Торнадо

Содержание

Механизм образования смерча или торнадо

Торнадо — это мощное и разрушительное атмосферное явление, представляющее собой быстро вращающийся столб воздуха, образующийся в условиях сильных бурь.

Торнадо способно привести к разрушению зданий, вырыванию деревьев с корнем, иными разрушениями и даже потерями человеческих жизней.

Вот несколько свидетельств очевидцев, видевших торнадо:

1. «Я никогда не видел ничего подобного. Внезапно небо стало темным, и я услышал громкий рев ветра. Потом на горизонте появилась огромная воронка, вращающаяся с ужасающей скоростью.

Торнадо приближалось, сметая все на своем пути. Это было страшно и впечатляюще одновременно». — Джон, очевидец.

2. «Мы были в нашем доме, когда услышали сильный шум и тряску. Мы выглянули в окно и увидели огромную воронку, двигающуюся по направлению к нам. Все вокруг начало лететь в воздухе, и мы сразу поняли, что это торнадо.

Нам удалось укрыться в безопасной комнате, и мы видели, как дома наших соседей было полностью разрушены.» — Сара, очевидец.

3. «Я работал на поле, когда заметил странное облако над горизонтом. Вскоре я понял, что это был торнадо. Я увидел, как оно приближалось к нам, и сразу же убежал в безопасное место.

Через несколько минут я взглянул в сторону, и увидел, что наше поле превратилось в полную разруху. Это было невероятное зрелище, которое я никогда не забуду». — Майкл, очевидец.

Торнадо — это мощное явление природы, вызывающее у людей трепет и ужас. Оно напоминает нам о силе природы и нашей уязвимости перед ней.

4. «Я был на автостраде, когда вдруг передо мной возник торнадо. Ветер стал нестерпимо сильным, и я видел, как он вырывает деревья и сносит столбы электропередач.

Я испытал ужас и трепет, наблюдая за этим разрушительным силой природы. Это было самое потрясающее и одновременно пугающее зрелище в моей жизни». — Алекс, очевидец.

4. «Я живу в прибрежном городе, и мы часто сталкиваемся с сильными бурями. Но торнадо, которое я видел, было чем-то совершенно иным.

Я стоял на берегу и наблюдал, как огромный воронка образовывается над водой и приближается к нам. Волны были высокие, деревья сгибались под силой ветра, а тучи кружились вокруг. Это было захватывающее и одновременно пугающее зрелище».- Елена, очевидец.

5. «Я живу в сельской местности, и торнадо — нечто, с чем мы регулярно сталкиваемся. Но когда-то я увидел торнадо, которое было просто невероятным.

Оно прокатилось по полю, подняв облака пыли и снося все на своем пути. Я испытал смесь ужаса и восхищения перед этой мощью природы». — Петр, очевидец.

Торнадо остается одним из самых поразительных и опасных природных явлений, и свидетельства очевидцев помогают нам осознать его разрушительную силу и воздействие на окружающую среду и людей.

Гипотезы и торнадо

Еще ни одна из предложенных гипотез так и не могла объяснить: почему, круша все на своем пути, смерч, проходя вблизи, скажем, горящей керосиновой лампы, может даже не колебать ее пламя?

Однажды домик, в котором была девочка Элли и ее щенок Тотошка, подхватил могучий вихрь и перенес за горы в волшебную страну. Все, что происходило потом, автор сказки «Волшебник изумрудного города», конечно, придумал.

Волшебник изумрудного города

Но вот вихрь — событие вовсе не сказочное. Обычно, подобную стихию называют смерчем, а в западной литературе — торнадо.

Он зарождается из материнского, или, еще говорят, смерчевого, облака, спускается вниз до земли в виде длинного хобота, внутри которого быстро вращается воздух.

Средние размеры облака — примерно 4 — 5 км в высоту и 5 — 10 км в поперечнике. Длина хобота, или, говоря научным языком столба, составляет обычно несколько сот метров.

Свидетельства очевидцев

Детальное описание его внутренней части дал один американский фермер. Стоя у входа в убежище, он наблюдал за приближающимся по равнине смерчем. Вблизи от убежища столб приподнялся над землей и прошел над фермером.

