Турбоветрилото е морско задвижващо устройство от роторен тип, което създава тяга от вятърна енергия благодарение на физичен феномен, известен като ефекта на Магнус.

Турбоветрилото работи въз основа на физически процес, който възниква, когато течност или газ тече около въртящо се цилиндрично или кръгло тяло, известен като ефекта на Магнус. Феноменът получава името си от името на пруския учен Хайнрих Магнус, който го описва през 1853 г.

Нека си представим топка или цилиндър, които се въртят в поток от газ или течност, които ги измиват. В този случай цилиндричното тяло трябва да се върти по своята надлъжна ос. По време на този процес възниква сила, чийто вектор е перпендикулярен на посоката на потока. Защо се случва това? От страната на тялото, където посоката на въртене и векторът на потока съвпадат, скоростта на въздуха или течната среда се увеличава, а налягането, в съответствие със закона на Бернули, намалява. От противоположната страна на тялото, където векторите на въртене и поток са многопосочни, скоростта на средата намалява, сякаш се забавя, а налягането се увеличава. Разликата в налягането, възникваща от противоположните страни на въртящо се тяло, генерира напречна сила. В аеродинамиката тя е известна като подемна сила, която поддържа кораби, по-тежки от въздуха, в полет. При роторните платна това е сила с вектор, перпендикулярен на посоката на вятъра, действаща върху роторно платно, монтирано вертикално на палубата и въртящо се по надлъжната ос.

Въртящи се платна Flettner

Описаният физически феномен е използван от немския инженер Антон Флетнер при създаването на нов тип корабен двигател. Неговото роторно платно приличаше на въртящи се цилиндрични вятърни кули. През 1922 г. изобретателят получава патент за своето устройство, а през 1924 г. първият ротационен кораб в историята, преустроената шхуна Bukau, напуска запасите.
Турбоветрилата Bukau се задвижваха от електрически двигатели. От страната, където повърхността на ротора се върти към вятъра, в съответствие с ефекта на Магнус, се създава зона с повишено налягане, а от противоположната страна - намалена. В резултат на това възникна тяга, която премести кораба, при наличие на страничен вятър. Flettner постави плоски плочи върху роторните цилиндри за по-добра ориентация на въздушния поток около цилиндъра. Това направи възможно удвояването на движещата сила. Въртящ се кух метален цилиндър-ротор, който използва ефекта на Магнус за създаване на странична тяга, впоследствие е кръстен на своя създател.

При тестване турбоветрилата на Flettner се представиха отлично. За разлика от конвенционалната платноходка, силният страничен вятър само подобри работата на експерименталния кораб. Два цилиндрични ротора направиха възможно по-доброто балансиране на кораба. В същото време, чрез промяна на посоката на въртене на роторите, беше възможно да се промени движението на кораба напред или назад. Разбира се, най-благоприятната посока на вятъра за създаване на тяга беше строго перпендикулярна на надлъжната ос на кораба.

Турбоветрило от Кусто

Платноходките са построени през 20-ти век и все още се строят през 21-ви. Съвременните платна са изработени от по-леки и по-здрави синтетични материали, а ветроходната платформа се сгъва бързо от електрически двигатели, освобождавайки хората от физическа работа.

Въпреки това идеята за фундаментално нова система, която използва вятърна енергия за създаване на тяга на кораба, беше във въздуха. Той е подбран от френския изследовател и изобретател Жак-Ив Кусто. Като океанограф той беше силно впечатлен от използването на вятъра като тяга – безплатен, възобновяем и абсолютно екологичен източник на енергия. В началото на 80-те години той започва работа по създаването на такива двигатели за модерни кораби. Той взе за основа турбоветрилата на Flettner, но значително модернизира системата, правейки я по-сложна, но в същото време повишава нейната ефективност.

Каква е разликата между турбоветрило Cousteau и система за задвижване Flettner? Дизайнът на Кусто е вертикално монтирана куха метална тръба, която има аеродинамичен профил и работи на същия принцип като крило на самолет. В напречно сечение тръбата има капковидна или яйцевидна форма. Отстрани има решетки за всмукване на въздух, през които въздухът се изпомпва чрез система от помпи. И тогава ефектът на Магнус влиза в действие. Турбуленцията на въздуха създава разлика в налягането вътре и извън платното. От едната страна на тръбата се създава вакуум, а от другата се създава уплътнение. В резултат на това възниква странична сила, която кара кораба да се движи. По същество турбоветрилото е вертикално монтирано аеродинамично крило: от едната страна въздухът тече по-бавно, отколкото от другата, създавайки разлика в налягането и странична тяга. Подобен принцип се използва за създаване на повдигане на самолет. Турбоветрилото е оборудвано с автоматични сензори и е монтирано на въртяща се платформа, която се управлява от компютър. Умната машина позиционира ротора, като взема предвид вятъра и задава налягането на въздуха в системата.

Кусто за първи път тества прототип на своето турбоветрило през 1981 г. на катамарана Moulin à Vent, докато плава през Атлантическия океан. По време на пътуването катамаранът беше придружен от по-голям експедиционен кораб за безопасност. Експерименталното турбоветрило осигурява тяга, но по-малка от традиционните платна и двигатели. Освен това до края на пътуването заваръчните шевове поради умора на метала се спукаха под натиска на вятъра и конструкцията падна във водата. Самата идея обаче беше потвърдена и Кусто и колегите му се съсредоточиха върху разработването на по-голям ротационен съд, Halsion. Пуснат е на вода през 1985 г. Турбоветрилата върху него са допълнение към агрегата от два дизелови двигателя и няколко витла и позволяват спестяване на разход на гориво с една трета. Дори 20 години след смъртта на своя създател, Alsion все още е в движение и остава флагманът на флотилията Cousteau.

Турбоветрило срещу платнени крила

Дори в сравнение с най-добрите съвременни платна, турбоветрилото-ротор осигурява 4 пъти по-голям коефициент на тяга. За разлика от платноходката, силният страничен вятър не само не е опасен за ротационен кораб, но е най-полезен за неговото движение. Той се движи добре дори при попътен вятър под ъгъл от 250. В същото време кораб с традиционни платна „обича“ най-много попътен вятър.

Изводи и перспективи

Сега точни аналози на платната на Flettner са инсталирани като спомагателни двигатели на немския товарен кораб E-Ship-1. А подобреният им модел се използва на яхтата Alsion, собственост на фондацията на Жак-Ив Кусто.
По този начин в момента има два вида системи за задвижване за системата Turbosail. Конвенционално роторно платно, изобретено от Flettner в началото на 20-ти век, и неговата модернизирана версия от Jacques-Yves Cousteau. В първия модел общата сила възниква от външната страна на въртящите се цилиндри; във втората, по-сложна версия, електрическите помпи създават разлика във въздушното налягане вътре в куха тръба.

