ტურბო იალქანი არის როტორის ტიპის საზღვაო მამოძრავებელი მოწყობილობა, რომელიც ქმნის ბიძგს ქარის ენერგიისგან ფიზიკური ფენომენის წყალობით, რომელიც ცნობილია მაგნუსის ეფექტის სახელით.

ტურბოიალი მოქმედებს ფიზიკურ პროცესზე დაყრდნობით, რომელიც ხდება, როდესაც სითხე ან გაზი მიედინება მბრუნავი ცილინდრული ან მრგვალი სხეულის გარშემო, რომელიც ცნობილია მაგნუსის ეფექტის სახელით. ფენომენმა მიიღო სახელი პრუსიელი მეცნიერის ჰაინრიხ მაგნუსის სახელიდან, რომელმაც აღწერა იგი 1853 წელს.

წარმოვიდგინოთ ბურთი ან ცილინდრი, რომელიც ბრუნავს გაზის ან სითხის ნაკადში და რეცხავს მათ. ამ შემთხვევაში, ცილინდრული სხეული უნდა ბრუნავდეს მისი გრძივი ღერძის გასწვრივ. ამ პროცესის დროს წარმოიქმნება ძალა, რომლის ვექტორი პერპენდიკულარულია დინების მიმართულებაზე. Რატომ ხდება ეს? სხეულის იმ მხარეს, სადაც ბრუნვის მიმართულება და ნაკადის ვექტორი ემთხვევა, ჰაერის ან თხევადი გარემოს სიჩქარე იზრდება და წნევა, ბერნულის კანონის შესაბამისად, მცირდება. სხეულის მოპირდაპირე მხარეს, სადაც ბრუნვისა და ნაკადის ვექტორები მრავალმხრივია, საშუალო სიჩქარე მცირდება, თითქოს შენელებულია და წნევა იზრდება. მბრუნავი სხეულის მოპირდაპირე მხარეს წარმოქმნილი წნევის სხვაობა წარმოქმნის განივი ძალას. აეროდინამიკაში ცნობილია, როგორც ამწევი ძალა, რომელიც ინარჩუნებს ჰაერზე მძიმე ხომალდს ფრენის დროს. როტორული აფრების შემთხვევაში, ეს არის ქარის მიმართულების პერპენდიკულარული ვექტორის მქონე ძალა, რომელიც მოქმედებს გემბანზე ვერტიკალურად დამაგრებულ როტორ-აფრაზე და ბრუნავს გრძივი ღერძის გასწვრივ.

ფლეტნერის მბრუნავი იალქნები

აღწერილი ფიზიკური ფენომენი გამოიყენა გერმანელმა ინჟინერმა ანტონ ფლეტნერმა ახალი ტიპის საზღვაო ძრავის შექმნისას. მისი როტორული აფრები ჰგავდა მბრუნავ ცილინდრულ ქარის ელექტრო კოშკებს. 1922 წელს გამომგონებელმა მიიღო პატენტი თავისი მოწყობილობისთვის, ხოლო 1924 წელს ისტორიაში პირველმა მბრუნავმა გემმა, გადაკეთებულმა შუნერმა ბუკაუმ, აქციები დატოვა.
ბუკაუს ტურბო იალქნები ელექტროძრავებით მოძრაობდნენ. იმ მხარეს, სადაც როტორის ზედაპირი ბრუნავდა ქარისკენ, მაგნუსის ეფექტის შესაბამისად, შეიქმნა გაზრდილი წნევის არე, ხოლო მოპირდაპირე მხარეს - შემცირებული. შედეგად, გაჩნდა ბიძგი, რომელმაც გემი ამოძრავა, გვერდითი ქარის არსებობის პირობებში. ფლეტნერმა მოათავსა ბრტყელი ფირფიტები როტორ-ცილინდრების თავზე ცილინდრის გარშემო ჰაერის ნაკადის უკეთესი ორიენტაციისთვის. ამან შესაძლებელი გახადა მამოძრავებელი ძალის გაორმაგება. მბრუნავ ღრუ მეტალის ცილინდრ-როტორს, რომელიც იყენებს მაგნუსის ეფექტს გვერდითი ბიძგის შესაქმნელად, შემდგომში მისი შემქმნელის სახელი დაარქვეს.

ტესტირების დროს Flettner-ის ტურბო იალქნები შესანიშნავად მუშაობდნენ. ჩვეულებრივი მცურავი ნავისგან განსხვავებით, ძლიერი გვერდითი ქარი მხოლოდ აუმჯობესებდა ექსპერიმენტული გემის მუშაობას. ორმა ცილინდრულმა როტორმა შესაძლებელი გახადა გემის უკეთ დაბალანსება. ამავდროულად, როტორების ბრუნვის მიმართულების შეცვლით შესაძლებელი იყო გემის მოძრაობის შეცვლა წინ ან უკან. რა თქმა უნდა, ქარის ყველაზე ხელსაყრელი მიმართულება ბიძგების შესაქმნელად იყო მკაცრად პერპენდიკულარული გემის გრძივი ღერძის მიმართ.

Turbosail საწყისი Cousteau

იალქნიანი ნავები აშენდა მე-20 საუკუნეში და ახლაც შენდება 21-ში. თანამედროვე იალქნები დამზადებულია უფრო მსუბუქი და ძლიერი სინთეტიკური მასალისგან, ხოლო მცურავი მოწყობილობა სწრაფად იკეცება ელექტროძრავებით, რაც ადამიანებს ფიზიკური შრომისგან ათავისუფლებს.

თუმცა, ფუნდამენტურად ახალი სისტემის იდეა, რომელიც გამოიყენებდა ქარის ენერგიას გემის ბიძგების შესაქმნელად, ჰაერში იყო. ის ფრანგმა მკვლევარმა და გამომგონებელმა ჟაკ-ივ კუსტომ აიღო. როგორც ოკეანოგრაფს, მასზე დიდი შთაბეჭდილება მოახდინა ქარის გამოყენებამ, როგორც ბიძგს - თავისუფალი, განახლებადი და აბსოლუტურად ეკოლოგიურად სუფთა ენერგიის წყაროს. 1980-იანი წლების დასაწყისში მან დაიწყო მუშაობა თანამედროვე გემებისთვის ასეთი ამძრავების შექმნაზე. მან საფუძვლად აიღო ფლეტნერის ტურბო იალქნები, მაგრამ მნიშვნელოვნად მოახდინა სისტემის მოდერნიზება, გახადა იგი უფრო რთული, მაგრამ ამავე დროს გაზარდა მისი ეფექტურობა.

რა განსხვავებაა Cousteau-ს ტურბოიალსა და Flettner-ის მამოძრავებელ სისტემას შორის? Cousteau-ს დიზაინი არის ვერტიკალურად დამონტაჟებული ღრუ ლითონის მილი, რომელსაც აქვს აეროდინამიკური პროფილი და მუშაობს იმავე პრინციპით, როგორც თვითმფრინავის ფრთა. ჯვარედინი განყოფილებაში მილს აქვს წვეთოვანი ან კვერცხის ფორმის ფორმა. მის გვერდებზე არის ჰაერის მიმღები ცხაურები, რომლებითაც ჰაერი ტუმბოების სისტემის მეშვეობით მიედინება. შემდეგ კი მაგნუსის ეფექტი მოქმედებს. ჰაერის ტურბულენტობა ქმნის წნევის განსხვავებას აფრების შიგნით და გარეთ. მილის ერთ მხარეს იქმნება ვაკუუმი, მეორეზე კი - ბეჭედი. შედეგად წარმოიქმნება გვერდითი ძალა, რომელიც იწვევს გემის მოძრაობას. არსებითად, ტურბო იალქანი არის ვერტიკალურად დამონტაჟებული აეროდინამიკური ფრთა: ერთ მხარეს ჰაერი უფრო ნელა მიედინება, ვიდრე მეორეზე, რაც ქმნის წნევის განსხვავებას და გვერდითი ბიძგს. მსგავსი პრინციპი გამოიყენება თვითმფრინავზე ლიფტის შესაქმნელად. ტურბოიალი აღჭურვილია ავტომატური სენსორებით და დამონტაჟებულია მბრუნავ პლატფორმაზე, რომელსაც აკონტროლებს კომპიუტერი. ჭკვიანი მანქანა აყენებს როტორს ქარის გათვალისწინებით და ადგენს ჰაერის წნევას სისტემაში.

კუსტომ პირველად გამოსცადა თავისი ტურბოიალის პროტოტიპი 1981 წელს კატამარანზე Moulin à Vent ატლანტის ოკეანის გადაღმა ცურვისას. მოგზაურობის დროს კატამარანს უსაფრთხოების მიზნით უფრო დიდი საექსპედიციო ხომალდი ახლდა. ექსპერიმენტული ტურბო იალქნები უზრუნველყოფდა ბიძგს, მაგრამ ნაკლებად ვიდრე ტრადიციული იალქნები და ძრავები. გარდა ამისა, მოგზაურობის ბოლოს, ლითონის დაღლილობის გამო, შედუღების ნაკერები ქარის წნევით იფეთქება და კონსტრუქცია წყალში ჩავარდა. თუმცა, თავად იდეა დადასტურდა და კუსტომ და მისმა კოლეგებმა ყურადღება გაამახვილეს უფრო დიდი მბრუნავი ხომალდის, ჰალსიონის განვითარებაზე. იგი ამოქმედდა 1985 წელს. მასზე განთავსებული ტურბო იალქნები არის ორი დიზელის ძრავის და რამდენიმე პროპელერის აგრეგაციის დამატება და საშუალებას იძლევა დაზოგოთ საწვავის მოხმარება მესამედით. მისი შემქმნელის გარდაცვალებიდან 20 წლის შემდეგაც კი, Alsion კვლავ მოძრაობაშია და რჩება კუსტოს ფლოტილის ფლაგმანად.

ტურბოიალი ტილოს ფრთების წინააღმდეგ

საუკეთესო თანამედროვე იალქნებთან შედარებითაც კი, ტურბო იალქანი-როტორი უზრუნველყოფს ბიძგების კოეფიციენტს 4-ჯერ. იალქნიანი ნავისგან განსხვავებით, ძლიერი გვერდითი ქარი არა მხოლოდ საშიში არ არის მბრუნავი გემისთვის, არამედ ყველაზე სასარგებლოა მისი წინსვლისთვის. ის კარგად მოძრაობს საპირისპირო ქარის დროსაც კი 250 კუთხით. ამავდროულად, გემს ტრადიციული იალქნებით ყველაზე მეტად „უყვარს“ კუდის ქარი.

დასკვნები და პერსპექტივები

ახლა ფლეტნერის იალქნების ზუსტი ანალოგები დამონტაჟებულია გერმანულ სატვირთო ხომალდ E-Ship-1-ზე დამხმარე ამძრავების სახით. და მათი გაუმჯობესებული მოდელი გამოიყენება იახტა Alsion-ზე, რომელიც ეკუთვნის ჟაკ-ივ კუსტოს ფონდს.
ამრიგად, ამჟამად არსებობს ორი ტიპის მამოძრავებელი სისტემა Turbosail სისტემისთვის. ჩვეულებრივი როტორული იალქანი, რომელიც გამოიგონა ფლეტნერმა მე-20 საუკუნის დასაწყისში და მისი მოდერნიზებული ვერსია ჟაკ-ივ კუსტოს მიერ. პირველ მოდელში, წმინდა ძალა წარმოიქმნება მბრუნავი ცილინდრების გარედან; მეორე, უფრო რთულ ვერსიაში, ელექტრო ტუმბოები ქმნიან განსხვავებას ჰაერის წნევაში ღრუ მილის შიგნით.

