediante vibrazioni del suono ionico, seguita dall'emissione di molecole eccitate. Stiamo parlando della radiazione di ciclotrone qui solo perché il suo meccanismo è più comprensibile per l'ingegnere, il lettore di questo libro. Ripetiamo ancora una volta che quando la natura ha bisogno di irradiare energia da un sistema di corpi in movimento, troverà mille modi per farlo. Soprattutto da un sistema come un vortice di gas, in cui ci sono così tante possibilità di radiazione che sono comprensibili anche con lo sviluppo odierno della scienza.
V. E. Finko ha registrato lo spettro di banda della radiazione elettromagnetica con
lunghezze d'onda = 10 µm. Lo spettro di banda è caratteristico della radiazione termica delle molecole di gas. I corpi solidi danno uno spettro continuo di radiazione. Da ciò possiamo concludere che negli esperimenti di Finko era la radiazione del gas di lavoro, e non la cassa metallica del VT, ad essere registrata.
La radiazione termica di un gas rotante può consumare non la massa a riposo delle molecole o ioni radianti, ma l'energia termica del gas come parte più mobile della sua energia interna. Le collisioni termiche tra le molecole di gas non solo eccitano le molecole, ma alimentano anche gli ioni con energia cinetica, che emettono già sotto forma di energia elettromagnetica. E sembra che la rotazione del gas in qualche modo (magari per mezzo di un campo di torsione) stimoli questo processo di irraggiamento. Come risultato dell'emissione di fotoni, il gas viene ulteriormente raffreddato basse temperature di quanto ne consegue dalle note teorie del trasferimento di calore tra i flussi a vortice centrale e periferico nel VT.
Nel lavoro di Finko, purtroppo, l'intensità della radiazione osservata non è indicata, e quindi nulla si può dire finora sull'entità della potenza da essa portata via. Ma ha notato un riscaldamento della superficie interna delle pareti del VT di almeno 5°K, che potrebbe essere dovuto al riscaldamento proprio di questa radiazione.
A questo proposito, si pone la seguente ipotesi sul processo di rimozione del calore dal flusso centrale al flusso di gas a vortice periferico nel WP. Il gas sia del flusso centrale che periferico emette fotoni durante la loro rotazione. Sembrerebbe che quello periferico dovrebbe irradiare più intensamente, poiché ha una velocità tangenziale maggiore. Ma il flusso centrale si trova in un intenso campo di torsione assiale, che stimola l'emissione di fotoni da parte di molecole e ioni eccitati. (Negli esperimenti di Finko, questo dimostra la presenza di un bagliore blu proprio dal "nucleo" del flusso.) In questo caso, il flusso di gas viene raffreddato a causa della radiazione che lo lascia, che porta via energia, e la radiazione viene assorbita dalle pareti del tubo, che sono riscaldate da questa radiazione. Ma il flusso di gas periferico a contatto con le pareti del tubo rimuove questo calore e si riscalda. Di conseguenza, il flusso centrale del vortice è freddo e quello periferico è riscaldato.
Pertanto, il corpo VT svolge il ruolo di corpo intermedio che fornisce il trasferimento di calore dal flusso vorticoso centrale a quello periferico.
È chiaro che quando il corpo dell'HT viene fatto raffreddare, il trasferimento di calore da esso al flusso di gas periferico si riduce a causa della diminuzione della differenza di temperatura tra il corpo del tubo e il gas in esso contenuto, e il raffreddamento la capacità dell'HT è aumentata.
Questa ipotesi spiega anche la violazione dell'equilibrio termico scoperta da Finko, di cui abbiamo parlato sopra. Infatti, se parte della radiazione esce dai limiti del WP attraverso le sue uscite (e questa parte può essere ~10%, a giudicare dalla geometria del dispositivo utilizzato da Finko), allora l'energia portata via da questa parte della radiazione non è più registrati da dispositivi che misurano la temperatura di ristagno del gas in uscita dal tubo. La frazione di radiazione che lascia il tubo aumenta soprattutto se la radiazione è generata prevalentemente vicino all'apertura 3 del tubo (vedi Fig. 6.5), dove le velocità di rotazione del gas sono massime.