Първото турбоветрило може да задвижва кораба само при страничен вятър. Поради тази причина турбоветрилата на Flettner не са широко разпространени в световното корабостроене. Характеристика на дизайнаТурбоветрилата от Cousteau ви позволяват да получите движеща сила независимо от посоката на вятъра. Кораб, оборудван с такива пропулсори, може дори да плава срещу вятъра, което е неоспоримо предимство както пред конвенционалните платна, така и пред роторните платна. Но въпреки тези предимства системата на Кусто също не е пусната в производство.

Това не означава, че в наши дни не се правят опити идеята на Flettner да бъде реализирана. Има редица аматьорски проекти. През 2010 г. е построен третият кораб в историята след "Букау" и "Алсион" с роторни платна - 130-метров немски камион от клас Ro-Lo. Задвижващата система на кораба се състои от две двойки въртящи се ротори и няколко дизелови двигателя в случай на спокойствие и за създаване на допълнителна тяга. Роторните платна играят ролята на спомагателни двигатели: за кораб с водоизместимост 10,5 хиляди тона четири вятърни кули на палубата не са достатъчни. Тези устройства обаче могат да спестят до 40% гориво при всеки полет.
Но системата на Кусто беше несправедливо оставена в забрава, въпреки че икономическата осъществимост на проекта беше доказана. Днес Alsion е единственият пълноценен кораб с такъв тип задвижване. Изглежда неясно защо системата не се използва за търговски цели, по-специално на товарни кораби, след като позволява спестяване на до 30% дизелово гориво, т.е. пари.

П. МАНТАШЯН.

Продължаваме да публикуваме журналната версия на статията на P. N. Mantashyan „Вихри: от молекулата до галактиката“ (вижте „Наука и живот №.“). Ще говорим за торнадо и торнадо - природни образувания с огромна разрушителна сила, механизмът на тяхното възникване все още не е напълно ясен.

Наука и живот // Илюстрации

Наука и живот // Илюстрации

Чертеж от книга на американския физик Бенджамин Франклин, обясняваща механизма на торнадото.

Роувърът Spirit откри, че торнадото се появяват в тънката атмосфера на Марс и ги снима. Снимка от сайта на НАСА.

Гигантските торнада и торнадо, които се появяват в равнините на южните Съединени щати и Китай, са страхотно и много опасно явление.

Наука и живот // Илюстрации

Торнадото може да достигне километър височина, опирайки върха си върху гръмотевичен облак.

Торнадо в морето повдига и привлича десетки тонове вода заедно с морския живот и може да счупи и потопи малък кораб. В ерата на ветроходните кораби те се опитвали да унищожат торнадо, като стреляли по него от оръдия.

На снимката ясно се вижда, че торнадото се върти, извивайки въздух, прах и дъждовна вода в спирала.

Град Канзас Сити, превърнат в руини от мощно торнадо.

Сили, действащи върху тайфун в потока на пасатите.

Закон на Ампер.

Кориолисови сили върху грамофон.

Магнус ефект на масата и във въздуха.

Вихрово движение на въздуха се наблюдава не само при тайфуните. Има вихри, по-големи от тайфун - това са циклони и антициклони, най-големите въздушни вихри на планетата. Техните размери значително надвишават размера на тайфуните и могат да достигнат повече от хиляда километра в диаметър. В известен смисъл това са антиподни вихри: при тях почти всичко е обратното. Циклоните на северното и южното полукълбо се въртят в същата посока като тайфуните на тези полукълба, а антициклоните се въртят в обратна посока. Циклонът носи със себе си лошо време, придружено от валежи, докато антициклонът, напротив, носи ясно, слънчево време. Схемата за образуване на циклон е доста проста - всичко започва с взаимодействието на студени и топли атмосферни фронтове. В този случай част от топлия атмосферен фронт прониква вътре в студения под формата на вид атмосферен „език“, в резултат на което топъл въздух, по-лек, започва да се издига и в същото време протичат два процеса. Първо, молекулите на водната пара, под въздействието на магнитното поле на Земята, започват да се въртят и включват целия издигащ се въздух във въртеливото движение, образувайки гигантски въздушен водовъртеж (виж „Наука и живот” №). Второ, топлият въздух отгоре се охлажда и водните пари в него се кондензират в облаци, които падат като валежи под формата на дъжд, градушка или сняг. Такъв циклон може да развали времето за период от няколко дни до две-три седмици. Неговата „жизнена активност“ се поддържа от пристигането на нови порции влажен топъл въздух и взаимодействието му със студения въздушен фронт.

Антициклоните са свързани със спускането на въздушни маси, които в същото време се нагряват адиабатично, т.е. без топлообмен с околната среда, тяхната относителна влажност пада, което води до изпаряване на съществуващите облаци. В същото време, поради взаимодействието на водните молекули с магнитното поле на Земята, възниква антициклонално въртене на въздуха: в северното полукълбо - по часовниковата стрелка, в южното полукълбо - обратно на часовниковата стрелка. Антициклоните носят със себе си стабилно време за период от няколко дни до две-три седмици.

Очевидно механизмите на образуване на циклони, антициклони и тайфуни са идентични и специфичната енергийна интензивност (енергия на единица маса) на тайфуните е много по-голяма от тази на циклоните и антициклоните, само поради повече висока температуравъздушни маси, нагрявани от слънчева радиация.

ТОРнадо

От всички вихри, които се образуват в природата, най-мистериозните са торнадата, всъщност те са част от гръмотевичен облак. Първоначално, в първия стадий на торнадо, въртенето се вижда само в долната част на гръмотевичния облак. След това част от този облак увисва под формата на гигантска фуния, която става все по-дълга и накрая достига повърхността на земята или водата. Появява се гигантски ствол, висящ от облак, който се състои от вътрешна кухина и стени. Височината на торнадото варира от стотици метри до километър и обикновено е равна на разстоянието от дъното на облака до повърхността на земята. Характерна особеност на вътрешната кухина е намаленото налягане на въздуха в нея. Тази характеристика на торнадо води до факта, че кухината на торнадото служи като вид помпа, която може да изтегли огромно количество вода от морето или езерото, заедно с животни и растения, да ги транспортира на значителни разстояния и да ги изхвърли те надолу заедно с дъжда. Торнадото е способно да носи доста големи товари - коли, каруци, малки кораби, малки сгради, а понякога дори с хора в тях. Торнадото има гигантска разрушителна сила. Когато влезе в контакт със сгради, мостове, електропроводи и друга инфраструктура, причинява огромни разрушения.