პირველ ტურბოიალს შეუძლია გემის აყვანა მხოლოდ ქარების დროს. სწორედ ამ მიზეზის გამო, Flettner-ის ტურბო იალქნები არ გახდა ფართოდ გავრცელებული გლობალურ გემთმშენებლობაში. დიზაინის ფუნქციაკუსტოს ტურბო იალქნები საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ მამოძრავებელი ძალა ქარის მიმართულების მიუხედავად. ასეთი ამძრავებით აღჭურვილ გემს შეუძლია ქარის საწინააღმდეგოდ გაცურვაც კი, რაც უდავო უპირატესობაა როგორც ჩვეულებრივ იალქნებთან, ასევე როტორულ იალქნებთან შედარებით. მაგრამ, მიუხედავად ამ უპირატესობებისა, Cousteau სისტემა ასევე არ შევიდა წარმოებაში.

ეს არ ნიშნავს იმას, რომ ამ დღეებში არ ხდება მცდელობები ფლეტნერის იდეის განსახორციელებლად. არის არაერთი სამოყვარულო პროექტი. 2010 წელს ისტორიაში მესამე გემი, ბუკაუსა და ალსიონის შემდეგ, აშენდა როტორული იალქნებით - 130 მეტრიანი გერმანული Ro-Lo კლასის სატვირთო მანქანა. გემის მამოძრავებელი სისტემა შედგება ორი წყვილი მბრუნავი როტორისა და რამდენიმე დიზელის ძრავისგან სიმშვიდის და დამატებითი წევის შესაქმნელად. როტორული იალქნები დამხმარე ძრავების როლს ასრულებენ: გემისთვის, რომლის გადაადგილებაა 10,5 ათასი ტონა, გემბანზე ქარის ოთხი კოშკი საკმარისი არ არის. თუმცა, ამ მოწყობილობებს შეუძლიათ დაზოგონ საწვავის 40%-მდე ყოველ ფრენაზე.
მაგრამ კუსტოს სისტემა უსამართლოდ მიეცა დავიწყებას, თუმცა დადასტურდა პროექტის ეკონომიკური მიზანშეწონილობა. დღეს Alsion არის ერთადერთი სრულფასოვანი ხომალდი ამ ტიპის ძრავით. როგორც ჩანს, გაუგებარია, რატომ არ გამოიყენება სისტემა კომერციული მიზნებისთვის, განსაკუთრებით სატვირთო გემებზე, რადგან ის იძლევა დიზელის საწვავის 30%-მდე დაზოგვის საშუალებას, ე.ი. ფული.

პ. მანთაშიანი.

ჩვენ ვაგრძელებთ P.N. Mantashyan-ის სტატიის ჟურნალის ვერსიის გამოქვეყნებას „მორევები: მოლეკულიდან გალაქტიკამდე“ (იხ. „მეცნიერება და ცხოვრება No.“). ჩვენ ვისაუბრებთ ტორნადოებზე და ტორნადოებზე - უზარმაზარი დამანგრეველი ძალის ბუნებრივ წარმონაქმნებზე, მათი წარმოშობის მექანიზმი ჯერ კიდევ არ არის ბოლომდე გასაგები.

მეცნიერება და ცხოვრება // ილუსტრაციები

მეცნიერება და ცხოვრება // ილუსტრაციები

ნახატი ამერიკელი ფიზიკოსის ბენჯამინ ფრანკლინის წიგნიდან, რომელიც ხსნის ტორნადოს მექანიზმს.

Spirit Rover-მა აღმოაჩინა, რომ ტორნადოები მარსის თხელ ატმოსფეროში ჩნდება და გადაიღო ისინი. ფოტო ნასას საიტიდან.

გიგანტური ტორნადოები და ტორნადოები, რომლებიც წარმოიქმნება სამხრეთ შეერთებული შტატებისა და ჩინეთის დაბლობებზე, საშინელი და ძალიან საშიში მოვლენაა.

მეცნიერება და ცხოვრება // ილუსტრაციები

ტორნადოს შეუძლია მიაღწიოს კილომეტრის სიმაღლეს, მისი მწვერვალი ეყრდნობა ჭექა-ქუხილს.

ტორნადო ზღვაში აწევს და ათობით ტონა წყალს საზღვაო ცხოველებთან ერთად და შეუძლია პატარა გემი დაამტვრიოს და ჩაძიროს. მცურავი გემების ეპოქაში ისინი ცდილობდნენ ტორნადოს განადგურებას ქვემეხებიდან სროლით.

სურათზე ნათლად ჩანს, რომ ტორნადო ბრუნავს, ახვევს ჰაერს, მტვერს და წვიმის წყალს სპირალურად.

ქალაქი კანზას სიტი, რომელიც ნანგრევებად იქცა მძლავრი ტორნადოს გამო.

სავაჭრო ქარის ნაკადში ტაიფუნიზე მოქმედი ძალები.

ამპერის კანონი.

კორიოლისი ძალები შემობრუნებულ მაგიდაზე.

მაგნუსის ეფექტი მაგიდაზე და ჰაერში.

Vortex ჰაერის მოძრაობა შეინიშნება არა მხოლოდ ტაიფუნების დროს. არის ტაიფუნიზე დიდი მორევები - ეს არის ციკლონები და ანტიციკლონები, პლანეტის ყველაზე დიდი საჰაერო მორევები. მათი ზომები საგრძნობლად აღემატება ტაიფუნების ზომას და შეიძლება მიაღწიოს ათას კილომეტრზე მეტ დიამეტრს. გარკვეული გაგებით, ეს არის ანტიპოდური მორევები: მათ აქვთ თითქმის ყველაფერი პირიქით. ჩრდილოეთ და სამხრეთ ნახევარსფეროების ციკლონები ბრუნავენ იმავე მიმართულებით, როგორც ამ ნახევარსფეროების ტაიფუნები, ხოლო ანტიციკლონები საპირისპირო მიმართულებით. ციკლონს თან მოაქვს უამინდობა, რომელსაც თან ახლავს ნალექი, ანტიციკლონს კი პირიქით, ნათელი, მზიანი ამინდი. ციკლონის ფორმირების სქემა საკმაოდ მარტივია - ეს ყველაფერი იწყება ცივი და თბილი ატმოსფერული ფრონტების ურთიერთქმედებით. ამ შემთხვევაში თბილი ატმოსფერული ფრონტის ნაწილი ცივში შეაღწევს ერთგვარი ატმოსფერული „ენის“ სახით, რის შედეგადაც თბილი ჰაერი, უფრო მსუბუქი, იწყებს ამოსვლას და ამავდროულად ხდება ორი პროცესი. პირველ რიგში, წყლის ორთქლის მოლეკულები, დედამიწის მაგნიტური ველის გავლენის ქვეშ, იწყებენ ბრუნვას და მთელ ამომავალ ჰაერს აერთიანებენ ბრუნვის მოძრაობაში, ქმნიან გიგანტურ ჰაერის მორევს (იხ. "მეცნიერება და სიცოცხლე" No.). მეორეც, ზემოთ თბილი ჰაერი კლებულობს და მასში არსებული წყლის ორთქლი კონდენსირდება ღრუბლებში, რომლებიც ნალექის სახით მოდის წვიმის, სეტყვის ან თოვლის სახით. ასეთ ციკლონს შეუძლია გააფუჭოს ამინდი რამდენიმე დღიდან ორ-სამ კვირამდე. მის „სიცოცხლის აქტივობას“ მხარს უჭერს ტენიანი თბილი ჰაერის ახალი ნაწილების ჩამოსვლა და ცივი ჰაერის ფრონტთან მისი ურთიერთქმედება.

ანტიციკლონები დაკავშირებულია ჰაერის მასების დაცემასთან, რომლებიც ამავდროულად თბება ადიაბატურად, ანუ გარემოსთან სითბოს გაცვლის გარეშე, მათი ფარდობითი ტენიანობა ეცემა, რაც იწვევს არსებული ღრუბლების აორთქლებას. ამავდროულად, წყლის მოლეკულების დედამიწის მაგნიტურ ველთან ურთიერთქმედების გამო, ხდება ჰაერის ანტიციკლონური ბრუნვა: ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში - საათის ისრის მიმართულებით, სამხრეთ ნახევარსფეროში - საათის ისრის საწინააღმდეგოდ. ანტიციკლონებს თან მოაქვთ სტაბილური ამინდი რამდენიმე დღიდან ორ-სამ კვირამდე.

როგორც ჩანს, ციკლონების, ანტიციკლონებისა და ტაიფუნების ფორმირების მექანიზმები იდენტურია და ტაიფუნების სპეციფიკური ენერგიის ინტენსივობა (ენერგია ერთეულ მასაზე) ბევრად აღემატება ციკლონებსა და ანტიციკლონებს, მხოლოდ მეტის გამო. მაღალი ტემპერატურამზის გამოსხივებით გაცხელებული ჰაერის მასები.

ტორნადოები

ბუნებაში წარმოქმნილი ყველა მორევიდან ყველაზე იდუმალი ტორნადოებია, ისინი ჭექა-ქუხილის ნაწილია. თავდაპირველად, ტორნადოს პირველ ეტაპზე, ბრუნვა ჩანს მხოლოდ ჭექა-ქუხილის ქვედა ნაწილში. შემდეგ ამ ღრუბლის ნაწილი კიდია გიგანტური ძაბრის სახით, რომელიც სულ უფრო გრძელი ხდება და ბოლოს აღწევს დედამიწის ან წყლის ზედაპირს. ჩნდება ღრუბელზე ჩამოკიდებული გიგანტური ღერო, რომელიც შედგება შიდა ღრუსა და კედლებისგან. ტორნადოს სიმაღლე ასობით მეტრიდან კილომეტრამდე მერყეობს და ჩვეულებრივ უდრის ღრუბლის ფსკერიდან დედამიწის ზედაპირამდე მანძილს. შიდა ღრუს დამახასიათებელი თვისებაა მასში ჰაერის შემცირებული წნევა. ტორნადოს ეს თვისება მივყავართ იმ ფაქტს, რომ ტორნადოს ღრუ ემსახურება როგორც ერთგვარი ტუმბო, რომელსაც შეუძლია ზღვიდან ან ტბიდან, ცხოველებთან და მცენარეებთან ერთად, დიდი რაოდენობით წყალი ამოიღოს, გადაიტანოს ისინი მნიშვნელოვან დისტანციებზე და გადააგდოს. ისინი წვიმასთან ერთად. ტორნადოს შეუძლია საკმაოდ დიდი ტვირთის გადატანა - მანქანები, ურმები, პატარა გემები, პატარა შენობები და ზოგჯერ მათში მყოფი ადამიანებიც კი. ტორნადოს აქვს გიგანტური დესტრუქციული ძალა. როდესაც ის შედის შენობებთან, ხიდებთან, ელექტროგადამცემ ხაზებთან და სხვა ინფრასტრუქტურასთან კონტაქტში, ეს იწვევს უზარმაზარ ნგრევას.