Qualche parola in più dovrebbe essere detta sul riscaldamento del flusso di gas periferico nel TV. Quando V.E. Finko ha installato un "raddrizzatore" del flusso di gas (reticolo "freno") all'estremità "calda" del suo VT, la parte "calda" del flusso di gas in uscita dopo che il "raddrizzatore" aveva già una temperatura di 30-60 °K superiore a Tovh. Allo stesso tempo, la quota del flusso freddo è aumentata a causa di una diminuzione dell'area della sezione di passaggio per la rimozione della parte "calda" del flusso e la temperatura della parte fredda del flusso non era più a lungo come quando si opera senza "raddrizzatore".
Dopo aver installato il "raddrizzatore" Finko nota un rumore molto intenso durante il funzionamento del suo VT. E spiega il riscaldamento del gas quando nel tubo viene inserito un "raddrizzatore" (che, come mostravano le sue stime, non poteva riscaldarsi così tanto solo per l'attrito del flusso di gas contro il "raddrizzatore") dall'aspetto di vibrazioni sonore nel gas, il cui risuonatore è il tubo. Questo processo chiamato da Finko "il meccanismo di espansione delle onde e compressione del gas", portando al suo riscaldamento.
È chiaro che la decelerazione della rotazione del flusso di gas avrebbe dovuto portare alla conversione di parte dell'energia cinetica del flusso in calore. Ma il meccanismo di questa trasformazione è stato rivelato solo nell'opera di Finko.
Quanto sopra mostra che il tubo a vortice è ancora carico di molti misteri e che le idee sul suo funzionamento che esistono da decenni richiedono una revisione radicale.6.4. Ipotesi di controcorrente nei vortici
Il moto del vortice contiene così tanto inesplorato che più di una generazione di teorici e sperimentatori avrà abbastanza lavoro. E allo stesso tempo, il movimento a vortice è apparentemente il tipo di movimento più comune in natura. In effetti, tutti quei corpi (pianeti, stelle, elettroni in un atomo, ecc.), di cui abbiamo scritto nella Sezione 4.1 che fanno un movimento circolare, di solito si muovono anche in avanti. E quando aggiungi i loro movimenti di rotazione e traslazione, ottieni un movimento a spirale.
Esistono due tipi principali di spirali: quella cilindrica elicoidale, di cui abbiamo parlato nella Sezione 4.3, e la spirale di Archimede, il cui raggio aumenta con il numero di giri. Le galassie a spirale, i più grandi vortici in natura, hanno questo aspetto.
E la sovrapposizione del movimento rotatorio lungo la spirale di Archimede e del movimento traslatorio lungo il suo asse fornisce anche un terzo tipo di spirale: una conica. L'acqua che scorre dal bagno nel tubo sul fondo si muove lungo una tale spirale e l'aria nel tornado. Il gas si muove lungo la stessa spirale conica nei cicloni tecnici. Lì, ad ogni giro, il raggio della traiettoria della particella diminuisce.
Riso. 6.6. Profilo di velocità dei getti liberi sommersi di vari gradi di torsione:
a - getto a flusso diretto; b - getto leggermente vorticoso; c - getto moderatamente vorticoso; g - getto chiuso fortemente vorticoso; e - getto aperto fortemente vorticoso; un muro; b - buco nel muro; c - confini del getto; d è il profilo di velocità a diverse distanze dalla parete; e - asse del getto; [Velocità assiale U.Ma nel raffreddatore a vortice di Finko, che ha un tubo a vortice conico, il flusso di gas periferico si muove lungo una spirale conica in espansione, e il flusso assiale in arrivo, lungo una che si restringe. Tale configurazione dei flussi nel VT e nel ciclone tecnico è determinata dalla geometria delle pareti dell'apparato.
Quando si considera un tubo a vortice nella Sezione 6.2, abbiamo scritto che un flusso assiale inverso al suo interno si verifica quando l'uscita del gas attraverso l'estremità più lontana (calda) del tubo è parzialmente bloccata e si crea una pressione eccessiva al suo interno, costringendo il gas a cercare una seconda uscita dalla metropolitana. Una tale spiegazione del verificarsi di un flusso controassiale nel VT è generalmente accettata oggi.
Ma gli esperti di getti vorticosi, ampiamente utilizzati, ad esempio, per creare torce nei bruciatori delle centrali termiche, notano che un controflusso lungo l'asse di un getto vorticoso si verifica anche in assenza di pareti dell'apparato. Uno studio dei profili di velocità dei getti liberi sommersi (vedi Fig. 6.6) mostra che il flusso assiale inverso aumenta all'aumentare del grado di torsione del getto.