Торнадото има максимална специфична енергийна интензивност, която е пропорционална на квадрата на скоростта на вихровите въздушни потоци. Според метеорологичната класификация, когато скоростта на вятъра в затворен вихър не надвишава 17 m/s, това се нарича тропическа депресия, но ако скоростта на вятъра не надвишава 33 m/s, тогава това е тропическа буря, а ако скоростта на вятъра е 34 m/s и повече, тогава това вече е тайфун. При мощни тайфуни скоростта на вятъра може да надхвърли 60 m/s. При торнадо, според различни автори, скоростта на въздуха може да достигне от 100 до 200 m/s (някои автори посочват свръхзвукова скорост на въздуха при торнадо - над 340 m/s). Директните измервания на скоростта на въздушните потоци в торнадото са практически невъзможни при сегашното ниво на технологично развитие. Всички устройства, предназначени да записват параметрите на торнадо, са безмилостно разбити от тях при първия контакт. Скоростта на потоците в торнадото се съди по косвени признаци, главно по разрушенията, които причиняват, или по тежестта на товарите, които носят. Освен това, отличителна чертакласическо торнадо - наличие на развит гръмотевичен облак, вид електрическа батерия, която увеличава специфичната енергийна интензивност на торнадото. За да разберем механизма на възникване и развитие на торнадо, нека първо разгледаме структурата на гръмотевичния облак.

БУРЕН ОБЛАК

В типичен гръмотевичен облак горната част е заредена положително, а основата е заредена отрицателно. Това означава, че гигантски електрически кондензатор с размери много километри се носи във въздуха, поддържан от нарастващи токове. Наличието на такъв кондензатор води до факта, че на повърхността на земята или водата, над която се намира облакът, се появява неговата електрическа следа - индуциран електрически заряд, който има знак, противоположен на знака на заряда на основата на облакът, тоест земната повърхност ще бъде положително заредена.

Между другото, експериментът за създаване на индуциран електрически заряд може да се проведе у дома. Поставете малки парчета хартия върху повърхността на масата, срешете сухата коса с пластмасов гребен и доближете гребена до поръсените парчета хартия. Всички те, вдигайки поглед от масата, ще се втурнат към гребена и ще се придържат към него. Резултатът от този прост експеримент може да се обясни много просто. Гребенът получава електрически заряд в резултат на триене с косата, а върху листчето индуцира заряд с обратен знак, който привлича листчетата към гребена в пълно съответствие със закона на Кулон.

Близо до основата на развит гръмотевичен облак има мощен възходящ поток от въздух, наситен с влага. В допълнение към диполните водни молекули, които започват да се въртят в магнитното поле на Земята, предавайки инерция на неутралните въздушни молекули, привличайки ги към ротация, има положителни йони и свободни електрони във възходящия поток. Те могат да се образуват в резултат на влиянието на слънчевата радиация върху молекулите, естествения радиоактивен фон на района и, в случай на гръмотевичен облак, поради енергията на електрическото поле между основата на гръмотевичния облак и земята ( помнете индуцирания електрически заряд!). Между другото, поради индуцирания положителен заряд на повърхността на земята, броят на положителните йони в потока на издигащия се въздух значително надвишава броя на отрицателните йони. Всички тези заредени частици под въздействието на издигащия се въздушен поток се устремяват към основата на гръмотевичния облак. Вертикалните скорости на положителните и отрицателните частици в електрическо поле обаче са различни. Силата на полето може да се оцени чрез потенциалната разлика между основата на облака и повърхността на земята - според измерванията на изследователите тя е няколко десетки милиона волта, което при височина на основата на гръмотевичния облак от един до два километра, дава сила на електрическото поле от десетки хиляди волта на метър. Това поле ще ускори положителните йони и ще забави отрицателните йони и електрони. Следователно за единица време през напречното сечение на възходящия поток ще преминат повече положителни заряди, отколкото отрицателни. С други думи, ще възникне електрически ток между земната повърхност и основата на облака, въпреки че би било по-правилно да се говори за огромен брой елементарни токове, свързващи земната повърхност с основата на облака. Всички тези течения са успоредни и текат в една и съща посока.

Ясно е, че според закона на Ампер те ще взаимодействат помежду си, а именно ще се привличат. От курса на физиката е известно, че силата на взаимно привличане на единица дължина на два проводника с електрически токове, протичащи в една и съща посока, е право пропорционална на произведението на силите на тези токове и обратно пропорционална на разстоянието между проводниците.

Привличането между два електрически проводника се дължи на силите на Лоренц. Електроните, движещи се във всеки проводник, се влияят от магнитното поле, създадено от електрическия ток в съседния проводник. Върху тях действа силата на Лоренц, насочена по права линия, свързваща центровете на проводниците. Но за да възникне силата на взаимно привличане, наличието на проводници е напълно ненужно - самите токове са достатъчни. Например две частици в покой, които имат еднакъв електрически заряд, се отблъскват взаимно съгласно закона на Кулон, но едни и същи частици, движещи се в една и съща посока, се привличат, докато силите на привличане и отблъскване се балансират взаимно. Лесно се вижда, че разстоянието между частиците в равновесно положение зависи само от тяхната скорост.

Благодарение на взаимното привличане на електрически токове, заредените частици се втурват към центъра на гръмотевичния облак, като по пътя си взаимодействат с електрически неутрални молекули и също ги преместват към центъра на гръмотевичния облак. Площта на напречното сечение на възходящия поток ще намалее няколко пъти и тъй като потокът се върти, съгласно закона за запазване на ъгловия импулс, неговата ъглова скорост ще се увеличи. Същото нещо ще се случи с възходящия поток като с фигуристка, която, въртейки се на леда с протегнати ръце, ги притиска към тялото си, карайки скоростта на въртене рязко да се увеличи (пример от учебниците по физика, който можем да гледаме на телевизия!). Такова рязко увеличаване на скоростта на въртене на въздуха в торнадо с едновременно намаляване на диаметъра му ще доведе до съответно увеличение на линейната скорост на вятъра, която, както беше споменато по-горе, може дори да надвиши скоростта на звука.

Именно наличието на гръмотевичен облак, чието електрическо поле разделя заредените частици по знак, води до факта, че скоростите на въздушните потоци в торнадо надвишават скоростите на въздушните потоци в тайфун. Образно казано, гръмотевичният облак служи като вид „електрическа леща“, в чийто фокус се концентрира енергията на възходящ поток от влажен въздух, което води до образуването на торнадо.

МАЛКИ ВОРТЕКСИ

Съществуват и вихри, чийто механизъм на образуване по никакъв начин не е свързан с въртенето на диполна водна молекула в магнитно поле. Най-често срещаните сред тях са праховите дяволи. Образуват се в пустинни, степни и планински райони. По размери те отстъпват на класическите торнада, височината им е около 100-150 метра, а диаметърът им е няколко метра. За образуването на прахови дяволи е необходимо условие пустинна, добре загрята равнина. Веднъж образуван, такъв вихър съществува за доста кратко време, 10-20 минути, като през цялото това време се движи под въздействието на вятъра. Въпреки факта, че въздухът в пустинята практически не съдържа влага, неговото въртеливо движение се осигурява от взаимодействието на елементарни заряди с магнитното поле на Земята. Над равнина, силно нагрята от слънцето, възниква мощен възходящ поток от въздух, част от молекулите на който под въздействието на слънчевата радиация и особено нейната ултравиолетова част се йонизират. Фотоните на слънчевата радиация избиват електрони от външните електронни обвивки на въздушните атоми, образувайки двойки положителни йони и свободни електрони. Поради факта, че електроните и положителните йони имат значително различни маси с еднакви заряди, техният принос за създаването на ъглов момент на вихъра е различен и посоката на въртене на праховия вихър се определя от посоката на въртене на положителните йони . Такава въртяща се колона от сух въздух, докато се движи, повдига прах, пясък и малки камъчета от повърхността на пустинята, които сами по себе си не играят никаква роля в механизма на образуване на прахови вихри, а служат като своеобразен индикатор за въртене на въздуха.