ტორნადოებს აქვთ ენერგიის მაქსიმალური სპეციფიკური ინტენსივობა, რომელიც პროპორციულია მორევის ჰაერის ნაკადების სიჩქარის კვადრატისა. მეტეოროლოგიური კლასიფიკაციის მიხედვით, როცა დახურულ მორევში ქარის სიჩქარე არ აღემატება 17 მ/წმ-ს, მას უწოდებენ ტროპიკულ დეპრესიას, მაგრამ თუ ქარის სიჩქარე არ აღემატება 33 მ/წმ-ს, მაშინ ეს არის ტროპიკული ქარიშხალი, ხოლო თუ ქარის სიჩქარე 34 მ/წმ და მეტია, მაშინ ეს უკვე ტაიფუნია. ძლიერი ტაიფუნების დროს ქარის სიჩქარე შეიძლება აღემატებოდეს 60 მ/წმ-ს. ტორნადოში, სხვადასხვა ავტორის აზრით, ჰაერის სიჩქარემ შეიძლება მიაღწიოს 100-დან 200 მ/წმ-მდე (ზოგიერთი ავტორი მიუთითებს ზებგერითი ჰაერის სიჩქარეზე ტორნადოში - 340 მ/წმ-ზე მეტი). ტორნადოებში ჰაერის ნაკადის სიჩქარის პირდაპირი გაზომვა პრაქტიკულად შეუძლებელია ტექნოლოგიური განვითარების ამჟამინდელ დონეზე. ყველა მოწყობილობა, რომელიც შექმნილია ტორნადოს პარამეტრების ჩასაწერად, უმოწყალოდ იშლება მათ მიერ პირველივე შეხებისას. ტორნადოებში დინების სიჩქარე ფასდება არაპირდაპირი ნიშნებით, ძირითადად მათ მიერ წარმოქმნილი განადგურების ან ტვირთის წონის მიხედვით. გარდა ამისა, განმასხვავებელი თვისებაკლასიკური ტორნადო - განვითარებული ჭექა-ქუხილის არსებობა, ერთგვარი ელექტრო ბატარეა, რომელიც ზრდის ტორნადოს სპეციფიკურ ენერგეტიკულ ინტენსივობას. ტორნადოს გაჩენისა და განვითარების მექანიზმის გასაგებად, ჯერ განვიხილოთ ჭექა-ქუხილის სტრუქტურა.

შტორმის ღრუბელი

ტიპიურ ჭექა-ქუხილში ზედა დადებითად არის დამუხტული, ხოლო ფუძე უარყოფითად დამუხტულია. ანუ, გიგანტური ელექტრული კონდენსატორი მრავალი კილომეტრის ზომით ცურავს ჰაერში, რომელსაც მხარს უჭერს მზარდი დენები. ასეთი კონდენსატორის არსებობა იწვევს იმ ფაქტს, რომ დედამიწის ზედაპირზე ან წყალზე, რომელზეც ღრუბელი მდებარეობს, ჩნდება მისი ელექტრული კვალი - ინდუცირებული ელექტრული მუხტი, რომელსაც აქვს საპირისპირო ნიშანი ფუძის მუხტის ნიშნის მიმართ. ღრუბელი, ანუ დედამიწის ზედაპირი დადებითად იქნება დამუხტული.

სხვათა შორის, ინდუცირებული ელექტრული მუხტის შექმნის ექსპერიმენტი შეიძლება ჩატარდეს სახლში. მაგიდის ზედაპირზე დადეთ ქაღალდის პატარა ნაჭრები, მშრალ თმას ჩამოივარცხნეთ პლასტმასის სავარცხლით და სავარცხელი მიიწიეთ დაფენილ ქაღალდთან. ყველა, მაგიდიდან მაღლა ახედა, სავარცხლისკენ მიიქცევა და მას მიამაგრებს. ამ მარტივი ექსპერიმენტის შედეგი ძალიან მარტივად შეიძლება აიხსნას. სავარცხელმა თმასთან ხახუნის შედეგად მიიღო ელექტრო მუხტი და ფურცელზე საპირისპირო ნიშნის მუხტს იწვევს, რომელიც კულონის კანონის სრული დაცვით იზიდავს ქაღალდის ნაჭრებს სავარცხლისკენ.

განვითარებული ჭექა-ქუხილის ფუძის მახლობლად, ტენიანობით გაჯერებული ჰაერის ძლიერი აღმავალი ნაკადია. დიპოლური წყლის მოლეკულების გარდა, რომლებიც იწყებენ ბრუნვას დედამიწის მაგნიტურ ველში, გადასცემენ იმპულსს ჰაერის ნეიტრალურ მოლეკულებს, იზიდავენ მათ ბრუნვაში, არის დადებითი იონები და თავისუფალი ელექტრონები ზემოთ ნაკადში. ისინი შეიძლება წარმოიქმნას მზის რადიაციის გავლენის შედეგად მოლეკულებზე, ტერიტორიის ბუნებრივ რადიოაქტიურ ფონზე და ჭექა-ქუხილის შემთხვევაში, ელექტრული ველის ენერგიის გამო ჭექა-ქუხილის ფუძესა და მიწას შორის ( დაიმახსოვრე ინდუცირებული ელექტრული მუხტი!). სხვათა შორის, დედამიწის ზედაპირზე გამოწვეული დადებითი მუხტის გამო, ამომავალი ჰაერის ნაკადში დადებითი იონების რაოდენობა მნიშვნელოვნად აღემატება უარყოფითი იონების რაოდენობას. ყველა ეს დამუხტული ნაწილაკი, მზარდი ჰაერის ნაკადის გავლენის ქვეშ, მიედინება ჭექა-ქუხილის ძირში. თუმცა, დადებითი და უარყოფითი ნაწილაკების ვერტიკალური სიჩქარე ელექტრულ ველში განსხვავებულია. ველის სიძლიერე შეიძლება შეფასდეს ღრუბლის ფუძესა და დედამიწის ზედაპირს შორის პოტენციური სხვაობით - მკვლევართა გაზომვების მიხედვით, ეს არის რამდენიმე ათეული მილიონი ვოლტი, რომელიც, ჭექა-ქუხილის ფუძის სიმაღლით ერთიდან ორ კილომეტრამდე, იძლევა ელექტრული ველის სიძლიერეს ათიათასობით ვოლტს მეტრზე. ეს ველი დააჩქარებს დადებით იონებს და ანელებს უარყოფით იონებს და ელექტრონებს. მაშასადამე, დროის ერთეულზე მეტი დადებითი მუხტი გაივლის აღმავალი დინების კვეთაზე, ვიდრე უარყოფითი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ელექტრული დენი წარმოიქმნება დედამიწის ზედაპირსა და ღრუბლის ფუძეს შორის, თუმცა უფრო სწორი იქნება ვისაუბროთ ელემენტარული დენების უზარმაზარ რაოდენობაზე, რომლებიც აკავშირებენ დედამიწის ზედაპირს ღრუბლის ფუძესთან. ყველა ეს დინება პარალელურია და მიედინება ერთი მიმართულებით.

გასაგებია, რომ ამპერის კანონის თანახმად, ისინი ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, კერძოდ, იზიდავენ. ფიზიკის კურსიდან ცნობილია, რომ ურთიერთმიზიდულობის ძალა ორი დირიჟორის სიგრძის ერთეულზე, რომელთა ელექტრული დენები ერთი და იგივე მიმართულებით მიედინება, პირდაპირპროპორციულია ამ დენების ძალების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია გამტარებს შორის მანძილისა.

ორ ელექტროგამტარს შორის მიზიდულობა გამოწვეულია ლორენცის ძალებით. თითოეული გამტარის შიგნით მოძრავი ელექტრონები გავლენას ახდენენ მიმდებარე გამტარში ელექტრული დენის მიერ შექმნილი მაგნიტური ველის მიერ. მათზე მოქმედებს ლორენცის ძალა, მიმართული სწორი ხაზის გასწვრივ, რომელიც აკავშირებს გამტარების ცენტრებს. მაგრამ ორმხრივი მიზიდულობის ძალის წარმოშობისთვის, გამტარების არსებობა სრულიად არასაჭიროა - თავად დენები საკმარისია. მაგალითად, მოსვენებულ მდგომარეობაში მყოფი ორი ნაწილაკი, რომელთაც ერთი და იგივე ელექტრული მუხტი აქვთ, კულონის კანონის მიხედვით იგერიებენ ერთმანეთს, მაგრამ ერთი და იგივე მიმართულებით მოძრავი იგივე ნაწილაკები იზიდავს მანამ, სანამ მიზიდულობისა და მოგერიების ძალები არ დააბალანსებს ერთმანეთს. ადვილი მისახვედრია, რომ წონასწორობის მდგომარეობაში მყოფ ნაწილაკებს შორის მანძილი მხოლოდ მათ სიჩქარეზეა დამოკიდებული.

ელექტრული დენების ურთიერთმიზიდულობის გამო, დამუხტული ნაწილაკები მიდიან ჭექა-ქუხილის ცენტრში, ურთიერთქმედებენ ელექტრულად ნეიტრალურ მოლეკულებთან გზაზე და ასევე გადაადგილდებიან ჭექა-ქუხილის ცენტრში. აღმავალი ნაკადის განივი კვეთის ფართობი რამდენჯერმე შემცირდება და რადგან დინება ბრუნავს, კუთხური იმპულსის შენარჩუნების კანონის მიხედვით, მისი კუთხური სიჩქარე გაიზრდება. იგივე დაემართება ზევით დინებას, როგორც ფიგურულ მოციგურავეს, რომელიც ყინულზე ტრიალებს გაშლილი ხელებით, აჭერს მათ სხეულზე, რის შედეგადაც მისი ბრუნვის სიჩქარე მკვეთრად იზრდება (სასწავლო მაგალითი ფიზიკის სახელმძღვანელოებიდან, რომელსაც ჩვენ შეგვიძლია ვუყუროთ ᲡᲐᲢᲔᲚᲔᲕᲘᲖᲘᲝ!). ტორნადოში ჰაერის ბრუნვის სიჩქარის ასეთი მკვეთრი ზრდა მისი დიამეტრის ერთდროული შემცირებით გამოიწვევს ქარის ხაზოვანი სიჩქარის შესაბამის ზრდას, რაც, როგორც ზემოთ აღინიშნა, შეიძლება გადააჭარბოს ხმის სიჩქარესაც.

სწორედ ჭექა-ქუხილის არსებობა, რომლის ელექტრული ველიც ნიშნით ჰყოფს დამუხტულ ნაწილაკებს, იწვევს იმ ფაქტს, რომ ტორნადოში ჰაერის ნაკადის სიჩქარე აღემატება ტაიფუნის ჰაერის ნაკადის სიჩქარეს. ფიგურალურად რომ ვთქვათ, ჭექა-ქუხილი ემსახურება როგორც ერთგვარი „ელექტრული ლინზა“, რომლის ფოკუსშია კონცენტრირებული ტენიანი ჰაერის ზევით ნაკადის ენერგია, რაც იწვევს ტორნადოს წარმოქმნას.