«Большая лохматая воронка повисла прямо над моей головой. Кругом все неподвижно. Из конуса воронки шел скрипящий, шипящий звук. Я взглянул вверх и, к своему удивлению, увидел сердце смерча.

Надо мной была само полость диаметром 30 — 70 м, шедшая кверху на расстояние около километра. Стены полости были образованы вращающимися облаками, а сама она освещалась не прерывным блеском молний, зигзагом перескакивавших с одной стены на другую»…

Смерч - могучая сила природы - свидетельства очевидцев — Смерч — могучая сила природы — свидетельства очевидцев

Давление во внутренней полости смерча, как показали многочисленные наблюдения и измерения, сильно понижено. Поэтому, когда она соприкасается с домом с запертыми дверями и закрытыми окнами, дом тот буквально взрывается от перепада давления.

До сих пор остается невыясненным, почему столб имеет плотную, резко очерченную внешнюю границу, подобно упругой стене. А ведь именно этой особенностью объясняются некоторые специфические проявления торнадо.

В Канзасе 9 октября 1913 года смерч прошел по небольшому саду. Вырвал с корнем крупную яблоню и разорвал ее на куски. В метре от яблони стоял улей с пчелами — он остался невредим.

В штате Оклахома смерч унес двухэтажный деревянный дом вместе с семьей фермера. Жилище развалилось, люди погибли. В дом вела трехступенчатая лестница, рядом с ней была прислонена к стене скамейка. И та и другая остались на месте.

Мало того, недалеко от лестницы стоял старенький «фордик», а под деревом на столе — горевшая керосиновая лампа. У машины смерч вырвал два задних колеса, но кузов не тронул. Лампа же горела.

В 1904 году смерч обрушился на Москву, неся большие разрушения. Но если верить газетным репортерам, он сумел перенести живым и невредимым мальчика на 10 км.

Между прочим, очевидцев поразила поистине библейская картина: смерч, пересекая Москву-реку, высасывал воду до самого дна, та не успевала смыкаться, и какое-то время в ней сохранялась траншея.

Механизм образования смерча или торнадо

Перечисление зафиксированных загадочных проявлений смерча заняло бы много места. Поэтому перейдем к вопросу — что мы знаем о нем?

Механизм образования материнского облака в принципе известен. Почему из него начинает опускаться хобот, можно объяснить разной плотностью облака и окружающего воздуха.

А как понять, что вращение передается по всему хоботу, будто это не воздушный столб, а резиновый шланг? Заметим, если сам смерч, как цельное образование, двигается сравнительно медленно — 40 — 60 км/ч, то образующие его воздушные массы вращаются несравнимо быстрее.

Прямые инструментальные измерения, проведенные в последнее время, фиксируют скорость 500 км/ч. При этом возникает давление более 1 т/м².

Однако отверстия без трещин, пробитые галькой в стекле, стволы деревьев, проткнутые щепками, и прочие подобные факты заставляют предполагать, что зачастую скорость внутри смерча значительно выше.

Оставался необъяснимым и феномен разрыва скорости на границе быстро вращающегося столба и окружающей его атмосферы. Не было ответа и на вопрос: какими силами поддерживается встречное движение воздуха внутри хобота – по его оси вверх, а на периферии – вниз?

Все эти эффекты не укладываются в те уравнения гидроаэродинамики, которыми описывают движение жидкости и газа. Специалисты знают — они составлены в предположении, что в сплошной среде отсутствуют внутренние моменты.

То есть к данному ее объему практически невозможно приложить пару сил, как это происходит, скажем, когда мы вертим пальцами деревянный кубик.

Перемещение твердого тела описывается шестью уравнениями тремя поступательного движения и тремя вращательного (относительно трех координат). А в механике сплошных сред последними пренебрегают.

И вот, оказывается, применительно к смерчу такое упрощение недопустимо. Здесь уместна аналогия с игрушкой — юлой. Стоящую легко наклонить набок, то есть, прибегая к специальной терминологии, можно сказать, что момент ее инерции пренебрежимо мал.

Иное дело, когда она крутится. Теперь уже для наклона ее оси потребуется ощутимое усилие — момент инерции значительно возрос. Его надо учитывать при описании пространственного перемещения юлы, следовательно, пренебрегать последними тремя уравнениями нельзя.

