टर्बोसेल हे रोटर-प्रकारचे सागरी प्रणोदन यंत्र आहे जे मॅग्नस इफेक्ट म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या भौतिक घटनेमुळे पवन ऊर्जेतून जोर निर्माण करते.

टर्बोसेल भौतिक प्रक्रियेवर आधारित चालते जी जेव्हा द्रव किंवा वायू फिरत्या दंडगोलाकार किंवा गोलाकार शरीराभोवती वाहते, ज्याला मॅग्नस प्रभाव म्हणतात. 1853 मध्ये वर्णन केलेल्या प्रुशियन शास्त्रज्ञ हेनरिक मॅग्नसच्या नावावरून या घटनेला त्याचे नाव मिळाले.

चला वायूच्या प्रवाहात किंवा द्रवपदार्थ धुत असताना फिरणाऱ्या बॉल किंवा सिलेंडरची कल्पना करूया. या प्रकरणात, दंडगोलाकार शरीर त्याच्या रेखांशाच्या अक्षावर फिरणे आवश्यक आहे. या प्रक्रियेदरम्यान, एक बल निर्माण होतो ज्याचा वेक्टर प्रवाहाच्या दिशेला लंब असतो. असे का होत आहे? शरीराच्या ज्या बाजूला रोटेशनची दिशा आणि प्रवाह वेक्टर एकसारखे असतात, तेथे हवेचा किंवा द्रव माध्यमाचा वेग वाढतो आणि बर्नौलीच्या नियमानुसार दाब कमी होतो. शरीराच्या विरुद्ध बाजूस, जेथे रोटेशन आणि प्रवाह व्हेक्टर बहुदिशात्मक असतात, माध्यमाचा वेग कमी होतो, जणू मंदावतो आणि दाब वाढतो. फिरणाऱ्या शरीराच्या विरुद्ध बाजूंना उद्भवणारा दाब फरक आडवा बल निर्माण करतो. एरोडायनॅमिक्समध्ये, याला लिफ्टिंग फोर्स म्हणून ओळखले जाते जे उड्डाण करताना हवेपेक्षा जड क्राफ्ट ठेवते. रोटर सेलच्या बाबतीत, हे डेकवर उभ्या बसलेल्या आणि रेखांशाच्या अक्षावर फिरत असलेल्या रोटर-सेलवर वाऱ्याच्या दिशेला लंबवत वेक्टर असलेले बल आहे.

फ्लेटनर फिरत पाल

नवीन प्रकारचे सागरी इंजिन तयार करताना वर्णित भौतिक घटना जर्मन अभियंता अँटोन फ्लेटनर यांनी वापरली होती. त्याची रोटर पाल फिरणाऱ्या दंडगोलाकार पवनऊर्जेच्या टॉवर्ससारखी दिसत होती. 1922 मध्ये, संशोधकाला त्याच्या उपकरणाचे पेटंट मिळाले आणि 1924 मध्ये, इतिहासातील पहिले रोटरी जहाज, रूपांतरित स्कूनर बुकाऊ, स्टॉक सोडले.
बुकाऊ टर्बोसेल इलेक्ट्रिक मोटर्सद्वारे चालविल्या जात होत्या. ज्या बाजूला रोटरची पृष्ठभाग वाऱ्याच्या दिशेने फिरली, मॅग्नस प्रभावानुसार, वाढीव दाबाचे क्षेत्र तयार केले गेले आणि उलट बाजूने - कमी झाले. परिणामी, एक जोर निर्माण झाला, ज्याने जहाज हलवले, बाजूच्या वाऱ्याच्या उपस्थितीच्या अधीन. फ्लेटनरने सिलिंडरभोवती हवेच्या प्रवाहाच्या चांगल्या अभिमुखतेसाठी रोटर-सिलेंडरच्या वर फ्लॅट प्लेट्स ठेवल्या. त्यामुळे प्रेरक शक्ती दुप्पट करणे शक्य झाले. लॅटरल थ्रस्ट तयार करण्यासाठी मॅग्नस इफेक्टचा वापर करणाऱ्या स्पिनिंग होलो मेटल सिलेंडर-रोटरला नंतर त्याच्या निर्मात्याचे नाव देण्यात आले.

चाचणीमध्ये, फ्लेटनरच्या टर्बोसेल्सने उत्कृष्ट कामगिरी केली. पारंपारिक सेलबोटच्या विपरीत, जोरदार बाजूच्या वाऱ्याने केवळ प्रायोगिक जहाजाची कार्यक्षमता सुधारली. दोन दंडगोलाकार रोटर्समुळे जहाजाचा समतोल राखणे शक्य झाले. त्याच वेळी, रोटर्सच्या रोटेशनची दिशा बदलून, जहाजाची हालचाल पुढे किंवा मागे बदलणे शक्य होते. अर्थात, थ्रस्ट तयार करण्यासाठी सर्वात फायदेशीर वाऱ्याची दिशा जहाजाच्या रेखांशाच्या अक्षाला काटेकोरपणे लंबवत होती.

Cousteau पासून Turbosail

सेलबोट 20 व्या शतकात बांधल्या गेल्या आणि 21 व्या शतकातही त्या बांधल्या जात आहेत. आधुनिक पाल हलक्या आणि मजबूत सिंथेटिक सामग्रीपासून बनविल्या जातात आणि सेलिंग रिग इलेक्ट्रिक मोटर्सद्वारे त्वरीत दुमडल्या जातात, ज्यामुळे लोकांना शारीरिक कामापासून मुक्त होते.

तथापि, जहाजाचा जोर तयार करण्यासाठी पवन ऊर्जेचा वापर करून मूलभूतपणे नवीन प्रणालीची कल्पना हवेत होती. हे फ्रेंच एक्सप्लोरर आणि शोधक जॅक-यवेस कौस्ट्यू यांनी उचलले होते. एक समुद्रशास्त्रज्ञ म्हणून, तो वाऱ्याचा जोर म्हणून वापर करून खूप प्रभावित झाला - एक मुक्त, अक्षय आणि पूर्णपणे पर्यावरणास अनुकूल ऊर्जा स्त्रोत. 1980 च्या दशकाच्या सुरुवातीस, त्यांनी आधुनिक जहाजांसाठी असे प्रोपल्सर तयार करण्याचे काम सुरू केले. त्याने फ्लेटनरच्या टर्बोसेल्सला आधार म्हणून घेतले, परंतु प्रणालीचे लक्षणीय आधुनिकीकरण केले, ज्यामुळे ती अधिक जटिल बनली, परंतु त्याच वेळी त्याची कार्यक्षमता वाढली.

कौस्टेउ टर्बोसेल आणि फ्लेटनर प्रोपल्शन सिस्टममध्ये काय फरक आहे? Cousteau चे डिझाईन एक उभ्या माउंट केलेली पोकळ धातूची ट्यूब आहे ज्यामध्ये एरोडायनामिक प्रोफाइल आहे आणि ती विमानाच्या पंखाप्रमाणेच कार्य करते. क्रॉस विभागात, पाईपमध्ये ड्रॉप-आकार किंवा अंड्याचा आकार असतो. त्याच्या बाजूला एअर इनटेक ग्रिल्स आहेत ज्याद्वारे पंपांच्या प्रणालीद्वारे हवा पंप केली जाते. आणि मग मॅग्नस प्रभाव नाटकात येतो. हवेच्या गडबडीमुळे जहाजाच्या आत आणि बाहेर दाबाचा फरक निर्माण होतो. पाईपच्या एका बाजूला व्हॅक्यूम तयार केला जातो आणि दुसरीकडे एक सील तयार केला जातो. परिणामी, एक बाजूकडील शक्ती उद्भवते, ज्यामुळे जहाज हलते. मूलत:, टर्बोसेल हे अनुलंब माउंट केलेले एरोडायनॅमिक विंग आहे: एका बाजूला हवा दुस-या पेक्षा कमी वेगाने वाहते, ज्यामुळे दबाव फरक आणि पार्श्व थ्रस्ट तयार होतो. विमानात लिफ्ट तयार करण्यासाठी समान तत्त्व वापरले जाते. टर्बोसेल स्वयंचलित सेन्सर्ससह सुसज्ज आहे आणि फिरत्या प्लॅटफॉर्मवर माउंट केले आहे, जे संगणकाद्वारे नियंत्रित केले जाते. स्मार्ट मशीन वारा लक्षात घेऊन रोटरला स्थान देते आणि सिस्टममध्ये हवेचा दाब सेट करते.

अटलांटिक महासागर ओलांडून जाताना कौस्टेओने प्रथम 1981 मध्ये कॅटामरन मौलिन ए व्हेंटवर त्याच्या टर्बोसेलच्या प्रोटोटाइपची चाचणी केली. प्रवासादरम्यान, सुरक्षेसाठी कॅटामरनला मोठ्या मोहिमेचे जहाज होते. प्रायोगिक टर्बोसेलने जोर दिला, परंतु पारंपारिक पाल आणि मोटर्सपेक्षा कमी. याव्यतिरिक्त, सहलीच्या शेवटी, धातूच्या थकव्यामुळे, वेल्डिंग शिवण वाऱ्याच्या दबावाखाली फुटले आणि रचना पाण्यात पडली. तथापि, या कल्पनेची पुष्टी झाली आणि कौस्ट्यू आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी हॅल्सन नावाच्या मोठ्या रोटरी जहाजाच्या विकासावर लक्ष केंद्रित केले. हे 1985 मध्ये लाँच केले गेले. त्यावरील टर्बोसेल दोन डिझेल इंजिन आणि अनेक प्रोपेलर्सच्या एकत्रीकरणात भर घालतात आणि इंधनाच्या वापरामध्ये एक तृतीयांश बचत करण्यास अनुमती देतात. त्याच्या निर्मात्याच्या मृत्यूच्या 20 वर्षांनंतरही, अल्शन अजूनही वाटचाल करत आहे आणि Cousteau फ्लोटिलाचा प्रमुख आहे.

टर्बोसेल विरुद्ध कॅनव्हास पंख

सर्वोत्तम आधुनिक पालांच्या तुलनेत, टर्बोसेल-रोटर 4 पट थ्रस्ट गुणांक प्रदान करतो. सेलबोटच्या विपरीत, एक मजबूत बाजूचा वारा रोटरी जहाजासाठी धोकादायक नाही तर त्याच्या प्रगतीसाठी सर्वात फायदेशीर आहे. 250 च्या कोनात हेडवाइंड असतानाही ते चांगले हलते. त्याच वेळी, पारंपारिक पाल असलेले जहाज सर्वात जास्त टेलविंडला "प्रेम" करते.

निष्कर्ष आणि संभावना

आता जर्मन मालवाहू जहाज E-Ship-1 वर फ्लेटनरच्या पालांचे अचूक ॲनालॉग सहायक प्रवर्तक म्हणून स्थापित केले आहेत. आणि त्यांचे सुधारित मॉडेल Jacques-Yves Cousteau Foundation च्या मालकीच्या Alsion या यॉटवर वापरले जाते.
अशा प्रकारे, टर्बोसेल प्रणालीसाठी सध्या दोन प्रकारच्या प्रणोदन प्रणाली आहेत. 20 व्या शतकाच्या सुरूवातीस फ्लेटनरने शोधून काढलेला एक पारंपरिक रोटर पाल आणि जॅक-यवेस कौस्टेउ यांनी त्याची आधुनिक आवृत्ती. पहिल्या मॉडेलमध्ये, निव्वळ बल फिरत्या सिलेंडरच्या बाहेरून उद्भवते; दुसऱ्या, अधिक जटिल आवृत्तीमध्ये, इलेक्ट्रिक पंप पोकळ पाईपच्या आत हवेच्या दाबामध्ये फरक निर्माण करतात.