მცირე მორევები

ასევე არის მორევები, რომელთა ფორმირების მექანიზმი არანაირად არ არის დაკავშირებული მაგნიტურ ველში დიპოლური წყლის მოლეკულის ბრუნვასთან. მათ შორის ყველაზე გავრცელებულია მტვრის ეშმაკები. ისინი წარმოიქმნება უდაბნოში, სტეპსა და მთიან ადგილებში. ზომით ისინი ჩამორჩებიან კლასიკურ ტორნადოებს, მათი სიმაღლე დაახლოებით 100-150 მეტრია, დიამეტრი კი რამდენიმე მეტრია. მტვრის ეშმაკების ფორმირებისთვის აუცილებელი პირობაა უდაბნო, კარგად გახურებული ვაკე. ჩამოყალიბების შემდეგ, ასეთი მორევი საკმაოდ მცირე ხნით, 10-20 წუთის განმავლობაში არსებობს, მთელი ეს დრო ქარის გავლენით მოძრაობს. მიუხედავად იმისა, რომ უდაბნოს ჰაერი პრაქტიკულად არ შეიცავს ტენიანობას, მისი ბრუნვის მოძრაობა უზრუნველყოფილია ელემენტარული მუხტების ურთიერთქმედებით დედამიწის მაგნიტურ ველთან. მზისგან ძლიერ გაცხელებულ დაბლობზე წარმოიქმნება ჰაერის ძლიერი ზევით ნაკადი, რომლის ზოგიერთი მოლეკულა მზის გამოსხივების და განსაკუთრებით მისი ულტრაიისფერი ნაწილის გავლენის ქვეშ იონიზებულია. მზის გამოსხივების ფოტონები ჰაერის ატომების გარე ელექტრონული გარსებიდან ელექტრონებს არღვევენ და ქმნიან დადებით იონებს და თავისუფალ ელექტრონებს. იმის გამო, რომ ელექტრონებსა და დადებით იონებს აქვთ მნიშვნელოვნად განსხვავებული მასა თანაბარი მუხტებით, მათი წვლილი მორევის კუთხური იმპულსის შექმნაში განსხვავებულია და მტვრის მორევის მიმართულება განისაზღვრება დადებითი იონების ბრუნვის მიმართულებით. . მშრალი ჰაერის ასეთი მბრუნავი სვეტი, როცა მოძრაობს, უდაბნოს ზედაპირიდან ამაღლებს მტვერს, ქვიშას და პატარა კენჭებს, რომლებიც თავისთავად არანაირ როლს არ თამაშობენ მტვრის მორევის წარმოქმნის მექანიზმში, მაგრამ ერთგვარი მაჩვენებელია. ჰაერის როტაცია.

ლიტერატურაში ასევე აღწერილია ჰაერის მორევები, საკმაოდ იშვიათი ბუნებრივი მოვლენა. ისინი ჩნდებიან დღის ცხელ დროს მდინარეების ან ტბების ნაპირებზე. ასეთი მორევების სიცოცხლე ხანმოკლეა, ისინი მოულოდნელად ჩნდებიან და უეცრად ქრება. როგორც ჩანს, მათ შექმნას ხელს უწყობს როგორც წყლის მოლეკულები, ასევე თბილ და ნოტიო ჰაერში მზის გამოსხივების გამო წარმოქმნილი იონები.

გაცილებით საშიშია წყლის მორევები, რომელთა ფორმირების მექანიზმი მსგავსია. აღწერილობა შემონახულია: ”1949 წლის ივლისში ვაშინგტონის შტატში, თბილ მზიან დღეს უღრუბლო ცის ქვეშ, ტბის ზედაპირზე გამოჩნდა წყლის სპრეის მაღალი სვეტი. ის არსებობდა მხოლოდ რამდენიმე წუთის განმავლობაში, მაგრამ ჰქონდა მნიშვნელოვანი ამწევი ძალა. მდინარის ნაპირთან მიახლოებისას მან ასწია საკმაოდ მძიმე მოტორიანი ნავი, დაახლოებით ოთხი მეტრის სიგრძის, ატარა რამდენიმე ათეული მეტრით და მიწასთან შეჯახებით დატეხა. წყლის მორევები ყველაზე გავრცელებულია იქ, სადაც წყლის ზედაპირი ძლიერად თბება მზისგან - ტროპიკულ და სუბტროპიკულ ზონებში.

დიდი ხანძრის დროს შეიძლება მოხდეს ჰაერის მორევა. ასეთი შემთხვევები აღწერილია ლიტერატურაში. „ჯერ კიდევ 1840 წელს შეერთებულ შტატებში ტყეები გაიწმინდა მინდვრებისთვის. დიდი ოდენობით ჯაგრისები, ტოტები და ხეები დიდ ჩიხში ჩაყარეს. მათ ცეცხლი წაუკიდეს. გარკვეული პერიოდის შემდეგ, ცალკეული ხანძრის ალი ერთად გაერთიანდა, ქმნიდა ცეცხლის სვეტს, ფართო ბოლოში, ზევით მიმართული, 50-60 მეტრის სიმაღლეზე. კიდევ უფრო მაღლა, ცეცხლი შეცვალა კვამლმა, რომელიც ცაში ავიდა. საოცარი სისწრაფით ბრუნავდა ცეცხლი და კვამლის ქარიშხალი. დიდებულ და შემზარავ სანახაობას თან ახლდა ძლიერი ხმაური, რომელიც ჭექა-ქუხილს მოგვაგონებდა. გრიგალის ძალა იმდენად დიდი იყო, რომ ჰაერში ასწია დიდი ხეები და განზე გადააგდო“.

განვიხილოთ ხანძრის ტორნადოს ფორმირების პროცესი. როდესაც ხე იწვის, სითბო გამოიყოფა, რომელიც ნაწილობრივ გარდაიქმნება გაცხელებული ჰაერის აღმავალი ნაკადის კინეტიკურ ენერგიად. თუმცა, წვის დროს სხვა პროცესი ხდება - ჰაერისა და წვის პროდუქტების იონიზაცია.

საწვავი. და მიუხედავად იმისა, რომ ზოგადად გაცხელებული ჰაერი და საწვავის წვის პროდუქტები ელექტრულად ნეიტრალურია, დადებითად დამუხტული იონები და თავისუფალი ელექტრონები იქმნება ცეცხლში. იონიზებული ჰაერის მოძრაობა დედამიწის მაგნიტურ ველში აუცილებლად გამოიწვევს ცეცხლოვანი ტორნადოს წარმოქმნას.

მინდა აღვნიშნო, რომ მორევის ჰაერის მოძრაობა ხდება არა მხოლოდ დიდი ხანძრის დროს. თავის წიგნში "ტორნადოები" დ.ვ. ნალივკინი სვამს კითხვებს: "ჩვენ უკვე არაერთხელ ვისაუბრეთ საიდუმლოებებზე, რომლებიც დაკავშირებულია მცირე ზომის მორევებთან, შევეცადეთ გაგვერკვია, რატომ ბრუნავს ყველა მორევი? ჩნდება სხვა კითხვებიც. რატომ, როცა ჩალა იწვის, გახურებული ჰაერი სწორხაზოვნად კი არ ამოდის, არამედ სპირალურად და იწყებს ტრიალს. ცხელი ჰაერი ასე იქცევა უდაბნოში. რატომ არ ადის მაღლა ყოველგვარი მტვრის გარეშე? იგივე ხდება წყლის შესხურებასთან და აფრქვევასთან დაკავშირებით, როცა ცხელი ჰაერი წყლის ზედაპირს მოერევა“.

არის მორევები, რომლებიც წარმოიქმნება ვულკანური ამოფრქვევის დროს, მაგალითად, ისინი დაფიქსირდა ვეზუვის თავზე. ლიტერატურაში მათ ფერფლის მორევებს უწოდებენ - ვულკანის მიერ ამოფრქვეული ფერფლის ღრუბლები მონაწილეობენ მორევის მოძრაობაში. ასეთი მორევების წარმოქმნის მექანიზმი ზოგადად მსგავსია ცეცხლოვანი ტორნადოების წარმოქმნის მექანიზმთან.

ახლა ვნახოთ, რა ძალები მოქმედებენ ტაიფუნებზე ჩვენი დედამიწის ტურბულენტურ ატმოსფეროში.

CORIOLIS FORCE

სხეული, რომელიც მოძრაობს მბრუნავ საცნობარო ჩარჩოში, მაგალითად, მბრუნავი დისკის ან ბურთის ზედაპირზე, ექვემდებარება ინერციულ ძალას, რომელსაც ეწოდება კორიოლისის ძალა. ეს ძალა განისაზღვრება ვექტორული ნამრავლით (ფორმულების ნუმერაცია იწყება სტატიის პირველ ნაწილში)

F K =2M[ VΩ], (20)

სად მ- სხეულის მასა; V არის სხეულის სიჩქარის ვექტორი; Ω - საცნობარო სისტემის ბრუნვის კუთხური სიჩქარის ვექტორი, შემთხვევაში გლობუსი- დედამიწის ბრუნვის კუთხური სიჩქარე და [VΩ] - მათი ვექტორული ნამრავლი, რომელიც სკალარული ფორმით ასე გამოიყურება:

F l = 2M | V | | Ω | sin α, სადაც α არის კუთხე ვექტორებს შორის.

დედამიწის ზედაპირზე მოძრავი სხეულის სიჩქარე შეიძლება დაიყოს ორ კომპონენტად. ერთ-ერთი მათგანი დევს ბურთის ტანგენტს იმ წერტილში, სადაც სხეული მდებარეობს, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სიჩქარის ჰორიზონტალური კომპონენტი: მეორე, ვერტიკალური კომპონენტი ამ სიბრტყის პერპენდიკულარულია. კორიოლისის ძალა, რომელიც მოქმედებს სხეულზე, პროპორციულია მისი მდებარეობის გეოგრაფიული გრძედის სინუსთან. სხეულს, რომელიც მოძრაობს მერიდიანის გასწვრივ ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში ნებისმიერი მიმართულებით, ექვემდებარება კორიოლისის ძალას, რომელიც მიმართულია მარჯვნივ მის მოძრაობაში. სწორედ ეს ძალა იწვევს ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში მდინარეების მარჯვენა ნაპირების ჩამორეცხვას, მიუხედავად იმისა, მიედინება ისინი ჩრდილოეთით თუ სამხრეთით. სამხრეთ ნახევარსფეროში იგივე ძალა მიმართულია მარცხნივ მოძრაობაში და მდინარეები, რომლებიც მიედინება მერიდიალური მიმართულებით, რეცხავს მარცხენა ნაპირებს. გეოგრაფიაში ამ ფენომენს ლუდის კანონს უწოდებენ. როდესაც მდინარის კალაპოტი არ ემთხვევა მერიდიანულ მიმართულებას, კორიოლისის ძალა ნაკლები იქნება კუთხის კოსინუსით მდინარის დინების მიმართულებასა და მერიდიანს შორის.

თითქმის ყველა კვლევა, რომელიც ეძღვნება ტაიფუნების, ტორნადოების, ციკლონების და ყველა სახის მორევის ფორმირებას, ისევე როგორც მათ შემდგომ მოძრაობას, მიუთითებს იმაზე, რომ ეს არის კორიოლისის ძალა, რომელიც ემსახურება მათი წარმოშობის ძირეულ მიზეზს და ადგენს მათ ტრაექტორიას. მოძრაობა დედამიწის ზედაპირზე. თუმცა, თუ კორიოლისის ძალა მონაწილეობდა ტორნადოების, ტაიფუნებისა და ციკლონების შექმნაში, მაშინ ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში მათ ექნებოდათ ბრუნი მარჯვენა, საათის ისრის მიმართულებით, ხოლო სამხრეთ ნახევარსფეროში, მარცხნივ, ანუ საათის ისრის საწინააღმდეგოდ. მაგრამ ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში ტაიფუნები, ტორნადოები და ციკლონები ბრუნავენ მარცხნივ, საათის ისრის საწინააღმდეგოდ, ხოლო სამხრეთ ნახევარსფეროში - მარჯვნივ, საათის ისრის მიმართულებით. ეს აბსოლუტურად არ შეესაბამება კორიოლისის ძალის გავლენის მიმართულებას, უფრო მეტიც, ის პირდაპირ საპირისპიროა მის მიმართ. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, კორიოლისის ძალის სიდიდე პროპორციულია გეოგრაფიული გრძედის სინუსთან და, შესაბამისად, მაქსიმალურია პოლუსებზე და არ არსებობს ეკვატორზე. შესაბამისად, თუ ეს ხელს შეუწყობდა სხვადასხვა მასშტაბის მორევების შექმნას, მაშინ ისინი ყველაზე ხშირად გამოჩნდებოდნენ პოლარულ განედებში, რაც სრულიად ეწინააღმდეგება არსებულ მონაცემებს.