Въздушните вихри, доста рядко природно явление, също са описани в литературата. Те се появяват в най-горещото време на деня по бреговете на реки или езера. Животът на такива вихри е кратък, те се появяват неочаквано и изчезват също толкова внезапно. Очевидно за тяхното създаване допринасят както водните молекули, така и йоните, образувани в топъл и влажен въздух поради слънчевата радиация.

Много по-опасни са водните вихри, чийто механизъм на образуване е подобен. Запазено е описанието: „През юли 1949 г. в щата Вашингтон, в един топъл слънчев ден под безоблачно небе, на повърхността на езерото се появи висок стълб от водни пръски. Съществуваше само няколко минути, но имаше значителна повдигаща сила. Приближавайки се до брега на реката, той вдигна доста тежка моторна лодка с дължина около четири метра, пренесе я на няколко десетки метра и, като се удари в земята, я разби на парчета. Водните водовъртежи се срещат най-често там, където повърхността на водата е силно нагрята от слънцето - в тропическите и субтропичните зони."

По време на големи пожари могат да възникнат завихрящи се въздушни потоци. Такива случаи са описани в литературата, представяме един от тях. „Още през 1840 г. горите са били изсечени за полета в Съединените щати. Огромно количество храсти, клони и дървета бяха изхвърлени на голяма поляна. Те бяха запалени. След известно време пламъците на отделните огньове се събираха, образувайки огнен стълб, широк в долната част, заострен на върха, висок 50 - 60 метра. Още по-високо огънят отстъпи място на дим, който се издигна високо в небето. Вихрушката от огън и дим се въртеше с невероятна скорост. Величествената и ужасяваща гледка беше придружена от силен шум, напомнящ на гръм. Силата на вихрушката беше толкова голяма, че вдигна големи дървета във въздуха и ги отхвърли настрани.

Нека разгледаме процеса на образуване на огнено торнадо. При изгаряне на дърва се отделя топлина, която частично се превръща в кинетична енергия на възходящия поток от нагрят въздух. По време на горенето обаче протича друг процес - йонизация на въздуха и продуктите от горенето.

гориво. И въпреки че като цяло нагрятият въздух и горивните продукти на горивото са електрически неутрални, в пламъка се образуват положително заредени йони и свободни електрони. Движението на йонизирания въздух в магнитното поле на Земята неизбежно ще доведе до образуването на огнено торнадо.

Бих искал да отбележа, че вихровото движение на въздуха се случва не само при големи пожари. В книгата си „Торнадо“ Д. В. Наливкин задава въпросите: „Вече сме говорили повече от веднъж за мистериите, свързани с вихрите с малки размери, опитвайки се да разберем защо всички вихри се въртят? Възникват и други въпроси. Защо при изгаряне на слама загрятият въздух не се издига праволинейно, а спираловидно и започва да се върти. Горещият въздух се държи по същия начин в пустинята. Защо просто не се качва без прах? Същото се случва с водни пръски и пръски, когато горещ въздух се втурва по повърхността на водата.

Има вихри, които възникват по време на вулканични изригвания, например, те са наблюдавани над Везувий. В литературата те се наричат ​​пепелни вихри - във вихровото движение участват облаци пепел, изригнали от вулкан. Механизмът за образуване на такива вихри в общи линии е подобен на механизма за образуване на огнени торнада.

Нека сега видим какви сили действат върху тайфуните в бурната атмосфера на нашата Земя.

СИЛА НА КОРИОЛИС

Тяло, което се движи във въртяща се отправна система, например върху повърхността на въртящ се диск или топка, е обект на инерционна сила, наречена сила на Кориолис. Тази сила се определя от векторния продукт (номерирането на формулите започва в първата част на статията)

F K =2M[ VΩ], (20)

Където М- телесна маса; V е векторът на скоростта на тялото; Ω - вектор на ъгловата скорост на въртене на отправната система, в случая глобус- ъглова скорост на въртене на Земята, и [VΩ] - тяхното векторно произведение, което в скаларна форма изглежда така:

F l = 2M | V | | Ω | sin α, където α е ъгълът между векторите.

Скоростта на тялото, движещо се по повърхността на земното кълбо, може да се разложи на две компоненти. Едната от тях лежи в равнина, допирателна към топката в точката, където се намира тялото, с други думи, хоризонталната компонента на скоростта: втората, вертикалната компонента е перпендикулярна на тази равнина. Силата на Кориолис, действаща върху тялото, е пропорционална на синуса на географската ширина на неговото местоположение. Тяло, движещо се по меридиан в която и да е посока в северното полукълбо, е подложено на силата на Кориолис, насочена надясно в своето движение. Именно тази сила кара десните брегове на реките в Северното полукълбо да се отмиват, независимо дали текат на север или на юг. В южното полукълбо същата сила е насочена наляво при движение и реките, течащи в меридионална посока, отмиват левите брегове. В географията това явление се нарича закон на Беер. Когато коритото на реката не съвпада с меридионалната посока, силата на Кориолис ще бъде по-малка с косинуса на ъгъла между посоката на речния поток и меридиана.

Почти всички изследвания, посветени на образуването на тайфуни, торнадо, циклони и всички видове вихри, както и по-нататъшното им движение, показват, че именно силата на Кориолис служи като първопричина за тяхното възникване и че тя определя траекторията на тяхното възникване. движение по повърхността на Земята. Въпреки това, ако силата на Кориолис участваше в създаването на торнадо, тайфуни и циклони, тогава в Северното полукълбо те биха имали дясно въртене по часовниковата стрелка, а в Южното полукълбо ляво въртене, т.е. обратно на часовниковата стрелка. Но тайфуните, торнадата и циклоните в Северното полукълбо се въртят наляво, обратно на часовниковата стрелка, а в Южното полукълбо - надясно, по посока на часовниковата стрелка. Това абсолютно не отговаря на посоката на въздействие на силата на Кориолис, освен това е точно противоположна на нея. Както вече беше споменато, големината на силата на Кориолис е пропорционална на синуса на географската ширина и следователно е максимална на полюсите и отсъства на екватора. Следователно, ако допринесе за създаването на вихри с различни мащаби, тогава те най-често биха се появили в полярните ширини, което напълно противоречи на наличните данни.

