Основные уравнения и их анализ

Каким же образом эта вращающаяся «труба» поднимает воду? Ранее мы предполагали, что внутри торнадо может создаваться такая геометрия пространства-времени, которая компенсирует и даже пересиливает действие местного тяготения. Однако, все наши попытки понять, каким образом может создаваться подобная геометрия, были безуспешны. Разгадка же тайны «подъёмной силы» торнадо оказалась неожиданно тривиальной – на наш взгляд, вода поднимается по внутренней поверхности хобота благодаря действию обычных центробежных сил.

В самом деле, если раскрутить стакан, частично заполненный водой, то, ввиду появления центробежных сил, поверхность воды будет представлять собой, как известно, фигуру вращения с параболической образующей, текущая высота z которой зависит от радиуса r следующим образом: z ( r )-z0=w 2r2/2g, где w — угловая скорость вращения, g — ускорение свободного падения. Такая же параболическая поверхность образуется у закрученной воды внутри вертикальной вращающейся трубы, слегка погруженной в воду. Если эта труба цилиндрическая, то высота подъёма воды равна высоте, на которой параболическая образующая пересекается с вертикальными стенками трубы. Если же труба имеет конусность с расширением кверху, то ситуация иная. При подходящем соотношении параметров, параболическая поверхность, находящаяся внутри усечённой конической поверхности, может не пересекаться с последней. Такое соотношение параметров, теоретически соответствующее режиму «бесконечного подъёма» воды бесконечно высокой конусной трубой, имеет вид (при z0=0):

tg a < 2w 2r0/g, (2)

где a — угол, который составляет образующая конуса с горизонтом, r0 — её радиус на нулевой высоте. В реальности высота хобота торнадо конечна, и для него характерна воронкообразная форма, с раструбом наверху; но его форму в нижней части вполне можно считать конической. Как следует из (2), критическое значение V* скорости линейного вращения, выше которого начинается режим «бесконечного подъёма», для воды, контактирующей с нижним срезом хобота, составляет

V*=(0.5× gr0× tg a)1/2. (3)

Так, при r0 = 30 м и a = 85°, критическая скорость составляет 41 м/с. Надо полагать, что для торнадо вполне по силам раскручивать воду до таких скоростей.

Следует подчеркнуть, что, с учётом вышеизложенного, хобот торнадо, расширяющийся кверху, должен поднимать воду независимо от того, в каком направлении он вращается. Это действительно подтверждается в случаях, когда огромное грозовое облако имеет несколько хоботов. При этом соседние хоботы обычно вращаются в противоположных направлениях, иначе окружающие их воздушные вихри сильно мешали бы друг другу, сталкиваясь между хоботами.

В заключение отметим, что везде выше речь шла только о воде, поднимаемой торнадо, но это было сделано ради наглядности изложения. Конечно же, торнадо способен поднимать в небеса всё, что ему удаётся удержать внутри стенок хобота при раскрутке до критической скорости.

«СТРАТЕГИЯ СДЕРЖИВАНИЯ»

В 1980-х годах, после того как были выявлены условия генерации ураганов и созданы «хорошие» модели их развития, предпринимались попытки всей силой техники обуздать ураганы или хотя бы снизить их угрозу — истощить на подходе к населенным местам, увести в сторону. «Глаз урагана» — центральную часть вихря диаметром 20-50 километров, окаймленную плотной стеной облаков и хорошо видную на снимках из космоса, — обстреливали мощными зарядами. Вблизи Флориды, Луизианы, Техаса, куда обычно залетали разбушевавшиеся вихри, на них сбрасывали йодные препараты с целью вызвать искусственное выпадение осадков, как это делается с дождевыми облаками на подступах к Москве в дни праздников. Лишенный водяного пара ураган должен был потерять и свою механическую силу. Эти меры ничего не дали. На пути урагана ставили айсберги, срочно доставляемые от берегов Гренландии с надеждой «охладить» его пыл. Ураган проносился, не задерживаясь и не замечая преград. Слишком слабы были эти «уколы» для вихря, энергия которого составляла около 1017 джоулей с фронтальной плотностью порядка 100 Дж/см2.

Публикации по географии >>>

Глобальные проблемы здоровья человечества
Глобальными проблемами называют проблемы, которые охватывают весь мир, всё человечество, создают угрозу для его настоящего и будущего и требуют для своего решения объединённых усилий, совместных действий всех г ...

Природа
Рельеф местности. Турция преимущественно горная страна, где мощные окраинные хребты окружают высокое внутреннее плоскогорье, узкие равнины занимают территорию на периферии. Выделяют 5 орографических областей. Причерн ...