ამრიგად, ზემოთ მოყვანილი ანალიზი დამაჯერებლად ადასტურებს, რომ კორიოლისის ძალას საერთო არაფერი აქვს ტაიფუნების, ტორნადოების, ციკლონების და ყველა სახის მორევის წარმოქმნის პროცესთან, რომელთა ფორმირების მექანიზმები განვიხილეთ წინა თავებში.

ითვლება, რომ ეს არის კორიოლისის ძალა, რომელიც განსაზღვრავს მათ ტრაექტორიებს, მით უმეტეს, რომ ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში ტაიფუნები, როგორც მეტეოროლოგიური წარმონაქმნები, გადახრილი არიან მარჯვნივ, ხოლო სამხრეთ ნახევარსფეროში - მარცხნივ, რაც შეესაბამება მიმართულებას. კორიოლისის ძალის მოქმედება ამ ნახევარსფეროებში. როგორც ჩანს, ნაპოვნია ტაიფუნის ტრაექტორიების გადახრის მიზეზი - ეს არის კორიოლისის ძალა, მაგრამ ნუ ვიჩქარებთ დასკვნების გაკეთებას. როგორც ზემოთ აღინიშნა, როდესაც ტაიფუნი მოძრაობს დედამიწის ზედაპირზე, მასზე იმოქმედებს კორიოლისის ძალა, როგორც ერთი ობიექტი, ტოლი:

F к = 2MVΩ sin θ cos α, (21)

სადაც θ არის ტაიფუნის გეოგრაფიული გრძედი; α არის კუთხე ტაიფუნის სიჩქარის ვექტორსა და მერიდიანს შორის.

Აღმოჩენა რეალური მიზეზიტაიფუნის ტრაექტორიების გადახრები, შევეცადოთ განვსაზღვროთ ტაიფუნიზე მოქმედი კორიოლისის ძალის სიდიდე და შევადაროთ სხვა, როგორც ახლა დავინახავთ, უფრო რეალურ ძალას.

მაგნუსის ძალა

სავაჭრო ქარის მიერ გადაადგილებულ ტაიფუნს გავლენას მოახდენს ძალა, რომელიც ავტორის ცოდნის მიხედვით ჯერ არ არის განხილული არც ერთი მკვლევრის მიერ ამ კონტექსტში. ეს არის ტაიფუნის, როგორც ერთი ობიექტის, ურთიერთქმედების ძალა ჰაერის ნაკადთან, რომელიც მოძრაობს ამ ტაიფუნს. თუ დააკვირდებით სურათს, რომელიც ასახავს ტაიფუნების ტრაექტორიებს, ცხადი გახდება, რომ ისინი მოძრაობენ აღმოსავლეთიდან დასავლეთისკენ მუდმივი აფეთქების ტროპიკული ქარების, სავაჭრო ქარების გავლენის ქვეშ, რომლებიც წარმოიქმნება დედამიწის ბრუნვის შედეგად. ამავდროულად, სავაჭრო ქარი არა მხოლოდ ატარებს ტაიფუნს აღმოსავლეთიდან დასავლეთისკენ. ყველაზე მნიშვნელოვანი ის არის, რომ სავაჭრო ქარში მდებარე ტაიფუნს ზემოქმედებს ძალა, რომელიც გამოწვეულია თავად ტაიფუნის ჰაერის ნაკადების ურთიერთქმედებით სავაჭრო ქარის ჰაერის ნაკადთან.

განივი ძალის გაჩენის ეფექტი, რომელიც მოქმედებს სხეულზე, რომელიც ბრუნავს მასზე მოხვედრილი სითხის ან აირის ნაკადში, აღმოაჩინა გერმანელმა მეცნიერმა გ. მაგნუსმა 1852 წელს. ეს გამოიხატება იმაში, რომ თუ მბრუნავი წრიული ცილინდრი მიედინება ირროტაციული (ლამინარული) ნაკადის გარშემო მისი ღერძის პერპენდიკულურად, მაშინ ცილინდრის იმ ნაწილში, სადაც მისი ზედაპირის წრფივი სიჩქარე ეწინააღმდეგება შემომავალი დინების სიჩქარეს, ჩნდება მაღალი წნევის ზონა. ხოლო მოპირდაპირე მხარეს, სადაც ზედაპირის წრფივი სიჩქარის მიმართულება ემთხვევა შემომავალი დინების სიჩქარეს, არის დაბალი წნევის არე. წნევის სხვაობა ცილინდრის მოპირდაპირე მხარეს იწვევს მაგნუსის ძალას.

გამომგონებლები ცდილობდნენ გამოიყენონ მაგნუსის ძალა. დაპროექტებული, დაპატენტებული და აშენდა გემი, რომელზედაც იალქნების ნაცვლად, ძრავებით მობრუნებული ვერტიკალური ცილინდრები დამონტაჟდა. ასეთი მბრუნავი ცილინდრული "იალქნების" ეფექტურობა ზოგიერთ შემთხვევაში ჩვეულებრივი აფრების ეფექტურობასაც კი აღემატებოდა. მაგნუსის ეფექტს იყენებენ ასევე ფეხბურთელები, რომლებმაც იციან, რომ თუ ბურთის დარტყმისას მას ბრუნვის მოძრაობას მისცემენ, მაშინ მისი ფრენის გზა მრუდი გახდება. ასეთი დარტყმით, რომელსაც "მშრალ ფურცელს" უწოდებენ, შეგიძლიათ ბურთის გაგზავნა მოწინააღმდეგის კარში თითქმის ფეხბურთის მოედნის კუთხიდან, რომელიც მდებარეობს გოლის გასწვრივ. ფრენბურთელები, ჩოგბურთელები და პინგ-პონგის მოთამაშეები ასევე ატრიალებენ ბურთს დარტყმის დროს. ყველა შემთხვევაში, რთული ტრაექტორიის გასწვრივ მოხრილი ბურთის მოძრაობა მოწინააღმდეგეს უამრავ პრობლემას უქმნის.

თუმცა, დავუბრუნდეთ სავაჭრო ქარის მიერ გადაადგილებულ ტაიფუნს.

სავაჭრო ქარები, სტაბილური ჰაერის ნაკადები (რომლებიც მუდმივად უბერავს წელიწადში ათ თვეზე მეტი ხნის განმავლობაში) ოკეანეების ტროპიკულ განედებში, ფარავს მათი ტერიტორიის 11 პროცენტს ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში და 20 პროცენტამდე სამხრეთ ნახევარსფეროში. სავაჭრო ქარების ძირითადი მიმართულებაა აღმოსავლეთიდან დასავლეთისკენ, მაგრამ 1-2 კილომეტრის სიმაღლეზე მათ ემატება ეკვატორისკენ ქრიალის მერიდიული ქარები. შედეგად, ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში სავაჭრო ქარები მოძრაობენ სამხრეთ-დასავლეთით, ხოლო სამხრეთ ნახევარსფეროში

ჩრდილო-დასავლეთით. სავაჭრო ქარები ევროპელებისთვის ცნობილი გახდა კოლუმბის პირველი ექსპედიციის შემდეგ (1492-1493), როდესაც მისი მონაწილეები გაოცებულნი იყვნენ ძლიერი ჩრდილო-აღმოსავლეთის ქარების სტაბილურობით, რომლებიც ატარებდნენ კარაველებს ესპანეთის სანაპიროდან ატლანტიკის ტროპიკულ რეგიონებში.

ტაიფუნის გიგანტური მასა შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც ცილინდრი, რომელიც ბრუნავს სავაჭრო ქარის ჰაერის ნაკადში. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, სამხრეთ ნახევარსფეროში ისინი ბრუნავენ საათის ისრის მიმართულებით, ხოლო ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში ისინი საათის ისრის საწინააღმდეგოდ. ამიტომ, სავაჭრო ქარის მძლავრ ნაკადთან ურთიერთქმედების გამო, ტაიფუნები ორივე ჩრდილოეთ და სამხრეთ ნახევარსფეროში გადახრილია ეკვატორიდან - შესაბამისად ჩრდილოეთისა და სამხრეთისკენ. მათი მოძრაობის ეს ბუნება კარგად დასტურდება მეტეოროლოგების დაკვირვებით.

(დასასრული შემდეგშია.)

ამპერის კანონი

1920 წელს ფრანგმა ფიზიკოსმა ანრე მარი ამპერმა ექსპერიმენტულად აღმოაჩინა ახალი ფენომენი - ორი გამტარის ურთიერთქმედება დენთან. აღმოჩნდა, რომ ორი პარალელური დირიჟორი იზიდავს ან იგერიებს მათში დენის მიმართულებიდან გამომდინარე. გამტარები მიდრეკილნი არიან მიუახლოვდნენ ერთმანეთს, თუ დენები მიედინება ერთი და იგივე მიმართულებით (პარალელურად), და შორდებიან ერთმანეთს, თუ დენები მიედინება საპირისპირო მიმართულებით (ანტიპარალელური). ამპერმა შეძლო ამ ფენომენის სწორად ახსნა: ხდება დენების მაგნიტური ველების ურთიერთქმედება, რაც განისაზღვრება "გიმლეტის წესით". თუ გიმლეტი ხრახნიანია I დენის მიმართულებით, მისი სახელურის მოძრაობა მიუთითებს მაგნიტური ველის ხაზების H მიმართულებაზე.

ორი დამუხტული ნაწილაკი, რომლებიც პარალელურად დაფრინავენ, ასევე ქმნიან ელექტრულ დენს. ამრიგად, მათი ტრაექტორიები გადაიყრება ან განსხვავდებიან ნაწილაკების მუხტის ნიშნისა და მათი მოძრაობის მიმართულების მიხედვით.

დირიჟორების ურთიერთქმედება მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული მაღალი დენის ელექტრული კოჭების (სოლენოიდების) დაპროექტებისას - პარალელური დენები, რომლებიც მიედინება მათ მონაცვლეობით, ქმნიან დიდ ძალებს, რომლებიც შეკუმშავს ხვეულს. ცნობილია შემთხვევები, როდესაც მილისგან დამზადებული ელვისებური ჯოხი, ელვისებური დარტყმის შემდეგ, გადაიქცა ცილინდრად: იგი შეკუმშული იყო ელვისებური გამონადენის დენის მაგნიტური ველებით ასობით კილოამპერიანი ძალით.

ამპერის კანონის საფუძველზე შეიქმნა SI-ში დენის სტანდარტული ერთეული - ამპერი (A). სახელმწიფო სტანდარტი "ფიზიკური რაოდენობების ერთეულები" განსაზღვრავს:

„ამპერი უდრის დენის სიძლიერეს, რომელიც უსასრულო სიგრძისა და უმნიშვნელოდ მცირე კვეთის ფართობის ორ პარალელურ სწორ გამტარზე გავლისას, რომლებიც მდებარეობს ვაკუუმში ერთმანეთისგან 1 მ მანძილზე, გამოიწვევს ურთიერთქმედების ძალას ტოლი 2 გამტარის 1 მ სიგრძის მონაკვეთზე . 10 -7 N.”

