Um tornado (ou tornado) é um vórtice atmosférico que ocorre em uma nuvem cumulonimbus (tempestade) e se espalha, muitas vezes até a superfície da terra, na forma de uma manga de nuvem ou tronco com um diâmetro de dezenas e centenas de metros . Às vezes, um redemoinho formado no mar é chamado de tornado e, em terra, é chamado de tornado. Os redemoinhos atmosféricos, semelhantes aos tornados, mas formados na Europa, são chamados de coágulos sanguíneos. Mas, mais frequentemente, todos esses três conceitos são considerados sinônimos. A forma dos tornados pode ser diversa - uma coluna, um cone, um copo, um barril, uma corda parecida com um chicote, uma ampulheta, chifres do "diabo", etc., mas, na maioria das vezes, os tornados têm a forma de um tronco, tubo ou funil giratório pendurado na nuvem pai. Normalmente, o diâmetro transversal do funil tornado na seção inferior é de 300 a 400 m, embora se o tornado tocar a superfície da água, esse valor possa ser de apenas 20 a 30 m e, quando o funil passar por terra, pode atingir 1,5 -3km. Dentro do funil, o ar desce, e fora ele sobe, girando rapidamente, criando uma área de ar muito rarefeito. A rarefação é tão significativa que objetos fechados cheios de gás, incluindo prédios, podem explodir por dentro devido à diferença de pressão. Determinar a velocidade do movimento do ar em um funil ainda é problema sério. Basicamente, as estimativas dessa quantidade são conhecidas a partir de observações indiretas. Dependendo da intensidade do vórtice, a velocidade do fluxo nele pode variar. Acredita-se que ultrapasse os 18 m/s e, segundo algumas estimativas indiretas, possa chegar aos 1300 km/h. O próprio tornado se move junto com a nuvem que o gera. A energia de um tornado típico com raio de 1 km e velocidade média de 70 m/s é igual à energia de uma bomba atômica padrão de 20 quilotons de TNT, semelhante à primeira bomba atômica explodida pelos Estados Unidos durante o Teste Trinity no Novo México em 16 de julho de 1945. No Hemisfério Norte, a rotação do ar em tornados ocorre, via de regra, no sentido anti-horário. As razões para a formação de tornados não foram totalmente estudadas até agora. É possível especificar apenas alguns informações gerais , mais característico de tornados típicos. Os tornados geralmente se formam em frentes troposféricas - interfaces na camada inferior de 10 quilômetros da atmosfera que separam massas de ar com diferentes velocidades do vento, temperaturas e umidade do ar. Os tornados passam por três estágios principais em seu desenvolvimento. No estágio inicial, um funil inicial aparece de uma nuvem de tempestade, pairando acima do solo. Camadas frias de ar diretamente sob a nuvem descem para substituir as quentes, que, por sua vez, sobem. (um sistema tão instável geralmente é formado quando duas frentes atmosféricas se juntam - quente e fria). A energia potencial deste sistema é convertida em energia cinética do movimento rotacional do ar. A velocidade desse movimento aumenta e assume sua forma clássica. A velocidade de rotação aumenta com o tempo, enquanto no centro do tornado, o ar começa a subir intensamente. É assim que ocorre o segundo estágio da existência de um tornado - o estágio do vórtice formado de potência máxima. O tornado está totalmente formado e se move em diferentes direções. O estágio final é a destruição do vórtice. O poder do tornado enfraquece, o funil se estreita e se separa da superfície da Terra, subindo gradualmente de volta para a nuvem-mãe. O que acontece dentro do tornado? Em 1930, um fazendeiro do Kansas, prestes a descer ao porão, de repente viu um tornado se movendo em sua direção. Não havia para onde ir, e o homem pulou para o porão. E aqui ele teve uma sorte incrível - o pé do tornado de repente se soltou do chão e varreu a cabeça do sortudo. Mais tarde, quando o agricultor caiu em si, ele descreveu o que viu da seguinte forma: “A grande extremidade desgrenhada do funil estava bem acima da minha cabeça. Tudo ao redor estava parado. Um som sibilante veio do funil. Olhei para cima e vi o coração do tornado. Em seu meio havia uma cavidade com um diâmetro de 30 a 70 metros, subindo cerca de um quilômetro. As paredes da cavidade eram formadas por nuvens rotativas, e a própria cavidade era iluminada por um brilho contínuo de relâmpagos, saltando em ziguezague de uma parede para outra ... ". Aqui está outro caso semelhante. Em 1951, no Texas, um tornado que se aproximou de uma pessoa saiu do chão e varreu seis metros acima de sua cabeça. Segundo a testemunha, a largura da cavidade interna era de cerca de 130 metros, a espessura das paredes era de cerca de 3 metros. E dentro da cavidade, uma nuvem transparente brilhou com luz azul. Há muitos depoimentos de testemunhas que afirmaram que em alguns momentos toda a superfície da coluna do tornado começou a brilhar com um brilho estranho de tons amarelos. Os tornados também geram campos eletromagnéticos fortes e são acompanhados por raios. Relâmpagos de bola em tornados foram observados repetidamente. Nos tornados, não apenas bolas luminosas são observadas, mas também nuvens luminosas, manchas, listras rotativas e, às vezes, anéis. Obviamente, os brilhos dentro do tornado estão associados a redemoinhos turbulentos Formas diferentes e tamanhos. Às vezes, todo o tornado brilha em amarelo. Em tornados, correntes de enorme força geralmente se desenvolvem. Eles são descarregados por inúmeros raios (comuns e globulares) ou levam ao aparecimento de um plasma luminoso que cobre toda a superfície do tornado e inflama objetos que nele caíram. O conhecido pesquisador Camille Flammarion, tendo estudado 119 tornados, chegou à conclusão de que em 70 casos a presença de eletricidade neles era indubitável, e em 49 casos "não havia vestígio de eletricidade neles, ou pelo menos não Manifestar-se." As propriedades do plasma que às vezes envolve tornados são muito menos conhecidas. É indiscutível que alguns objetos próximos à zona de destruição acabam sendo queimados, carbonizados ou secos. K. Flammarion escreveu que o tornado que devastou Shatney (França) em 1839 "... queimou as árvores que estavam nas laterais de seu caminho, e aquelas que estavam neste caminho foram arrancadas. O vórtice agiu apenas nas árvores queimadas de um lado, em que todas as folhas e galhos não apenas ficaram amarelos, mas também secaram, enquanto o outro lado permaneceu intocado e ficou verde como antes. Após o tornado que causou a destruição em Moscou em 1904, muitas árvores caídas foram gravemente queimadas. Acontece que os redemoinhos de ar não são apenas a rotação do ar em torno de um determinado eixo. Este é um processo energético complexo. Acontece que as pessoas que não são afetadas por um tornado, sem qualquer razões visíveis cair morto. Aparentemente, nestes casos as pessoas são mortas por correntes de alta frequência. Isso é confirmado pelo fato de que tomadas, receptores e outros dispositivos falham nas casas sobreviventes, o relógio começa a dar errado. O maior número de tornados é registrado no continente norte-americano, especialmente nos estados centrais dos Estados Unidos (existe até um termo - Tornado Alley. Este é o nome histórico dos estados da América Central em que o maior número de tornados é observado), menos - nos estados do leste dos Estados Unidos. No sul, em Florida Keys, tornados do mar aparecem quase todos os dias, de maio a meados de outubro, pelo que a área recebeu o apelido de "terra das trombas d'água". Em 1969, 395 desses redemoinhos foram registrados aqui. A segunda região do globo onde surgem as condições para a formação de tornados é a Europa (exceto a Península Ibérica) e todo o território europeu da Rússia. Classificação de tornados Whip-like Este é o tipo mais comum de tornados. O funil parece liso, fino e pode ser bastante tortuoso. O comprimento do funil excede consideravelmente seu raio. Os redemoinhos fracos e os redemoinhos que descem na água são, via de regra, redemoinhos em forma de chicote. Fuzzy Aparece como nuvens desgrenhadas e giratórias que atingem o solo. Às vezes, o diâmetro de tal tornado excede sua altura. Todos os funis grande diâmetro(mais de 0,5 km) são vagas. Geralmente são redemoinhos muito poderosos, muitas vezes compostos. Eles causam enormes danos devido ao seu grande tamanho e velocidades de vento muito altas. Composto Pode consistir em dois ou mais coágulos sanguíneos separados ao redor do tornado central principal. Esses tornados podem ter quase qualquer poder, no entanto, na maioria das vezes são tornados muito poderosos. Eles causam danos significativos em vastas áreas. Fiery São tornados comuns gerados por uma nuvem formada como resultado de um forte incêndio ou erupção vulcânica. Para caracterizar a força dos tornados nos Estados Unidos, foi desenvolvida a escala Fujita-Pearson, composta por 7 categorias, e a força do vento zero (mais fraca) coincide com o vento do furacão na escala Beaufort. A escala Beaufort é uma escala de doze pontos adotada pela Organização Meteorológica Mundial para uma estimativa aproximada da velocidade do vento por seu efeito em objetos terrestres ou por ondas em alto mar. Calculado de 0 - calmo a 12 - furacão. Tornados varrem as cidades com uma força terrível, varrendo-as da face da Terra junto com centenas de habitantes. Às vezes, o poderoso poder destrutivo desse elemento natural é aprimorado devido ao fato de vários tornados se combinarem e atacarem ao mesmo tempo. A área após um tornado é como um campo de batalha após um terrível bombardeio. Por exemplo, em 30 de maio de 1879, dois tornados, seguidos um após o outro com um intervalo de 20 minutos, destruíram a cidade provincial de Irving com 300 habitantes no norte do Kansas. O tornado de Irving está associado a uma das evidências mais convincentes do enorme poder dos tornados: uma ponte de aço de 75 m de comprimento sobre o Big Blue River foi levantada no ar e torcida como uma corda. Os restos da ponte haviam sido reduzidos a um denso e compacto feixe de divisórias de aço, treliças e cordas, rasgadas e torcidas da maneira mais fantástica. O mesmo tornado passou pelo Lago Freeman. Ele arrancou quatro seções da ponte ferroviária dos suportes de concreto, levantou-os no ar, arrastou-os cerca de doze metros e jogou-os no lago. Cada um pesava cento e quinze toneladas! Acho que é o bastante
A atmosfera do nosso planeta nunca está calma, suas massas de ar estão em constante movimento. O elemento ar atinge sua maior força em ciclones - rotações circulares do vento em direção ao centro. Tempestades, furacões são redemoinhos gigantes. Na maioria das vezes, eles se originam em áreas aquecidas das zonas tropicais dos oceanos, mas também podem ocorrer em altas latitudes. Os tornados de mais alta velocidade ainda são em grande parte misteriosos.
A atmosfera da Terra é como um oceano, onde respinga ar em vez de água. Sob influência radiação solar, relevo e rotação diária do planeta no ar oceano, surgem heterogeneidades. As áreas de baixa pressão são chamadas de ciclones e as áreas de alta pressão são chamadas de anticiclones. É nos ciclones que nascem os ventos fortes. Os maiores deles atingem milhares de quilômetros de diâmetro e são claramente visíveis do espaço graças às nuvens que os preenchem. Em seu núcleo, são vórtices, onde o ar se move em espiral das bordas para o centro, em uma área de baixa pressão. Tais turbilhões, que existem constantemente na atmosfera, mas nascem precisamente nos trópicos do Atlântico e na parte oriental do Oceano Pacífico e atingem velocidades de vento superiores a 30 m/s, são chamados de furacões. (“Hurricane” em nome do deus do mal indiano Huracan). Para que o ar se mova a tal velocidade, é necessária uma grande diferença. pressão atmosférica a uma curta distância.