La causa fisica del riflusso non è stata ancora chiarita. La maggior parte degli esperti ritiene che appaia perché con un aumento del grado di torsione del getto, le forze centrifughe lanciano particelle del suo gas alla periferia, a seguito della quale viene creata una zona di rarefazione vicino all'asse del getto, dove l'aria atmosferica si precipita,
situato davanti lungo l'asse del getto.
Ma nei lavori viene mostrato che il flusso inverso è associato non tanto al gradiente di pressione statica nel getto, quanto al rapporto tra le componenti tangenziale e assiale (assiale) della sua velocità. Ad esempio, i getti formati da un vorticoso con apparato a palette tangenziali, con un angolo di inclinazione delle pale di 40-45°, hanno una grande rarefazione nella regione assiale, ma non hanno flussi inversi. Perché non lo sono - rimane un mistero per gli esperti.
Proviamo a svelarlo, o meglio, a spiegare in modo diverso il motivo della comparsa delle controcorrenti assiali nei getti vorticosi.
Come abbiamo più volte notato, l'eliminazione della massa-energia "extra" dal sistema, che viene messa in rotazione, si ottiene più facilmente emettendo fotoni. Ma questo non è l'unico canale possibile. Possiamo anche proporre la seguente ipotesi, che a prima vista sembrerà incredibile ad alcuni meccanici.
Il percorso verso questa ipotesi è stato lungo ed è stato percorso da più di una generazione di fisici. Anche Viktor Schauberger, brillante pepita austriaco, un guardaboschi, che si occupava di fisica a suo piacimento, che negli anni '20 dedicò molto tempo alla comprensione del movimento del vortice, notò che con la rotazione spontanea dell'acqua che scorreva nel tubo dalla vasca da bagno , il tempo di svuotamento della vasca diminuisce. E questo significa che non solo la velocità del flusso tangenziale, ma anche quella assiale aumenta nel vortice. A proposito, questo effetto è stato a lungo notato dagli amanti della birra. Nelle loro competizioni, nel tentativo di mettere in bocca il contenuto della bottiglia il più rapidamente possibile, di solito girano prima la birra nella bottiglia con forza prima di rovesciarla.
Non sappiamo se Schauberger amasse la birra (quello che l'austriaco non lo ama!), ma cercò di spiegare questo fatto paradossale col fatto che in un vortice l'energia del moto termico delle molecole in essa contenute si converte in energia cinetica di il movimento assiale del getto. Ha sottolineato che, sebbene un'opinione del genere sia in contraddizione con la seconda legge della termodinamica, non è possibile trovare altra spiegazione e una diminuzione della temperatura dell'acqua in un vortice è un fatto sperimentale.
Sulla base delle leggi di conservazione dell'energia e della quantità di moto, si presume solitamente che quando il getto sta vorticando in un vortice longitudinale, parte dell'energia cinetica del moto traslatorio del getto viene convertita nell'energia della sua rotazione, ed è pensava che, di conseguenza, la velocità assiale del getto dovesse diminuire. Questo, come affermato ad esempio in , dovrebbe comportare una diminuzione della portata dei getti allagati liberi quando sono vorticosi.
Inoltre, nell'ingegneria idraulica, di solito lottano in ogni modo possibile con la turbolenza del fluido nei dispositivi per il suo troppo pieno e si sforzano di garantire un flusso laminare irrotazionale. Ciò è dovuto al fatto, come descritto, ad esempio, che la comparsa di un cordone vorticoso in un flusso di fluido comporta la formazione di un imbuto sulla superficie del fluido al di sopra dell'ingresso del tubo di scarico. L'imbuto inizia ad aspirare vigorosamente aria, il cui ingresso nel tubo è indesiderabile. Inoltre, si ritiene erroneamente che l'aspetto di un imbuto con aria, che riduce la proporzione della sezione trasversale dell'ingresso occupata dal liquido, riduca anche il flusso di liquido attraverso questo foro.
L'esperienza degli amanti della birra mostra che chi la pensa così si sbaglia: nonostante la diminuzione della proporzione della sezione trasversale del foro occupata dal flusso del liquido, quest'ultimo scorre attraverso il foro più velocemente quando il flusso ruota che senza rotazione.