पहिली टर्बोसेल केवळ क्रॉसविंडमध्ये जहाज पुढे नेण्यास सक्षम आहे. या कारणास्तव फ्लेटनरचे टर्बोसेल जागतिक जहाजबांधणीमध्ये व्यापक झाले नाहीत. डिझाइन वैशिष्ट्य Cousteau मधील टर्बोसेल्स तुम्हाला वाऱ्याच्या दिशेची पर्वा न करता प्रेरक शक्ती प्राप्त करण्यास अनुमती देतात. अशा प्रोपल्सरसह सुसज्ज जहाज वाऱ्याच्या विरूद्ध देखील जाऊ शकते, जे पारंपारिक पाल आणि रोटर पाल या दोन्हीपेक्षा निर्विवाद फायदा आहे. परंतु, हे फायदे असूनही, कौस्टेओ प्रणाली देखील उत्पादनात आणली गेली नाही.

याचा अर्थ फ्लेटनरची कल्पना प्रत्यक्षात आणण्यासाठी आजकाल प्रयत्न केले जात नाहीत असे नाही. अनेक हौशी प्रकल्प आहेत. 2010 मध्ये, इतिहासातील तिसरे जहाज, बुकाऊ आणि अल्शन नंतर, रोटर सेलसह बांधले गेले - 130-मीटर जर्मन रो-लो क्लास ट्रक. जहाजाच्या प्रोपल्शन सिस्टीममध्ये दोन जोड्या फिरणारे रोटर्स आणि दोन डिझेल इंजिनांचा समावेश असतो आणि शांत स्थितीत आणि अतिरिक्त कर्षण तयार करण्यासाठी. रोटर सेल सहाय्यक इंजिनची भूमिका बजावतात: 10.5 हजार टन विस्थापन असलेल्या जहाजासाठी, डेकवर चार पवन उर्जा टॉवर पुरेसे नाहीत. तथापि, ही उपकरणे प्रत्येक फ्लाइटमध्ये 40% पर्यंत इंधन वाचवू शकतात.
परंतु प्रकल्पाची आर्थिक व्यवहार्यता सिद्ध झाली असली तरी कौस्टेऊ प्रणाली अन्यायकारकपणे विस्मृतीत गेली होती. आज, या प्रकारचे प्रोपल्शन असलेले अल्शन हे एकमेव पूर्ण क्षमतेचे जहाज आहे. विशेषत: मालवाहू जहाजांवर ही प्रणाली व्यावसायिक कारणांसाठी का वापरली जात नाही हे अस्पष्ट दिसते, कारण ते डिझेल इंधनाच्या 30% पर्यंत बचत करण्यास अनुमती देते, म्हणजे. पैसे

पी. मंतश्यान.

आम्ही पी.एन. मंताश्यानच्या लेखाची जर्नल आवृत्ती प्रकाशित करणे सुरू ठेवतो “व्होर्टेक्सेस: फ्रॉम द मॉलिक्युल टू द गॅलेक्सी” (पहा "विज्ञान आणि जीवन क्रमांक"). आम्ही चक्रीवादळ आणि चक्रीवादळ बद्दल बोलू - प्रचंड विनाशकारी शक्तीची नैसर्गिक रचना, त्यांच्या घटनेची यंत्रणा अद्याप पूर्णपणे स्पष्ट नाही.

विज्ञान आणि जीवन // चित्रे

विज्ञान आणि जीवन // चित्रे

अमेरिकन भौतिकशास्त्रज्ञ बेंजामिन फ्रँकलिन यांच्या पुस्तकातील एक रेखाचित्र, चक्रीवादळांची यंत्रणा स्पष्ट करते.

स्पिरिट रोव्हरने शोधून काढले की मंगळाच्या पातळ वातावरणात चक्रीवादळ होतात आणि त्यांचे छायाचित्रण केले. नासाच्या वेबसाइटवरून फोटो.

दक्षिण युनायटेड स्टेट्स आणि चीनच्या मैदानावर होणारे राक्षस चक्रीवादळ आणि चक्रीवादळ ही एक भयानक आणि अतिशय धोकादायक घटना आहे.

विज्ञान आणि जीवन // चित्रे

चक्रीवादळ एक किलोमीटर उंचीवर पोहोचू शकतो, गडगडाटी ढगांवर त्याचे शिखर विसावतो.

समुद्रावरील चक्रीवादळ सागरी जीवनासह दहापट टन पाणी उचलते आणि खेचते आणि लहान जहाज तोडून बुडू शकते. नौकानयन जहाजांच्या युगात, त्यांनी तोफांमधून गोळीबार करून चक्रीवादळ नष्ट करण्याचा प्रयत्न केला.

चित्र स्पष्टपणे दर्शविते की चक्रीवादळ फिरत आहे, हवा, धूळ आणि पावसाचे पाणी सर्पिलमध्ये फिरत आहे.

कॅन्सस सिटी शहर, एका शक्तिशाली चक्रीवादळामुळे अवशेष बनले.

व्यापार वाऱ्याच्या प्रवाहात टायफूनवर काम करणारे सैन्य.

अँपिअरचा कायदा.

टर्नटेबलवर कोरिओलिस फोर्स करते.

टेबलावर आणि हवेत मॅग्नसचा प्रभाव.

व्होर्टेक्स हवेची हालचाल केवळ टायफूनमध्येच नाही. टायफूनपेक्षा मोठे भोवरे आहेत - हे चक्रीवादळे आणि अँटीसायक्लोन्स आहेत, जे ग्रहावरील सर्वात मोठे हवेचे भोवरे आहेत. त्यांचे आकार टायफूनच्या आकारापेक्षा लक्षणीय आहेत आणि व्यास हजार किलोमीटरपेक्षा जास्त पोहोचू शकतात. एका अर्थाने, हे अँटीपोडियन व्हर्टिसेस आहेत: त्यांच्याकडे जवळपास सर्व काही आहे. उत्तर आणि दक्षिण गोलार्धातील चक्रीवादळे या गोलार्धांच्या टायफूनच्या दिशेने फिरतात आणि अँटीसायक्लोन उलट दिशेने फिरतात. चक्रीवादळ पर्जन्यवृष्टीसह प्रतिकूल हवामान आणते, तर प्रतिचक्रीवादळ, त्याउलट, स्वच्छ, सनी हवामान आणते. चक्रीवादळाची निर्मिती योजना अगदी सोपी आहे - हे सर्व थंड आणि उबदार वातावरणीय आघाडीच्या परस्परसंवादाने सुरू होते. या प्रकरणात, उबदार वातावरणाचा पुढचा भाग एक प्रकारच्या वातावरणीय "जीभ" च्या रूपात थंड वातावरणात प्रवेश करतो, परिणामी उबदार हवा, फिकट, वाढू लागते आणि त्याच वेळी दोन प्रक्रिया होतात. सर्वप्रथम, पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रभावाखाली, पाण्याच्या वाफेचे रेणू फिरू लागतात आणि सर्व उगवत्या हवेला रोटेशनल हालचालीमध्ये सामील करून घेतात, एक विशाल वायु व्हर्लपूल बनवतात (“विज्ञान आणि जीवन” क्रमांक पहा). दुसरे म्हणजे, वरील उबदार हवा थंड होते आणि त्यातील पाण्याची वाफ ढगांमध्ये घनरूप होते, जी पाऊस, गारा किंवा बर्फाच्या रूपात पर्जन्य म्हणून पडतात. असे चक्रीवादळ अनेक दिवस ते दोन ते तीन आठवडे हवामान खराब करू शकते. त्याच्या "जीवन क्रियाकलाप" ला ओलसर उबदार हवेच्या नवीन भागांच्या आगमनाने आणि थंड हवेच्या आघाडीशी त्याच्या परस्परसंवादाद्वारे समर्थित आहे.

अँटीसायक्लोन्स हवेच्या वस्तुमानाच्या वंशाशी संबंधित आहेत, जे त्याच वेळी ॲडिएबॅटिकली गरम होतात, म्हणजेच वातावरणाशी उष्णतेची देवाणघेवाण न करता, त्यांची सापेक्ष आर्द्रता कमी होते, ज्यामुळे विद्यमान ढगांचे बाष्पीभवन होते. त्याच वेळी, पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्रासह पाण्याच्या रेणूंच्या परस्परसंवादामुळे, हवेचे अँटीसायक्लोनिक रोटेशन होते: उत्तर गोलार्धात - घड्याळाच्या दिशेने, दक्षिण गोलार्धात - घड्याळाच्या उलट दिशेने. अँटीसायक्लोन अनेक दिवसांपासून ते दोन ते तीन आठवड्यांपर्यंत स्थिर हवामान आणतात.

वरवर पाहता, चक्रीवादळे, प्रतिचक्रीवादळ आणि टायफून यांच्या निर्मितीची यंत्रणा सारखीच आहे आणि टायफूनची विशिष्ट ऊर्जा तीव्रता (प्रति युनिट वस्तुमान) चक्रीवादळ आणि प्रतिचक्रीवादळांपेक्षा खूपच जास्त आहे, केवळ अधिक कारणांमुळे उच्च तापमानसौर किरणोत्सर्गाने गरम होणारी हवा.

चक्रीवादळ

निसर्गात निर्माण होणाऱ्या सर्व भोवर्यांपैकी सर्वात रहस्यमय चक्रीवादळे आहेत; सुरुवातीला, चक्रीवादळाच्या पहिल्या टप्प्यात, फक्त गडगडाटाच्या खालच्या भागात फिरणे दिसून येते. मग या ढगाचा काही भाग एका विशाल फनेलच्या रूपात खाली लटकतो, जो अधिकाधिक लांब होत जातो आणि शेवटी पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर किंवा पाण्यापर्यंत पोहोचतो. ढगातून लटकलेले एक विशाल ट्रंक दिसते, ज्यामध्ये अंतर्गत पोकळी आणि भिंती असतात. चक्रीवादळाची उंची शेकडो मीटर ते एक किलोमीटर पर्यंत असते आणि सामान्यत: ढगाच्या तळापासून पृथ्वीच्या पृष्ठभागापर्यंतच्या अंतराएवढी असते. अंतर्गत पोकळीचे वैशिष्ट्य म्हणजे त्यातील हवेचा दाब कमी होणे. चक्रीवादळाच्या या वैशिष्ट्यामुळे चक्रीवादळाची पोकळी एक प्रकारचा पंप म्हणून काम करते, जे प्राणी आणि वनस्पतींसह समुद्र किंवा तलावातून मोठ्या प्रमाणात पाणी काढू शकते, त्यांना बऱ्याच अंतरावर नेऊ शकते आणि फेकून देऊ शकते. ते पावसाबरोबर खाली. चक्रीवादळ बरेच मोठे भार वाहून नेण्यास सक्षम आहे - कार, गाड्या, लहान जहाजे, लहान इमारती आणि कधीकधी त्यांच्यातील लोकांसह. चक्रीवादळात प्रचंड विनाशकारी शक्ती असते. इमारती, पूल, पॉवर लाईन आणि इतर पायाभूत सुविधांच्या संपर्कात आल्यावर त्याचा प्रचंड विनाश होतो.