Fenômenos semelhantes na parte ocidental do Oceano Pacífico, ao norte do equador, são chamados de tufões (do chinês "tifeng", que significa "grande vento"), e na Baía de Bengala simplesmente ciclones.
Furacões aparecem mais águas mornas oceanos entre 5 e 20 graus de latitude norte e sul. Condição obrigatória para a sua formação uma enorme massa de água aquecida. Estabelece-se que a temperatura da água não deve ser inferior a 26,5 ° C, a profundidade de aquecimento deve ser de pelo menos cinquenta metros. Mais quente que o ar água do oceano começa a evaporar. Massas de vapor aquecido sobem, formando uma área de baixa pressão e arrastando o ar circundante. A uma certa altura, o vapor aquecido atinge o ponto de orvalho e condensa. A energia térmica liberada ao mesmo tempo aquece o ar, levando-o a subir e, assim, alimenta o ciclone recém-nascido. O componente rotacional da velocidade do vento gira no Hemisfério Norte no sentido anti-horário e no Sul no sentido horário. A rotação envolve em um redemoinho mais e mais massas de ar do lado de fora. Como resultado, a silhueta do ciclone assume a forma de um funil gigante, virado com o pescoço para baixo. Suas bordas às vezes se elevam até os limites superiores da troposfera. Dentro do funil, forma-se uma zona de clima claro e calmo com baixa pressão atmosférica, cercada por nuvens de trovoada. Este é o olho do furacão. Seu tamanho usual é de 3060 quilômetros. Ocorre apenas perto de poderosos ciclones tropicais e é claramente visível do espaço. Um ciclone tropical se move para o norte ou para o sul do equador, dependendo do local de nascimento. Sobre a terra, enfraquece rapidamente, desmoronando devido à rugosidade da superfície da terra e à falta de umidade. Mas assim que ele sai para o oceano, e o volante pode girar com nova força. Um poderoso furacão é capaz de varrer ilhas inteiras da face da Terra e mudar o litoral. Tendo caído em áreas densamente povoadas, causa uma destruição colossal, e as chuvas e inundações que a acompanham infligem outro golpe não menos perigoso. Assim, pelas consequências do ciclone que atingiu o estado de Bangladesh em 1970, mais de trezentas mil pessoas morreram. O furacão Katrina, que se originou no Golfo do México em 2005, matou quase 2.000 pessoas e causou mais de US$ 80 bilhões em danos.Na zona tropical, centenas de ciclones são formados anualmente, mas nem todos estão ganhando força de furacão. O Centro Nacional de Furacões na Flórida prevê 11 fortes vórtices para a próxima temporada. Eles já têm seus próprios nomes. A tradição de dar nomes aos furacões foi estabelecida no século 16 pelos espanhóis, que possuíam América latina. Eles os chamavam de nomes de santos. Então entrou na moda nomes femininos, desde os anos 1970 masculino. A ideia foi adotada por serviços meteorológicos em todo o mundo, exceto no sul da Ásia.
Em latitudes altas e polares, existem fenômenos de redemoinhos semelhantes, apenas o mecanismo de sua formação é diferente. Um ciclone extratropical recebe energia de uma poderosa frente atmosférica, onde o ar polar frio converge com o ar quente. A destorção de tal sistema também ocorre devido à rotação da Terra. Os ciclones extratropicais são maiores em diâmetro do que os ciclones tropicais, mas têm menos energia.
Quando a velocidade do vento em um ciclone extratropical atinge 20 24 m/s (nove pontos na escala de Beaufort), é atribuída a categoria de tempestade. Ventos mais fortes são raros. Se, no entanto, um furacão se forma, por exemplo, sobre o Atlântico Norte, então ele se enfurece no oceano, às vezes capturando a costa da Europa. Nos últimos anos, porém, começaram a ocorrer exceções. Em dezembro de 1999, o furacão mais forte Lothar, que se originou justamente do ciclone do Atlântico Norte, deslocou-se para o centro do continente, para a Suíça. Kirill, que paralisou a vida dos europeus por vários dias em janeiro de 2007, cobriu ainda mais território. A velocidade do vento às vezes chegava a 62 m/s.
Na última década, os ciclones extratropicais tornaram-se mais tempestades e furacões, e suas trajetórias também mudaram. Se as depressões atmosféricas anteriores que se originaram sobre o Atlântico Norte correram pela Grã-Bretanha e pela Península Escandinava para o Oceano Ártico, agora elas começaram a ir para o leste e o sul, trazendo ventos fortes e fortes precipitações para o centro da Europa e até a Rússia. Esses fatos indicam que a probabilidade de tempestades severas está aumentando e devemos estar preparados para elementos como Kirill.
Um tornado destruiu uma área residencial na cidade de Kvirla, na Alemanha Oriental, na noite de 2 de outubro de 2006
A energia cinética de um poderoso furacão é enorme 1,5 x 10 12 watts, isso é metade da capacidade de geração de todas as usinas de energia do mundo. Alguns desenvolvedores há muito sonham em direcioná-lo em uma direção útil, mas as informações sobre isso estão no nível de rumores. Alegadamente, existem laboratórios secretos que desenvolvem armas meteorológicas e até as testam. Uma das poucas confirmações oficiais de que o trabalho está sendo feito nesse sentido é o relatório Weather as a Force Multiplier: Owning the Weather in 2025, publicado há algum tempo no site da Força Aérea dos EUA. Tem um capítulo sobre controle climático para fins militares. Entre as principais capacidades de choque arma meteorológica tempestades dirigidas. Os militares dos EUA conhecem seu “poder de combate” em primeira mão: em 1992, o furacão Andrew destruiu a base Homestead na península da Flórida. No entanto, a ideia de tempestades direcionais deve ser vista mais como ficção científica do que como um projeto. Até agora, os furacões não foram controlados por humanos.
Para combater os elementos naturais, eles ofereciam muitas maneiras, incluindo exóticas - para afastá-los da costa com a ajuda de ventiladores gigantes ou quebrá-los com uma bomba de hidrogênio. No experimento Stormfury conduzido por cientistas americanos nas décadas de 1960 e 1980, iodeto de prata foi pulverizado na área de um furacão. Supunha-se que esta substância contribui para o congelamento da água super-resfriada, como resultado do qual o calor é liberado, e as chuvas e ventos se intensificam no olho do furacão, destruindo a estrutura de todo o vórtice. De fato, descobriu-se que nos ciclones tropicais há muito pouca água super-resfriada e o efeito da pulverização é mínimo. Muito provavelmente, medidas preventivas ajudarão, como alterar os parâmetros da depressão atmosférica específica da qual o furacão nasce. Por exemplo, resfriar a superfície do oceano com materiais criogênicos ou icebergs, pulverizar fuligem sobre a água para absorver a radiação solar (para que a água não aqueça). Afinal, deve haver algum tipo de mecanismo de gatilho que de repente torce o vento em uma espiral frenética. É nele que reside a chave para controlar os elementos e a capacidade de prever com precisão o local e a hora do nascimento de um furacão. Apenas especialistas não podem detectá-lo de forma alguma e, portanto, as tentativas de impedir o fortalecimento do vórtice não levam ao sucesso.
Do Kansas a OzNa atmosfera existem pequenos tornados. Eles surgem em nuvens de trovoada e se estendem em direção à água ou à terra. Os tornados ocorrem em quase todos os lugares da Terra, mas na maioria das vezes, cerca de 75% dos casos, sua aparência é observada nos Estados Unidos. Os americanos os chamam de "tornados" ou "twisters", referindo-se à rotação frenética e à trajetória complexa. Na Europa, o mesmo fenômeno é conhecido sob o nome de "trombo".
Há muitos fatos sobre tornados que começaram a ser estudados no final do século XIX. (Mini tornados podem até ser montados em casa colocando um ventilador sobre uma banheira de hidromassagem.) No entanto, ainda não há uma teoria coerente de sua origem. De acordo com a visão mais comum, os tornados se originam a uma altitude de alguns quilômetros quando o ar quente vindo de baixo encontra um vento horizontal frio. Isso explica, por exemplo, por que não há tornados em lugares muito frios, como a Antártida, onde o ar próximo à superfície não é quente. Para acelerar o vórtice a uma alta velocidade, também é necessário que a pressão atmosférica dentro dele caia drasticamente. Os tornados costumam acompanhar os ciclones tropicais. Tal par - um furacão com um tornado - produz uma destruição especialmente forte. Há vários tornados seguidos. Assim, em abril de 1974, 148 tornados apareceram nos EUA e Canadá em 18 horas. Mais de trezentas pessoas morreram.
Normalmente, um tornado tem a forma de uma tromba de elefante pendurada em uma nuvem de trovoada. Às vezes parece um funil ou um pilar. Tendo capturado água, areia ou outros materiais da superfície, o tornado se torna visível. A largura de um tornado médio é de várias centenas de metros, a velocidade de movimento é de 1020 m/s. Ele vive por várias horas e percorre uma distância de dezenas de quilômetros. Um forte turbilhão suga, como um aspirador de pó gigante, tudo o que vem em seu caminho e o espalha por dezenas de quilômetros ao redor. Existem muitas histórias engraçadas sobre chuvas milagrosas, por exemplo, de frutas ou águas-vivas. Em 1940, na vila de Meshchery, na região de Gorky, moedas de prata caíram do céu, que um tornado “emprestou” de um tesouro raso. Uma vez na Suécia, um redemoinho que de repente voou para dentro do estádio bem no meio de uma partida animada levantou o goleiro de uma das equipes junto com o gol e os reorganizou cuidadosamente alguns metros sem causar nenhum dano. Embora, momentos antes, ele tenha quebrado postes de telégrafo como fósforos e despedaçado vários prédios de madeira.
A energia de um tornado é menor que a energia dos furacões, mas a velocidade do vento nele é muito maior e pode chegar a 140 m/s. Para comparação: os ciclones tropicais da categoria mais alta, quinta, de acordo com a escala de furacões SaffirSimpson adotada nos EUA começam com uma velocidade do vento de 70 m/s. Uma vara, girada decentemente por um tornado, pode perfurar um tronco de árvore, e uma tora pode arruinar uma casa. Apenas 2% dos tornados atingem o poder destrutivo e, no entanto, seu dano médio anual às economias dos países afetados é muito alto.
Os pesquisadores observam que, no Atlântico, os períodos de atividade de furacões e tornados alternam-se com relativa calma. O número de turbilhões atmosféricos, em particular de furacões poderosos (em média 3,5 por ano), aumentou em 1940-1960 e de 1995 até o presente. A força dos ventos atuais e das tempestades oceânicas surpreende até os marinheiros experientes. Alguns cientistas consideram que o último surto de atividade atmosférica é de longo prazo e o ligam a aquecimento global. Outros defendem sua conexão com os ciclos de atividade solar. Ambas as versões ainda não foram confirmadas, pelo contrário, em escala planetária, não foi notado um aumento no número de ciclones tropicais.
No entanto, a questão de como a atividade dos furacões mudará à medida que os furacões crescem temperatura média anual planeta, permanece aberto. É por isso previsões precisas ciclones tropicais são mais relevantes do que nunca. Para eles, os meios mais modernos estão envolvidos: satélites espaciais, aeronaves, boias recheadas de eletrônicos, radares, supercomputadores. Há muita informação: todos os furacões registram, rastreiam e notificam as pessoas sobre possíveis perigos. Alerta oportuno e evacuação são as únicas maneiras eficazes de lidar com os elementos hoje.