დეტალები ცნობისმოყვარეებისთვის

მაგნუსის და კორიოლისის ძალები

მოდით შევადაროთ მაგნუსის და კორიოლისის ძალების გავლენა ტაიფუნზე, წარმოვიდგინოთ იგი პირველ მიახლოებამდე მბრუნავი ჰაერის ცილინდრის სახით, რომელსაც აფრინავს სავაჭრო ქარი. ასეთ ცილინდრზე მოქმედებს მაგნუსის ძალა, რომელიც ტოლია:

F m = DrHV n V m / 2, (22)

სადაც D არის ტაიფუნის დიამეტრი; ρ - სავაჭრო ქარის ჰაერის სიმკვრივე; H არის მისი სიმაღლე; V n > - ჰაერის სიჩქარე სავაჭრო ქარში; V t - ხაზოვანი ჰაერის სიჩქარე ტაიფუნის დროს. მარტივი გარდაქმნებით ვიღებთ

Fm = R 2 HrovV n, - (23)

სადაც R არის ტაიფუნის რადიუსი; ω არის ტაიფუნის ბრუნვის კუთხური სიჩქარე.

პირველი მიახლოებით ვივარაუდოთ, რომ სავაჭრო ქარის ჰაერის სიმკვრივე ტაიფუნის ჰაერის სიმკვრივის ტოლია, მივიღებთ

M t = R 2 Hρ, - (24)

სადაც M t არის ტაიფუნის მასა.

მაშინ (19) შეიძლება დაიწეროს როგორც

F m = M t ωV p - (25)

ან F m = M t V p V t / R. (26)

მაგნუსის ძალის გამოხატვის გაყოფა გამოსახულებით (17) კორიოლისის ძალისთვის, მივიღებთ

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

ან F m /F k = V t /2RΩ sinθ cosα (28)

იმის გათვალისწინებით, რომ საერთაშორისო კლასიფიკაციის მიხედვით, ტაიფუნი ითვლება ტროპიკულ ციკლონად, რომელშიც ქარის სიჩქარე აღემატება 34 მ/წმ-ს, ჩვენ გამოთვლებში ავიღებთ ამ უმცირეს ციფრს. ვინაიდან ტაიფუნების ფორმირებისთვის ყველაზე ხელსაყრელი გეოგრაფიული გრძედი არის 16 o, ჩვენ ავიღებთ θ = 16 o და, რადგან მათი ფორმირებისთანავე ტაიფუნები მოძრაობენ თითქმის გრძივი ტრაექტორიების გასწვრივ, ავიღებთ α = 80 o. ავიღოთ საშუალო ზომის ტაიფუნის რადიუსი 150 კილომეტრად. ყველა მონაცემის ფორმულაში ჩანაცვლებით, მივიღებთ

F m / F k = 205. (29)

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მაგნუსის ძალა ორასჯერ მეტია, ვიდრე კორიოლისის ძალა! ამრიგად, ცხადია, რომ კორიოლისის ძალას არაფერი აქვს საერთო არა მხოლოდ ტაიფუნის შექმნის პროცესთან, არამედ მისი ტრაექტორიის შეცვლასთან.

სავაჭრო ქარში ტაიფუნი გავლენას მოახდენს ორი ძალით - ზემოაღნიშნული მაგნუსის ძალა და სავაჭრო ქარის აეროდინამიკური წნევის ძალა ტაიფუნზე, რაც მარტივი განტოლებიდან ჩანს.

F d = KRHρV 2 p, - (30)

სადაც K არის ტაიფუნის აეროდინამიკური წევის კოეფიციენტი.

ადვილი მისახვედრია, რომ ტაიფუნის მოძრაობა განპირობებულია შედეგად მიღებული ძალის მოქმედებით, რომელიც არის მაგნუსის ძალებისა და აეროდინამიკური წნევის ჯამი, რომელიც იმოქმედებს ვაჭრობაში ჰაერის მოძრაობის მიმართულებით p კუთხით. ქარი. ამ კუთხის ტანგენსი შეგიძლიათ იხილოთ განტოლებიდან

tgβ = F m /F d (31)

გამონათქვამების (26) და (30) ჩანაცვლება (31) მარტივი გარდაქმნების შემდეგ მივიღებთ

tgβ = V t /KV p, (32)

ნათელია, რომ შედეგად მიღებული ძალა F p, რომელიც მოქმედებს ტაიფუნზე, იქნება ტანგენსი მის ტრაექტორიაზე და თუ ცნობილია სავაჭრო ქარის მიმართულება და სიჩქარე, მაშინ შესაძლებელი იქნება ამ ძალის გამოთვლა საკმარისი სიზუსტით კონკრეტული ტაიფუნისთვის. რითაც განსაზღვრავს მის შემდგომ ტრაექტორიას, რაც მინიმუმამდე დაიყვანოს მის მიერ მიყენებულ ზიანს. ტაიფუნის ტრაექტორიის პროგნოზირება შესაძლებელია ნაბიჯ-ნაბიჯ მეთოდით, რომლის შედეგად მიღებული ძალის სავარაუდო მიმართულება გამოითვლება მისი ტრაექტორიის თითოეულ წერტილში.

ვექტორული ფორმით, გამოხატულება (25) ასე გამოიყურება:

ფმ = მ [ωV p]. (33)

ადვილი მისახვედრია, რომ მაგნუსის ძალის აღწერის ფორმულა სტრუქტურულად იდენტურია ლორენცის ძალის ფორმულის:

ფ l = q .

ამ ფორმულების შედარებისა და ანალიზის შედეგად ვამჩნევთ, რომ ფორმულების სტრუქტურული მსგავსება საკმაოდ ღრმაა. ამრიგად, ორივე ვექტორული პროდუქტის მარცხენა მხარე (M& #969; და ქ ვ) ახასიათებს ობიექტების პარამეტრებს (ტაიფუნი და ელემენტარული ნაწილაკი) და მარჯვენა მხარეები ( ვ n და ბ) - გარემო (ვაჭრობის ქარის სიჩქარე და მაგნიტური ველის ინდუქცია).

Ფიზიკური ვარჯიში

CORIOLIS აიძულებს მოთამაშეს

მბრუნავ კოორდინატულ სისტემაში, მაგალითად, დედამიწის ზედაპირზე, ნიუტონის კანონები არ არის დაკმაყოფილებული - ასეთი კოორდინატთა სისტემა არაინერციულია. მასში ჩნდება დამატებითი ინერციული ძალა, რომელიც დამოკიდებულია სხეულის ხაზოვან სიჩქარეზე და სისტემის კუთხურ სიჩქარეზე. იგი პერპენდიკულარულია სხეულის ტრაექტორიაზე (და მის სიჩქარეზე) და ეწოდება კორიოლის ძალა, რომელსაც ფრანგი მექანიკოსის გუსტავ გასპარ კორიოლისის (1792-1843) სახელი ეწოდა, რომელმაც ახსნა და გამოთვალა ეს დამატებითი ძალა. ძალა მიმართულია ისე, რომ სიჩქარის ვექტორთან მისადგომად ის სწორი კუთხით უნდა შემოტრიალდეს სისტემის ბრუნვის მიმართულებით.

თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ, თუ როგორ "მუშაობს" კორიოლისის ძალა ელექტრო ჩანაწერის ფლეიერის გამოყენებით ორი მარტივი ექსპერიმენტის ჩატარებით. მათი განსახორციელებლად, სქელი ქაღალდის ან მუყაოსგან ამოჭერით წრე და მოათავსეთ დისკზე. ის ემსახურება როგორც მბრუნავი კოორდინატთა სისტემას. მოდით, დაუყოვნებლივ გავაკეთოთ შენიშვნა: მოთამაშის დისკი ბრუნავს საათის ისრის მიმართულებით, ხოლო დედამიწა ბრუნავს საათის ისრის საწინააღმდეგოდ. მაშასადამე, ჩვენს მოდელში ძალები მიმართული იქნება იმ მიმართულებით, რაც დედამიწაზე დაფიქსირდა ჩვენს ნახევარსფეროში.

1. მოათავსეთ წიგნების ორი დასტა მოთამაშის გვერდით, ზუსტად ლანგარზე. მოათავსეთ სახაზავი ან სწორი ზოლი წიგნებზე ისე, რომ მისი ერთ-ერთი კიდე მოერგოს დისკის დიამეტრს. თუ დისკი სტაციონარულია, ზოლის გასწვრივ რბილი ფანქრით დახაზავთ ხაზს მისი ცენტრიდან კიდემდე, მაშინ ის ბუნებრივად სწორი იქნება. თუ ახლა დაიწყებთ მოთამაშეს და დახაზავთ ფანქარს ზოლის გასწვრივ, ის დახაზავს მრუდი ტრაექტორიას, რომელიც მიდის მარცხნივ - სრული თანხმობით კანონთან, რომელიც გამოთვლილია G. Coriolis-ის მიერ.

2. ააგეთ სლაიდი წიგნების წყობიდან და მიამაგრეთ მასზე სქელი ქაღალდის ღარი, რომელიც ორიენტირებულია დისკის დიამეტრის გასწვრივ. თუ სტაციონარული დისკზე ღარში პატარა ბურთულს გადააგორებთ, ის დიამეტრის გასწვრივ შემოვა. მბრუნავ დისკზე კი ის გადავა მარცხნივ (თუ, რა თქმა უნდა, ხახუნი, როდესაც ის ხვდება, მცირეა).

Ფიზიკური ვარჯიში

მაგნუსის ეფექტი მაგიდაზე და ჰაერში

1. წებოვანა პატარა ცილინდრი სქელი ქაღალდისგან. მაგიდის კიდიდან არც თუ ისე შორს მოათავსეთ წიგნების დასტა და ფიცრით დააკავშირეთ მაგიდის კიდეს. როდესაც ქაღალდის ცილინდრი ჩამოდის შედეგად სლაიდზე, შეიძლება ველოდოთ, რომ ის პარაბოლის გასწვრივ გადაადგილდება მაგიდიდან. თუმცა, სამაგიეროდ, ცილინდრი მკვეთრად მოხვევს თავის ტრაექტორიას სხვა მიმართულებით და გაფრინდება მაგიდის ქვეშ!

მისი პარადოქსული ქცევა სავსებით გასაგებია, თუ გავიხსენებთ ბერნულის კანონს: გაზის ან სითხის ნაკადში შიდა წნევა მცირდება, რაც უფრო მაღალია დინების სიჩქარე. სწორედ ამ ფენომენის საფუძველზე მუშაობს, მაგალითად, სპრეის იარაღი: მაღალი ატმოსფერული წნევა აწვება სითხეს ჰაერის ნაკადში შემცირებული წნევით.

საინტერესოა, რომ ადამიანის ნაკადებიც გარკვეულწილად ემორჩილება ბერნულის კანონს. მეტროში, ესკალატორის შესასვლელთან, სადაც მოძრაობა რთულია, ხალხი მკვრივ, მჭიდროდ შეკუმშულ ბრბოში იკრიბება. და სწრაფად მოძრავ ესკალატორზე ისინი თავისუფლად დგანან - მგზავრების ნაკადში "შიდა წნევა" ეცემა.

როდესაც ცილინდრი ეცემა და აგრძელებს ბრუნვას, მისი მარჯვენა მხარის სიჩქარე კლებულობს შემომავალი ჰაერის ნაკადის სიჩქარეს და მას ემატება მარცხენა მხარის სიჩქარე. ჰაერის ნაკადის შედარებითი სიჩქარე ცილინდრიდან მარცხნივ უფრო დიდია და მასში წნევა უფრო დაბალია, ვიდრე მარჯვნივ. წნევის სხვაობა იწვევს ცილინდრის უეცრად ტრაექტორიის შეცვლას და მაგიდის ქვეშ ფრენას.