Se L. Gerbrand, di cui abbiamo parlato nella Sezione 3.4, cercasse di ottenere un aumento della potenza delle centrali idroelettriche solo raddrizzando il flusso d'acqua alla turbina e restringendo gradualmente il condotto in modo che l'acqua acquisisse la massima velocità di traslazione possibile , quindi Schauberger ha fornito al condotto rastremato dei guidavite che fanno vorticare il flusso d'acqua in un vortice longitudinale e, all'estremità del condotto, ha posizionato una turbina assiale di un design fondamentalmente nuovo. (Brevetto austriaco n. 117749 del 10 maggio 1930)
Una caratteristica di questa turbina (vedi Fig. 6.7) è che non ha pale che, nelle turbine convenzionali, attraversano il flusso dell'acqua e, rompendolo, sprecano molta energia per vincere le forze di tensione superficiale e l'adesione delle molecole d'acqua. Ciò porta non solo a perdite di energia, ma anche alla comparsa di fenomeni di cavitazione che provocano l'erosione del metallo della turbina.
La turbina Schauberger ha una forma conica con pale a spirale a forma di cavatappi, avvitate in un vorticoso flusso d'acqua. Non interrompe il flusso e non crea cavitazione. Non è noto se una tale turbina sia stata implementata ovunque nella pratica, ma il suo schema, ovviamente, contiene idee molto promettenti.
Tuttavia, qui non siamo interessati tanto alla turbina di Schauberger quanto alla sua affermazione che l'energia del movimento termico delle molecole d'acqua in un flusso a vortice può essere trasformata nell'energia cinetica del flusso d'acqua. A questo proposito, i più interessanti sono i risultati degli esperimenti effettuati nel 1952 da W. Schauberger insieme al professor Franz Popel al Technical College di Stoccarda, di cui parla Josef Gasslberger di Roma nel 1952.
Studiando l'influenza della forma del canale del condotto e del materiale delle sue pareti sulla resistenza idrodinamica al flusso d'acqua vorticoso al suo interno, gli sperimentatori hanno scoperto che i migliori risultati si ottengono con le pareti in rame. Ma la cosa più sorprendente è che con una configurazione del canale simile a un corno di antilope, l'attrito nel canale diminuisce all'aumentare della velocità dell'acqua e, dopo aver superato una certa velocità critica, l'acqua scorre con resistenza negativa, cioè viene risucchiata nel canale e accelera in esso.Riso. 6.7. Turbina Schauberg
Gasslberger concorda con Schauberger che qui il vortice trasforma il calore dell'acqua nell'energia cinetica del suo flusso. Ma osserva che "la termodinamica, come insegnata nelle scuole e nelle università, non consente una tale trasformazione del calore a basse differenze di temperatura". Tuttavia, sottolinea Gasslberger, la moderna termodinamica non è in grado di spiegare molti altri fenomeni naturali.
E qui la teoria del moto può aiutare a capire perché il moto vorticoso fornisce, sembrerebbe, contrariamente alle idee prevalenti della termodinamica, la conversione del calore di un flusso vorticoso di materia nell'energia del suo moto assiale secondo la formula (6.4). La torsione del flusso in un vortice fa sì che parte del calore, che fa parte dell'energia interna del sistema, venga convertito nell'energia cinetica del moto traslatorio del flusso lungo l'asse del vortice. Perché esattamente lungo l'asse? Sì, perché allora il vettore velocità del moto traslatorio acquisito risulta perpendicolare al vettore della velocità tangenziale istantanea del moto rotatorio delle particelle nel flusso e non cambia il valore di quest'ultimo. In questo caso si osserva la legge di conservazione della quantità di moto del flusso.
Inoltre, l'accelerazione delle particelle in una direzione perpendicolare alla direzione del loro movimento principale (circolare) in un vortice porta ad un aumento relativistico della loro massa trasversale piuttosto che longitudinale. Sulla necessità della contabilizzazione separata delle masse trasversali e longitudinali delle particelle elementari* (Ciò ricorda il calcolo degli effetti Doppler longitudinale e trasversale separatamente.) ha scritto molto stato iniziale formazione di SRT (vedi, ad esempio,.) Vale a dire, la massa longitudinale (corrispondente in questo caso alla velocità tangenziale delle particelle in un vortice) determina l'entità delle forze centrifughe durante il movimento circolare. Quando una parte dell'energia interna del sistema viene convertita nell'energia cinetica del movimento assiale (assiale) dei corpi in esso contenuti, le forze centrifughe non aumentano. Pertanto, l'energia del moto assiale emergente risulta, per così dire, svanita dal problema del moto circolare, che è matematicamente equivalente al suo lasciare il sistema rotante senza alcuna emissione di fotoni.