Inocência Senin
Caracterizar os perigos atmosféricos (ciclones, tufões, furacões, tempestades, tempestades, rajadas, tornados, precipitações fortes, secas, nevoeiros, gelo, tempestades de neve, geadas, geadas, tempestades, trovoadas).
Vivemos no fundo de um grande oceano de ar, localizado ao redor do globo. A profundidade deste oceano é de 1000 km e é chamada de atmosfera.
Os ventos são os chamados "dispositivos de mistura", eles fornecem:
Troca entre poluído e ar puro;
Oxigenação de campos e florestas, regiões quentes e frias do Ártico:
Eles dispersam as nuvens e trazem nuvens de chuva para os campos que produzem colheitas, então o vento é o componente mais importante da vida.
O meio gasoso ao redor da Terra, que gira com ela, é chamado de atmosfera. O aquecimento desigual contribui para a circulação geral da atmosfera, o que afeta o clima e o clima da Terra.
A pressão atmosférica é distribuída de forma desigual, o que leva ao movimento do ar em relação à Terra de alto para baixo. O vento é o movimento do ar em relação à superfície terrestre, resultante de uma distribuição desigual da pressão atmosférica e direcionado de uma zona de alta pressão para uma zona de baixa pressão.
A força do vento depende do gradiente bárico: quanto maior a diferença de pressão atmosférica e quanto mais próximas estiverem as regiões de interação, mais rápida será a equalização da queda de pressão e maior a velocidade do vento.
A direção do vento depende de:
Posições mútuas de áreas de alta e baixa pressão;
A rotação da terra;
Em 1806, o almirante inglês Bafarth desenvolveu uma escala para determinar a força do vento em pontos. Esta escala ainda está em uso hoje.
O vento começa a causar danos a cerca de 20 m/s. A velocidade do vento é medida em metros por segundo e quilômetros por segundo. Multiplicando o primeiro valor por um fator de 3,6, obtemos o segundo valor (com a ação inversa, o mesmo fator atua como divisor).
Uma pessoa é mantida em pé com ventos de até 36 m/s. Com uma velocidade do vento de 44 m/s, ninguém se atreve a sair da sala. Assim que a pressão do vento, que é igual ao quadrado da velocidade, excede a massa de uma pessoa, as forças a transformam, o vento a pega e a carrega.
Para uma pessoa, a velocidade do vento mais favorável em dias quentes, quando ela está levemente vestida, é de 1-2 m / s. A uma velocidade do vento de 3-7 m/s, a irritação aparece. Ventos fortes acima de 20 m/s causam interrupção da vida.
Escala Beaufort para determinar a força do vento
| Força do vento (pontos) | Designação verbal | Velocidade m/s | Média arredondada, m/s | Média arredondada, km/h | Média arredondada, nós | Pressão média arredondada, kg/m | O efeito do vento nos objetos |
| Vento calmo | 0,3-1,5 | 2,5 | 0,1 | Há uma leve brisa. A direção do vento pode ser determinada a partir da fumaça. Folhas e bandeiras estão imóveis. | |||
| Brisa leve | 1,6-3,3 | 0,5 | A flâmula flutua ligeiramente, às vezes as bandeiras e folhas nas árvores. | ||||
| vento fraco | 3,4-5,4 | Bandeiras tremulam, pequenos galhos de árvores frondosas balançam. | |||||
| vento moderado | 5,5-7,9 | Pequenas bandeiras e flâmulas estão esticadas, galhos de árvores sem folhagem estão balançando. O vento levanta poeira e pedaços de papel | |||||
| Brisa fresca | 8,0-10,7 | Grandes bandeiras estão sendo levantadas, grandes galhos nus de árvores estão balançando. | |||||
| Vento forte | 10,8-13,8 | Grandes galhos balançam, assobiando em marcha, entre casas e objetos estacionários. | |||||
| vento forte | 13,9-17,1 | Os troncos de pequenas árvores sem folhas balançam. Os fios do telefone zumbem. | |||||
| Vento muito forte | 17,2-24,4 | Sacode grandes árvores, quebra galhos e galhos. Atrasa significativamente o movimento contra o vento. | |||||
| Tempestade | 20,7-24,4 | Quebra grandes galhos nus de árvores, move objetos leves, danifica telhados. | |||||
| Tempestade pesada | 24,5-28,4 | Quebra árvores, danifica edifícios. | |||||
| Tempestade violenta | 28,5-32,6 | Produz grande destruição. | |||||
| Furacão | 32 ou mais | Mais de 32 | Mais de 105 | Mais de 57 | Mais de 74 | Causa destruição catastrófica, arranca árvores |
As condições climáticas desempenham o papel de um ar condicionado, graças ao qual nosso planeta permanece habitável. Eles são a força motriz que move o calor e a umidade de um lugar para outro e são capazes de criar as mais fortes explosões de energia.
sistemas climáticos são áreas circulares de fluxos de ar de vórtice largura de 150 a 400 km. Sua espessura varia muito, atingindo 12-15 km e localizada de fato em toda a altura da troposfera (a camada atmosférica mais próxima da Terra). A espessura de outros sistemas menores e de movimento rápido não excede 1-3 km.
Os sistemas climáticos são caracterizados por mudanças na pressão do ar, bem como vários ventos de ferragem.
Os principais sistemas lineares (báricos) são ciclones e anticiclones. Anticicloneé uma área de alta pressão atmosférica com fluxo de ar com um máximo no centro. Cicloneé uma área de baixa pressão com correntes de ar ascendentes com um mínimo no centro. Portanto, o tempo nublado é típico para ciclones.
Os anticiclones, como área de alta pressão atmosférica, geralmente são caracterizados por clima estável, que na maioria das vezes não muda significativamente por vários dias. O vento sopra no sentido horário em torno do centro no hemisfério norte e no sentido anti-horário no hemisfério sul. Nos mapas sinóticos, os anticiclones são representados como isóbaras concêntricas (linhas conectando áreas com a mesma pressão) ao redor do centro com a pressão mais alta.
Os anticiclones são geralmente caracterizados por ventos fracos e céu claro. A ausência de nuvens significa que o calor irradiado pela superfície durante o dia escapa para o espaço sideral. Como resultado, o solo e o ar da superfície esfriam rapidamente à noite. No inverno, o resfriamento causa geadas quando há umidade no ar, geadas ou neblina. Ventos fracos na área de anticiclones contribuem para a evolução destes eventos climáticos. Se forte, poderia misturar as massas de ar, e o resfriamento da superfície se espalharia para camadas de ar muito mais profundas.
Ar quente e frio se misturam com dificuldade. É por isso ar quente, fluindo em ondas na frente polar, flui através do fluxo de ar frio e denso e não se mistura com ele. O ar frio segue o ar quente e assim forma ciclone. Normalmente existem 2 frentes dentro de um ciclone: frente quente separa o fluxo de ar quente que se aproxima do ar frio. Neste caso, o ar quente sobe acima da camada de ar frio e denso na frente. No ar frio ascendente, o vapor de água se condensa e as nuvens se formam. A frente quente é seguida por frente fria. Ao longo dessa frente, o ar frio passa por baixo da camada de ar quente, fazendo com que ela suba. Portanto, a frente fria também traz tempo nublado e chuvoso. A frente fria se move mais rápido que a frente quente, como resultado da colisão, e o ar quente é forçado para cima.
Os meteorologistas estudam cuidadosamente a sequência de padrões climáticos associados aos ciclones. Este conhecimento é extremamente importante para a previsão do tempo. Por exemplo, fino Nuvens à deriva camada superior, seguida de cinza Nuvens de chuva nível inferior. Essas nuvens costumam trazer chuva por várias horas antes de uma frente quente.
Atrás da frente quente há uma região de ar quente com sua nebulosidade e umidade inerentes.
Segue-se uma frente fria, onde, devido às correntes de ar ascendentes, ocorrem trovoadas. Muitas vezes, chuvas fortes caem ao longo da borda de uma frente fria, cuja duração é geralmente menor do que sob condições de uma frente quente. Após a passagem de uma frente fria, como regra, o clima frio claro se instala.
Como resultado de processos naturais que ocorrem na atmosfera, fenômenos são observados na Terra que representam um perigo imediato e impedem o funcionamento dos sistemas humanos. Os riscos atmosféricos incluem ciclones (furacões, tufões), tempestades (tempestades), tornados (tornados), granizo, tempestades de neve, chuvas torrenciais, gelo, neblina, relâmpagos.
Os ciclones podem ser:
1. Ordinários (não tropicais), que surgem como resultado da interação das frentes de ar frio e quente entre si.
2. Tropical, que tem nomes diferentes:
- "furacão" - o nome está associado ao nome do deus das tempestades povos antigos Maya, chamou os habitantes dos Estados Unidos. América Central e do Sul.
- "tufão" traduzido do chinês "vento muito grande", chamado os habitantes da Rússia ( Extremo Oriente), Austrália, Coréia, China, Índia, Japão. Em uma estranha ironia, tufões e furacões recebem nomes femininos.
Ciclones tropicais
Na terra natal dos furacões, nos trópicos, as massas de ar são muito quentes e saturadas de vapor de água - a temperatura da superfície do oceano nessas latitudes chega a vinte e sete a vinte e oito graus Celsius. Como resultado, surgem poderosas correntes ascendentes de ar e a liberação do calor solar armazenado por ele e a condensação dos vapores nele contidos. O processo se desenvolve e cresce, é uma espécie de bomba gigante - no funil formado no local de origem dessa bomba, massas vizinhas do mesmo ar quente e saturado de vapor são sugadas e, assim, o processo se espalha ainda mais e em amplitude, capturando cada vez mais novas áreas na superfície do oceano.
Quando você derrama água da banheira pelo orifício de drenagem, um redemoinho é formado. Aproximadamente a mesma coisa acontece com o ar subindo no local onde o ciclone se origina - ele começa a girar.
A bomba de ar gigante continua a funcionar, mais umidade condensando em seu topo em forma de funil, mais calor sendo liberado. (Meteorologistas americanos calcularam que mais de um milhão de toneladas de água podem ser levantadas em um dia - na forma de vapor, que satura continuamente a camada superficial da atmosfera; a energia liberada durante a condensação em apenas dez dias seria suficiente para tal um estado altamente industrializado, como os EUA, por seis anos!). Acredita-se que um ciclone de força média libere aproximadamente a mesma quantidade de energia que 500.000 bombas atômicas com o poder caiu sobre Hiroshima. A pressão atmosférica no centro do ciclone nascente e em seus arredores torna-se desigual: ali, no centro do ciclone, é muito menor, e uma queda brusca de pressão é a causa de ventos fortes que logo se transformam em furacões. Em um espaço com um diâmetro de trezentos a quinhentos quilômetros, os ventos mais fortes começam seu turbilhão frenético.
Tendo surgido, os ciclones começam a se mover a uma velocidade média de 10 a 30 km / h, às vezes podem pairar sobre a área por um tempo.
Os ciclones (comuns e tropicais) são redemoinhos de grande escala com um diâmetro: ordinário de 1.000 a 2.000 km; tropical de 200 a 500 km e altura de 2 a 20 km.
As massas de ar se movem na área do ciclone em espiral, girando em direção ao seu centro (sentido anti-horário no hemisfério norte, vice-versa no sul) a uma velocidade de:
Comum não superior a 50-70 km / h;
Tropical 400-500 km/h
No centro do ciclone, a pressão do ar é menor do que na periferia, razão pela qual, movendo-se em espiral, as massas de ar tendem para o centro, onde depois sobem, dando origem a nuvens fortes.
Se no centro:
A pressão de ar normal do ciclone em comparação com a atmosférica (760 mm r.s.) é 713-720 mm r.s.;
Então, no centro de um ciclone tropical, a pressão cai para 675 mm r.s.