По този начин горният анализ убедително доказва, че силата на Кориолис няма нищо общо с процеса на образуване на тайфуни, торнадо, циклони и всички видове вихри, чиито механизми на образуване бяха обсъдени в предишните глави.

Смята се, че именно силата на Кориолис определя траекториите им, още повече че в Северното полукълбо тайфуните като метеорологични образувания по време на движението си се отклоняват надясно, а в Южното полукълбо - наляво, което съответства на посоката на действието на силата на Кориолис в тези полукълба. Изглежда, че причината за отклонението на траекториите на тайфуна е открита - това е силата на Кориолис, но нека не бързаме със заключенията. Както бе споменато по-горе, когато тайфун се движи по повърхността на Земята, силата на Кориолис ще действа върху него, като един обект, равна на:

F к = 2MVΩ sin θ cos α, (21)

където θ е географската ширина на тайфуна; α е ъгълът между вектора на скоростта на тайфуна като цяло и меридиана.

Да открия истинската причинаотклонения на траекториите на тайфуна, нека се опитаме да определим големината на силата на Кориолис, действаща върху тайфуна, и да я сравним с друга, както ще видим сега, по-реална сила.

СИЛАТА НА МАГНУС

Тайфун, движен от попътен вятър, ще бъде повлиян от сила, която, доколкото е известно на автора, все още не е разглеждана от никой изследовател в този контекст. Това е силата на взаимодействие на тайфуна, като отделен обект, с въздушния поток, който движи този тайфун. Ако погледнете снимката, изобразяваща траекториите на тайфуните, ще стане ясно, че те се движат от изток на запад под влиянието на постоянно духащи тропически ветрове, пасати, които се образуват в резултат на въртенето на земното кълбо. В същото време попътният вятър не само носи тайфуна от изток на запад. Най-важното е, че тайфунът, разположен в пасата, се влияе от сила, причинена от взаимодействието на въздушните потоци на самия тайфун с въздушния поток на пасата.

Ефектът от появата на напречна сила, действаща върху тяло, въртящо се в поток от течност или газ, който се натъква върху него, е открит от немския учен Г. Магнус през 1852 г. Проявява се във факта, че ако въртящ се кръгъл цилиндър обтича безвъртежен (ламинарен) поток, перпендикулярен на неговата ос, тогава в тази част на цилиндъра, където линейната скорост на повърхността му е противоположна на скоростта на насрещния поток, се появява зона с високо налягане. А от противоположната страна, където посоката на линейната скорост на повърхността съвпада със скоростта на настъпващия поток, има зона с ниско налягане. Разликата в налягането от противоположните страни на цилиндъра поражда силата на Магнус.

Изобретателите са се опитали да използват силата на Магнус. Проектиран, патентован и построен е кораб, на който вместо платна са монтирани вертикални цилиндри, въртящи се от двигатели. Ефективността на такива въртящи се цилиндрични „платна“ в някои случаи дори надвишава ефективността на конвенционалните платна. Ефектът на Магнус се използва и от футболисти, които знаят, че ако при удряне на топката й придадат въртеливо движение, тогава нейната траектория на полета ще стане криволинейна. С такъв удар, който се нарича „сух лист“, можете да изпратите топката във вратата на противника почти от ъгъла на футболното игрище, разположен в съответствие с вратата. Волейболистите, тенисистите и играчите на пинг-понг също въртят топката при удар. Във всички случаи движението на извита топка по сложна траектория създава много проблеми на противника.

Да се ​​върнем обаче на тайфуна, движен от попътния вятър.

Пасатите, стабилни въздушни течения (които духат постоянно повече от десет месеца в годината) в тропическите ширини на океаните, покриват 11 процента от площта им в Северното полукълбо и до 20 процента в Южното полукълбо. Основната посока на пасатите е от изток на запад, но на надморска височина от 1-2 километра те се допълват от меридионални ветрове, духащи към екватора. В резултат на това в Северното полукълбо пасатите се движат на югозапад, а в Южното полукълбо

На северозапад. Търговските ветрове станаха известни на европейците след първата експедиция на Колумб (1492-1493), когато нейните участници бяха изумени от стабилността на силните североизточни ветрове, които пренасяха каравели от бреговете на Испания през тропическите райони на Атлантическия океан.

Гигантската маса на тайфуна може да се разглежда като цилиндър, въртящ се във въздушния поток на пасата. Както вече споменахме, в южното полукълбо те се въртят по посока на часовниковата стрелка, а в северното полукълбо се въртят обратно на часовниковата стрелка. Следователно, поради взаимодействие с мощния поток от пасати, тайфуните както в Северното, така и в Южното полукълбо се отклоняват от екватора - съответно на север и на юг. Този характер на тяхното движение е добре потвърден от наблюденията на метеоролозите.

(Следва финалът.)

ЗАКОН НА АМПЕР

През 1920 г. френският физик Анре Мари Ампер експериментално открива ново явление - взаимодействието на два проводника с ток. Оказа се, че два успоредни проводника се привличат или отблъскват в зависимост от посоката на тока в тях. Проводниците са склонни да се приближават един до друг, ако токовете текат в една и съща посока (паралелни) и се отдалечават един от друг, ако токовете текат в противоположни посоки (антипаралелно). Ампер успя да обясни правилно това явление: възниква взаимодействието на магнитните полета на токовете, което се определя от „правилото на гимлета“. Ако гилзата се завинти по посока на тока I, движението на дръжката й ще покаже посоката на линиите на магнитното поле H.

Две заредени частици, летящи успоредно, също образуват електрически ток. Следователно техните траектории ще се сближават или разминават в зависимост от знака на заряда на частиците и посоката на тяхното движение.

Взаимодействието на проводниците трябва да се вземе предвид при проектирането на силнотокови електрически намотки (соленоиди) - паралелни токове, протичащи през техните завои, създават големи сили, които компресират намотката. Известни са случаи, когато гръмоотвод, направен от тръба, след удар от мълния се превръща в цилиндър: той се компресира от магнитните полета на ток на мълния със сила от стотици килоампери.

Въз основа на закона на Ампер е установена стандартната единица за ток в SI - ампер (A). Държавният стандарт „Единици на физическите величини“ определя:

„Ампер е равен на силата на тока, който при преминаване през два успоредни прави проводника с безкрайна дължина и пренебрежимо малко напречно сечение, разположени във вакуум на разстояние 1 m един от друг, би предизвикал сила на взаимодействие, равна на 2 върху участък от проводника с дължина 1 m . 10 -7 N.”

Подробности за любопитните

СИЛИ НА МАГНУС И КОРИОЛИС

Нека сравним ефекта на силите на Магнус и Кориолис върху тайфуна, като си го представим в първо приближение под формата на въртящ се въздушен цилиндър, управляван от попътния вятър. Върху такъв цилиндър действа сила на Магнус, равна на:

F m = DρHV n V m / 2, (22)

където D е диаметърът на тайфуна; ρ - пасатна плътност на въздуха; H е неговата височина; V n > - скорост на въздуха при пасат; V t - линейна скорост на въздуха при тайфун. Чрез прости трансформации получаваме

Fm = R 2 HρωV n, - (23)

където R е радиусът на тайфуна; ω е ъгловата скорост на въртене на тайфуна.

