45
Вихри…
на патефоне
Кандидат физико-математических наук
В. М. БУБНОВ
В настоящие время у физиков заметно повышался интерес к изучению движения движения жидкости и газа. И это не случайно. Уже давно известно, например, что именно вхревое движение циклонов и антициклонов в атмосфере определяет погоду на Земле.* (Теперь с аналогичной картиной столкнулись и океанологи.**) Оказалось, что океан, как и атмосфера, весь произан вихрями (самых разных размеров — от сантиметров до сотен kilометров), и если их не учесть, это приведет к неправильному пониманию многих важных явлений.
Чем же характеризуется вхревое движение? Главное — наличие врача
шательного движения относительно некоторых центра, которое, в свою очередь, также может движения. Дополнительно к вхревному могут быть и другие виды движения, и в зависимости от этого вхри могут быть или плоскими (например, циклон часто можно рассматривать как плоский вхрь, так как его горизонтальные размеры много больше вертикальных), или такими, в которых вертикальные движения созмерны с горизонтальными (смерчи, тайфуны, «пыльные дьявойы» и т.п.).
Естественно, что существует общие закономерности для вхревых движения, неависимо от их размеров. Изучение этих закономерностей позволяет ответить на многие важные вопросы: в какую сторону будет движения тайфун? как изменится погода за счет взаимодействия двух циклонов? Попробуем рассмотреть некоторые особенности вхревых движения в простых «домашних» экспериментах.
Для проведения этих экспериментов требуется банка, в котором можно найти воду, и проигрыватель. Банка должна иметь вертикальные, желательное пространство, стенки, а проигрыватель — скорость вхшения 33 об/мин. Наливаем в банку теплой воды и устанавливаем ее на проигрыватель.
46
ватель. Включаем его и наблюдаем за движением жидкости в банке.
Сначала проискодит постепенное раскрутивание жидкости, а через несколько минут жидкость в банке разбиается на отдельные выходи — в системе установливается картина движений, изображенная на рисунке 1. Естественно, что в процессе воды увидеть эту картину нельзя, поэтому надо как-то сделать эти движения видимыми. Самое простое — аккуратно капнуть в воду чернил или зеленики, для более эффективной картины на поверхности жидкости можно насыпать мелкий краситель. Прежде чем изучать свойства этойвижовой системы, попробуем ответить на вопрос: почему в теплой воде, врашшейся с постоянной скоростью, образуется выходи?
Тепляя жидкость, напитая в открытую банку, непрерывно испаряется. За счет испарения на поверхности жидкости непрерывно образуется тонкая холодная плена, которая обладает большей плотностью, чем остальная жидкость. Эта холодная вода стремится опуститься вниз, причем в нерашающейся жидкости такое опускание носит нерегулярный характер и плена «стекает» отдельными струйками — «термиками». Таким образом в жидкость проискодит непрерывное конвективное перемешивание *),
*) О конвекции (о ее возникновении и условиях существования) и о том, как благодаря конвекции неупорядоченные системы приходит в упорядоченное состояние, можно прочитать в статье Е. Е. Городецкого и В. С. Есипова «Конвекция и самоорганизующая система» («Квант», 1985, № 9).