Ma la legge di conservazione della quantità di moto del sistema richiede che se il flusso vorticoso acquisisce una quantità di moto assiale, qualche altro corpo (ad esempio il corpo dell'apparato vorticoso) acquisisca simultaneamente lo stesso valore assoluto di quantità di moto nella direzione opposta. Negli apparati a vortice chiusi, ad esempio, nei tubi a vortice, ed anche quando non c'è contatto tra il flusso a vortice e le pareti dell'apparato (come in alcuni casi di getti vorticosi liberi), la parte assiale del flusso, che ha una velocità tangenziale inferiore alla parte periferica, deve acquisire un impulso inverso. Tuttavia, il momento di rinculo può anche essere portato via da un flusso assiale (assiale) di fotoni o neutrini prodotti durante il movimento rotatorio, che sarà discusso nell'undicesimo capitolo.
Questa è, in termini generali, la vera, dal nostro punto di vista, la ragione della comparsa di una controcorrente sia nei tubi a vortice che nei getti vorticosi.Conclusioni al capitolo
1 I vortici atmosferici sono caratterizzati da un movimento d'aria prevalentemente destrorso al loro interno e dalla presenza di un "occhio della tempesta" - una zona centrale di movimenti lenti o calmi.
2. I tornado hanno ancora una serie di misteri: velocità ultra elevate dell'aria e oggetti intrappolati al loro interno, una forza di sollevamento straordinaria che supera la forza di pressione del flusso d'aria, la presenza di bagliori, ecc.
3. L'energia termica delle masse d'aria umida viene convertita nell'energia del movimento nei vortici atmosferici. In questo caso, l'energia è concentrata, il che a prima vista contraddice i principi della termodinamica.
4. La contraddizione con la termodinamica viene rimossa se assumiamo che i vortici atmosferici, in accordo con i requisiti della teoria del moto, generino radiazione termica (infrarossi e microonde).
5. La scoperta negli anni '30 da parte di J. Ranke dell'effetto della separazione del gas in un tubo a vortice in flussi di vortici caldi vicini alla parete e di vortici assiali freddi ha avviato una serie di nuove direzioni nella tecnologia, ma non ha ancora un sufficientemente completo e coerente spiegazione teorica.
6. Opere di V.E. Finko negli anni '80 mise in dubbio la correttezza di alcune idee generalmente accettate sui processi in un tubo a vortice: bilancio energetico in esso, il meccanismo del trasferimento di calore turbolento in controcorrente, ecc.
7. V.E. Finko ha scoperto che la controcorrente assiale fredda in un tubo a vortice ha una direzione di rotazione opposta a quella del flusso di gas principale (periferico) e che un tubo a vortice di gas genera radiazioni infrarosse dello spettro di banda, e talvolta anche radiazioni blu che emergono dal zona assiale.
8. Posizionamento all'estremità calda del freno del tubo a vortice - conduttori del raddrizzatore del flusso di gas,
come V.E. Finko, al verificarsi di intense vibrazioni sonore nel gas, il cui risuonatore è il tubo, e al loro forte riscaldamento del flusso del gas.
9. Viene proposto un meccanismo per la rimozione del calore dal controflusso assiale di gas in un tubo a vortice ad un flusso periferico dovuto alla radiazione stimolata dall'accelerazione della rotazione del gas da parte di un flusso assiale di fotoni che riscaldano le pareti del tubo a vortice, e da essi il calore viene ceduto al flusso di gas periferico lavandoli.
10. Il controflusso assiale si verifica non solo nei tubi a vortice, ma anche nei getti vorticosi liberi, dove non ci sono pareti dell'apparato, il motivo per cui non è stato ancora completamente chiarito.
11. Negli anni '30 V. Schauberger fece notare che in un vortice parte dell'energia del moto termico delle molecole in esso contenute si trasforma nell'energia cinetica del moto assiale di un getto d'acqua, e suggerì di utilizzarla.
12. La teoria del moto spiega l'effetto Schauberger con il fatto che il vortice del flusso d'acqua fa sì che parte dell'energia termica delle molecole, che è l'energia interna del flusso, non esca dal flusso vorticoso sotto forma di radiazione , ma da trasformare nell'energia cinetica del flusso nella direzione perpendicolare alla velocità di vortice tangenziale, lungo l'asse del flusso vorticoso. Quest'ultimo è richiesto dalla legge di conservazione del momento angolare del moto del flusso. E la legge di conservazione della quantità di moto lungo il suo asse di rotazione richiede che quando
In questo caso, o è comparsa una controcorrente, oppure è nata un'emissione assiale di fotoni o neutrini, compensando una variazione della quantità di moto longitudinale del flusso.