Ако приемем като първо приближение, че плътността на въздуха на пасата е равна на плътността на въздуха в тайфуна, получаваме

M t = R 2 Hρ, - (24)

където M t е масата на тайфуна.

Тогава (19) може да се запише като

F m = M t ωV p - (25)

или F m = M t V p V t / R. (26)

Разделяйки израза за силата на Магнус на израза (17) за силата на Кориолис, получаваме

F m /F k = M t V p V t /2RMV p Ω sinθ cosα (27)

или F m /F k = V t /2RΩ sinθ cosα (28)

Като се има предвид, че според международната класификация тайфунът се счита за тропически циклон, при който скоростта на вятъра надвишава 34 m/s, ние ще вземем тази най-малка цифра в нашите изчисления. Тъй като географската ширина, която е най-благоприятна за образуването на тайфуни, е 16 o, ще приемем θ = 16 o и тъй като веднага след образуването си тайфуните се движат почти по ширинни траектории, ще вземем α = 80 o. Да приемем, че радиусът на средно голям тайфун е 150 километра. Замествайки всички данни във формулата, получаваме

F m / F k = 205. (29)

С други думи, силата на Магнус е двеста пъти по-голяма от силата на Кориолис! По този начин е ясно, че силата на Кориолис няма нищо общо не само с процеса на създаване на тайфун, но и с промяната на неговата траектория.

Тайфун в попътния вятър ще бъде повлиян от две сили - гореспоменатата сила на Магнус и силата на аеродинамичния натиск на попътния вятър върху тайфуна, което може да се намери от просто уравнение

F d = KRHρV 2 p, - (30)

където K е аеродинамичният коефициент на съпротивление на тайфуна.

Лесно е да се види, че движението на тайфуна ще се дължи на действието на резултантната сила, която е сумата от силите на Магнус и аеродинамичното налягане, което ще действа под ъгъл p спрямо посоката на движение на въздуха в търговията вятър. Тангенсът на този ъгъл може да се намери от уравнението

tgβ = F m /F d (31)

Замествайки изрази (26) и (30) в (31), след прости трансформации получаваме

tgβ = V t /KV p, (32)

Ясно е, че резултантната сила F p, действаща върху тайфуна, ще бъде допирателна към неговата траектория и ако са известни посоката и скоростта на търговския вятър, тогава ще бъде възможно да се изчисли тази сила с достатъчна точност за конкретен тайфун, като по този начин се определя по-нататъшната му траектория, което ще минимизира причинените от него щети. Траекторията на тайфун може да бъде предвидена с помощта на метод стъпка по стъпка, като вероятната посока на произтичащата сила се изчислява във всяка точка от траекторията му.

Във векторна форма изразът (25) изглежда така:

Е m = М [ωV p]. (33)

Лесно се вижда, че формулата, описваща силата на Магнус, е структурно идентична с формулата за силата на Лоренц:

Е l = q .

Сравнявайки и анализирайки тези формули, забелязваме, че структурното сходство на формулите е доста дълбоко. Така левите страни на двата векторни продукта (M& #969; и р V) характеризират параметрите на обектите (тайфун и елементарна частица), а десните страни ( V n и Б) - среда (скорост на пасатите и индукция на магнитното поле).

Физическа тренировка

КОРИОЛИС НАЛАГА НА ИГРАЧ

Във въртяща се координатна система, например на повърхността на земното кълбо, законите на Нютон не са изпълнени - такава координатна система е неинерционна. В него се появява допълнителна инерционна сила, която зависи от линейната скорост на тялото и ъгловата скорост на системата. Тя е перпендикулярна на траекторията на тялото (и неговата скорост) и се нарича сила на Кориолис, кръстена на френския механик Густав Гаспар Кориолис (1792-1843), който обяснява и изчислява тази допълнителна сила. Силата е насочена по такъв начин, че за да се изравни с вектора на скоростта, тя трябва да се завърти под прав ъгъл в посоката на въртене на системата.

Можете да видите как „работи“ силата на Кориолис с помощта на електрически грамофон, като извършите два прости експеримента. За да ги изпълните, изрежете кръг от плътна хартия или картон и го поставете върху диска. Тя ще служи като въртяща се координатна система. Нека да отбележим веднага: дискът на играча се върти по посока на часовниковата стрелка, а Земята се върти обратно на часовниковата стрелка. Следователно силите в нашия модел ще бъдат насочени в посока, обратна на тези, наблюдавани на Земята в нашето полукълбо.

1. Поставете два купа книги до плейъра, точно над чинията. Поставете линийка или права лента върху книгите, така че единият й ръб да отговаря на диаметъра на диска. Ако при неподвижен диск начертаете линия по дължината на лентата с мек молив от центъра й до ръба, тогава тя естествено ще бъде права. Ако сега стартирате играча и нарисувате молив по лентата, той ще начертае извита траектория, вървяща наляво - в пълно съгласие със закона, изчислен от Г. Кориолис.

2. Изградете диапозитив от купища книги и залепете към него жлеб от дебела хартия, ориентиран по диаметъра на диска. Ако търкаляте малка топка надолу по жлеб върху неподвижен диск, тя ще се търкаля по диаметъра. И на въртящ се диск той ще се движи наляво (ако, разбира се, триенето при търкаляне е малко).

Физическа тренировка

ЕФЕКТЪТ НА МАГНУС НА МАСАТА И ВЪВ ВЪЗДУХА

1. Залепете малък цилиндър от плътна хартия. Поставете купчина книги недалеч от ръба на масата и я свържете с ръба на масата с дъска. Когато хартиеният цилиндър се търкаля надолу по получената пързалка, можем да очакваме, че той ще се движи по парабола встрани от масата. Вместо това обаче цилиндърът рязко ще огъне траекторията си в другата посока и ще полети под масата!

Неговото парадоксално поведение е напълно разбираемо, ако си припомним закона на Бернули: вътрешното налягане в поток газ или течност става по-ниско, колкото по-висока е скоростта на потока. На базата на това явление работи например пистолетът за пръскане: по-високото атмосферно налягане изстисква течност в поток от въздух с намалено налягане.

Интересното е, че човешките потоци също се подчиняват до известна степен на закона на Бернули. В метрото, на входа на ескалатора, където движението е затруднено, хората се събират в гъста, плътно сгъстена тълпа. И на бързо движещ се ескалатор те стоят свободно - „вътрешното налягане“ в потока от пътници пада.

Когато цилиндърът падне и продължи да се върти, скоростта на дясната му страна се изважда от скоростта на насрещния въздушен поток и към нея се добавя скоростта на лявата страна. Относителната скорост на въздушния поток отляво на цилиндъра е по-голяма, а налягането в него е по-ниско, отколкото отдясно. Разликата в налягането кара цилиндъра рязко да промени траекторията си и да полети под масата.