चक्रीवादळांमध्ये कमाल विशिष्ट ऊर्जा तीव्रता असते, जी भोवरा हवेच्या प्रवाहाच्या गतीच्या चौरसाच्या प्रमाणात असते. हवामानशास्त्रीय वर्गीकरणानुसार, जेव्हा बंद भोवरामधील वाऱ्याचा वेग 17 मीटर/सेकंद पेक्षा जास्त नसेल, तेव्हा त्याला उष्णकटिबंधीय उदासीनता म्हणतात, परंतु जर वाऱ्याचा वेग 33 मीटर/सेकंद पेक्षा जास्त नसेल, तर ते उष्णकटिबंधीय वादळ आहे आणि जर वाऱ्याचा वेग 34 मीटर/से आणि त्याहून अधिक आहे, तर हे आधीच एक वादळ आहे. शक्तिशाली टायफूनमध्ये, वाऱ्याचा वेग 60 मीटर/से पेक्षा जास्त असू शकतो. चक्रीवादळात, विविध लेखकांच्या मते, हवेचा वेग 100 ते 200 m/s पर्यंत पोहोचू शकतो (काही लेखक चक्रीवादळात सुपरसोनिक हवेचा वेग दर्शवितात - 340 m/s पेक्षा जास्त). चक्रीवादळांमध्ये हवेच्या प्रवाहाच्या गतीचे थेट मोजमाप सध्याच्या तांत्रिक विकासाच्या पातळीवर व्यावहारिकदृष्ट्या अशक्य आहे. चक्रीवादळाचे पॅरामीटर्स रेकॉर्ड करण्यासाठी डिझाइन केलेली सर्व उपकरणे पहिल्या संपर्कात निर्दयीपणे तोडली जातात. चक्रीवादळातील प्रवाहाचा वेग अप्रत्यक्ष चिन्हांद्वारे, मुख्यतः त्यांनी निर्माण केलेल्या विनाशाद्वारे किंवा ते वाहून नेलेल्या भारांच्या वजनानुसार निर्धारित केला जातो. याशिवाय, वेगळे वैशिष्ट्यक्लासिक टॉर्नेडो - विकसित गडगडाटीची उपस्थिती, एक प्रकारची इलेक्ट्रिक बॅटरी जी चक्रीवादळाची विशिष्ट ऊर्जा तीव्रता वाढवते. चक्रीवादळाचा उदय आणि विकासाची यंत्रणा समजून घेण्यासाठी, आपण प्रथम मेघगर्जनेच्या रचनेचा विचार करू या.

वादळ ढग

ठराविक मेघगर्जनामध्ये, वरचा भाग सकारात्मक चार्ज केला जातो आणि पाया नकारात्मक चार्ज केला जातो. म्हणजेच, अनेक किलोमीटर आकाराचा एक महाकाय विद्युत कॅपेसिटर हवेत तरंगत असतो, ज्याला वाढत्या प्रवाहांचा आधार असतो. अशा कॅपेसिटरच्या उपस्थितीमुळे पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर किंवा पाण्याच्या पृष्ठभागावर ज्यावर ढग स्थित आहे, त्याचे इलेक्ट्रिकल ट्रेस दिसून येते - एक प्रेरित विद्युत चार्ज ज्याच्या पायाच्या चार्जच्या चिन्हाच्या विरुद्ध चिन्ह असते. ढग, म्हणजेच पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर सकारात्मक चार्ज होईल.

तसे, प्रेरित इलेक्ट्रिक चार्ज तयार करण्याचा प्रयोग घरी केला जाऊ शकतो. टेबलच्या पृष्ठभागावर कागदाचे छोटे तुकडे ठेवा, कोरड्या केसांना प्लास्टिकच्या कंगव्याने कंघी करा आणि कंगवा शिंपडलेल्या कागदाच्या तुकड्यांच्या जवळ आणा. ते सर्व, टेबलावरून वर पाहत, कंगवाकडे धाव घेतील आणि त्यास चिकटतील. या साध्या प्रयोगाचा परिणाम अगदी सोप्या पद्धतीने समजावून सांगता येईल. केसांशी घर्षण झाल्यामुळे कंगव्याला इलेक्ट्रिक चार्ज प्राप्त झाला आणि कागदाच्या तुकड्यावर ते उलट चिन्हाचा चार्ज लावते, जे कूलॉम्बच्या कायद्यानुसार कागदाचे तुकडे कंगव्याकडे आकर्षित करते.

विकसित मेघगर्जनेच्या तळाजवळ, आर्द्रतेने संतृप्त हवेचा एक शक्तिशाली वरचा प्रवाह आहे. द्विध्रुवीय पाण्याच्या रेणूंव्यतिरिक्त, जे पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्रात फिरू लागतात, तटस्थ हवेच्या रेणूंमध्ये गती प्रसारित करतात, त्यांना रोटेशनमध्ये रेखांकित करतात, वरच्या प्रवाहात सकारात्मक आयन आणि मुक्त इलेक्ट्रॉन असतात. ते रेणूंवर सौर किरणोत्सर्गाच्या प्रभावामुळे, क्षेत्राची नैसर्गिक किरणोत्सर्गी पार्श्वभूमी आणि गडगडाटीच्या बाबतीत, मेघगर्जना आणि जमिनीच्या तळाच्या दरम्यान असलेल्या विद्युत क्षेत्राच्या उर्जेमुळे तयार होऊ शकतात ( प्रेरित विद्युत शुल्क लक्षात ठेवा!). तसे, पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर प्रेरित सकारात्मक शुल्कामुळे, वाढत्या हवेच्या प्रवाहात सकारात्मक आयनांची संख्या लक्षणीयपणे नकारात्मक आयनांच्या संख्येपेक्षा जास्त आहे. हे सर्व चार्ज केलेले कण, वाढत्या हवेच्या प्रवाहाच्या प्रभावाखाली, मेघगर्जनेच्या तळाकडे धाव घेतात. तथापि, विद्युत क्षेत्रामध्ये सकारात्मक आणि नकारात्मक कणांचे अनुलंब वेग भिन्न आहेत. ढगाचा पाया आणि पृथ्वीच्या पृष्ठभागामधील संभाव्य फरकावरून क्षेत्राच्या सामर्थ्याचा अंदाज लावला जाऊ शकतो - संशोधकांच्या मोजमापानुसार, हे अनेक दशलक्ष व्होल्ट आहे, जे गडगडाटाच्या पायाच्या उंचीसह आहे. एक ते दोन किलोमीटर, प्रति मीटर हजारो व्होल्टच्या विद्युत क्षेत्राची ताकद देते. हे फील्ड सकारात्मक आयनांना गती देईल आणि नकारात्मक आयन आणि इलेक्ट्रॉन्सला गती देईल. म्हणून, प्रति युनिट वेळेत, ऋणापेक्षा जास्त सकारात्मक शुल्क ऊर्ध्वगामी प्रवाहाच्या क्रॉस सेक्शनमधून जाईल. दुसऱ्या शब्दांत, पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर आणि ढगाचा पाया यांच्यामध्ये विद्युत प्रवाह निर्माण होईल, जरी पृथ्वीच्या पृष्ठभागाला ढगाच्या पायाशी जोडणाऱ्या मोठ्या संख्येने प्राथमिक प्रवाहांबद्दल बोलणे अधिक योग्य आहे. हे सर्व प्रवाह समांतर आहेत आणि एकाच दिशेने वाहतात.

हे स्पष्ट आहे की, अँपिअरच्या कायद्यानुसार, ते एकमेकांशी संवाद साधतील, म्हणजे, आकर्षित करतील. भौतिकशास्त्राच्या अभ्यासक्रमावरून हे ज्ञात आहे की एकाच दिशेने वाहणारे विद्युत प्रवाह असलेल्या दोन कंडक्टरच्या प्रति युनिट लांबीचे परस्पर आकर्षण बल या प्रवाहांच्या बलांच्या उत्पादनाशी थेट प्रमाणात आणि कंडक्टरमधील अंतराच्या व्यस्त प्रमाणात असते.

दोन विद्युत वाहकांमधील आकर्षण लोरेंट्झ बलांमुळे आहे. प्रत्येक कंडक्टरच्या आत फिरणारे इलेक्ट्रॉन जवळच्या कंडक्टरमधील विद्युत प्रवाहाने तयार केलेल्या चुंबकीय क्षेत्राद्वारे प्रभावित होतात. कंडक्टरच्या केंद्रांना जोडणाऱ्या सरळ रेषेने निर्देशित केलेल्या लॉरेन्ट्झ फोर्सद्वारे त्यांच्यावर कारवाई केली जाते. परंतु परस्पर आकर्षण निर्माण होण्यासाठी, कंडक्टरची उपस्थिती पूर्णपणे अनावश्यक आहे - प्रवाह स्वतःच पुरेसे आहेत. उदाहरणार्थ, कूलॉम्बच्या नियमानुसार समान विद्युत चार्ज असलेले दोन कण एकमेकांना मागे टाकतात, परंतु आकर्षण आणि प्रतिकर्षण शक्ती एकमेकांना संतुलित होईपर्यंत एकाच दिशेने फिरणारे तेच कण आकर्षित होतात. हे पाहणे सोपे आहे की समतोल स्थितीतील कणांमधील अंतर केवळ त्यांच्या गतीवर अवलंबून असते.

विद्युत प्रवाहांच्या परस्पर आकर्षणामुळे, चार्ज केलेले कण मेघगर्जनेच्या मध्यभागी धावतात, वाटेत विद्युत तटस्थ रेणूंशी संवाद साधतात आणि त्यांना गडगडाटाच्या मध्यभागी हलवतात. चढत्या प्रवाहाचे क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र अनेक पटींनी कमी होईल आणि प्रवाह फिरत असल्याने, कोनीय संवेगाच्या संरक्षणाच्या नियमानुसार, त्याचा कोनीय वेग वाढेल. वरच्या प्रवाहाप्रमाणेच फिगर स्केटरच्या बाबतीतही घडेल जी बर्फावर हात पसरून कताई करते, तिला तिच्या शरीरावर दाबते, ज्यामुळे तिचा फिरण्याचा वेग झपाट्याने वाढतो (भौतिकशास्त्राच्या पाठ्यपुस्तकांतील पाठ्यपुस्तकातील उदाहरण ज्यावर आपण पाहू शकतो. टीव्ही!). चक्रीवादळात हवेच्या परिभ्रमणाच्या वेगात अशा तीव्र वाढीमुळे त्याचा व्यास एकाच वेळी कमी झाल्यास रेषीय वाऱ्याच्या वेगात समान वाढ होईल, जी वर नमूद केल्याप्रमाणे, ध्वनीच्या वेगापेक्षाही ओलांडू शकते.

हे मेघगर्जनेचे अस्तित्व आहे, ज्याचे विद्युत क्षेत्र चिन्हाद्वारे चार्ज केलेले कण वेगळे करते, ज्यामुळे चक्रीवादळात हवेच्या प्रवाहाचा वेग टायफूनमधील हवेच्या प्रवाहाच्या वेगापेक्षा जास्त असतो. लाक्षणिकरित्या, मेघगर्जना हा एक प्रकारचा "इलेक्ट्रिक लेन्स" म्हणून काम करतो, ज्याच्या फोकसमध्ये ओलसर हवेच्या वरच्या प्रवाहाची उर्जा केंद्रित असते, ज्यामुळे चक्रीवादळ तयार होते.

