Cơn lốc... trên máy hát

45

Cơn lốc…
trên máy hát

Ứng viên Khoa học Vật lý và Toán học
V. M. BUBNOV

Hiện nay, các nhà vật lý ngày càng quan tâm nhiều hơn đến việc nghiên cứu chuyển động của chất lỏng và chất khí. Và đây không phải là sự trùng hợp ngẫu nhiên. Chẳng hạn, từ lâu người ta đã biết rằng chính chuyển động xoáy của lốc xoáy và xoáy nghịch trong khí quyển sẽ quyết định thời tiết trên Trái đất.* (Bây giờ các nhà hải dương học đã gặp phải một bức tranh tương tự.**) Hóa ra, đại dương, giống như khí quyển, hoàn toàn được tạo ra bởi các xoáy (có kích thước khác nhau - từ cm đến hàng trăm km), và nếu chúng không được tính đến, điều này sẽ dẫn đến hiểu biết sai lầm về nhiều hiện tượng quan trọng.

Điều gì đặc trưng cho chuyển động quay tròn? Điều quan trọng là phải có bác sĩ

chuyển động rung chuyển so với một trung tâm nào đó, do đó, trung tâm này cũng có thể chuyển động. Ngoài chuyển động xoáy, có thể có các loại chuyển động khác, và tùy thuộc vào điều này, các xoáy có thể phẳng (ví dụ, lốc xoáy thường có thể được coi là một xoáy phẳng, vì kích thước theo chiều ngang của nó lớn hơn nhiều so với chiều dọc) hoặc các chuyển động trong đó các chuyển động theo chiều dọc tương xứng với các chuyển động theo chiều ngang (lốc xoáy, bão, “quỷ bụi”, v.v.).

Đương nhiên, có những mô hình chung cho chuyển động xoáy, bất kể kích thước của chúng. Nghiên cứu những mô hình này cho phép chúng ta trả lời nhiều câu hỏi quan trọng: bão sẽ di chuyển theo hướng nào? Thời tiết sẽ thay đổi như thế nào do sự tương tác của hai cơn bão? Chúng ta hãy thử xem xét một số đặc điểm của chuyển động xoáy trong các thí nghiệm “tại nhà” đơn giản.

Những thí nghiệm này yêu cầu một bình chứa nước và một máy ghi âm. Bình phải có chiều dọc, không gian, tường mong muốn và đầu phát phải có tốc độ quay 33 vòng/phút. Đổ nước ấm vào bình và đặt lên đầu phát.

46

vatel. Chúng tôi bật nó lên và quan sát chuyển động của chất lỏng trong bình.

Đầu tiên, chất lỏng sẽ thoát ra dần dần và sau vài phút, chất lỏng trong bình được chia thành các cửa thoát riêng biệt - mô hình chuyển động thể hiện trong hình 1 được thiết lập trong hệ thống. Đương nhiên, hình ảnh này không thể được nhìn thấy trong quá trình của nước, vì vậy chúng ta cần bằng cách nào đó làm cho những chuyển động này có thể nhìn thấy được. Cách đơn giản nhất là cẩn thận thả mực hoặc cây xanh vào nước; để vẽ hiệu quả hơn, bạn có thể rắc thuốc nhuộm mịn lên bề mặt chất lỏng. Trước khi nghiên cứu các tính chất của hệ xoáy này, chúng ta hãy thử trả lời câu hỏi: tại sao dòng chảy trong nước ấm lại quay với tốc độ không đổi?

Chất lỏng ấm khi đổ vào lọ đã mở nắp sẽ bay hơi liên tục. Do bay hơi, một màng lạnh mỏng liên tục được hình thành trên bề mặt chất lỏng, có mật độ cao hơn phần còn lại của chất lỏng. Nước lạnh này có xu hướng chìm xuống, và trong chất lỏng không co lại, quá trình hạ xuống như vậy không đều và nước “chảy xuống” thành các dòng riêng biệt - “nhiệt”. Do đó, sự trộn đối lưu liên tục sẽ xảy ra trong chất lỏng *),

*) Bạn có thể đọc về sự đối lưu (về sự xuất hiện và điều kiện tồn tại của nó) và làm thế nào, nhờ sự đối lưu, các hệ thống mất trật tự đi đến trạng thái có trật tự trong bài viết của E. E. Gorodetsky và V. S. Esipov “Sự đối lưu và một hệ thống tự tổ chức” («Kvant», 1985, Số 9).