Каждая отдельно взятая вихревая нить при отклонении от вертикали создает тягу внутри столба вверх, а снаружи — вниз.

Примерно то же самое происходит и с объемом быстро вращающегося воздуха. Он приобретает свойство упругости в смысле реакции на приложенные к нему моменты сил.

Если такие, условно говоря, раскрученные юлы сцепить в гирлянду, то получится прообраз вихревой нити. И ведет она себя подобно вращающемуся резиновому жгуту.

Я привел это сравнение, чтобы не утомлять читателя точными математическими выкладками с учетом, как уже упоминалось, обычно отбрасываемых уравнений вращательного движения. Построенная таким образом теория полностью подтверждает правомерность выбранной аналогии.

Теперь обратимся к экспериментам с вихревыми камерами. Продувая сквозь них под определенным давлением воздух, можно смоделировать некое подобие смерча.

Течение в камерах распадается на большое количество вихревых нитей (говорят еще — дискретных вихрей), к каждой из которых применимы полученные из новой теории соотношения.

Поперечный разрез столба смерча выглядит как подшипник. Роль шариков играют упругие вихревые нити, вращающиеся одновременно и вокруг своих осей, и вокруг общей центральной. Природа пошла по пути наименьшего сопротивления, заменив трение скольжения трением качения.

Существуют кинограммы, показывающие, что все эти вихри имеют винтовую геометрию и, помимо вращения вокруг собственных осей, совместно вращаются вокруг общей. Добавим, что в опытах регистрируется также течение по этой оси навстречу вдуваемому воздуху.

Но вернемся к нашему смерчу. На некоторых фотографиях отчетливо видно, что его наружная поверхность имеет винтообразные выступы. Это и есть упоминавшиеся нами вихревые нити.

На тех участках, где они не совпадают с вертикалью, вращение каждой отдельной нити создает течение воздуха вверх — внутри столба и вниз — на его периферии.

Дискретный вихрь катится по окружающему воздуху так же, как обычное колесо по земле.

И наконец, упругость таких дискретных вихрей объясняет удивительную устойчивость разрыва скорости на внешней границе столба. В поперечном разрезе он представляет собой как бы подшипник, который катится, используя трение качения, а не скольжения.

Вот почему смерч не увлекает в бурное вращение соприкасающийся с ним воздух и, даже пройдя рядом с керосиновой лампой, не гасит ее.

Какой же практический результат могут дать наши знания об «анатомии» смерча? Помогут ли они избежать создаваемых им опасностей?

Поскольку материальным и энергетическим источником смерча выступает материнское облако, то его уничтожение предотвратило бы и возникновение разрушительного хобота.

Это можно осуществить, обработав облако специальным реагентом, вызывающим конденсацию влаги и выпадение дождя. Подобные операции не редкость, например расстрел туч с самолета.

Самым опасным считается смерч, порожденный низколетящей тучей.

Сейчас, чтобы избежать нежелательного града над полями или садами, а раньше нередко и для того, чтобы диктор по радио и ТВ лишний раз подчеркнул: «… будто сама природа решила встретить праздник доброй солнечной улыбкой».

Но такой метод недешево обходится. К тому же неизвестно, какое облако грозит стать смерчевым, а какое нет, и разгонять тучи в небе придется вхолостую. Думаю, более рационально ликвидировать смерч уже после его зарождения.

Место примыкания столба к облаку, если так можно сказать, — наиболее нагруженная часть конструкции смерча. Через нее крутящий момент передается от облака хоботу. Ее разрушение приведет к распаду опасного вихря.

Изменив равновесие между центробежными силами, действующими из-за вращения столба на его стенки, и центростремительными — из-за пониженного давления в середине, мы оторвем хобот от облака.

Для этого достаточно произвести в верхней части столба взрыв или сжечь некоторый объем топлива. Причем мину, которая разрушит смерч, сам же он благодаря своей всасывающей способности и доставит к месту назначения.

Завершая, хотел бы добавить, что теория действия смерча может послужить созданию новых типов пылесосов, погрузочно — разгрузочных устройств для сыпучих материалов, хлопкоуборочных машин и тому подобной техники.