Законите на Кориолис и Магнус се вземат предвид при изстрелване на ракети, прецизна стрелба на големи разстояния, изчисляване на турбини, жироскопи и др.

2. Увийте хартиения цилиндър с хартиена или текстилна лента на няколко оборота. Ако сега рязко дръпнете края на лентата, тя ще завърти цилиндъра и в същото време ще го придвижи напред. В резултат на това, под въздействието на силите на Магнус, цилиндърът ще лети, описвайки примки във въздуха.

Странните промени в траекторията на топката изглеждат като чудо за обикновения човек. Но за професионалните футболисти, баскетболисти и играчи на билярд такива трикове са показател за умение. И тук си спомняме законите на физиката, които хвърлят такива дарове като ефекта на Магнус. Първоначално забелязан в аеродинамиката, днес този закон за промяна на траекторията на сферичен обект е намерил много широко приложение. Съвсем наскоро в интернет се появи видео, което ясно демонстрира този физически феномен на примера на баскетболна топка. Видеото получи повече от 9 милиона гледания за два дни и подхрани интереса към ефекта Магнус и неговите невероятни приложения.

Заден план

Всичко започна с факта, че пруските артилеристи не можеха да разберат защо гюлетата от техните оръдия постоянно удряха грешните места. Въртенето на ядрото в полет с център на тежестта, който не съвпада с геометричния, изкриви траекторията на полета. Исак Нютон пише за аеродинамичната сила, влияеща върху полета на въртяща се топка, а пруските командири се обръщат към известния немски учен Хайнрих Густав Магнус (1802-1870) за изясняване на криволинейните траектории на полета на топката, който през 1853 г. дава научно обяснение на това явление.

Ученият предположил, че проблемът не е в центъра на тежестта на обекта, а в неговото въртене. Той провежда серия от експерименти и въпреки че не прави никакви математически изчисления, той е първият, който доказва аеродинамичната сила, която променя траекторията на полета на въртящо се тяло.

След Магнус от тази сила се интересува Лудвиг Прандтъл (1875-1953), който измерва силата и скоростта. Най-важното му постижение е установяването на възможността за използване на получената сила върху въртящ се ротор (цилиндър), за да се осигури транслационно движение. Но на практика тази идея е реализирана от друг германец - инженер Антон Флетнер (1885-1961). Повече за роторните платна на Flettner и Cousteau малко по-късно.

Обяснението не е за физици

Имайки предвид законите на Нютоновата физика на твърдото тяло, с прости думипроцесът изглежда така. Въртящ се кръгъл обект набира скорост, въздухът пред обекта се движи в посоката на неговото въртене и се издърпва надлъжно и към центъра. От другата страна на обекта въздухът се движи в посока, обратна на посоката на въртене. В резултат на това потокът се отдалечава и обектът измества въздуха от едната страна, а въздухът от другата страна образува реципрочна сила, но в различна посока, която променя траекторията на полета на обекта. Диаграмата на процеса е показана на фигурата по-горе; това е прословутия ефект на Магнус.

Ветроход Flettner

Антон Флетнер получава немски патент за въртящ се съд на 16 септември 1922 г. И още през октомври 1926 г. истинска сензация в залива Кил е предизвикана от необичаен кораб с две големи тръби на борда и ажурна мачта. Това беше първият ротационен кораб Buckau, който напусна хелингите на корабостроителната компания Friedrich Krupp.

Flettner използва ефекта на Магнус и силата, генерирана при протичане около въртящи се цилиндри и насочена перпендикулярно на посоката на потока. От страната, където посоката на вихровия поток, създаден от въртящото се тяло, съвпада с посоката на въздушния поток, силата и скоростта на движение рязко нарастват. Именно с тези ротори, които по-късно ще бъдат кръстени на него, младият инженер Флетнер заменя платната.

Роторите на този кораб се задвижваха от електрически двигатели. Там, където роторът се върти срещу вятъра, се създава зона с повишено налягане. От другата страна - с намаление. Получената сила премести кораба.

Букау премина теста с чест. През 1925 г. той отплава от Данциг до Шотландия при метеорологични условия, когато ветроходите не смееха да излязат в морето. Пътуването беше успешно и екипажът на кораба беше намален до 10 души, срещу 20 на ветрохода.

Насилствена забрава

Пред роторите Flettner се открива светло бъдеще. Успехът на проекта беше потвърден от кораба на хамбургската компания „Барбара“. Това беше товарен лайнер, чието движение се осигуряваше от три 17-метрови ротора, задаващи скорост от 13 възела при вятър от 4-6 сили.

Въпреки очевидния успех на проекта, той беше забравен за дълго време. И има няколко причини за това. Самият Флетнер губи интерес към корабоплаването и се интересува от авиацията по време на Голямата депресия от 20-те години на миналия век.

Реанимация на кораби с роторни инсталации

Продължение на въртящия се кораб на Flettner е турбоветрилото на Jacques-Yves Cousteau. Известен изследователи борец за екологично чисти средства за транспорт през април 1885 г. пуснаха на вода кораба Alcyone, оборудван с патентовани турбоветрила, в които беше използван ефектът на Магнус. Този кораб е в движение и днес.

За съжаление, последователите на Кусто не се интересуваха много от ротационните инсталации на кораби и интересът към тях отново избледня. Те бяха запомнени с началото на петролната криза, а през 2010 г. беше пуснат трети кораб с ротационни инсталации. Това е тежкият 130-метров E-Ship 1 на Enercon с четири ротора Flettner. Днес транспортира вятърни генератори от Германия до европейските страни, издържа до 9 тона товар и достига скорост от 17 възела. Екипажът е само 15 души.

Корабните компании Wind Again (Сингапур), Wartsila (Финландия) и някои други се заинтересуваха от ротационни инсталации. Изглежда, че недостигът на петрол и тревожно затоплящият се климат ще изиграят роля за връщането на вятърното задвижване на модерните кораби.

Приложение в самолетостроенето

Използването на ефекта на Магнус в авиацията беше реализирано в различни дизайнерски решения. Най-простите форми използват крила с форма на ствол, които се въртят по време на полет. Сред основателите на тази посока е австрийският изобретател Карл Глигорин, който предложи да се инсталира обтекател на ротора, който следва формата на крилото. В Амстердам Е.Б. работи по подобни проекти. Улф, американците Джон Д. Герст и К. Попър дори са тествали своите самолети с крила във формата на шахта през 1932 г.

North American-Rockwell YOU-10A Bronco, превърнат във въртящи се валове през 1964 г., се оказа функционален. Това беше проект на професор от Перу, Алберто Алварес-Калдерон. Прототипът обаче имаше повече недостатъци, отколкото предимства.

Въпреки усилията, ефектът на Магнус не пуска корени в авиацията. Практическото използване на роторни крила е свързано с редица проблеми и все още не е икономически обосновано.