लहान भोवरे

तेथे भोवरे देखील आहेत, ज्याची निर्मिती यंत्रणा चुंबकीय क्षेत्रामध्ये द्विध्रुवीय पाण्याच्या रेणूच्या फिरण्याशी कोणत्याही प्रकारे जोडलेली नाही. त्यापैकी सर्वात सामान्य धूळ भूत आहेत. ते वाळवंट, गवताळ प्रदेश आणि डोंगराळ भागात तयार होतात. आकारात ते क्लासिक चक्रीवादळांपेक्षा निकृष्ट आहेत, त्यांची उंची सुमारे 100-150 मीटर आहे आणि त्यांचा व्यास अनेक मीटर आहे. धूळ भूतांच्या निर्मितीसाठी, एक आवश्यक स्थिती म्हणजे वाळवंट, चांगले गरम केलेले मैदान. एकदा तयार झाल्यानंतर, असा भोवरा अगदी थोड्या काळासाठी, 10-20 मिनिटे अस्तित्वात असतो, हा सर्व वेळ वाऱ्याच्या प्रभावाखाली फिरतो. वाळवंटातील हवेमध्ये अक्षरशः ओलावा नसतो हे तथ्य असूनही, पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्रासह प्राथमिक शुल्कांच्या परस्परसंवादाद्वारे तिची घूर्णन गती सुनिश्चित केली जाते. एका मैदानावर, सूर्याद्वारे जोरदारपणे तापलेले, हवेचा एक शक्तिशाली वरचा प्रवाह उद्भवतो, त्यातील काही रेणू, सौर किरणोत्सर्गाच्या प्रभावाखाली आणि विशेषत: त्याचा अतिनील भाग, आयनीकृत होतात. सौर रेडिएशन फोटॉन हवेच्या अणूंच्या बाह्य इलेक्ट्रॉन शेलमधून इलेक्ट्रॉन बाहेर काढतात, सकारात्मक आयन आणि मुक्त इलेक्ट्रॉनच्या जोड्या तयार करतात. इलेक्ट्रॉन आणि सकारात्मक आयनांमध्ये समान शुल्कासह लक्षणीय भिन्न वस्तुमान असल्यामुळे, भोवराच्या कोनीय संवेगाच्या निर्मितीमध्ये त्यांचे योगदान भिन्न आहे आणि धूळ भोवराच्या रोटेशनची दिशा सकारात्मक आयनांच्या रोटेशनच्या दिशेने निर्धारित केली जाते. . कोरड्या हवेचा असा फिरणारा स्तंभ, वाळवंटाच्या पृष्ठभागावरून धूळ, वाळू आणि लहान खडे उचलतो, जे स्वत: मध्ये धूळ फिरण्याच्या यंत्रणेत कोणतीही भूमिका बजावत नाहीत, परंतु एक प्रकारचे सूचक म्हणून काम करतात. हवा फिरणे.

वायू भोवरे, एक दुर्मिळ नैसर्गिक घटना, साहित्यात देखील वर्णन केले आहे. ते नद्या किंवा तलावांच्या काठावर दिवसाच्या उष्ण काळात दिसतात. अशा भोवर्यांचे आयुष्य कमी असते; ते अनपेक्षितपणे दिसतात आणि अचानक गायब होतात. वरवर पाहता, सौर किरणोत्सर्गामुळे उबदार आणि दमट हवेत तयार झालेले पाण्याचे रेणू आणि आयन दोन्ही त्यांच्या निर्मितीला हातभार लावतात.

पाण्याचे भोवरे अधिक धोकादायक आहेत, ज्याची निर्मिती यंत्रणा समान आहे. वर्णन जतन केले गेले आहे: “जुलै 1949 मध्ये वॉशिंग्टन राज्यात, ढगविरहित आकाशाखाली उबदार सनी दिवशी, तलावाच्या पृष्ठभागावर पाण्याचा एक उंच स्तंभ दिसला. हे फक्त काही मिनिटांसाठी अस्तित्वात होते, परंतु लक्षणीय उचलण्याची शक्ती होती. नदीच्या काठावर येऊन, त्याने सुमारे चार मीटर लांबीची एक जड मोटर बोट उचलली, ती अनेक दहा मीटर वाहून नेली आणि जमिनीवर आपटून तिचे तुकडे केले. पाण्याचे भोवरे सर्वात सामान्य आहेत जेथे पाण्याचा पृष्ठभाग सूर्याद्वारे जोरदारपणे गरम होतो - उष्णकटिबंधीय आणि उपोष्णकटिबंधीय झोनमध्ये."

मोठ्या आगीच्या वेळी फिरणारे हवेचे प्रवाह होऊ शकतात. अशा प्रकरणांचे वर्णन साहित्यात केले आहे; आम्ही त्यापैकी एक सादर करतो. “1840 मध्ये, युनायटेड स्टेट्समध्ये शेतांसाठी जंगले साफ केली गेली. मोठ्या प्रमाणात ब्रशवुड, फांद्या आणि झाडे मोठ्या क्लिअरिंगमध्ये टाकण्यात आली. त्यांना आग लावण्यात आली. काही काळानंतर, वैयक्तिक आगीच्या ज्वाळांनी एकत्र खेचले, अग्नीचा स्तंभ तयार केला, तळाशी रुंद, शीर्षस्थानी निर्देशित, 50 - 60 मीटर उंच. त्याहूनही उंच, आगीने आकाशात धुराचे लोट पसरले. आग आणि धुराचे वावटळ आश्चर्यकारक वेगाने फिरत होते. गडगडाटाची आठवण करून देणारे हे भव्य आणि भयानक दृश्य मोठ्या आवाजासह होते. वावटळीचा जोर इतका मोठा होता की त्याने मोठमोठी झाडे हवेत उचलून बाजूला फेकली.”

फायर टॉर्नेडो तयार करण्याच्या प्रक्रियेचा विचार करूया. जेव्हा लाकूड जळते तेव्हा उष्णता सोडली जाते, जी अंशतः गरम हवेच्या चढत्या प्रवाहाच्या गतिज उर्जेमध्ये रूपांतरित होते. तथापि, दहन दरम्यान दुसरी प्रक्रिया उद्भवते - हवा आणि दहन उत्पादनांचे आयनीकरण.

इंधन आणि जरी सर्वसाधारणपणे गरम झालेली हवा आणि इंधन ज्वलन उत्पादने विद्युतदृष्ट्या तटस्थ असली तरी, ज्वालामध्ये सकारात्मक चार्ज केलेले आयन आणि मुक्त इलेक्ट्रॉन तयार होतात. पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्रात आयनीकृत हवेची हालचाल अपरिहार्यपणे फायर टॉर्नेडोच्या निर्मितीस कारणीभूत ठरेल.

मी हे लक्षात घेऊ इच्छितो की व्हर्टेक्स हवेची हालचाल केवळ मोठ्या आगीच्या वेळीच होत नाही. त्याच्या “टोर्नेडोज” या पुस्तकात डीव्ही नलिव्हकिनने प्रश्न विचारले: “आम्ही लहान-आयामी भोवरांशी संबंधित रहस्यांबद्दल एकापेक्षा जास्त वेळा बोललो आहोत, सर्व भोवरे का फिरतात हे समजून घेण्याचा प्रयत्न केला आहे? इतरही प्रश्न निर्माण होतात. का, जेव्हा पेंढा जळतो, तेव्हा गरम झालेली हवा सरळ रेषेत उगवत नाही, तर सर्पिलमध्ये वाढते आणि फिरू लागते. उष्ण हवा वाळवंटात तशीच वागते. नुसती धूळ न चढता का चढत नाही? जेव्हा गरम हवा पाण्याच्या पृष्ठभागावर धावते तेव्हा पाण्याच्या फवारण्या आणि स्प्लॅशच्या बाबतीतही असेच घडते.”

ज्वालामुखीच्या उद्रेकादरम्यान उद्भवणारे भोवरे आहेत, उदाहरणार्थ, ते व्हेसुव्हियसवर आढळतात; साहित्यात, त्यांना राख व्हर्टिसेस म्हणतात - ज्वालामुखीतून बाहेर पडलेले राख ढग भोवरा चळवळीत भाग घेतात. अशा भोवरांच्या निर्मितीची यंत्रणा सर्वसाधारणपणे फायर टॉर्नेडो तयार करण्याच्या यंत्रणेसारखीच असते.

आता आपल्या पृथ्वीच्या अशांत वातावरणात टायफूनवर कोणती शक्ती कार्य करतात ते पाहू या.

कोरिओलिस फोर्स

फिरत्या संदर्भ फ्रेममध्ये फिरणारे शरीर, उदाहरणार्थ, फिरत्या डिस्क किंवा बॉलच्या पृष्ठभागावर, कोरिओलिस फोर्स नावाच्या जडत्वाच्या अधीन असते. हे बल वेक्टर उत्पादनाद्वारे निर्धारित केले जाते (सूत्रांची संख्या लेखाच्या पहिल्या भागात सुरू होते)

F K = 2M[ VΩ], (20)

कुठे एम- शरीर वस्तुमान; V हा शरीराचा वेग वेक्टर आहे; Ω - संदर्भ प्रणालीच्या रोटेशनच्या टोकदार वेगाचा वेक्टर, बाबतीत ग्लोब- पृथ्वीच्या परिभ्रमणाचा कोनीय वेग, आणि [VΩ] - त्यांचे वेक्टर उत्पादन, जे स्केलर स्वरूपात असे दिसते:

F l = 2M | व्ही | | Ω | sin α, जेथे α हा सदिशांमधील कोन आहे.

जगाच्या पृष्ठभागावर फिरणाऱ्या शरीराची गती दोन घटकांमध्ये विघटित केली जाऊ शकते. त्यापैकी एक बॉलच्या समतल स्पर्शिकेत आहे जेथे शरीर स्थित आहे, दुसऱ्या शब्दांत, वेगाचा क्षैतिज घटक: दुसरा, अनुलंब घटक या समतलाला लंब आहे. शरीरावर कार्य करणारे कोरिओलिस बल त्याच्या स्थानाच्या भौगोलिक अक्षांशाच्या साइनच्या प्रमाणात असते. उत्तर गोलार्धातील कोणत्याही दिशेने मेरिडियनच्या बाजूने फिरणारे शरीर त्याच्या हालचालीमध्ये उजवीकडे निर्देशित केलेल्या कोरिओलिस बलाच्या अधीन असते. या शक्तीमुळेच उत्तर गोलार्धातील नद्यांचे उजवे किनारे वाहून जातात, मग त्या उत्तरेकडे वा दक्षिणेकडे वाहतात. दक्षिण गोलार्धात, समान शक्ती हालचालीत डावीकडे निर्देशित केली जाते आणि मेरिडियल दिशेने वाहणाऱ्या नद्या डाव्या किनारी धुवून जातात. भूगोलात, या घटनेला बीअरचा नियम म्हणतात. जेव्हा नदीचा किनारा मेरिडियन दिशेशी जुळत नाही, तेव्हा कोरिओलिस बल नदीच्या प्रवाहाची दिशा आणि मेरिडियन यांच्यामधील कोनाच्या कोसाइनने कमी असेल.

टायफून, तुफान, चक्रीवादळे आणि सर्व प्रकारचे भोवरे, तसेच त्यांच्या पुढील हालचालींच्या निर्मितीसाठी समर्पित केलेले जवळजवळ सर्व अभ्यास असे सूचित करतात की ते कोरिओलिस बल आहे जे त्यांच्या घटनेचे मूळ कारण आहे आणि ते त्यांचे मार्ग निश्चित करते. पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर हालचाल. तथापि, जर कोरिओलिस फोर्स चक्रीवादळ, टायफून आणि चक्रीवादळांच्या निर्मितीमध्ये गुंतले असते, तर उत्तर गोलार्धात त्यांचे उजवे फिरणे, घड्याळाच्या दिशेने आणि दक्षिण गोलार्धात, डावीकडे फिरणे, म्हणजे घड्याळाच्या उलट दिशेने. परंतु उत्तर गोलार्धात टायफून, चक्रीवादळे आणि चक्रीवादळे डावीकडे, घड्याळाच्या उलट दिशेने आणि दक्षिण गोलार्धात - उजवीकडे, घड्याळाच्या दिशेने फिरतात. हे कोरिओलिस फोर्सच्या प्रभावाच्या दिशेशी पूर्णपणे जुळत नाही, शिवाय, ते थेट त्याच्या विरुद्ध आहे. आधीच नमूद केल्याप्रमाणे, कोरिओलिस बलाची परिमाण भौगोलिक अक्षांशाच्या साइनच्या प्रमाणात आहे आणि म्हणून, ध्रुवांवर जास्तीत जास्त आहे आणि विषुववृत्तावर अनुपस्थित आहे. परिणामी, जर ते वेगवेगळ्या स्केलच्या भोवरांच्या निर्मितीस हातभार लावत असेल, तर ते बहुतेकदा ध्रुवीय अक्षांशांमध्ये दिसून येतील, जे उपलब्ध डेटाचा पूर्णपणे विरोध करतात.