No centro de um ciclone tropical existe uma área de baixa pressão com Temperatura alta, com um diâmetro de 10-40 km, onde reina a calma - olho de tufão.
Todos os anos, pelo menos 70 ciclones tropicais surgem e se desenvolvem plenamente no globo.
Quando um ciclone tropical (tufão, furacão) se aproxima da costa, carrega enormes massas de água à sua frente. Poço de Tempestade acompanhado de forte chuvas e tornados. Ele desce em áreas costeiras, destruindo tudo em seu caminho.
Exemplo
Em 1970, um tufão. que rompeu a foz do rio Ganges (na Índia) inundou 800.000 km 2 da costa. Tinha uma velocidade do vento de 200-250 m/s. Onda do mar atingiu uma altura de 10 m. Cerca de 400.000 pessoas morreram.
Hoje, existem métodos modernos para prever ciclones tropicais (tufões, furacões). Cada formação de nuvens suspeita onde não ocorreu é fotografada por satélites meteorológicos do espaço, aviões de serviço meteorológico voam para o "olho do tufão" para obter dados precisos. Essas informações são colocadas em computadores para calcular o caminho e a duração de um ciclone tropical (tufão, furacão) e avisar a população com antecedência sobre o perigo.
Furacão
Um furacão é uma força de vento de 12 pontos (até 17 pontos) na escala de Beaufort, ou seja, a uma velocidade de 32,7 m/s (mais de 105 km/h) e atinge até 300 m/s (1194 km/h)
Furacão- um forte vórtice atmosférico de pequena escala em que o ar gira a uma velocidade de até 100 m/s. Tem a forma de um pilar (às vezes com um eixo de rotação côncavo) com extensões em forma de funil na parte superior e inferior. O ar gira no sentido anti-horário e simultaneamente sobe em espiral, atraindo poeira, água e vários objetos. Um furacão em terra é chamado tempestade e no mar tempestade. As principais características dos furacões são:
Velocidade do vento;
Formas de movimento;
Dimensões e construção;
Duração média ações.
A característica mais importante dos furacões é a velocidade do vento. A tabela abaixo (na escala Beaufort) mostra a dependência da velocidade do vento e os nomes dos modos. velocidade média movimento de furacões na Ucrânia 50-60 km/h.
Os furacões variam muito em tamanho. Normalmente, a largura da zona de destruição catastrófica, que pode ser medida em centenas de quilômetros, é tomada como sua largura. A frente de furacão atinge uma extensão de até 500 km. Os furacões ocorrem em qualquer época do ano, mas são mais frequentes de julho a outubro. Nos 8 meses restantes eles são raros, seus caminhos são curtos.
A duração média de um furacão é de 9 a 12 dias. Na Ucrânia, os furacões não duram muito, de alguns segundos a várias horas.
Um furacão é quase sempre claramente visível; quando se aproxima, ouve-se um forte zumbido.
Os furacões são uma das forças mais poderosas dos elementos. Em termos de seus efeitos nocivos, eles não são inferiores a tão terríveis desastres naturais como terremotos. Isto é devido ao fato de que eles carregam uma energia enorme. Sua quantidade, liberada por um furacão de potência média em uma hora, é igual à energia de uma explosão nuclear de 36 Mgt.
Um furacão carrega uma ameaça tripla para as pessoas que se encontram em seu caminho. Os mais destrutivos são o vento, as ondas e a chuva.
Muitas vezes, as chuvas acompanhadas de um furacão são muito mais perigosas do que o próprio furacão, especialmente para as pessoas que vivem na costa ou perto dela. Um furacão cria ondas de até 30 m de altura na costa, pode causar aguaceiros e, posteriormente, causar uma epidemia, por exemplo, uma maré de tempestade de furacão, que coincidiu com a habitual, causou uma inundação gigante na costa da Índia em 1876, durante o qual a onda aumentou 12-13 m Cerca de 100.000 pessoas morreram afogadas e quase o mesmo número morreu das consequências de uma epidemia feroz.
Quando um furacão se propaga sobre o mar, provoca ondas gigantescas de 10 a 12 metros ou mais de altura, danificando ou mesmo levando à morte do navio.
O maior perigo durante um furacão são os objetos levantados do chão e girados em grande velocidade. Ao contrário das tempestades, um furacão viaja em uma faixa estreita, para que possa ser evitado. Você só precisa determinar a direção de seu movimento e mover-se lado oposto.
Vento de furacão destrói prédios fortes e leves, devasta campos semeados, quebra fios e derruba linhas de energia e postes de comunicação, danifica rodovias e pontes, quebra e arranca árvores, danifica e afunda navios, causa acidentes em redes de utilidades e energia em produção. Houve casos em que os ventos do furacão destruíram barragens e barragens, o que levou a grandes inundações, derrubou trens dos trilhos, arrancou pontes de suportes, derrubou tubos de fábricas e jogou navios em terra.
Capítulo Seis
MOVIMENTO DE VÓRTEX DE GASES E LÍQUIDOS
6.1. Enigmas de vórtices atmosféricos
Lidamos com o movimento de vórtices de gases e líquidos em todos os lugares. Os maiores redemoinhos da Terra são ciclones atmosféricos, que, juntamente com anticiclones - zonas de alta pressão atmosfera da Terra, não capturado pelo movimento do vórtice, determina o clima no planeta. O diâmetro dos ciclones chega a milhares de quilômetros. O ar no ciclone faz um movimento espiral tridimensional complexo. No Hemisfério Norte, os ciclones, como a água que flui do banho para a tubulação, giram no sentido anti-horário (quando vistos de cima), no Hemisfério Sul - no sentido horário, devido à ação das forças de Coriolis da rotação da Terra.
No centro do ciclone, a pressão do ar é muito menor do que na sua periferia, o que se explica pela ação das forças centrífugas durante a rotação do ciclone.
Originado em latitudes médias em locais de curvatura de frentes atmosféricas, um ciclone de latitude média gradualmente se transforma em uma formação cada vez mais estável e poderosa durante seu movimento principalmente para o norte, onde carrega o ar quente do sul. O ciclone emergente a princípio captura apenas as camadas superficiais de ar inferiores, que estão bem aquecidas. O vórtice cresce de baixo para cima. Com o desenvolvimento do ciclone, o influxo de ar ainda ocorre perto da superfície da terra. Subindo na parte central do ciclone, este ar quente deixa o ciclone formado a uma altura de 6-8 km. O vapor de água contido nele a tal altura onde o frio reina se condensa, o que leva à formação de nuvens e precipitação.
Tal imagem do desenvolvimento de um ciclone, reconhecida hoje por meteorologistas de todo o mundo, é modelada com sucesso nas instalações de meteotrons criadas na década de 70 na URSS para causar chuva e testadas com sucesso na Armênia. Os motores turbojato montados no solo criavam um fluxo de ar quente em turbilhão subindo. Depois de algum tempo, uma nuvem nasceu sobre este lugar, crescendo gradualmente em uma nuvem, que derramou chuva.
Os ciclones tropicais, que são chamados de tufões no Pacífico e furacões no Atlântico, se comportam de maneira muito diferente dos ciclones lentos de latitudes médias. Eles têm diâmetros muito menores (100-300 km) do que os de latitude média, mas se distinguem por grandes gradientes de pressão, ventos muito fortes (até 50 e até 100 m/s) e chuvas fortes.
Os ciclones tropicais se originam apenas sobre o oceano, na maioria das vezes entre 5 e 25 ° de latitude norte. Mais perto do equador, onde as forças de Coriolis defletoras são pequenas, elas não são produzidas, o que comprova o papel das forças de Coriolis na geração de ciclones.
Movendo-se primeiro para o oeste e depois para o norte ou nordeste, os ciclones tropicais gradualmente se transformam em ciclones comuns, mas muito profundos. Indo do oceano para a terra, eles rapidamente desaparecem sobre ele. Assim, a umidade do oceano desempenha um papel enorme em sua vida, que, condensando-se em um fluxo de ar de vórtice ascendente, libera uma enorme quantidade de calor latente de evaporação. Este último aquece o ar e aumenta sua ascensão, o que leva a uma forte queda na pressão atmosférica quando um tufão ou furacão se aproxima.Arroz. 6.1. Vórtice gigante de tufão atmosférico (vista do espaço)
Esses redemoinhos gigantes e furiosos têm duas características misteriosas. Primeiro, eles raramente aparecem no Hemisfério Sul. A segunda é a presença no centro de tal formação do "olho da tempestade" - uma zona com um diâmetro de 15 a 30 km, caracterizada por céu calmo e claro.
Ver que um tufão, e ainda mais um ciclone de latitude média, é um redemoinho, devido aos seus enormes diâmetros, só é possível a partir de uma altura cósmica. As fotografias de cadeias de nuvens rodopiantes tiradas por astronautas são espetaculares. Mas para um observador terrestre, o tipo mais óbvio de vórtice atmosférico para visualização é um tornado. O diâmetro de sua coluna de rotação, estendendo-se em direção às nuvens, em seu local mais fino, fica 300-1000 m acima da terra e apenas dezenas de metros acima do mar. Na América do Norte, onde os tornados aparecem com muito mais frequência do que na Europa (até 200 por ano), eles são chamados de tornados. Lá eles se originam principalmente sobre o mar e se enfurecem quando estão acima da terra.
A seguinte imagem do nascimento de um tornado é dada em: “Em 30 de maio de 1979, às 4 horas da tarde, duas nuvens, negras e densas, se encontraram no norte do Kansas, 15 minutos depois de colidirem e se fundirem em uma nuvem, um funil cresceu de sua superfície inferior. Alongando-se rapidamente, tomou a forma de um enorme tronco, atingiu o solo e por três horas, como uma cobra gigante, fez truques pelo estado, esmagando e destruindo tudo o que vinha em seu caminho - casas, fazendas, escolas..."
Este tornado arrancou a ponte de concreto armado de 75 metros de touros de pedra, amarrou-a com um nó e jogou-a no rio. Especialistas calcularam mais tarde que, para conseguir isso, o fluxo de ar tinha que ter velocidade supersônica.
O que o ar faz em tornados em tais velocidades confunde as pessoas. Assim, lascas dispersas em um tornado penetram facilmente em tábuas e troncos de árvores. Nele é dito que um pote de metal, capturado por um tornado, foi virado do avesso sem quebrar o metal. Tais truques são explicados pelo fato de que a deformação do metal neste caso foi realizada sem um suporte rígido que poderia danificar o metal, pois o objeto estava no ar.
Arroz. 6.2. Fotografia de um tornado.Os tornados não são de forma alguma um fenômeno natural raro, embora apareçam apenas no Hemisfério Norte, então muitos dados observacionais sobre eles foram acumulados. A cavidade do funil ("tronco") do tornado é cercada por "paredes" de ar que giram freneticamente em espiral no sentido anti-horário (como em um tufão) (veja a Fig. 6.3.) Aqui a velocidade do ar atinge 200-300 EM. Como a pressão estática nele diminui com o aumento da velocidade do gás, as “paredes” do tornado sugam o ar aquecido próximo à superfície da Terra, e com ele os objetos que cruzam, como um aspirador de pó.
Todos esses objetos sobem, às vezes até a nuvem, contra a qual o tornado repousa.