კორიოლისისა და მაგნუსის კანონები მხედველობაში მიიღება რაკეტების გაშვებისას, შორ მანძილზე ზუსტი სროლისას, ტურბინების გამოთვლისას, გიროსკოპებს და ა.შ.

2. ქაღალდის ცილინდრი გადაახვიეთ ქაღალდის ან ტექსტილის ლენტით რამდენიმე შემობრუნებით. თუ ახლა მკვეთრად გაიჭერთ ფირის ბოლოს, ის დაატრიალებს ცილინდრს და ამავე დროს მისცემს მას წინ მოძრაობას. შედეგად, მაგნუსის ძალების გავლენის ქვეშ, ცილინდრი გაფრინდება, რომელიც აღწერს მარყუჟებს ჰაერში.

ბურთის ტრაექტორიის უცნაური ცვლილებები ჩვეულებრივ ადამიანს სასწაულად ეჩვენება. მაგრამ პროფესიონალი ფეხბურთელებისთვის, კალათბურთელებისთვის და ბილიარდის მოთამაშეებისთვის ასეთი ილეთები უნარების მაჩვენებელია. და აქ ჩვენ გვახსოვს ფიზიკის კანონები, რომლებიც გვაძლევს ისეთ საჩუქრებს, როგორიცაა მაგნუსის ეფექტი. თავდაპირველად აეროდინამიკაში შენიშნა, დღეს სფერული ობიექტის ტრაექტორიის შეცვლის ამ კანონმა ძალიან ფართო გამოყენება ჰპოვა. სულ ახლახან ინტერნეტში გამოჩნდა ვიდეო, რომელიც ნათლად აჩვენებდა ამ ფიზიკურ მოვლენას კალათბურთის მაგალითის გამოყენებით. ვიდეომ ორ დღეში 9 მილიონზე მეტი ნახვა მიიღო და ინტერესი გამოიწვია მაგნუსის ეფექტისა და მისი წარმოუდგენელი აპლიკაციების მიმართ.

ფონი

ეს ყველაფერი იმით დაიწყო, რომ პრუსიელ მსროლელებს არ ესმოდათ, რატომ ურტყამდნენ მათი ქვემეხებიდან გამუდმებით არასწორ ადგილებს. ფრენის დროს ბირთვის ბრუნვამ, რომლის სიმძიმის ცენტრი არ ემთხვეოდა გეომეტრიულს, ამახინჯებდა ფრენის გზას. ისააკ ნიუტონი წერდა აეროდინამიკური ძალის შესახებ, რომელიც გავლენას ახდენს მბრუნავი ბურთის ფრენაზე, ხოლო პრუსიელმა მეთაურებმა მიმართეს ცნობილ გერმანელ მეცნიერს ჰაინრიხ გუსტავ მაგნუსს (1802-1870) ბურთის ფრენის მრუდი ტრაექტორიების გასარკვევად, რომელმაც 1853 წელს მისცა სამეცნიერო ახსნა. ამ ფენომენის.

მეცნიერი ვარაუდობს, რომ პრობლემა ობიექტის სიმძიმის ცენტრში კი არა, მის ბრუნვაშია. მან ჩაატარა ექსპერიმენტების სერია და მიუხედავად იმისა, რომ არ გაუკეთებია მათემატიკური გამოთვლები, მან პირველმა დაამტკიცა აეროდინამიკური ძალა, რომელიც ცვლის მბრუნავი სხეულის ფრენის გზას.

მაგნუსის შემდეგ ამ ძალით დაინტერესდა ლუდვიგ პრანდტლი (1875-1953), რომელიც ზომავდა ძალასა და სიჩქარეს. მისი ყველაზე მნიშვნელოვანი მიღწევაა მბრუნავი როტორზე (ცილინდრის) შედეგად მიღებული ძალის გამოყენების შესაძლებლობის დამკვიდრება მთარგმნელობითი მოძრაობის უზრუნველსაყოფად. მაგრამ პრაქტიკაში ეს იდეა განხორციელდა სხვა გერმანელმა - ინჟინერმა ანტონ ფლეტნერმა (1885-1961). მეტი ფლეტნერისა და კუსტოს როტორული იალქნების შესახებ ცოტა მოგვიანებით.

ახსნა არ არის ფიზიკოსებისთვის

ნიუტონის მყარი მდგომარეობის ფიზიკის კანონების გათვალისწინებით, მარტივი სიტყვებითპროცესი ასე გამოიყურება. მობრუნებული მრგვალი ობიექტი აჩქარებს, ჰაერი ობიექტის წინ მოძრაობს მისი ბრუნვის მიმართულებით და იწევს გასწვრივ და ცენტრისკენ. ობიექტის მეორე მხარეს ჰაერი მოძრაობს ბრუნვის მიმართულების საპირისპირო მიმართულებით. შედეგად, ნაკადი შორდება და ობიექტი ანაცვლებს ჰაერს ერთ მხარეს, ხოლო ჰაერი მეორე მხარეს ქმნის საპასუხო ძალას, მაგრამ სხვა მიმართულებით, რაც ცვლის ობიექტის ფრენის გზას. პროცესის დიაგრამა ნაჩვენებია ზემოთ მოცემულ ფიგურაში, ეს არის ცნობილი მაგნუსის ეფექტი.

ფლეტნერის ქარის ხომალდი

ანტონ ფლეტნერმა მიიღო გერმანული პატენტი მბრუნავი ხომალდისთვის 1922 წლის 16 სექტემბერს. და უკვე 1926 წლის ოქტომბერში კილის ყურეში ნამდვილი სენსაცია გამოიწვია უჩვეულო გემმა ბორტზე ორი დიდი მილით და აჟურული ანძის გამო. ეს იყო ბუკაუს პირველი მბრუნავი ხომალდი, რომელმაც დატოვა ფრიდრიხ კრუპის გემთმშენებელი კომპანიის სრიალი.

ფლეტნერმა გამოიყენა მაგნუსის ეფექტი და ძალა, რომელიც წარმოიქმნება მბრუნავი ცილინდრების გარშემო მოძრაობისას და მიმართული დინების მიმართულების პერპენდიკულურად. იმ მხრიდან, სადაც მბრუნავი სხეულის მიერ შექმნილი მორევის დინების მიმართულება ემთხვევა ჰაერის ნაკადის მიმართულებას, მოძრაობის ძალა და სიჩქარე მკვეთრად იზრდება. სწორედ ამ მბრუნავებმა მოგვიანებით მის სახელს შეარქვეს ახალგაზრდა ინჟინერმა ფლეტნერმა იალქნები.

ამ ხომალდის როტორებს ელექტროძრავები ამოძრავებდნენ. იქ, სადაც როტორი ბრუნავდა ქარის საწინააღმდეგოდ, შეიქმნა გაზრდილი წნევის არეალი. მოპირდაპირე მხარეს - შემცირებით. შედეგად მიღებულმა ძალამ გემი ამოძრავა.

ბუკაუმ გამოცდა ღირსეულად ჩააბარა. 1925 წელს ის დანციგიდან შოტლანდიაში გაემგზავრა ამინდის პირობებში, როდესაც მცურავი გემები ზღვაზე გასვლას ვერ ბედავდნენ. მოგზაურობა წარმატებით დასრულდა და გემის ეკიპაჟი შემცირდა 10 კაცამდე, მცურავი გემზე 20-ის წინააღმდეგ.

იძულებითი დავიწყება

ნათელი მომავალი იხსნება ფლეტნერის როტორებს. პროექტის წარმატება დაადასტურა ჰამბურგის კომპანია "ბარბარას" გემმა. ეს იყო სატვირთო ლაინერი, რომლის მოძრაობას უზრუნველყოფდა სამი 17 მეტრიანი როტორი, რომელიც ადგენდა 13 კვანძის სიჩქარეს 4-6 ძალის ქარში.

მიუხედავად პროექტის აშკარა წარმატებისა, იგი დიდი ხნის განმავლობაში დავიწყებას მიეცა. და ამის რამდენიმე მიზეზი არსებობს. თავად ფლეტნერმა დაკარგა ინტერესი გემების მიმართ და დაინტერესდა ავიაციით 1920-იანი წლების დიდი დეპრესიის დროს.

გემების რეანიმაცია როტორული დანადგარებით

ფლეტნერის მბრუნავი გემის გაგრძელებაა ჟაკ-ივ კუსტოს ტურბოიალი. ცნობილი მკვლევარიხოლო ეკოლოგიურად სუფთა სატრანსპორტო საშუალებების მებრძოლმა 1885 წლის აპრილში გაუშვა გემი Alcyone, რომელიც აღჭურვილი იყო დაპატენტებული ტურბო იალქნებით, რომელშიც გამოიყენებოდა მაგნუსის ეფექტი. ეს გემი დღესაც მიდის.

სამწუხაროდ, კუსტოს მიმდევრებს დიდად არ აინტერესებდათ გემებზე მბრუნავი დანადგარები და მათ მიმართ ინტერესი კვლავ გაქრა. ისინი გაიხსენეს ნავთობის კრიზისის დაწყებისთანავე და 2010 წელს ამოქმედდა მესამე ხომალდი მბრუნავი ინსტალაციებით. ეს არის Enercon-ის მძიმე 130 მეტრიანი E-Ship 1 ოთხი Flettner როტორით. დღეს ის გერმანიიდან ევროპის ქვეყნებში ატარებს ქარის გენერატორებს, უძლებს 9 ტონამდე ტვირთს და აღწევს სიჩქარეს 17 კვანძს. ეკიპაჟი მხოლოდ 15 ადამიანია.

მბრუნავი ინსტალაციებით დაინტერესდნენ გემების კომპანიები Wind Again (სინგაპური), Wartsila (ფინეთი) და სხვა. როგორც ჩანს, ნავთობის დეფიციტი და საგანგაშო დათბობის კლიმატი ითამაშებს როლს ქარის ძრავის დაბრუნებაში თანამედროვე გემებზე.

გამოყენება თვითმფრინავების ინდუსტრიაში

მაგნუსის ეფექტის გამოყენება ავიაციაში განხორციელდა სხვადასხვა დიზაინის გადაწყვეტილებებში. უმარტივეს ფორმებში გამოყენებული იყო ლილვის ფორმის ფრთები, რომლებიც ბრუნავდნენ ფრენის დროს. ამ მიმართულების ფუძემდებელთა შორის იყო ავსტრიელი გამომგონებელი კარლ გლიგორინი, რომელმაც შესთავაზა როტორზე ფარინგის დაყენება, რომელიც მიჰყვება ფრთის ფორმას. ამსტერდამში მსგავს პროექტებზე მუშაობდა ე.ბ. ვოლფმა, ამერიკელებმა ჯონ დ. გერსტმა და კ. პოპერმა 1932 წელს თავიანთი თვითმფრინავი ლილვის ფორმის ფრთებითაც კი გამოსცადეს.

ჩრდილოეთ ამერიკის Rockwell YOU-10A Bronco, რომელიც გადაკეთდა მბრუნავ ლილვებად 1964 წელს, აღმოჩნდა ფუნქციონალური. ეს იყო პერუს პროფესორის, ალბერტო ალვარეს-კალდერონის პროექტი. თუმცა, პროტოტიპს უფრო მეტი უარყოფითი მხარე ჰქონდა, ვიდრე უპირატესობა.

მცდელობის მიუხედავად, მაგნუსის ეფექტმა ავიაციაში ფესვი არ დადგა. როტორის ტიპის ფრთების პრაქტიკული გამოყენება დაკავშირებულია მთელ რიგ პრობლემებთან და ჯერ კიდევ არ არის ეკონომიკურად გამართლებული.