अशाप्रकारे, वरील विश्लेषणावरून खात्रीशीरपणे सिद्ध होते की कोरिओलिस फोर्सचा टायफून, चक्रीवादळ आणि सर्व प्रकारचे भोवरे तयार होण्याच्या प्रक्रियेशी काहीही संबंध नाही, ज्याची निर्मिती यंत्रणा मागील अध्यायांमध्ये चर्चा केली गेली होती.

असे मानले जाते की कोरिओलिस शक्ती ही त्यांची प्रक्षेपण निर्धारित करते, विशेषत: उत्तर गोलार्धातील टायफून, हवामानशास्त्रीय निर्मिती म्हणून, त्यांच्या हालचाली दरम्यान उजवीकडे विचलित होते आणि दक्षिण गोलार्धात - डावीकडे, जे दिशाशी संबंधित असते. या गोलार्धांमध्ये कोरिओलिस बलाची क्रिया. असे दिसते की टायफून प्रक्षेपणाच्या विचलनाचे कारण सापडले आहे - हे कोरिओलिस बल आहे, परंतु निष्कर्षापर्यंत घाई करू नका. वर नमूद केल्याप्रमाणे, जेव्हा टायफून पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर फिरतो, तेव्हा एक कोरिओलिस फोर्स त्यावर कार्य करेल, एकल वस्तू म्हणून, समान:

F к = 2MVΩ sin θ cos α, (21)

जेथे θ हे टायफूनचे भौगोलिक अक्षांश आहे; α हा संपूर्णपणे टायफूनचा वेग वेक्टर आणि मेरिडियनमधील कोन आहे.

शोधण्यासाठी खरे कारणटायफून ट्रॅजेक्टोरीजचे विचलन, टायफूनवर कार्य करणाऱ्या कोरिओलिस फोर्सची तीव्रता निश्चित करण्याचा प्रयत्न करूया आणि त्याची तुलना दुसऱ्याशी करू, जसे आपण आता अधिक वास्तविक शक्ती पाहू.

मॅग्नसची शक्ती

ट्रेड वाऱ्याने हलविलेल्या टायफूनचा अशा शक्तीने परिणाम होईल, ज्याचा लेखकाच्या उत्तम ज्ञानाप्रमाणे, या संदर्भात अद्याप कोणत्याही संशोधकाने विचार केलेला नाही. हे टायफूनच्या परस्परसंवादाची शक्ती आहे, एकल वस्तू म्हणून, या टायफूनला हलवणाऱ्या हवेच्या प्रवाहासह. टायफूनच्या प्रक्षेपणाचे चित्रण करणारे चित्र पाहिल्यास, हे स्पष्ट होईल की ते सतत वाहणारे उष्णकटिबंधीय वारे, व्यापारिक वारे यांच्या प्रभावाखाली पूर्वेकडून पश्चिमेकडे जातात, जे जगाच्या फिरण्याच्या परिणामी तयार होतात. त्याच वेळी, व्यापार वारा केवळ पूर्वेकडून पश्चिमेकडे वादळ वाहून नेत नाही. सर्वात महत्वाची गोष्ट अशी आहे की ट्रेड वाऱ्यामध्ये असलेल्या टायफूनचा ट्रेड वाऱ्याच्या हवेच्या प्रवाहाशी वादळाच्या हवेच्या प्रवाहाच्या परस्परसंवादामुळे होणा-या शक्तीचा परिणाम होतो.

1852 मध्ये जर्मन शास्त्रज्ञ जी. मॅग्नस यांनी द्रव किंवा वायूच्या प्रवाहात फिरणाऱ्या शरीरावर कार्य करणाऱ्या आडवा शक्तीच्या उदयाचा परिणाम शोधला. हे या वस्तुस्थितीतून प्रकट होते की जर फिरणारा गोलाकार सिलेंडर त्याच्या अक्षाला लंबवत असलेल्या इरोटेशनल (लॅमिनार) प्रवाहाभोवती वाहतो, तर सिलेंडरच्या त्या भागात जिथे त्याच्या पृष्ठभागाची रेषीय गती येणाऱ्या प्रवाहाच्या वेगाच्या विरुद्ध असते, उच्च दाबाचे क्षेत्र दिसते. आणि विरुद्ध बाजूस, जेथे पृष्ठभागाच्या रेषीय वेगाची दिशा येणाऱ्या प्रवाहाच्या गतीशी एकरूप असते, तेथे कमी दाबाचे क्षेत्र असते. सिलेंडरच्या विरुद्ध बाजूंच्या दाबातील फरक मॅग्नस फोर्सला जन्म देतो.

शोधकांनी मॅग्नसची शक्ती वापरण्याचा प्रयत्न केला आहे. एक जहाज डिझाइन केले गेले, पेटंट केले गेले आणि बांधले गेले, ज्यावर, पालांऐवजी, इंजिनद्वारे फिरवलेले अनुलंब सिलेंडर स्थापित केले गेले. अशा फिरणाऱ्या दंडगोलाकार "पालांची" कार्यक्षमता काही प्रकरणांमध्ये पारंपारिक पालांच्या कार्यक्षमतेपेक्षाही जास्त आहे. मॅग्नस इफेक्टचा वापर फुटबॉल खेळाडूंद्वारे देखील केला जातो ज्यांना माहित आहे की, बॉल मारताना, जर ते त्याला एक फिरवत हालचाल देतात, तर त्याचा उड्डाण मार्ग वक्र बनतो. अशा किकने, ज्याला "ड्राय शीट" म्हटले जाते, आपण गोलच्या अनुषंगाने फुटबॉल मैदानाच्या कोपऱ्यातून चेंडू प्रतिस्पर्ध्याच्या गोलमध्ये पाठवू शकता. व्हॉलीबॉल खेळाडू, टेनिसपटू आणि पिंग-पॉन्ग खेळणारेही बॉल फिरवतात. सर्व प्रकरणांमध्ये, वक्र बॉलची जटिल प्रक्षेपणासह हालचाल प्रतिस्पर्ध्यासाठी अनेक समस्या निर्माण करते.

तथापि, व्यापाराच्या वाऱ्याने हलविलेल्या टायफूनकडे परत जाऊया.

महासागरांच्या उष्णकटिबंधीय अक्षांशांमध्ये व्यापारी वारे, स्थिर वायु प्रवाह (जे वर्षातून दहा महिन्यांहून अधिक काळ सतत वाहत असतात), त्यांच्या क्षेत्राच्या 11 टक्के उत्तर गोलार्धात आणि 20 टक्के दक्षिण गोलार्धात व्यापतात. व्यापार वाऱ्यांची मुख्य दिशा पूर्वेकडून पश्चिमेकडे असते, परंतु 1-2 किलोमीटरच्या उंचीवर ते विषुववृत्ताकडे वाहणाऱ्या मेरिडियल वाऱ्यांद्वारे पूरक असतात. परिणामी, उत्तर गोलार्धात व्यापारी वारे नैऋत्येकडे जातात आणि दक्षिण गोलार्धात

वायव्येस. कोलंबसच्या पहिल्या मोहिमेनंतर (१४९२-१४९३) युरोपीय लोकांना व्यापारी वारे ज्ञात झाले, जेव्हा स्पेनच्या किनाऱ्यावरून अटलांटिकच्या उष्णकटिबंधीय प्रदेशांतून कॅरेव्हल्स वाहून नेणाऱ्या ईशान्य वाऱ्यांच्या स्थिरतेमुळे त्याचे सहभागी आश्चर्यचकित झाले.

टायफूनचे अवाढव्य वस्तुमान हे ट्रेड वाऱ्याच्या हवेच्या प्रवाहात फिरणारे सिलेंडर मानले जाऊ शकते. आधीच नमूद केल्याप्रमाणे, दक्षिण गोलार्धात ते घड्याळाच्या दिशेने फिरतात आणि उत्तर गोलार्धात ते घड्याळाच्या उलट दिशेने फिरतात. म्हणून, व्यापारी वाऱ्यांच्या शक्तिशाली प्रवाहाशी परस्परसंवादामुळे, उत्तर आणि दक्षिण गोलार्धातील टायफून विषुववृत्तापासून अनुक्रमे उत्तर आणि दक्षिणेकडे विचलित होतात. त्यांच्या हालचालींच्या या स्वरूपाची हवामान शास्त्रज्ञांच्या निरीक्षणातून पुष्टी होते.

(शेवट खालीलप्रमाणे आहे.)

AMPERE चा कायदा

1920 मध्ये, फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ आन्रे मेरी अँपेरे यांनी प्रायोगिकपणे एक नवीन घटना शोधली - विद्युत प्रवाहासह दोन कंडक्टरचा परस्परसंवाद. असे दिसून आले की दोन समांतर कंडक्टर त्यांच्यातील विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेनुसार आकर्षित करतात किंवा दूर करतात. प्रवाह एकाच दिशेने (समांतर) वाहत असल्यास कंडक्टर एकमेकांच्या जवळ जातात आणि प्रवाह विरुद्ध दिशेने (समांतर) वाहत असल्यास एकमेकांपासून दूर जातात. अँपिअर या घटनेचे योग्यरित्या स्पष्टीकरण करण्यास सक्षम होते: प्रवाहांच्या चुंबकीय क्षेत्रांचा परस्परसंवाद होतो, जो "जिमलेट नियम" द्वारे निर्धारित केला जातो. जर गिमलेट विद्युत् I च्या दिशेने स्क्रू केले असेल, तर त्याच्या हँडलची हालचाल चुंबकीय क्षेत्र रेषांची दिशा दर्शवेल.

समांतरपणे उडणारे दोन चार्ज केलेले कण देखील विद्युत प्रवाह तयार करतात. म्हणून, कण चार्जच्या चिन्हावर आणि त्यांच्या हालचालीची दिशा यावर अवलंबून त्यांचे मार्ग अभिसरण किंवा वळवले जातील.

उच्च-वर्तमान विद्युत कॉइल (सोलेनॉइड्स) डिझाइन करताना कंडक्टरचा परस्परसंवाद विचारात घेणे आवश्यक आहे - त्यांच्या वळणांमधून वाहणारे समांतर प्रवाह कॉइलला संकुचित करणारे मोठे बल तयार करतात. अशी प्रकरणे ज्ञात आहेत जेव्हा विजेच्या झटक्यानंतर ट्यूबपासून बनविलेला लाइटनिंग रॉड सिलेंडरमध्ये बदलला: शेकडो किलोअँपिअरच्या शक्तीसह विजेच्या स्त्राव प्रवाहाच्या चुंबकीय क्षेत्राद्वारे ते संकुचित केले गेले.

अँपिअरच्या कायद्यावर आधारित, एसआय मधील विद्युत् प्रवाहाचे मानक एकक - अँपिअर (ए) - स्थापित केले गेले. राज्य मानक "भौतिक परिमाणांची एकके" परिभाषित करते:

“एक अँपिअर हे वर्तमान सामर्थ्याच्या बरोबरीचे असते जे, एकमेकांपासून 1 मीटर अंतरावर असलेल्या व्हॅक्यूममध्ये असीम लांबीच्या आणि नगण्यपणे लहान क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्राच्या दोन समांतर सरळ कंडक्टरमधून जात असताना, समान परस्परसंवाद बल निर्माण करेल. 2 कंडक्टरच्या एका विभागावर 1 मीटर लांब . 10 -7 N.”