A força de sustentação dos tornados é muito alta. Assim, eles carregam distâncias consideráveis não apenas pequenos objetos, mas às vezes gado e pessoas. Em 18 de agosto de 1959, na região de Minsk, um tornado levantou o cavalo a uma altura considerável e o levou embora. O corpo do animal foi encontrado a apenas um quilômetro e meio de distância. Em 1920, no estado do Kansas, um tornado destruiu uma escola e levantou um professor no ar com uma turma inteira de alunos junto com suas carteiras. Poucos minutos depois, todos foram abaixados ao chão junto com os destroços da escola. A maioria das crianças e a professora permaneceram vivas e ilesas, mas 13 pessoas morreram.
Há muitos casos em que os tornados levantam e carregam pessoas por distâncias consideráveis, após as quais elas permanecem ilesas. O mais paradoxal deles é descrito em: um tornado em Mytishchi, perto de Moscou, voou para a família de uma camponesa Selezneva. Tendo derrubado a mulher, o filho mais velho e bebê na vala, levou o filho do meio Petya. Ele foi encontrado apenas no dia seguinte no Parque Sokolniki, em Moscou. O menino estava vivo e bem, mas morrendo de medo. O mais estranho aqui é que Sokolniki está localizado em Mytishchi não na direção em que o tornado estava se movendo, mas na direção oposta. Acontece que o menino foi transferido não no curso do tornado, mas na direção oposta, onde tudo se acalmou há muito tempo! Ou ele viajou no tempo?
Parece que os objetos em um tornado devem ser carregados por um vento forte. Mas em 23 AVP/100, 1953, durante um tornado em Rostov, diz-se, uma forte rajada de vento abriu as janelas e portas da casa. Ao mesmo tempo, o despertador, que estava na cômoda, voou por três portas, uma cozinha, um corredor e voou até o sótão da casa. Que forças o impeliram? Afinal, o prédio permaneceu ileso, e o vento, capaz de carregar o despertador de tal maneira, teve que demolir completamente o prédio, que tem um vento muito maior que o despertador.
E por que os tornados, levantando montes de pequenos objetos até as nuvens, os baixam a uma distância considerável quase tão amontoados, não espalhados, mas como se saíssem de suas mangas?
A conexão inseparável com a nuvem pai é diferença característica tornado de outros movimentos de vórtice da atmosfera. Ou porque enormes correntes elétricas fluem da nuvem de trovoada ao longo do "tronco" do tornado para o solo, ou porque a poeira e a água que caem no turbilhão do tornado são fortemente eletrificadas pelo atrito, mas os tornados são acompanhados por um alto nível de eletricidade atividade. A cavidade do "tronco" de parede a parede é constantemente perfurada por descargas elétricas. Muitas vezes até brilha.
Mas dentro da cavidade do "tronco" do tornado, o movimento do vórtice do ar é enfraquecido e mais frequentemente direcionado não de baixo para cima, mas de cima para baixo * (* No entanto, afirma-se que na cavidade do "tronco" de um tornado, o ar se move de baixo para cima e em suas paredes - de cima para baixo.). Há casos em que tal fluxo descendente dentro do tornado se tornou tão forte que pressionou objetos no solo (veja a Fig. 6.3.). A ausência de rotação intensa na cavidade interna de um tornado o torna semelhante a um tufão. Sim, e o "olho da tempestade" no tornado existe antes de atingir o solo da nuvem. É assim que Y. Maslov o descreve poeticamente: "Em uma nuvem de tempestade, um "olho", ou seja, um "olho", com uma pupila morta e sem vida, aparece de repente. A sensação é que ele perscruta a presa. Ele percebeu! ele corre para o chão com o rugido e a velocidade de um trem de correio, deixando para trás uma trilha longa e claramente visível - uma cauda.
Os especialistas há muito se interessam pela questão das fontes dessa energia verdadeiramente inesgotável que os tornados, e mais ainda os tufões, têm à sua disposição. É claro que a energia térmica de enormes massas é finalmente convertida na energia do movimento do ar no vórtice atmosférico. ar úmido. Mas o que o faz se concentrar em volumes tão pequenos como o corpo de um tornado? E essa concentração espontânea de energia não contradiz a segunda lei da termodinâmica, que afirma que a energia térmica só pode se dissipar espontaneamente?
Existem muitas hipóteses sobre este assunto, mas ainda não há respostas claras.
Explorando a energia dos vórtices de gás, V. A. Atsukovsky escreve que "o corpo de um vórtice de gás é comprimido pelo ambiente no processo de formação do vórtice". Isso é confirmado pelo fato de que o "tronco" de um tornado é mais fino que sua base, onde o atrito contra o solo não permite que ele desenvolva uma alta velocidade de rotação. A compressão do corpo do vórtice pela pressão do ambiente provoca um aumento na velocidade de sua rotação como resultado da lei de conservação do momento. E com o aumento da velocidade do gás no vórtice, a pressão estática nele cai ainda mais. Segue-se disso, conclui Atsyukovsky, que o vórtice concentra a energia do ambiente, e esse processo é fundamentalmente diferente dos outros, acompanhado pela dissipação de energia no ambiente.
É aqui que a teoria do movimento poderia salvar a segunda lei da termodinâmica se fosse possível descobrir que os vórtices de gás irradiam energia em quantidades significativas. Em vista do que foi dito na Seção 4.4, a teoria do movimento exige que, quando o ar gira em um tornado ou tufão, eles não irradiam menos energia do que consomem para girar o ar. E através de um tornado, e mais ainda de um tufão, durante sua existência, enormes massas de ar passam, torcendo.
Parece que é mais fácil para o ar úmido liberar energia de massa "extra" sem irradiar. De fato, após a condensação da umidade, quando é elevado por um vórtice atmosférico a uma grande altura, gotas de chuva que caem saem do vórtice e sua massa diminui por causa disso. Mas a energia térmica do vórtice não só não diminui a partir disso, mas, pelo contrário, aumenta devido à liberação do calor latente de evaporação durante a condensação da água. Isso leva a um aumento na velocidade de movimento no vórtice tanto devido a um aumento na velocidade de ascensão do ar, quanto devido a um aumento na velocidade de rotação quando o corpo do vórtice é comprimido. Além disso, a remoção da massa de gotas de água do vórtice não leva a um aumento da energia de ligação do sistema rotativo e a um aumento do defeito de massa no vórtice remanescente. A energia de ligação do sistema aumentaria (e com ela aumentaria a estabilidade do sistema) se, durante a aceleração da rotação do sistema, uma parte da energia interna do sistema - o calor - fosse removida dele. E o calor é mais facilmente removido por radiação.
Aparentemente, nunca ocorreu a ninguém tentar registrar a radiação tepe (infravermelho e microondas) de tornados e tufões. Talvez exista, mas ainda não sabemos. No entanto, muitas pessoas e animais sentem a aproximação de um furacão mesmo estando dentro de casa e sem olhar para o céu. E acho que não só pela queda da pressão atmosférica, que faz os corvos coaxarem de dor nos ossos que têm vazios. As pessoas sentem outra coisa, algumas assustadoras, outras excitantes. Talvez isso seja radiação de torção, que de um tornado e um tufão deve ser muito intensa?
Seria interessante pedir aos astronautas que tirassem fotografias infravermelhas de tufões da altitude espacial. Parece que essas fotografias podem nos dizer muitas coisas novas.
No entanto, essas fotografias do maior ciclone nas atmosferas dos planetas do sistema solar, embora não em raios infravermelhos, foram tiradas de uma altura cósmica. Estas são fotografias da Grande Mancha Vermelha de Júpiter, que, como revelaram estudos de suas fotografias tiradas em 1979 da espaçonave americana Voyager 1, é um enorme ciclone constantemente existente na poderosa atmosfera de Júpiter (Fig. 6. 4) . O "olho da tempestade" deste ciclópico-tufão ciclópico com dimensões de 40x13 mil km brilha mesmo na faixa de luz visível com uma sinistra cor vermelha, de onde vem o seu nome.
Arroz. 6.4. A Grande Mancha Vermelha (SR) de Júpiter e as proximidades do local ("Voyager 1", 1979).6.2. Efeito Vortex Ranke
Explorando separadores cíclicos para purificação de gases da poeira, o engenheiro metalúrgico francês J. Ranke descobriu um fenômeno inusitado no final da década de 1920: no centro do jato, o gás que saía do ciclone tinha temperatura inferior à inicial. Já no final de 1931, Ranke recebeu a primeira patente de um dispositivo que chamou de "tubo de vórtice" (VT), no qual a corrente de ar comprimido é dividida em duas correntes - fria e quente. Logo ele patenteia essa invenção em outros países.
Em 1933, Ranke fez um relatório na Sociedade Francesa de Física sobre o fenômeno da separação descoberto por ele. gás comprimido em VT. Mas sua mensagem foi recebida com desconfiança pela comunidade científica, já que ninguém conseguia explicar a física desse processo. Afinal, os cientistas pouco antes disso perceberam a inviabilidade da ideia fantástica do "demônio de Maxwell", que, para separar o gás quente em quente e frio, tinha que liberar moléculas de gás rápidas através de um microfuro de um vaso com gás e não liberar os lentos. Todos decidiram que isso contradiz a segunda lei da termodinâmica e a lei da entropia crescente.
Arroz. 6.5. Tubo vórtice Ranke.Por mais de 20 anos, a descoberta de Ranke foi ignorada. E somente em 1946, o físico alemão R. Hilsch publicou um trabalho sobre estudos experimentais de VT, no qual deu recomendações para o projeto de tais dispositivos. Desde então, eles às vezes são chamados de tubos Ranke-Hilsch.
Mas, em 1937, o cientista soviético K. Strahovich, sem saber sobre os experimentos de Ranke, provou teoricamente em um curso de palestras sobre dinâmica de gás aplicada que diferenças de temperatura deveriam surgir em fluxos de gás rotativos. No entanto, somente após a Segunda Guerra Mundial na URSS, como em muitos outros países, começou o uso generalizado do efeito vórtice. Deve-se notar que os pesquisadores soviéticos nessa direção no início dos anos 70 assumiram a liderança mundial. Uma visão geral de alguns trabalhos soviéticos sobre VT é dada, por exemplo, no livro, do qual tomamos emprestado tanto o acima nesta seção quanto muito do que é declarado abaixo.
No tubo de vórtice Ranke, cujo diagrama é mostrado na Fig. 6.5, um tubo cilíndrico 1 é conectado em uma extremidade a uma voluta 2, que termina com uma entrada de bocal de seção transversal retangular, que garante o fornecimento de gás de trabalho comprimido no tubo tangencialmente à circunferência de sua superfície interna. Na outra extremidade, a voluta é fechada por um diafragma 3 com um orifício no centro, cujo diâmetro é significativamente menor que o diâmetro interno do tubo 1. Por este orifício sai um fluxo de gás frio do tubo 1, que é separado durante o seu movimento de vórtice no tubo 1 em partes frias (central) e quentes (periféricas). A parte quente do fluxo, adjacente à superfície interna do tubo 1, gira, move-se para a extremidade do tubo 1 e sai através do espaço anular entre sua borda e o cone de ajuste 4.
B explica que qualquer fluxo de gás (ou líquido) em movimento tem, como você sabe, duas temperaturas: termodinâmica (também chamada de estática) T, determinada pela energia do movimento térmico das moléculas do gás (essa temperatura seria medida por um termômetro que se move junto com o fluxo de gás na mesma velocidade V, que é o fluxo) e a temperatura de estagnação T0, que é medida por um termômetro estacionário colocado no caminho do fluxo. Essas temperaturas estão relacionadas pela relação
(6.1)
em que C- calor específico gás. O segundo termo em (6.1) descreve o aumento da temperatura devido à desaceleração do fluxo de gás no termômetro. Se a estagnação for realizada não apenas no ponto de medição, mas também em toda a seção de fluxo, todo o gás será aquecido até a temperatura de estagnação T0. Neste caso, a energia cinética do escoamento é convertida em calor.