Ефектът на Магнус и вятърните турбини

Развитието на индустрията за алтернативни източници на енергия е особено важно в наше време. И в тази индустрия е използван ефектът на Магнус. Лопатковите вятърни генератори се заменят с роторни агрегати, които са най-ефективни при чести и ниски скорости на вятъра от 2-6 m/s. Те се основават на ос, около която се въртят цилиндрите. Първата подобна инсталация, произведена от Aerolla, се появи близо до Минск (Беларус) през 2015 г. Мощността му беше 100 kW, диаметърът на ротора на турбината беше 36 метра. Работи при проектна скорост на вятъра 9,5 m/s.

Работата в тази посока продължава в Новосибирския институт по приложна механика СО РАН и вече има прототипи на вятърни генератори, които използват ефекта на Магнус с мощност до 2 MW.

Не съвсем обичайна употреба

Този ефект на промяна на траекторията на топката се използва широко в спорта: топспин удари и „сух лист“ във футбола, системата Hop Up в еърсофта.

Ефектът на Магнус днес се използва широко в дизайна на самолетни модели. Например, самолет, направен от картон, електрически двигател и хартиени чаши за бързо хранене, е проектиран от канала PeterSripol.

Ефектът на Магнус се използва при производството на хвърчила. Например змия под формата на въртящо се колело, проектирана от Д. Едуардс или С. Албертсън.

Но за „ловците на урагани“ това физическо явление може да стане много опасно. Ако дъното между колата и земята не е добре уплътнено, тогава през пролуката ураганен вятър може да създаде огромна повдигаща сила, която лесно може да вдигне колата във въздуха.

Глава 3 Ефект на Магнус и сила на Лоренц

Подобно на крилото на Жуковски-Чаплигин, силата на Магнус възниква поради разликата в налягането на средния поток върху повърхността на въртящия се цилиндър. Този ефект е открит от немския учен Х. Г. Магнус през 1852 г. На фиг. Фигура 8 показва диаграма на събирането на векторите на скоростта на средния поток и повърхността на въртящия се цилиндър.

Ориз. 8. Ефект на Магнус за въртящ се цилиндър

В горната част на цилиндъра (изглед от края) посоката на движение на потока на средата и повърхността на въртящия се цилиндър съвпадат, а в долната част на цилиндъра повърхността му се движи към потока на средата. Тъй като потокът в долната част на въртящия се цилиндър се забавя от повърхността му, движеща се към потока, динамичното налягане на потока намалява и статичното налягане на средата върху повърхността се увеличава, в съответствие със закона на Бернули за общото налягане на потока. В резултат на това налягането на средата върху горната част на въртящия се цилиндър става по-малко, отколкото върху долната част на цилиндъра. Възниква повдигаща сила, както при ефекта на крило с профил на Жуковски-Чаплыгин.

Ефектът на Магнус е добре познат на футболистите и тенисистите, които го използват, за да създадат извита траектория на полета на въртяща се топка. При „въртящ удар“ топката лети направо, но се върти около оста си. По време на полет към него тече въздушна струя, която създава ефекта на Магнус и траекторията на полета е извита. В резултат на такъв удар топката лети по крива и попада на грешното място, където се очаква...

Да приемем, че сме построили затворен поток от движеща се среда (въздух, вода и т.н.), в който са поставени няколко въртящи се цилиндъра, както е показано на фиг. 9. Да приемем, че въртенето на всеки цилиндър се осигурява от независимо електрическо задвижване, с регулируема скорост и посока на въртене.

Ориз. 9. Задвижване на базата на ефекта на Магнус

За разлика от дизайна с крило, монтирано в поток от движеща се среда, тази схема има важно предимство: величината и посоката на аксиалната повдигаща сила могат да се променят чрез промяна на скоростта и посоката на въртене на цилиндрите. Скоростта и посоката на циркулиращия поток не могат да се променят, което осигурява значителни предимства в скоростта и маневреността на това превозно средство. Този тип задвижващ агрегат може да се монтира вертикално или хоризонтално, създавайки теглителна сила.

Интересна аналогия с ефекта на Магнус възниква, когато се разглежда електромагнитното явление, известно като силата на Лоренц: проводник с ток в магнитно поле е подложен на сила в посоката, показана на фиг. 10. Преди това нямаше ясно обяснение за причината за появата на тази сила. Приемайки аналогии с ефекта на Магнус, можем да интерпретираме силата на Лоренц като резултат от градиента на налягането на ефирната среда. Това беше показано за първи път в доклада през 1996 г.

Ориз. 10. Сила на Лоренц, в резултат на градиента на етерното налягане

Въпреки това, в диаграмата на фиг. 10, получаваме картина, обратна на суперпозицията на вектори, която беше показана на фиг. 8. Силата на Магнус действа върху цилиндър, въртящ се в поток от среда в посока на координирано движение на повърхността на цилиндъра и средата. На фиг. Фигура 10 показва, че силата на Лоренц действа в посоката на противоположната суперпозиция на вектори. Защо?

Факт е, че векторите на фиг. 10 са показани условно, съгласно приетите обозначения на векторите на електрическия ток (поток от положително заредени частици) и магнитното поле. Посоката на движение на реалните потоци от електрони и етерни частици (вектори на магнитното поле) се различава от конвенционалните обозначения. По принцип ефектът се създава подобно на ефекта на Магнус, поради градиента на налягането на средата поради различни относителни скорости, но електромагнитните системи използват етерната среда, а не въздух или вода.

Важно е да се отбележи, че електрон или друга заредена частица, която създава магнитно поле при движение, е въртящ се обект. Би било по-точно да се разглежда линейното му движение като спираловидна линия, дясна или лява спирала, в зависимост от знака на електрическия заряд на дадена частица материя.

За структурата на електрона е писано много, но бих искал да препоръчам на читателя работата на баща и син Поляков. Тези автори изследват в книгата си "Експериментална гравитоника" структурата на електрона и показват, че той може да бъде представен като фотон с кръгова поляризация, затворен върху себе си, тоест като динамичен процес на движение на електромагнитна вълна с кръгова поляризация в затворено тороидално пространство. По-късно ще разгледаме този въпрос по-подробно. Тук само накратко отбелязваме, че с това съображение появата на магнитно поле, когато заредена частица се движи в етера, има ясна аналогия с смущението на физическата среда, което възниква, когато въртящ се цилиндър или топка се движи в дадена среда.

Можем да кажем, че взаимодействието на външното магнитно поле, през което се движи електрически заредена частица, с нейното собствено магнитно поле отклонява частицата по същия начин, както въздушният поток отклонява въртяща се топка, а именно, поради създаването на градиент на налягане на средата върху движеща се в нея частица материя.

В този случай силите на Лоренц и силите на Ампер са външни сили по отношение на тоководещите проводници, върху които действат, тоест те могат да осигурят движението им в пространството.

Тези интересни аналогии между аеродинамиката и етердинамиката предоставят много конструктивни идеи.