जिज्ञासूंसाठी तपशील

मॅग्नस आणि कोरिओलिस फोर्सेस

टायफूनवर मॅग्नस आणि कोरिओलिस शक्तींच्या प्रभावाची तुलना करून, व्यापाराच्या वाऱ्याने उडणाऱ्या फिरत्या हवा सिलेंडरच्या रूपात प्रथम अंदाजे कल्पनेशी तुलना करूया. अशा सिलेंडरवर मॅग्नस फोर्सच्या बरोबरीने क्रिया केली जाते:

F m = DρHV n V m / 2, (22)

जेथे D हा टायफूनचा व्यास आहे; ρ - व्यापार वारा हवा घनता; एच त्याची उंची आहे; V n > - व्यापार वारा मध्ये हवेचा वेग; व्ही टी - टायफूनमध्ये रेखीय हवेचा वेग. साध्या परिवर्तनाने आपल्याला मिळते

Fm = R 2 HρωV n, - (23)

जेथे R ही टायफूनची त्रिज्या आहे; ω हा टायफूनच्या फिरण्याचा टोकदार वेग आहे.

ट्रेड वाऱ्याची हवेची घनता टायफूनमधील हवेच्या घनतेइतकीच असते हे प्रथम अंदाजे गृहीत धरून, आम्ही प्राप्त करतो

M t = R 2 Hρ, - (24)

जेथे Mt टायफूनचे वस्तुमान आहे.

नंतर (19) असे लिहिता येईल

F m = M t ωV p - (25)

किंवा F m = M t V p V t / R. (२६)

मॅग्नस बलाच्या अभिव्यक्तीला कोरिओलिस बलासाठी अभिव्यक्ती (17) द्वारे विभाजित केल्यास, आपल्याला प्राप्त होते

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

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

हे लक्षात घेऊन, आंतरराष्ट्रीय वर्गीकरणानुसार, टायफून हे उष्णकटिबंधीय चक्रीवादळ मानले जाते ज्यामध्ये वाऱ्याचा वेग 34 मीटर/से पेक्षा जास्त असतो, आम्ही आमच्या गणनेमध्ये ही सर्वात लहान आकृती घेऊ. टायफूनच्या निर्मितीसाठी सर्वात अनुकूल भौगोलिक अक्षांश 16 o असल्याने, आम्ही θ = 16 o घेऊ आणि त्यांच्या निर्मितीनंतर लगेचच टायफून जवळजवळ अक्षांश मार्गांवर फिरत असल्याने, आम्ही α = 80 o घेऊ. मध्यम आकाराच्या टायफूनची त्रिज्या 150 किलोमीटर घेऊ. सर्व डेटा फॉर्म्युलामध्ये बदलून, आम्हाला मिळेल

F m / F k = 205. (29)

दुसऱ्या शब्दांत, मॅग्नस बल हे कोरिओलिस बलापेक्षा दोनशे पट जास्त आहे! अशा प्रकारे, हे स्पष्ट आहे की कोरिओलिस फोर्सचा केवळ टायफून तयार करण्याच्या प्रक्रियेशीच नाही तर त्याचा मार्ग बदलण्याशी देखील काही संबंध नाही.

ट्रेड वाऱ्यातील टायफूनवर दोन शक्तींचा परिणाम होईल - वर नमूद केलेले मॅग्नस फोर्स आणि टायफूनवरील ट्रेड वाऱ्याच्या वायुगतिकीय दाबाचे बल, जे एका साध्या समीकरणातून शोधता येते.

F d = KRHρV 2 p, - (30)

जेथे K हा टायफूनचा वायुगतिकीय ड्रॅग गुणांक आहे.

हे पाहणे सोपे आहे की टायफूनची हालचाल परिणामी शक्तीच्या क्रियेमुळे होईल, जे मॅग्नस बल आणि वायुगतिकीय दाबांची बेरीज आहे, जे व्यापारातील हवेच्या हालचालीच्या दिशेने p कोनात कार्य करेल. वारा या कोनाची स्पर्शिका समीकरणावरून शोधता येते

tgβ = F m/F d (31)

अभिव्यक्ती (26) आणि (30) ला (31) मध्ये बदलून, साध्या परिवर्तनानंतर आपल्याला प्राप्त होते

tgβ = V t /KV p, (32)

हे स्पष्ट आहे की टायफूनवर परिणाम करणारे बल F p हे त्याच्या प्रक्षेपकाला स्पर्श करणारी असेल आणि जर व्यापारी वाऱ्याची दिशा आणि वेग माहित असेल, तर विशिष्ट चक्रीवादळासाठी पुरेशा अचूकतेसह हे बल मोजणे शक्य होईल, अशा प्रकारे त्याचा पुढील मार्ग निश्चित करणे, ज्यामुळे त्याचे होणारे नुकसान कमी होईल. टायफूनच्या प्रक्षेपणाचा अंदाज चरण-दर-चरण पद्धती वापरून केला जाऊ शकतो, परिणामी शक्तीची संभाव्य दिशा त्याच्या प्रक्षेपकाच्या प्रत्येक बिंदूवर मोजली जाते.

वेक्टर स्वरूपात, अभिव्यक्ती (25) असे दिसते:

एफ m = M [ωV p]. (33)

हे पाहणे सोपे आहे की मॅग्नस फोर्सचे वर्णन करणारे सूत्र हे लॉरेन्ट्झ फोर्सच्या सूत्राशी संरचनात्मकदृष्ट्या एकसारखे आहे:

एफ l = q .

या सूत्रांची तुलना आणि विश्लेषण करताना, आपल्या लक्षात येते की सूत्रांची संरचनात्मक समानता खूप खोल आहे. अशा प्रकारे, दोन्ही वेक्टर उत्पादनांच्या डाव्या बाजू (M& #969; आणि q व्ही) वस्तूंचे मापदंड (टायफून आणि प्राथमिक कण) आणि उजव्या बाजू ( व्ही n आणि बी) - पर्यावरण (व्यापार वाऱ्याचा वेग आणि चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण).

शारीरिक प्रशिक्षण

कोरिओलिस खेळाडूवर जबरदस्ती करतो

फिरत्या समन्वय प्रणालीमध्ये, उदाहरणार्थ, जगाच्या पृष्ठभागावर, न्यूटनचे नियम समाधानी नाहीत - अशी समन्वय प्रणाली जडत्व नसलेली असते. त्यात एक अतिरिक्त जडत्व शक्ती दिसून येते, जी शरीराच्या रेषीय वेगावर आणि प्रणालीच्या कोनीय वेगावर अवलंबून असते. हे शरीराच्या प्रक्षेपकाला (आणि त्याचा वेग) लंब आहे आणि त्याला कोरिओलिस फोर्स म्हणतात, ज्याचे नाव फ्रेंच मेकॅनिक गुस्ताव गॅस्पर्ड कोरियोलिस (1792-1843) याच्या नावावर आहे, ज्याने या अतिरिक्त शक्तीचे स्पष्टीकरण आणि गणना केली. बल अशा प्रकारे निर्देशित केले जाते की वेग वेक्टरसह संरेखित करण्यासाठी, ते सिस्टमच्या रोटेशनच्या दिशेने काटकोनात फिरवले गेले पाहिजे.

दोन साधे प्रयोग करून इलेक्ट्रिक रेकॉर्ड प्लेयर वापरून कोरिओलिस फोर्स कसे “काम करते” ते पाहू शकता. ते पार पाडण्यासाठी, जाड कागद किंवा पुठ्ठ्यातून एक वर्तुळ कापून डिस्कवर ठेवा. हे फिरवत समन्वय प्रणाली म्हणून काम करेल. चला ताबडतोब एक नोंद करूया: प्लेयर डिस्क घड्याळाच्या दिशेने फिरते आणि पृथ्वी घड्याळाच्या उलट दिशेने फिरते. म्हणून, आपल्या मॉडेलमधील शक्ती आपल्या गोलार्धातील पृथ्वीवरील निरीक्षणाच्या विरुद्ध दिशेने निर्देशित केल्या जातील.

1. ताटाच्या अगदी वर, प्लेअरच्या पुढे पुस्तकांचे दोन स्टॅक ठेवा. पुस्तकांवर एक शासक किंवा सरळ पट्टी ठेवा जेणेकरून त्याची एक किनार डिस्कच्या व्यासाशी जुळेल. जर, स्थिर डिस्कसह, आपण मऊ पेन्सिलने पट्टीच्या मध्यभागीपासून काठापर्यंत एक रेषा काढली तर ती नैसर्गिकरित्या सरळ असेल. जर तुम्ही आता प्लेअर सुरू केला आणि बारच्या बाजूने पेन्सिल काढली, तर ती डावीकडे जाणारा वक्र मार्ग काढेल - जी. कोरिओलिसने गणना केलेल्या कायद्याशी पूर्ण सहमतीनुसार.

2. पुस्तकांच्या स्टॅकमधून एक स्लाइड तयार करा आणि त्यावर डिस्कच्या व्यासाच्या बाजूने जाड कागदाच्या खोबणीने टेप लावा. जर तुम्ही एक लहान बॉल एका खोबणीच्या खाली स्थिर डिस्कवर फिरवला तर तो व्यासाच्या बाजूने फिरेल. आणि फिरत्या डिस्कवर ते डावीकडे सरकेल (जर, अर्थातच, जेव्हा ते रोल करते तेव्हा घर्षण लहान असेल).

शारीरिक प्रशिक्षण

टेबलावर आणि हवेत मॅग्नसचा प्रभाव

1. जाड कागदापासून एक लहान सिलेंडर एकत्र चिकटवा. टेबलच्या काठापासून दूर नसलेल्या पुस्तकांचा स्टॅक ठेवा आणि एका फळीने ते टेबलच्या काठावर जोडा. जेव्हा पेपर सिलिंडर परिणामी स्लाइड खाली आणतो, तेव्हा आम्ही अपेक्षा करू शकतो की ते टेबलपासून दूर पॅराबोलाच्या बाजूने हलवेल. तथापि, त्याऐवजी, सिलेंडर वेगवानपणे त्याचा मार्ग दुसरीकडे वाकवेल आणि टेबलच्या खाली उडेल!

जर आपल्याला बर्नौलीचा नियम आठवला तर त्याचे विरोधाभासी वर्तन अगदी समजण्यासारखे आहे: वायू किंवा द्रव प्रवाहातील अंतर्गत दाब कमी होतो, प्रवाहाचा वेग जास्त असतो. या घटनेच्या आधारावर, उदाहरणार्थ, स्प्रे गन कार्य करते: उच्च वातावरणाचा दाब कमी दाबाने हवेच्या प्रवाहात द्रव पिळून टाकतो.

मनोरंजकपणे, मानवी प्रवाह देखील बर्नौलीच्या नियमांचे काही प्रमाणात पालन करतात. भुयारी मार्गात, एस्केलेटरच्या प्रवेशद्वारावर, जिथे रहदारी कठीण आहे, लोक दाट, घट्ट संकुचित गर्दीत एकत्र होतात. आणि वेगवान एस्केलेटरवर ते मुक्तपणे उभे राहतात - प्रवाशांच्या प्रवाहातील "अंतर्गत दबाव" कमी होतो.

जेव्हा सिलेंडर पडतो आणि फिरत राहतो, तेव्हा त्याच्या उजव्या बाजूचा वेग येणाऱ्या हवेच्या प्रवाहाच्या वेगापासून वजा केला जातो आणि त्यात डाव्या बाजूचा वेग जोडला जातो. सिलेंडरच्या डावीकडील हवेच्या प्रवाहाची सापेक्ष गती जास्त आहे आणि त्यातील दाब उजवीकडे कमी आहे. दबावातील फरकामुळे सिलेंडर अचानक त्याचा मार्ग बदलतो आणि टेबलच्या खाली उडतो.

रॉकेट लाँच करताना, लांब पल्ल्यावरील अचूक शूटिंग, टर्बाइनची गणना, जायरोस्कोप इत्यादी करताना कोरिओलिस आणि मॅग्नसचे नियम विचारात घेतले जातात.

2. कागदाच्या सिलेंडरला कागद किंवा कापड टेपने अनेक वळवून गुंडाळा. जर तुम्ही आता टेपचा शेवट जोरात खेचला तर ते सिलेंडर फिरवेल आणि त्याच वेळी पुढे गती देईल. परिणामी, मॅग्नसच्या शक्तींच्या प्रभावाखाली, सिलेंडर हवेतील लूपचे वर्णन करून उडेल.