Transformando a fórmula (6.1), obtemos a expressão
(6.2)
que diz que à medida que a velocidade de fluxo V aumenta em condições adiabáticas, a temperatura termodinâmica diminui.
Observe que a última expressão é aplicável não apenas ao fluxo de gás, mas também ao fluxo de líquido. Nela, com o aumento da velocidade de escoamento V em condições adiabáticas, a temperatura termodinâmica do líquido também deve diminuir. É justamente essa diminuição da temperatura do fluxo de água acelerada no conduto de estreitamento para a turbina que L. Gerbrand apontou na Seção 3.4 ao sugerir a conversão do calor da água do rio em energia cinética do fluxo fornecido à turbina de usinas hidrelétricas.
De fato, mais uma vez reescrevendo a expressão (6.1) na forma
(6.3)
obtemos a fórmula para o aumento da energia cinética do fluxo de água
(Aqui m é a massa de água que passou pelo conduíte).
Mas voltando ao tubo de vórtice. Acelerando na sua voluta de entrada a uma velocidade elevada, o gás à entrada do tubo cilíndrico 1 tem a velocidade tangencial máxima VR e a temperatura termodinâmica mais baixa. Em seguida, ele se move no tubo 1 ao longo de uma espiral cilíndrica até a saída distante, parcialmente fechada pelo cone 4. Se este cone for removido, todo o fluxo de gás sairá livremente pela extremidade distante (quente) do tubo 1. Além disso, o VT aspirará pelo orifício do diafragma 3 e parte do ar externo. (A operação dos ejetores de vórtice, que têm dimensões menores do que os de fluxo direto, é baseada neste princípio.)
Mas ao ajustar a folga entre o cone 4 e a borda do tubo 1, eles conseguem um aumento na pressão no tubo a tal valor em que a sucção do ar externo pára e parte do gás do tubo 1 começa a sair através do orifício no diafragma 3. Ao mesmo tempo, um fluxo de vórtice central (paraaxial) aparece no tubo 1 movendo-se em direção ao principal (periférico), mas girando, conforme indicado em, no mesmo sentido.
Em todo o complexo de processos que ocorrem no VT, existem dois principais que determinam, na opinião da maioria dos pesquisadores, a redistribuição de energia entre os fluxos gasosos do vórtice periférico e central nele.
O primeiro dos principais processos é a reestruturação do campo de velocidades tangenciais de fluxos rotativos à medida que se movem ao longo do tubo. O fluxo periférico de rotação rápida transfere gradualmente sua rotação para o fluxo central que se move em direção a ele. Como resultado, quando as partículas de gás do fluxo central se aproximam do diafragma 3, a rotação de ambos os fluxos é direcionada na mesma direção e ocorre como se um cilindro sólido, em vez de gás, girasse em torno de seu eixo. Tal vórtice é chamado de "quase-sólido". Este nome é determinado pelo fato de que as partículas de um cilindro sólido giratório em seu movimento em torno do eixo do cilindro têm a mesma dependência da velocidade tangencial na distância ao eixo: Vr. =. ?r.
O segundo processo principal no WP é a equalização das temperaturas termodinâmicas dos escoamentos periférico e central em cada seção do WP, causada pela troca turbulenta de energia entre os escoamentos. Sem esse alinhamento, o escoamento interno, que possui velocidades tangenciais mais baixas que o periférico, teria uma temperatura termodinâmica maior do que o periférico. Como as velocidades tangenciais do escoamento periférico são maiores que as do central, então, após equalização das temperaturas termodinâmicas, a temperatura de estagnação do escoamento periférico em direção à saída do tubo 1, semi-coberto pelo cone 4, acaba sendo maior do que a do fluxo central movendo-se em direção ao orifício no diafragma 3.
A ação simultânea dos dois principais processos descritos leva, segundo a maioria dos pesquisadores, à transferência de energia do fluxo de gás central no VT para o periférico e à separação do gás em fluxos frios e quentes.
Essa ideia do trabalho do VT ainda é reconhecida pela maioria dos especialistas. E o design do VT desde a época de Ranke não mudou muito, embora o escopo do VT tenha se expandido desde então. Verificou-se que VTs que usam um tubo cônico (pequeno ângulo de conicidade) em vez de um cilíndrico apresentam um desempenho ligeiramente melhor. Mas são mais difíceis de fabricar. Na maioria das vezes, os VTs que operam com gases são usados para produzir frio, mas às vezes, por exemplo, ao trabalhar em termostatos de vórtice, são usados fluxos frios e quentes.
Embora o tubo vortex tenha uma eficiência muito menor do que outros tipos de refrigeradores industriais, devido ao alto consumo de energia para comprimir o gás antes de ser alimentado no VT, a extrema simplicidade do projeto e a despretensão do VT o tornam indispensável para muitas aplicações.
O VT pode trabalhar com qualquer fluido de trabalho gasoso (por exemplo, com vapor de água) e em uma variedade de quedas de pressão (de frações de atmosfera a centenas de atmosferas). A faixa de vazão de gás em VT também é muito ampla (de frações de m3/hora a centenas de milhares de m3/hora) e, portanto, a faixa de suas capacidades. No entanto, com um aumento
O diâmetro do VT (ou seja, com o aumento de sua potência) aumenta a eficiência do VT.
Quando o VT é usado para produzir fluxos de gás frio e quente ao mesmo tempo, o tubo não é resfriado. Tais WTs são chamados adiabáticos. Mas ao usar apenas um fluxo frio, é mais lucrativo usar o VT, no qual o corpo do tubo ou sua extremidade (quente) é resfriado por uma camisa de água ou por outro método à força. A refrigeração permite aumentar a capacidade de refrigeração do HT.6.3. Paradoxos do tubo de vórtice
O tubo de vórtice, que se tornou aquele "demônio de Maxwell", que (realiza a separação das moléculas de gás rápidas das lentas), não recebeu reconhecimento por muito tempo após sua invenção por J. Ranke. Em geral, todos os processos e dispositivos , se não receberem justificação teórica e explicação científica, em nosso século "iluminado" quase certamente estão fadados à rejeição. Este, se quiserem, é o outro lado do iluminismo: tudo o que não encontra uma explicação momentânea não tem o direito de existir ! E na flauta de Ranke, mesmo após o aparecimento da explicação acima de seu trabalho, muito permaneceu e permanece obscuro. Infelizmente, os autores de livros e livros didáticos raramente observam as ambiguidades de certas questões, mas, pelo contrário, procuram com mais frequência contorná-los e velá-los para criar a aparência da onipotência da ciência. O livro não é exceção a esse respeito.
Então, na página 25 dela ao explicar o processo de redistribuição! energia em VT reorganizando o campo de velocidade dos fluxos de gás em rotação e o aparecimento de um vórtice "quase-sólido", pode-se notar alguma confusão. Por exemplo), lemos: "Quando o fluxo central se move em direção ... ele experimenta um redemoinho cada vez mais intenso do lado do fluxo externo. Nesse processo, quando as camadas externas torcem as internas, como resultado ... . as velocidades tangenciais do fluxo interno diminuem, e as externas aumentam". A falta de lógica dessa frase fará você se perguntar se os autores do livro estão tentando esconder algo que não pode ser explicado, para criar a aparência de lógica onde não há?
Tentativas de criar uma teoria de VT construindo e resolvendo um sistema de equações gás-dinâmicas descrevendo processos em VT levaram muitos autores a dificuldades matemáticas insuperáveis. Enquanto isso, os estudos do efeito vórtice por experimentadores revelaram nele cada vez mais novos recursos, cuja justificação se mostrou impossível de acordo com qualquer uma das hipóteses aceitas.
Na década de 1970, o desenvolvimento da tecnologia criogênica estimulou a busca por novas possibilidades do efeito vórtice, uma vez que outros métodos de resfriamento existentes - estrangulamento, ejeção e expansão do gás - não ofereciam uma solução para os problemas práticos que surgiam no resfriamento de grandes volumes. e gases liquefeitos com baixa temperatura de condensação. Portanto, a pesquisa sobre a operação de resfriadores de vórtice continuou ainda mais intensamente.
Os resultados mais interessantes nessa direção foram alcançados pelos Leningrados V. E. Finko. Em seu resfriador de vórtice com um VT com um ângulo de conicidade de até 14°, o resfriamento a ar de até 30°K foi alcançado. Um aumento significativo no efeito de resfriamento foi observado com um aumento na pressão do gás na entrada para 4 MPa e superior, o que [contradiz o ponto de vista geralmente aceito de que a uma pressão de mais de 1 MPa, a eficiência do VT praticamente não aumenta com pressão crescente.
Esta e outras características encontradas durante os testes de um resfriador de vórtice com velocidades de fluxo de entrada subsônicas, que são inconsistentes com as ideias existentes sobre o efeito de vórtice e o método usado na literatura para calcular o resfriamento de gás com sua ajuda, levou V. E. Finko a analisar essas discrepâncias .
Ele notou que as temperaturas de estagnação não apenas dos fluxos de gás frio (Tx), mas também dos fluxos de gás de saída "quentes" (Tr) eram significativamente menores do que a temperatura T do gás fornecido ao seu VT. Isso significava que o balanço de energia em seu WT não correspondia à conhecida equação de equilíbrio de Hilsch para WTs adiabáticos.
(6.5)
onde I é a entalpia específica do gás de trabalho,
Na literatura disponível, Finko não encontrou trabalhos dedicados à verificação da relação (6.5). Em trabalhos publicados, via de regra, a fração de fluxo frio JLI foi calculada usando a fórmula
(6.6)
de acordo com os resultados das medições de temperatura Tovh Gog Goh. A última fórmula é obtida de (6.5) usando as condições:
V.E.Finko cria um suporte, descrito em, no qual, juntamente com a medição das temperaturas de estagnação do fluxo, foram realizadas medições das taxas de fluxo de gás Ovkh, Ox, Og. Como resultado, ficou firmemente estabelecido que a expressão (6.5) é inaceitável para calcular o balanço de energia do WP, uma vez que a diferença nas entalpias específicas dos fluxos de entrada e saída nos experimentos foi de 9-24% e aumentou com o aumento na pressão de entrada ou com uma diminuição na temperatura do gás de entrada. Finko observa que alguma discrepância entre a relação (6,5) e os resultados dos testes foi observada anteriormente em trabalhos de outros pesquisadores, por exemplo, em que a discrepância foi de 10 a 12%, mas os autores desses trabalhos explicaram a imprecisão da mensuração dos custos.
Além disso, V. E. Finko observa que nenhum dos mecanismos de transferência de calor propostos anteriormente no VT, incluindo o mecanismo de transferência de calor turbulento em contracorrente, explica essas altas taxas de remoção de calor do gás, que levam a quedas significativas de temperatura registradas por ele (~ 70 °K e mais) em seu resfriador de vórtice. Ele oferece sua explicação para o resfriamento do gás no VT pelo "trabalho de expansão do vórtice do gás" realizado dentro do tubo sobre as porções de gás que ali entraram anteriormente, bem como sobre a atmosfera externa, onde o gás saídas.
Aqui devemos observar que em caso Geral o balanço de energia do WT tem a forma:
(6.7)
onde Wcool é a quantidade de calor removida por unidade de tempo do gabinete do VT devido ao seu resfriamento natural ou artificial. Ao calcular tubos adiabáticos, o último termo em (6.7) é desprezado devido à sua pequenez, uma vez que os VTs são geralmente pequenos em tamanho e sua troca de calor com o ar circundante por convecção é insignificante em comparação com a troca de calor entre os fluxos de gás dentro do VT. E durante a operação de VTs resfriados artificialmente, o último termo em (6.7) garante um aumento na fração do fluxo de gás frio que sai dos VTs. Não havia resfriamento artificial no resfriador de vórtice Finko, e a troca de calor por convecção natural com o ar atmosférico circundante era insignificante.