მაგნუსის ეფექტი და ქარის ტურბინები

ჩვენს დროში განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ენერგიის ალტერნატიული წყაროების ინდუსტრიის განვითარება. და ამ ინდუსტრიაში გამოიყენეს მაგნუსის ეფექტი. დანის ქარის გენერატორები იცვლება როტორული აგრეგატებით, რომლებიც ყველაზე ეფექტურია ხშირი და დაბალი ქარის სიჩქარით 2-6 მ/წმ. ისინი დაფუძნებულია ღერძზე, რომლის გარშემოც ცილინდრები ბრუნავენ. პირველი ასეთი ინსტალაცია, რომელიც წარმოებულია Aerolla-ს მიერ, მინსკთან (ბელორუსია) 2015 წელს გამოჩნდა. მისი სიმძლავრე იყო 100 კვტ, ტურბინის როტორის დიამეტრი 36 მეტრი. მუშაობს საპროექტო ქარის სიჩქარით 9,5 მ/წმ.

ამ მიმართულებით მუშაობა გრძელდება ნოვოსიბირსკის გამოყენებითი მექანიკის ინსტიტუტში SB RAS და უკვე არსებობს ქარის გენერატორების პროტოტიპები, რომლებიც იყენებენ მაგნუსის ეფექტს 2 მგვტ-მდე სიმძლავრით.

არ არის საკმაოდ გავრცელებული გამოყენება

ბურთის ტრაექტორიის შეცვლის ეს ეფექტი ფართოდ გამოიყენება სპორტში: ტოპ-სპინი დარტყმები და „მშრალი ფურცელი“ ფეხბურთში, Hop Up სისტემა airsoft-ში.

მაგნუსის ეფექტი დღეს ფართოდ გამოიყენება თვითმფრინავის მოდელების დიზაინში. მაგალითად, მუყაოსგან დამზადებული თვითმფრინავი, ელექტროძრავა და ქაღალდის სწრაფი კვების ჭიქები შეიქმნა პეტერსრიპოლის არხის მიერ.

მაგნუსის ეფექტი გამოიყენება ფუტკრის წარმოებაში. მაგალითად, გველი დ. ედვარდსის ან ს. ალბერტსონის მიერ შექმნილი გველი ბორბლის სახით.

მაგრამ "ქარიშხლებზე მონადირეებისთვის" ეს ფიზიკური ფენომენი შეიძლება ძალიან საშიში გახდეს. თუ ქვედა ნაწილი მანქანასა და მიწას შორის კარგად არ არის დალუქული, მაშინ ქარიშხლის ქარს შეუძლია შექმნას უზარმაზარი ამწე ძალა, რომელიც ადვილად აწევს მანქანას ჰაერში.

თავი 3 მაგნუსის ეფექტი და ლორენცის ძალა

ჟუკოვსკი-ჩაპლიგინის ფრთის მსგავსად, მაგნუსის ძალა წარმოიქმნება მბრუნავი ცილინდრის ზედაპირზე საშუალო ნაკადის წნევის სხვაობის გამო. ეს ეფექტი აღმოაჩინა გერმანელმა მეცნიერმა H.G. Magnus-მა 1852 წელს. ნახ. სურათი 8 გვიჩვენებს საშუალო ნაკადის სიჩქარის ვექტორების და მბრუნავი ცილინდრის ზედაპირის დამატების დიაგრამას.

ბრინჯი. 8. მაგნუსის ეფექტი მბრუნავი ცილინდრისთვის

ცილინდრის ზედა ნაწილში (ბოლო ხედი) გარემოს დინების მოძრაობის მიმართულება და მბრუნავი ცილინდრის ზედაპირი ემთხვევა, ხოლო ცილინდრის ქვედა ნაწილში მისი ზედაპირი მოძრაობს საშუალების დინებისკენ. ვინაიდან მბრუნავი ცილინდრის ქვედა ნაწილში ნაკადი შენელებულია მისი ზედაპირის დინებისკენ მიმავალი გზით, ნაკადის დინამიური წნევა მცირდება და ზედაპირის საშუალო სტატიკური წნევა იზრდება, ბერნულის კანონის შესაბამისად. დინების წნევა. შედეგად, მბრუნავი ცილინდრის ზედა ნაწილზე საშუალო წნევა უფრო ნაკლები ხდება, ვიდრე ცილინდრის ქვედა ნაწილზე. ჩნდება ამწევი ძალა, ისევე როგორც ფრთის ეფექტით, რომელსაც აქვს ჟუკოვსკი-ჩაპლიგინის პროფილი.

მაგნუსის ეფექტი კარგად არის ცნობილი ფეხბურთისთვის და ჩოგბურთელებისთვის, რომლებიც იყენებენ მას მბრუნავი ბურთისთვის მოსახვევი ფრენის ბილიკის შესაქმნელად. „დატრიალებული დარტყმით“ ბურთი პირდაპირ მიფრინავს, მაგრამ ბრუნავს თავისი ღერძის გარშემო. ფრენისას მისკენ მიედინება ჰაერის ნაკადი, რომელიც ქმნის მაგნუსის ეფექტს და ფრენის გზა მრუდია. ასეთი დარტყმის შედეგად ბურთი მრუდის გასწვრივ მიფრინავს და ხვდება არასწორ ადგილას, სადაც მოსალოდნელია...

დავუშვათ, რომ ჩვენ ავაშენეთ მოძრავი საშუალების (ჰაერი, წყალი და ა.შ.) დახურული ნაკადი, რომელშიც მოთავსებულია რამდენიმე მბრუნავი ცილინდრი, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 9. დავუშვათ, რომ თითოეული ცილინდრის ბრუნვას უზრუნველყოფს დამოუკიდებელი ელექტროძრავა, რეგულირებადი სიჩქარითა და ბრუნვის მიმართულებით.

ბრინჯი. 9. მაგნუსის ეფექტზე დაფუძნებული მამოძრავებელი ძალა

მოძრავი საშუალების ნაკადში დამონტაჟებული ფრთის მქონე დიზაინისგან განსხვავებით, ამ სქემას აქვს მნიშვნელოვანი უპირატესობა: ღერძული ამწევის ძალის სიდიდე და მიმართულება შეიძლება შეიცვალოს ცილინდრების ბრუნვის სიჩქარისა და მიმართულების შეცვლით. ცირკულაციის ნაკადის სიჩქარე და მიმართულება არ შეიძლება შეიცვალოს, რაც მნიშვნელოვან უპირატესობებს იძლევა ამ მანქანის სიჩქარესა და მანევრირებაში. ამ ტიპის მამოძრავებელი დანადგარი შეიძლება დამონტაჟდეს ვერტიკალურად ან ჰორიზონტალურად, რაც ქმნის წევის ძალას.

მაგნუსის ეფექტთან საინტერესო ანალოგია წარმოიქმნება ელექტრომაგნიტური ფენომენის განხილვისას, რომელიც ცნობილია როგორც ლორენცის ძალა: მაგნიტურ ველში დენის გამტარი ექვემდებარება ძალას ნახ. 10. მანამდე არ არსებობდა მკაფიო ახსნა ამ ძალის გამოჩენის მიზეზის შესახებ. მაგნუსის ეფექტთან ანალოგიების დაშვებით, ჩვენ შეგვიძლია ლორენცის ძალის ინტერპრეტაცია ეთერული გარემოს წნევის გრადიენტის შედეგად. ეს პირველად აჩვენა ანგარიშში 1996 წელს.

ბრინჯი. 10. ლორენცის ძალა, ეთერის წნევის გრადიენტის შედეგად

თუმცა, დიაგრამაზე ნახ. 10, ვიღებთ ვექტორების სუპერპოზიციის შებრუნებულ სურათს, რომელიც ნაჩვენებია ნახ. 8. მაგნუსის ძალა მოქმედებს ცილინდრზე, რომელიც ბრუნავს საშუალო ნაკადში ცილინდრისა და გარემოს ზედაპირის კოორდინირებული მოძრაობის მიმართულებით. ნახ. ნახაზი 10 გვიჩვენებს, რომ ლორენცის ძალა მოქმედებს ვექტორების საპირისპირო სუპერპოზიციის მიმართულებით. რატომ?

ფაქტია, რომ ვექტორები ნახ. 10 ნაჩვენებია პირობითად, ელექტრული დენის (დადებითად დამუხტული ნაწილაკების ნაკადი) და მაგნიტური ველის ვექტორების მიღებული აღნიშვნების მიხედვით. ელექტრონებისა და ეთერის ნაწილაკების რეალური ნაკადების მოძრაობის მიმართულება (მაგნიტური ველის ვექტორები) განსხვავდება ჩვეულებრივი აღნიშვნებისაგან. პრინციპში, ეფექტი იქმნება მაგნუსის ეფექტის მსგავსად, საშუალო წნევის გრადიენტის გამო, განსხვავებული ფარდობითი სიჩქარის გამო, მაგრამ ელექტრომაგნიტური სისტემები იყენებენ ეთერულ გარემოს და არა ჰაერს ან წყალს.

მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ელექტრონი ან სხვა დამუხტული ნაწილაკი, რომელიც ქმნის მაგნიტურ ველს მოძრაობისას, არის მბრუნავი ობიექტი. უფრო ზუსტი იქნებოდა მისი წრფივი მოძრაობა ხვეული ხაზით, მარჯვენა ან მარცხენა სპირალით განვიხილოთ, რაც დამოკიდებულია მატერიის მოცემული ნაწილაკების ელექტრული მუხტის ნიშანზე.

ელექტრონის აგებულების შესახებ ბევრი დაიწერა, მაგრამ მკითხველს მინდა ვურჩიო მამა-შვილი პოლიაკოვის ნამუშევარი. ამ ავტორებმა თავიანთ წიგნში "ექსპერიმენტული გრავიტონიკა" შეისწავლეს ელექტრონის სტრუქტურა და აჩვენეს, რომ ის შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც წრიული პოლარიზაციის ფოტონი, რომელიც დახურულია თავის თავზე, ანუ, როგორც წრიული პოლარიზაციის ელექტრომაგნიტური ტალღის მოძრაობის დინამიური პროცესი. დახურული ტოროიდული სივრცე. მოგვიანებით ამ საკითხს უფრო დეტალურად განვიხილავთ. აქ მხოლოდ მოკლედ აღვნიშნავთ, რომ ამ გათვალისწინებით, მაგნიტური ველის გამოჩენას, როდესაც დამუხტული ნაწილაკი მოძრაობს ეთერში, აშკარა ანალოგია ფიზიკური გარემოს დარღვევასთან, რაც ხდება, როდესაც მბრუნავი ცილინდრი ან ბურთი მოძრაობს მოცემულ გარემოში.

შეგვიძლია ვთქვათ, რომ გარე მაგნიტური ველის ურთიერთქმედება, რომლის გასწვრივაც მოძრაობს ელექტრულად დამუხტული ნაწილაკი თავის მაგნიტურ ველთან, ახვევს ნაწილაკს ისევე, როგორც ჰაერის ნაკადი ახვევს მბრუნავ ბურთს, კერძოდ, მასში მოძრავ მატერიის ნაწილაკზე გარემოს წნევის გრადიენტის შექმნის გამო.

ამ შემთხვევაში, ლორენცის ძალები და ამპერის ძალები არის გარე ძალები დენის გამტარებლებთან მიმართებაში, რომლებზეც ისინი მოქმედებენ, ანუ მათ შეუძლიათ უზრუნველყონ მათი მოძრაობა სივრცეში.

ეს საინტერესო ანალოგიები აეროდინამიკასა და ეთერდინამიკას შორის ბევრ კონსტრუქციულ იდეას იძლევა.