चेंडूच्या मार्गक्रमणातील विचित्र बदल सरासरी व्यक्तीला चमत्कारासारखे वाटतात. परंतु व्यावसायिक फुटबॉल खेळाडू, बास्केटबॉल खेळाडू आणि बिलियर्ड खेळाडूंसाठी अशा युक्त्या कौशल्याचे निदर्शक आहेत. आणि इथेच आपल्याला भौतिकशास्त्राचे नियम आठवतात, जे मॅग्नस इफेक्ट सारख्या भेटवस्तू देतात. सुरुवातीला वायुगतिकीमध्ये लक्षात आले, आज गोलाकार वस्तूचा मार्ग बदलण्याचा हा नियम खूप विस्तृत आहे. अगदी अलीकडे, इंटरनेटवर एक व्हिडिओ दिसला ज्याने बास्केटबॉलचे उदाहरण वापरून या भौतिक घटनेचे स्पष्टपणे प्रदर्शन केले. व्हिडिओला दोन दिवसात 9 दशलक्षाहून अधिक दृश्ये मिळाली आणि मॅग्नस इफेक्ट आणि त्याच्या अविश्वसनीय अनुप्रयोगांमध्ये रस वाढला.

पार्श्वभूमी

हे सर्व या वस्तुस्थितीपासून सुरू झाले की प्रशियाच्या तोफगोळ्यांना त्यांच्या तोफांमधून तोफगोळे सतत चुकीच्या ठिकाणी का मारतात हे समजू शकले नाही. उड्डाणातील गाभ्याचे त्याच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या केंद्रासह भौमितिक केंद्राशी एकरूप नसल्यामुळे उड्डाणाचा मार्ग विकृत झाला. आयझॅक न्यूटनने फिरत्या चेंडूच्या उड्डाणावर परिणाम करणाऱ्या वायुगतिकीय शक्तीबद्दल लिहिले आणि प्रशियाचे कमांडर प्रसिद्ध जर्मन शास्त्रज्ञ हेनरिक गुस्ताव मॅग्नस (1802-1870) यांच्याकडे चेंडूच्या उड्डाणाच्या वक्र मार्गाच्या स्पष्टीकरणासाठी वळले, ज्यांनी 1853 मध्ये बॉलच्या उड्डाणाचे स्पष्टीकरण दिले. या घटनेचे.

शास्त्रज्ञाने सुचवले की समस्या ऑब्जेक्टच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या मध्यभागी नसून त्याच्या रोटेशनमध्ये आहे. त्याने प्रयोगांची मालिका केली आणि त्याने कोणतीही गणिती गणना केली नसली तरी, फिरत्या शरीराच्या उड्डाणाचा मार्ग बदलणारी वायुगतिकीय शक्ती सिद्ध करणारा तो पहिला होता.

मॅग्नस नंतर, लुडविग प्रँडटल (1875-1953) यांना या शक्तीमध्ये रस निर्माण झाला, ज्याने शक्ती आणि वेग मोजला. अनुवादित गती सुनिश्चित करण्यासाठी फिरत्या रोटर (सिलेंडर) वर परिणामी शक्ती वापरण्याची शक्यता स्थापित करणे ही त्याची सर्वात महत्वाची कामगिरी आहे. परंतु प्रत्यक्षात ही कल्पना दुसर्या जर्मन - अभियंता अँटोन फ्लेटनर (1885-1961) यांनी अंमलात आणली. थोड्या वेळाने फ्लेटनर आणि कौस्ट्यूच्या रोटर पालांवर अधिक.

स्पष्टीकरण भौतिकशास्त्रज्ञांसाठी नाही

न्यूटोनियन सॉलिड स्टेट फिजिक्सचे नियम लक्षात घेता, सोप्या शब्दातप्रक्रिया असे दिसते. फिरणारी गोलाकार वस्तू वेग घेते, वस्तूच्या समोरील हवा त्याच्या फिरण्याच्या दिशेने फिरते आणि बाजूने आणि मध्यभागी खेचली जाते. वस्तूच्या दुसऱ्या बाजूला, हवा फिरण्याच्या दिशेने उलट दिशेने फिरते. परिणामी, प्रवाह दूर जातो आणि वस्तू एका बाजूला हवा विस्थापित करते आणि दुसऱ्या बाजूला हवा परस्पर शक्ती बनवते, परंतु वेगळ्या दिशेने, ज्यामुळे ऑब्जेक्टचा उड्डाण मार्ग बदलतो. प्रक्रिया आकृती वरील आकृतीमध्ये दर्शविली आहे हे कुख्यात मॅग्नस प्रभाव आहे.

फ्लेटनर वारा जहाज

अँटोन फ्लेटनरला 16 सप्टेंबर 1922 रोजी रोटरी जहाजासाठी जर्मन पेटंट मिळाले. आणि आधीच ऑक्टोबर 1926 मध्ये, कील बे मध्ये एक खरी खळबळ उडाली होती एक असामान्य जहाज ज्यामध्ये दोन मोठे पाईप्स आणि ओपनवर्क मास्ट होते. फ्रेडरिक क्रुप जहाजबांधणी कंपनीचे स्लिपवे सोडणारे हे पहिले बकाऊ रोटरी जहाज होते.

फ्लेटनरने मॅग्नस इफेक्ट आणि फिरणाऱ्या सिलेंडर्सभोवती वाहत असताना निर्माण होणारे बल वापरले आणि प्रवाहाच्या दिशेला लंब निर्देशित केले. ज्या बाजूने फिरत्या शरीराने तयार केलेल्या भोवरा प्रवाहाची दिशा हवेच्या प्रवाहाच्या दिशेशी एकरूप होते, त्या बाजूने हालचालीची शक्ती आणि गती झपाट्याने वाढते. तंतोतंत हेच रोटर्स होते ज्यांना नंतर त्याच्या नावावर ठेवले गेले की तरुण अभियंता फ्लेटनरने पाल बदलले.

या जहाजाचे रोटर इलेक्ट्रिक मोटर्सने चालवले जात होते. जेथे रोटर वाऱ्याच्या विरूद्ध फिरला, तेथे वाढीव दाबाचे क्षेत्र तयार झाले. उलट बाजूला - कमी सह. परिणामी शक्तीने जहाज हलवले.

बुकाऊने सन्मानाने परीक्षा उत्तीर्ण केली. 1925 मध्ये तो डॅनझिगहून स्कॉटलंडला हवामानाच्या परिस्थितीत गेला जेव्हा जहाजे समुद्रात जाण्याचे धाडस करत नव्हते. प्रवास यशस्वी झाला, आणि जहाजाच्या क्रूची संख्या 10 लोकांपर्यंत कमी करण्यात आली, विरूद्ध 20 लोक नौकानयन जहाजावर.

जबरदस्ती विस्मरण

फ्लेटनर रोटर्ससाठी उज्ज्वल भविष्य उघडत होते. हॅम्बर्ग कंपनी "बार्बरा" च्या जहाजाने प्रकल्पाच्या यशाची पुष्टी केली. हे एक कार्गो लाइनर होते, ज्याची हालचाल तीन 17-मीटर रोटर्सद्वारे प्रदान केली गेली होती, ज्याने 4-6 शक्तींच्या वाऱ्यामध्ये 13 नॉट्सचा वेग सेट केला होता.

प्रकल्पाचे स्पष्ट यश असूनही, तो बराच काळ विसरला गेला. आणि याची अनेक कारणे आहेत. 1920 च्या महामंदी दरम्यान फ्लेटनरने स्वतः शिपिंगमधील रस गमावला आणि विमानचालनात रस घेतला.

रोटर स्थापनेसह जहाजांचे पुनर्जीवितीकरण

फ्लेटनरच्या रोटरी जहाजाचा एक सातत्य म्हणजे जॅक-यवेस कौस्टेउची टर्बोसेल. प्रसिद्ध शोधकआणि एप्रिल 1885 मध्ये वाहतुकीच्या पर्यावरणास अनुकूल साधनांसाठी लढाऊ विमानाने पेटंट टर्बोसेलसह सुसज्ज अल्सिओन जहाज लाँच केले, ज्यामध्ये मॅग्नस प्रभाव वापरला गेला. हे जहाज आजही चालू आहे.

दुर्दैवाने, कौस्ट्यूच्या अनुयायांना जहाजांवर रोटरी स्थापनेमध्ये फारसा रस नव्हता आणि त्यांच्यातील रस पुन्हा कमी झाला. तेल संकटाच्या प्रारंभासह त्यांची आठवण झाली आणि 2010 मध्ये रोटरी प्रतिष्ठापनांसह तिसरे जहाज सुरू केले गेले. चार फ्लेटनर रोटर्ससह हे एनरकॉनचे हेवी 130m ई-शिप 1 आहे. आज ते जर्मनीपासून युरोपियन देशांमध्ये पवन जनरेटर वाहतूक करते, 9 टन कार्गो सहन करू शकते आणि 17 नॉट्सच्या वेगाने पोहोचते. क्रू फक्त 15 लोक आहेत.

विंड अगेन (सिंगापूर), वार्टसिला (फिनलंड) आणि इतर काही जहाज कंपन्या रोटरी प्रतिष्ठापनांमध्ये रस घेऊ लागल्या. असे दिसते की तेलाचा तुटवडा आणि एक चिंताजनक तापमानवाढ हवामान आधुनिक जहाजांना पवन प्रणोदनाच्या परत येण्यात भूमिका बजावेल.

विमान उद्योगात अर्ज

विमानचालनातील मॅग्नस प्रभावाचा वापर विविध डिझाइन सोल्यूशन्समध्ये लागू करण्यात आला. सर्वात सोप्या फॉर्ममध्ये शाफ्ट-आकाराचे पंख वापरले जातात जे उड्डाण दरम्यान फिरतात. या दिशेच्या संस्थापकांपैकी ऑस्ट्रियन शोधक कार्ल ग्लिगोरिन होते, ज्याने पंखांच्या आकाराचे अनुसरण करणाऱ्या रोटरवर फेअरिंग स्थापित करण्याचा प्रस्ताव दिला. ॲमस्टरडॅममध्ये, ई.बी. वुल्फ, अमेरिकन जॉन डी. गर्स्ट आणि के. पॉपर यांनी 1932 मध्ये शाफ्ट-आकाराच्या पंखांसह त्यांच्या विमानाची चाचणी केली.

उत्तर अमेरिकन-रॉकवेल YOU-10A ब्रॉन्को, 1964 मध्ये फिरत्या शाफ्टमध्ये रूपांतरित झाले, ते कार्यक्षम असल्याचे सिद्ध झाले. हा पेरू येथील एका प्राध्यापकाचा प्रकल्प होता, अल्बर्टो अल्वारेझ-कॅल्डेरॉन. तथापि, प्रोटोटाइपमध्ये फायद्यांपेक्षा अधिक तोटे होते.

प्रयत्न करूनही, मॅग्नस इफेक्ट विमान वाहतुकीत रुजला नाही. रोटर-प्रकारच्या पंखांचा व्यावहारिक वापर अनेक समस्यांशी संबंधित आहे आणि अद्याप आर्थिकदृष्ट्या न्याय्य नाही.

मॅग्नस प्रभाव आणि पवन टर्बाइन

पर्यायी ऊर्जा स्त्रोत उद्योगाचा विकास आपल्या काळात विशेषतः महत्त्वपूर्ण आहे. आणि या उद्योगात, मॅग्नस प्रभाव वापरला गेला आहे. ब्लेड वारा जनरेटर रोटर युनिट्सद्वारे बदलले जात आहेत, जे 2-6 मीटर/सेकंद वाऱ्याच्या वारंवार आणि कमी वेगाने सर्वात प्रभावी आहेत. ते एका अक्षावर आधारित आहेत ज्याभोवती सिलेंडर फिरतात. एरोलाद्वारे निर्मित अशी पहिली स्थापना 2015 मध्ये मिन्स्क (बेलारूस) जवळ दिसून आली. त्याची शक्ती 100 किलोवॅट होती, टर्बाइन रोटरचा व्यास 36 मीटर होता. 9.5 m/s च्या डिझाईन वाऱ्याच्या गतीने चालते.