O próximo experimento de Finko, descrito em , parecia não ter relação direta com as questões de transferência de calor em VT. Mas é ele quem mais fortemente duvida não apenas da correção das idéias anteriormente existentes sobre o mecanismo de troca de calor entre os fluxos de gás no WP, mas também, em geral, da correção da imagem geralmente aceita da operação WP. Finko introduz uma haste fina ao longo do eixo de seu VT, cuja outra extremidade é fixada no rolamento. Quando o VT está em operação, a haste começa a girar a uma velocidade de até 3000 rpm, acionada pelo fluxo de gás central giratório no VT. Mas apenas a direção de rotação da haste acabou sendo oposta à direção de rotação do fluxo de gás de vórtice principal (periférico) no VT!
A partir deste experimento, podemos concluir que a rotação do fluxo central de gás é oposta à rotação do fluxo periférico (principal). Mas isso contradiz a ideia predominante da rotação "quase-sólida" do gás no BT.
Além disso, V. E. Finko registrou na saída um fluxo de gás frio de seu VT radiação infra-vermelha espectro de banda na faixa de comprimento de onda de 5-12 μm, cuja intensidade aumentou com o aumento da pressão do gás na entrada do VT. Às vezes, no entanto, "radiação emergindo do núcleo do córrego" também era visualmente observada. cor azul". No entanto, o pesquisador não deu muita importância à radiação, notando a presença de radiação como um curioso efeito acompanhante e nem trouxe suas intensidades para os valores. Isso sugere que Finko não associou a presença dessa radiação com a mecanismo de transferência de calor em BT.
É aqui que devemos lembrar novamente o mecanismo proposto nas Seções 4.4 e 4.5 para despejar a massa-energia "extra" de um sistema de corpos colocados em rotação para gerar a energia de ligação negativa necessária do sistema. Escrevemos que a maneira mais fácil de despejar energia são corpos eletricamente carregados. Quando giram, podem simplesmente irradiar energia na forma de ondas eletromagnéticas ou fótons. No fluxo de qualquer gás há sempre um certo número de íons, cujo movimento ao longo de um círculo ou arco em um fluxo de vórtice deve levar à emissão de ondas eletromagnéticas.
É verdade que nas frequências técnicas de rotação do vórtice, a intensidade da radiação da onda de rádio por um íon em movimento, calculada de acordo com a conhecida fórmula da radiação do ciclotron na frequência fundamental , acaba sendo extremamente pequena. Mas a radiação cíclotron não é o único e está longe de ser o mais importante dos mecanismos possíveis para a emissão de fótons de um gás em rotação. Existem vários outros mecanismos possíveis, por exemplo, pela excitação de moléculas de gás por vibrações de íon-som, seguidas pela emissão de moléculas excitadas. Estamos falando de radiação cíclotron aqui apenas porque seu mecanismo é mais compreensível para o engenheiro - o leitor deste livro. Vamos repetir mais uma vez que quando a natureza precisa irradiar energia de um sistema de corpos em movimento, ela encontrará mil maneiras de fazer isso. Especialmente de um sistema como um vórtice de gás, no qual existem tantas possibilidades de radiação que são compreensíveis mesmo com o desenvolvimento da ciência atual.
V. E. Finko registrou o espectro de banda de radiação eletromagnética com
comprimentos de onda = 10 µm. O espectro de banda é característico da radiação térmica das moléculas de gás. Corpos sólidos fornecem um espectro contínuo de radiação. A partir disso, podemos concluir que nos experimentos de Finko foi a radiação do gás de trabalho, e não a caixa metálica do VT, que foi registrada.
A radiação térmica de um gás em rotação pode consumir não a massa de repouso das moléculas ou íons radiantes, mas a energia térmica do gás como a parte mais móvel de sua energia interna. As colisões térmicas entre moléculas de gás não apenas excitam as moléculas, mas também alimentam os íons com energia cinética, que eles já emitem na forma de energia eletromagnética. E parece que a rotação do gás de alguma forma (talvez por meio de um campo de torção) estimula esse processo de radiação. Como resultado da emissão de fótons, o gás é resfriado a mais Baixas temperaturas do que decorre das teorias conhecidas de transferência de calor entre os vórtices centrais e periféricos no VT.
No trabalho de Finko, infelizmente, a intensidade da radiação observada não é indicada e, portanto, nada pode ser dito até agora sobre a magnitude da potência transportada por ela. Mas ele notou um aquecimento da superfície interna das paredes do VT em pelo menos 5°K, o que pode ser devido ao aquecimento por essa mesma radiação.
A este respeito, surge a seguinte hipótese sobre o processo de remoção de calor do fluxo central para o fluxo de gás vórtice periférico no WP. O gás dos fluxos central e periférico emite fótons durante sua rotação. Parece que o periférico deveria irradiar mais intensamente, pois tem maior velocidade tangencial. Mas o fluxo central está em um intenso campo de torção axial, que estimula a emissão de fótons por moléculas e íons excitados. (Nos experimentos de Finko, isso prova a presença de um brilho azul precisamente do "núcleo" do fluxo). pelas paredes do tubo, que são aquecidas por esta radiação. Mas o fluxo de gás periférico em contato com as paredes do tubo remove esse calor e aquece. Como resultado, o fluxo do vórtice central é frio e o periférico é aquecido.
Assim, o corpo VT desempenha o papel de um corpo intermediário que fornece transferência de calor do fluxo de vórtice central para o periférico.
É claro que quando o corpo do HT é resfriado, a transferência de calor dele para o fluxo de gás periférico é reduzida devido à diminuição da diferença de temperatura entre o corpo do tubo e o gás nele, e o resfriamento a capacidade do HT é aumentada.
Essa hipótese também explica a violação do equilíbrio térmico descoberta por Finko, sobre a qual falamos acima. De fato, se parte da radiação sai dos limites WP através de suas saídas (e essa parte pode ser ~10%, a julgar pela geometria do dispositivo usado por Finko), então a energia transportada por essa parte da radiação não é mais registrada por aparelhos que medem a temperatura de estagnação do gás nas saídas da tubulação. A fração de radiação que sai do tubo aumenta especialmente se a radiação for gerada predominantemente perto da abertura 3 do tubo (ver Fig. 6.5), onde as velocidades de rotação do gás são máximas.
Mais algumas palavras devem ser ditas sobre o aquecimento do fluxo de gás periférico no VT. Quando V. E. Finko instalou um "alisador" do fluxo de gás (treliça "freio") na extremidade "quente" de seu VT, a parte "quente" do fluxo de gás de saída depois que o "alisador" já tinha uma temperatura de 30-60 °K superior a Tovh. Ao mesmo tempo, a participação do fluxo frio aumentou devido a uma diminuição na área da seção de passagem para a remoção da parte "quente" do fluxo, e a temperatura da parte fria do fluxo não foi mais tão baixo quanto ao operar sem um "alisador".
Após instalar o "alisador" Finko nota um ruído muito intenso durante o funcionamento de seu VT. E ele explica o aquecimento do gás quando um "retificador" é colocado na tubulação (que, como suas estimativas mostraram, não poderia aquecer tanto devido ao atrito do fluxo de gás contra o "retificador") pela aparência de vibrações sonoras no gás, cujo ressonador é o tubo. Este processo Finko chamou de "o mecanismo de expansão das ondas e compressão do gás", levando ao seu aquecimento.
É claro que a desaceleração da rotação do fluxo de gás deveria ter levado à conversão de parte da energia cinética do fluxo em calor. Mas o mecanismo dessa transformação foi revelado apenas no trabalho de Finko.
O exposto mostra que o tubo de vórtice ainda é repleto de muitos mistérios e que as ideias sobre seu funcionamento que existem há décadas exigem uma revisão radical.6.4. Hipótese de contracorrente em vórtices
O movimento do vórtice contém tanto inexplorado que mais de uma geração de teóricos e experimentadores terão trabalho suficiente. E, ao mesmo tempo, o movimento de vórtice é aparentemente o tipo mais comum de movimento na natureza. De fato, todos aqueles corpos (planetas, estrelas, elétrons em um átomo etc.), sobre os quais escrevemos na Seção 4.1 que fazem um movimento circular, geralmente também se movem para frente. E quando você adiciona seus movimentos rotacionais e translacionais, você obtém um movimento espiral.
Existem dois tipos principais de espirais: a cilíndrica helicoidal, que discutimos na Seção 4.3, e a espiral de Arquimedes, cujo raio aumenta com o número de voltas. As galáxias espirais, os maiores vórtices da natureza, têm essa aparência.
E a superposição do movimento de rotação ao longo da espiral de Arquimedes e do movimento de translação ao longo de seu eixo também dá um terceiro tipo de espiral - uma cônica. A água que flui do banho para o tubo no fundo se move ao longo dessa espiral e o ar no tornado. O gás se move ao longo da mesma espiral cônica em ciclones técnicos. Ali, a cada revolução, o raio da trajetória da partícula diminui.
Arroz. 6.6. Perfil de velocidade de jatos submersos livres de vários graus de torção:
a - jato de fluxo direto; b - jato levemente rodopiante; c - jato moderadamente rodopiante; g - jato fechado fortemente rodopiante; e - jato aberto fortemente rodopiante; uma parede; b - furo na parede; c - limites do jato; d é o perfil de velocidade a diferentes distâncias da parede; e - eixo do jato; [U- velocidade axial.Mas no resfriador de vórtice da Finko, que tem um tubo de vórtice cônico, o fluxo de gás periférico se move ao longo de uma espiral cônica em expansão e o fluxo axial que se aproxima - ao longo de um estreitamento. Tal configuração de fluxos no VT e no ciclone técnico é determinada pela geometria das paredes do aparelho.
Ao considerar um tubo de vórtice na Seção 6.2, escrevemos que um fluxo axial reverso nele ocorre quando a saída de gás através da extremidade distante (quente) do tubo é parcialmente bloqueada e um excesso de pressão é criado nele, forçando o gás a procurar uma segunda saída do tubo. Tal explicação da ocorrência de um fluxo contraaxial no VT é geralmente aceita hoje.
Mas especialistas em jatos giratórios, amplamente utilizados, por exemplo, para criar tochas em queimadores de usinas termelétricas, observam que um contrafluxo ao longo do eixo de um jato giratório ocorre mesmo na ausência de paredes do aparelho. Um estudo dos perfis de velocidade de jatos livres submersos (ver Fig. 6.6) mostra que o fluxo axial reverso aumenta com o aumento do grau de torção do jato.
A causa física do refluxo ainda não foi esclarecida. A maioria dos especialistas acredita que ele aparece porque, com o aumento do grau de torção do jato, as forças centrífugas lançam partículas de seu gás para a periferia, resultando na criação de uma zona de rarefação próxima ao eixo do jato, onde o ar atmosférico corre,
localizado à frente ao longo do eixo do jato.
Mas nos trabalhos mostra-se que o fluxo reverso está associado não tanto ao gradiente de pressão estática no jato, mas à razão das componentes tangencial e axial (axial) de sua velocidade. Por exemplo, jatos formados por um turbilhão com aparato de palhetas tangenciais, em um ângulo de inclinação das pás de 40-45°, possuem grande rarefação na região axial, mas não possuem fluxos reversos. Por que eles não são - permanece um mistério para os especialistas.
Vamos tentar desvendá-lo, ou melhor, explicar de outra forma o motivo do aparecimento de contracorrentes axiais em jatos rodopiantes.
Como observamos repetidamente, a queda da massa-energia "extra" do sistema, que é colocada em rotação, é mais facilmente realizada pela emissão de fótons. Mas este não é o único canal possível. Também podemos propor a seguinte hipótese, que a princípio parecerá incrível para alguns mecânicos.
O caminho para essa hipótese foi longo e foi feito por mais de uma geração de físicos. Até mesmo Viktor Schauberger, um brilhante pepita austríaco, um guarda florestal, que se dedicava à física em seu lazer, que dedicou muito tempo a entender o movimento do vórtice nos anos 20, notou que, com a rotação espontânea da água que flui para o tubo do banho , o tempo de esvaziamento do banho diminui. E isso significa que não só a velocidade tangencial, mas também a velocidade do fluxo axial aumenta no vórtice. By the way, este efeito tem sido notado pelos amantes da cerveja. Em suas competições, em um esforço para colocar o conteúdo da garrafa na boca o mais rápido possível, eles geralmente primeiro giram a cerveja na garrafa com força antes de derrubá-la.
Não sabemos se Schauberger amava cerveja (que austríaco não o ama!), mas ele tentou explicar esse fato paradoxal pelo fato de que em um vórtice, a energia do movimento térmico das moléculas nele é convertida em energia cinética de o movimento axial do jato. Ele ressaltou que, embora tal opinião contradiga a segunda lei da termodinâmica, nenhuma outra explicação pode ser encontrada, e uma diminuição na temperatura da água em um redemoinho é um fato experimental.
Com base nas leis de conservação de energia e momento, geralmente assume-se que quando o jato está girando em um vórtice longitudinal, parte da energia cinética do movimento de translação do jato é convertida em energia de sua rotação, e é pensou que, como resultado, a velocidade axial do jato deveria diminuir. Isso, como afirmado, por exemplo, em , deve levar a uma diminuição no alcance de jatos livres inundados quando estão em turbilhão.
Além disso, na engenharia hidráulica, eles geralmente lutam de todas as maneiras possíveis com a turbulência do fluido em dispositivos para seu transbordamento e se esforçam para garantir um fluxo laminar irrotacional. Isto deve-se ao facto, como descrito, por exemplo, de o aparecimento de um cordão de vórtices num escoamento de fluido implicar a formação de um funil na superfície do fluido acima da entrada para o tubo de drenagem. O funil começa a sugar vigorosamente o ar, cuja entrada no tubo é indesejável. Além disso, acredita-se erroneamente que o aparecimento de um funil com ar, que reduz a proporção da seção transversal da entrada ocupada por líquido, também reduz o fluxo de líquido por esse orifício.
A experiência dos apreciadores de cerveja mostra que quem pensa assim está enganado: apesar da diminuição da proporção da seção transversal do orifício ocupado pelo fluxo de líquido, este flui pelo orifício mais rapidamente quando o fluxo gira do que sem rotação.
Se L. Gerbrand, sobre quem escrevemos na Seção 3.4, buscasse aumentar a potência das usinas hidrelétricas apenas endireitando o fluxo de água para a turbina e estreitando gradualmente o conduto para que a água adquirisse a maior velocidade de translação possível , então Schauberger forneceu o conduto cônico com guias de parafuso que giram o fluxo de água em um vórtice longitudinal e, no final do conduto, ele coloca uma turbina axial com um design fundamentalmente novo. (Patente austríaca nº 117749 datada de 10 de maio de 1930)
Uma característica desta turbina (ver Fig. 6.7) é que ela não possui pás que, nas turbinas convencionais, atravessam o fluxo de água e, quebrando-o, gastam muita energia para vencer as forças de tensão superficial e adesão das moléculas de água. Isso leva não apenas a perdas de energia, mas também ao aparecimento de fenômenos de cavitação que causam erosão do metal da turbina.
A turbina Schauberger tem um formato cônico com lâminas em forma de espiral em forma de saca-rolhas, aparafusadas em uma corrente de água em redemoinho. Não interrompe o fluxo e não cria cavitação. Não se sabe se tal turbina foi implementada em algum lugar na prática, mas seu esquema, é claro, contém idéias muito promissoras.
No entanto, estamos interessados aqui não tanto na turbina de Schauberger, mas em sua afirmação de que a energia do movimento térmico das moléculas de água em um fluxo de vórtice pode ser transformada na energia cinética do fluxo de água. A este respeito, o mais interessante são os resultados das experiências realizadas em 1952 por W. Schauberger junto com o professor Franz Popel no Colégio Técnico de Stuttgart, sobre o qual Josef Gasslberger de Roma fala em 1952.
Investigando a influência da forma do canal do conduíte e do material de suas paredes na resistência hidrodinâmica ao fluxo de água em turbilhão nele, os experimentadores descobriram que os melhores resultados são alcançados com paredes de cobre. Mas o mais surpreendente é que com uma configuração de canal semelhante a um chifre de antílope, o atrito no canal diminui com o aumento da velocidade da água e, após ultrapassar uma certa velocidade crítica, a água flui com resistência negativa, ou seja, é sugada para o canal e acelera nele.Arroz. 6.7. turbina Schauberg
Gasslberger concorda com Schauberger que aqui o vórtice transforma o calor da água em energia cinética de seu fluxo. Mas observa que “a termodinâmica, como ensinada nas escolas e universidades, não permite tal transformação de calor em diferenças de baixa temperatura”. No entanto, aponta Gasslberger, a termodinâmica moderna é incapaz de explicar muitos outros fenômenos naturais.
E aqui a teoria do movimento pode ajudar a entender por que o movimento do vórtice fornece, ao que parece, contrariamente às ideias predominantes da termodinâmica, a conversão do calor de um fluxo de matéria em turbilhão em energia de seu movimento axial de acordo com a fórmula (6.4). A torção do escoamento em um vórtice faz com que parte do calor, que é parte da energia interna do sistema, seja convertida em energia cinética do movimento de translação do escoamento ao longo do eixo do vórtice. Por que exatamente ao longo do eixo? Sim, porque então o vetor velocidade do movimento translacional adquirido passa a ser perpendicular ao vetor da velocidade tangencial instantânea do movimento rotacional das partículas no escoamento e não altera o valor deste último. Neste caso, a lei da conservação da quantidade de movimento do escoamento é observada.
Além disso, a aceleração das partículas em uma direção perpendicular à direção de seu movimento principal (circular) em um vórtice leva a um aumento relativístico em sua massa transversal em vez de longitudinal. Sobre a Necessidade de Contabilidade Separada para as Massas Transversais e Longitudinais de Partículas Elementares* (Isso lembra o cálculo dos efeitos Doppler longitudinal e transversal separadamente.) escreveu muito em Estado inicial formação de SRT (ver, por exemplo.) Ou seja, a massa longitudinal (correspondente neste caso à velocidade tangencial das partículas em um vórtice) determina a magnitude das forças centrífugas durante o movimento circular. Quando uma parte da energia interna do sistema é convertida em energia cinética do movimento axial (axial) dos corpos nele, as forças centrífugas não aumentam. Portanto, a energia do movimento axial emergente acaba sendo, por assim dizer, eliminada do problema do movimento circular, que é matematicamente equivalente a ele deixar o sistema rotativo sem qualquer emissão de fótons.
Mas a lei de conservação do momento do sistema exige que, se o fluxo de vórtices adquire um momento axial, algum outro corpo (por exemplo, o corpo do aparato de vórtices) adquire simultaneamente o mesmo valor absoluto de momento na direção oposta. Em aparelhos de vórtices fechados, por exemplo, em tubos de vórtice, e também quando não há contato entre o fluxo de vórtice e as paredes do aparelho (como em alguns casos de jatos de turbilhão livre), a parte axial do fluxo, que tem um velocidade tangencial menor do que a parte periférica, deve adquirir um impulso reverso. No entanto, o momento de recuo também pode ser levado por um fluxo axial (axial) de fótons ou neutrinos produzidos durante o movimento rotacional, que será discutido no décimo primeiro capítulo.
Esta é, em termos gerais, a verdadeira, do nosso ponto de vista, a razão do aparecimento de uma contracorrente tanto em tubos de vórtice como em jatos em turbilhão.Conclusões do capítulo
1 Os vórtices atmosféricos são caracterizados pelo movimento do ar predominantemente destro e pela presença de um "olho da tempestade" - uma zona central de movimentos lentos ou calmos.
2. Os tornados ainda têm vários mistérios: velocidades ultra-altas do ar e objetos presos neles, uma força de elevação extraordinária que excede a força de pressão do fluxo de ar, a presença de brilhos, etc.
3. A energia térmica das massas de ar úmido é convertida em energia de movimento nos vórtices atmosféricos. Nesse caso, a energia é concentrada, o que à primeira vista contradiz os princípios da termodinâmica.
4. A contradição com a termodinâmica é removida se assumirmos que os vórtices atmosféricos, de acordo com os requisitos da teoria do movimento, geram radiação térmica (infravermelho e microondas).
5. A descoberta na década de 1930 por J. Ranke do efeito da separação de gás em um tubo de vórtice em fluxos de vórtice quente perto da parede e de vórtices axiais frios iniciou uma série de novas direções na tecnologia, mas ainda não tem uma estrutura suficientemente completa e consistente explicação teórica.
6. Obras de V.E. Finko nos anos 80 lançou dúvidas sobre a exatidão de algumas ideias geralmente aceitas sobre os processos em um tubo de vórtice: equilíbrio energético nele, o mecanismo de transferência de calor turbulento contracorrente, etc.
7. V.E. Finko descobriu que a contracorrente axial fria em um tubo de vórtice tem uma direção de rotação oposta à do fluxo de gás principal (periférico), e que um tubo de vórtice de gás gera radiação infravermelha do espectro de banda e, às vezes, também radiação azul que emerge do zona axial.
8. Colocação na extremidade quente do freio do tubo de vórtice - condutores do endireitador de fluxo de gás,
como V. E. Finko, à ocorrência de vibrações sonoras intensas no gás, cujo ressonador é o tubo, e ao forte aquecimento do fluxo de gás.
9. É proposto um mecanismo para remoção de calor do contrafluxo axial de gás em um tubo de vórtice para um fluxo periférico devido à radiação estimulada pela aceleração da rotação do gás por um fluxo axial de fótons que aquecem as paredes do tubo de vórtice, e deles o calor é transferido para o fluxo de gás periférico lavando-os.
10. O contrafluxo axial ocorre não apenas em tubos de vórtice, mas também em jatos de turbilhão livre, onde não há paredes do aparelho, cuja razão ainda não foi totalmente elucidada.
11. Na década de 1930, V. Schauberger apontou que em um vórtice, parte da energia do movimento térmico das moléculas nele é transformada em energia cinética do movimento axial de um jato de água, e sugeriu o uso disso.
12. A teoria do movimento explica o efeito Schauberger pelo fato de que o turbilhão do fluxo de água faz com que parte da energia térmica das moléculas, que é a energia interna do fluxo, não saia do turbilhão na forma de radiação , mas para ser transformada na energia cinética do escoamento na direção perpendicular à velocidade de turbilhão tangencial, ao longo do eixo do escoamento em vórtice. Este último é exigido pela lei de conservação do momento angular do movimento do fluxo. E a lei da conservação do momento ao longo de seu eixo de rotação requer que quando
Nesse caso, ou surgiu uma contracorrente, ou nasceu uma emissão axial de fótons ou neutrinos, compensando uma mudança no momento longitudinal do fluxo.