नोवोसिबिर्स्क इन्स्टिट्यूट ऑफ अप्लाइड मेकॅनिक्स एसबी आरएएस येथे या दिशेने कार्य सुरू आहे आणि तेथे आधीच 2 मेगावॅट क्षमतेसह मॅग्नस प्रभाव वापरणारे पवन जनरेटरचे प्रोटोटाइप आहेत.

अगदी सामान्य वापर नाही

चेंडूचा मार्ग बदलण्याचा हा परिणाम खेळांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरला जातो: फुटबॉलमध्ये टॉपस्पिन शॉट्स आणि "ड्राय शीट", एअरसॉफ्टमध्ये हॉप अप सिस्टम.

मॅग्नस इफेक्ट आज विमानाच्या मॉडेल डिझाइनमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरला जातो. उदाहरणार्थ, कार्डबोर्ड, इलेक्ट्रिक मोटर आणि पेपर फास्ट फूड कपपासून बनवलेले विमान पीटरस्रिपोल चॅनेलने डिझाइन केले होते.

मॅग्नस इफेक्ट पतंगांच्या उत्पादनात वापरला जातो. उदाहरणार्थ, डी. एडवर्ड्स किंवा एस. अल्बर्टसन यांनी डिझाइन केलेला पिनव्हीलच्या स्वरूपात साप.

परंतु "चक्रीवादळ शिकारी" साठी ही भौतिक घटना खूप धोकादायक बनू शकते. जर कार आणि जमिनीच्या मधला तळ चांगला बंद केला नसेल, तर दरीतून एक चक्रीवादळ वारा एक प्रचंड उचलणारी शक्ती तयार करू शकतो जो कारला हवेत सहजपणे उचलू शकतो.

धडा 3 मॅग्नस इफेक्ट आणि लॉरेंट्झ फोर्स

झुकोव्स्की-चॅप्लिगिन विंग प्रमाणेच, फिरत्या सिलेंडरच्या पृष्ठभागावरील मध्यम प्रवाहाच्या दाबातील फरकामुळे मॅग्नस बल उद्भवते. हा परिणाम जर्मन शास्त्रज्ञ एच जी मॅग्नस यांनी 1852 मध्ये शोधला होता. अंजीर मध्ये. आकृती 8 मध्यम प्रवाहाच्या वेग वेक्टर आणि फिरत्या सिलेंडरच्या पृष्ठभागाच्या जोडणीचे आकृती दर्शविते.

तांदूळ. 8. फिरणाऱ्या सिलेंडरसाठी मॅग्नस प्रभाव

सिलेंडरच्या वरच्या भागात (शेवटचे दृश्य), माध्यमाच्या प्रवाहाच्या हालचालीची दिशा आणि फिरणाऱ्या सिलेंडरच्या पृष्ठभागाची दिशा एकसारखी असते आणि सिलेंडरच्या खालच्या भागात, त्याची पृष्ठभाग माध्यमाच्या प्रवाहाकडे सरकते. फिरणाऱ्या सिलेंडरच्या खालच्या भागातील प्रवाह त्याच्या पृष्ठभागाच्या प्रवाहाकडे सरकल्यामुळे मंद होत असल्याने, प्रवाहाचा गतिशील दाब कमी होतो आणि बर्नौलीच्या एकूण नियमानुसार, पृष्ठभागावरील माध्यमाचा स्थिर दाब वाढतो. प्रवाहाचा दाब. परिणामी, फिरणाऱ्या सिलेंडरच्या वरच्या भागावरील माध्यमाचा दाब सिलेंडरच्या खालच्या भागापेक्षा कमी होतो. झुकोव्स्की-चॅप्लिगिन प्रोफाइल असलेल्या पंखांच्या प्रभावाप्रमाणे उचलण्याची शक्ती उद्भवते.

मॅग्नस इफेक्ट फुटबॉल आणि टेनिस खेळाडूंना सुप्रसिद्ध आहे, जे त्याचा वापर करून फिरणाऱ्या चेंडूसाठी वक्र उड्डाण मार्ग तयार करतात. "वक्र हिट" सह, चेंडू सरळ उडतो परंतु त्याच्या अक्षाभोवती फिरतो. उड्डाण करताना, हवेचा प्रवाह त्या दिशेने वाहतो, ज्यामुळे मॅग्नस प्रभाव निर्माण होतो आणि उड्डाणाचा मार्ग वक्र असतो. अशा आघातामुळे, चेंडू एका वक्र बाजूने उडतो आणि चुकीच्या जागी आदळतो...

आपण असे गृहीत धरू की आपण हलत्या माध्यमाचा (हवा, पाणी इ.) बंद प्रवाह तयार केला आहे, ज्यामध्ये अनेक फिरणारे सिलिंडर ठेवलेले आहेत, अंजीर मध्ये दाखवल्याप्रमाणे. 9. प्रत्येक सिलेंडरचे रोटेशन स्वतंत्र इलेक्ट्रिक ड्राईव्हद्वारे प्रदान केले जाते असे गृहीत धरू या, समायोज्य गती आणि रोटेशनची दिशा.

तांदूळ. 9. मॅग्नस प्रभावावर आधारित प्रोपल्शन

हलत्या माध्यमाच्या प्रवाहात पंख स्थापित केलेल्या डिझाइनच्या विपरीत, या योजनेचा एक महत्त्वाचा फायदा आहे: सिलेंडरच्या रोटेशनची गती आणि दिशा बदलून अक्षीय लिफ्ट फोर्सची परिमाण आणि दिशा बदलली जाऊ शकते. परिचालित प्रवाहाचा वेग आणि दिशा बदलली जाऊ शकत नाही, जे या वाहनाच्या गती आणि कुशलतेमध्ये महत्त्वपूर्ण फायदे प्रदान करते. या प्रकारचे प्रोपल्शन युनिट अनुलंब किंवा क्षैतिजरित्या स्थापित केले जाऊ शकते, कर्षण शक्ती तयार करते.

लॉरेन्ट्झ बल म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक घटनेचा विचार करताना मॅग्नस इफेक्टशी एक मनोरंजक साधर्म्य उद्भवते: चुंबकीय क्षेत्रामध्ये विद्युत प्रवाह वाहून नेणारा कंडक्टर अंजीर मध्ये दर्शविलेल्या दिशेने बलाच्या अधीन असतो. 10. पूर्वी या शक्तीच्या स्वरूपाचे कोणतेही स्पष्ट स्पष्टीकरण नव्हते. मॅग्नस इफेक्टशी साधर्म्य गृहीत धरून, इथरियल माध्यमाच्या दाब ग्रेडियंटचा परिणाम म्हणून आम्ही लॉरेन्ट्झ फोर्सचा अर्थ लावू शकतो. हे पहिल्यांदा 1996 मध्ये अहवालात दाखवण्यात आले होते.

तांदूळ. 10. ईथर प्रेशर ग्रेडियंटचा परिणाम म्हणून लॉरेन्ट्झ फोर्स

तथापि, अंजीर मध्ये चित्रात. 10, आम्हाला व्हेक्टरच्या सुपरपोझिशनचे उलटे चित्र मिळते, जे अंजीर मध्ये दाखवले होते. 8. मॅग्नस बल सिलेंडरच्या पृष्ठभागाच्या आणि माध्यमाच्या समन्वित गतीच्या दिशेने मध्यम प्रवाहात फिरत असलेल्या सिलेंडरवर कार्य करते. अंजीर मध्ये. आकृती 10 दर्शविते की लॉरेन्ट्झ बल सदिशांच्या विरोधी सुपरपोझिशनच्या दिशेने कार्य करते. का?

वस्तुस्थिती अशी आहे की अंजीर मध्ये वेक्टर. विद्युत प्रवाह (सकारात्मक चार्ज केलेल्या कणांचा प्रवाह) आणि चुंबकीय क्षेत्राच्या वेक्टरच्या स्वीकृत पदनामांनुसार, 10 पारंपारिकपणे दर्शविल्या जातात. इलेक्ट्रॉन आणि इथर कणांच्या (चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर) वास्तविक प्रवाहांच्या हालचालीची दिशा परंपरागत पदनामांपेक्षा वेगळी असते. मूलभूतपणे, प्रभाव मॅग्नस प्रभावासारखाच तयार केला जातो, भिन्न सापेक्ष वेगांमुळे माध्यमाच्या दाब ग्रेडियंटमुळे, परंतु इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक सिस्टम हवा किंवा पाणी नसून इथरियल माध्यम वापरतात.

हे लक्षात घेणे महत्वाचे आहे की इलेक्ट्रॉन किंवा इतर चार्ज केलेले कण जे हलवताना चुंबकीय क्षेत्र तयार करतात ते फिरणारी वस्तू आहे. पदार्थाच्या दिलेल्या कणाच्या विद्युत शुल्काच्या चिन्हावर अवलंबून, त्याच्या रेषीय हालचालीला हेलिकल रेषा, उजवीकडे किंवा डावी सर्पिल मानणे अधिक अचूक असेल.

इलेक्ट्रॉनच्या संरचनेबद्दल बरेच काही लिहिले गेले आहे, परंतु मी वाचकांना वडील आणि मुलगा पोल्याकोव्हच्या कार्याची शिफारस करू इच्छितो. या लेखकांनी त्यांच्या "प्रायोगिक ग्रॅव्हिटोनिक्स" या पुस्तकात इलेक्ट्रॉनच्या संरचनेचे परीक्षण केले आणि दाखवले की ते स्वतःवर बंद केलेले वर्तुळाकार ध्रुवीकरणाचे फोटॉन म्हणून प्रस्तुत केले जाऊ शकते, म्हणजे, वर्तुळाकार ध्रुवीकरणाच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरीच्या हालचालीची गतिशील प्रक्रिया म्हणून. बंद टोरॉइडल जागा. नंतर, आम्ही या समस्येचे अधिक तपशीलवार कव्हर करू. येथे आम्ही फक्त थोडक्यात लक्षात घेतो की, या विचारात, जेव्हा एखादा चार्ज केलेला कण ईथरमध्ये फिरतो तेव्हा चुंबकीय क्षेत्र दिसणे आणि दिलेल्या वातावरणात फिरणारा सिलेंडर किंवा बॉल जेव्हा हलतो तेव्हा उद्भवणाऱ्या भौतिक वातावरणाच्या त्रासाशी स्पष्ट साधर्म्य असते.

आपण असे म्हणू शकतो की बाह्य चुंबकीय क्षेत्राचा परस्परसंवाद ज्याच्या ओलांडून विद्युतभारित कण त्याच्या स्वत:च्या चुंबकीय क्षेत्रासह फिरतो त्या कणाला हवेचा प्रवाह फिरणाऱ्या चेंडूला विचलित करतो त्याचप्रमाणे, त्यात हलणाऱ्या पदार्थाच्या कणावर माध्यमाचा दाब ग्रेडियंट तयार झाल्यामुळे.

या प्रकरणात, लॉरेंट्झ फोर्स आणि अँपिअर फोर्स हे वर्तमान-वाहक कंडक्टरच्या संबंधात बाह्य शक्ती आहेत ज्यावर ते कार्य करतात, म्हणजेच ते अंतराळात त्यांची हालचाल सुनिश्चित करू शकतात.

एरोडायनॅमिक्स आणि एथरडायनॅमिक्समधील या मनोरंजक साधर्म्या अनेक रचनात्मक कल्पना देतात.