в какую сторону вращается смерч
Новое в блогах
Торнадо
Если смерч касается поверхности воды, эта величина может составлять всего 20—30 м, а при прохождении воронки над сушей может достигать 1,5—3 км.
В Северном полушарии вращение воздуха в смерчах происходит, как правило, против хода часовой стрелки. Это может быть связано с направлениями взаимных перемещений масс воздуха по сторонам от атмосферного фронта, на котором формируется смерч. Известны и случаи обратного вращения. На соседних со смерчем участках происходит опускание воздуха.
Внутри воронки воздух опускается, а снаружи поднимается, быстро вращаясь, создаётся область сильно разреженного воздуха.
При формировании смерча наблюдатель видит, как навстречу опускающейся с неба воронке с земли поднимается каскад, который затем охватывает нижнюю часть воронки. Термин происходит от того, что обломки, поднявшись до некоторой незначительной высоты, не могут уже удерживаться потоком воздуха и падают на землю. Вихрь, образовавшийся на море, называют смерчем, а на суше — торнадо.
Атмосферные вихри, аналогичные смерчам, но образующиеся в Европе, называют тромбами.
Большинство смерчей возникает в виде узкой воронки (всего несколько сотен метров в поперечнике), с небольшим облаком мусора вблизи земной поверхности. Торнадо может быть скрыт полностью стеной
Причины образования смерчей полностью не изучены до сих пор. Можно указать лишь некоторые общие сведения, наиболее характерные для типичных смерчей.
Смерчи в своём развитии проходят три основных стадии. На начальной стадии из грозового облака появляется начальная воронка, висящая над землёй. Холодные слои воздуха, находящиеся непосредственно под облаком, устремляются вниз на смену тёплым, которые, в свою очередь поднимаются вверх (такая неустойчивая система образуется обычно при соединении двух атмосферных фронтов — тёплого и холодного). Потенциальная энергия этой системы переходит в кинетическую энергию вращательного движения воздуха. Скорость этого движения возрастает, и он приобретает свой классический вид.
Вращательная скорость растёт с течением времени, при этом в центре торнадо воздух начинает интенсивно подниматься вверх. Так протекает вторая стадия существования смерча — стадия сформировавшегося вихря максимальной мощности. Смерч полностью оформляется и движется в различных направлениях.
Завершающая стадия — разрушение вихря. Мощность торнадо ослабевает, воронка сужается и отрывается от поверхности земли, постепенно обратно поднимаясь в материнское облако.
Время существования каждой стадии различно и колеблется от нескольких минут до нескольких часов (в исключительных случаях). Скорость продвижения смерчей также различна, в среднем — 40 — 60 км/ч (в очень редких случаях может достигать 210 км/ч).
Смерч: Неразгаданный феномен
Откуда берутся эти «воздушные убийцы» и почему обладают такой чудовищной силой? До сих мор остаются необъяснимыми самые разные феномены, сопровождающие торнадо. Чего стоят, например, стёкла, без малейших трещин, пробитые галькой, или деревянные дома, пробитые насквозь досками.
Если случаи ещё как-то объясняются огромными скоростями по краям вихря, то как объяснить деревянные щепки, застрявшие в пробитых ими насквозь рельсах, или соломинки, воткнутые в бетонную стену, как иглы в подушку.
Одними гиперзвуковыми скоростями объяснить такое трудно, и поэтому некоторые исследователи поговаривают о возможных пространственно-временных аномалиях внутри смерча.
Все эти слова как нельзя точно подходят грозному природному явлению. Вот леденящие душу воспоминания одного из моряков, пережившего встречу с ним:
«Пароход «Даймонд» заканчивал погрузку, когда послышался чей-то испуганный крик:
— Смерч! Смотрите, смерч!
Смерч находился уже не далее чем в полукилометре от нас. Формой он был похож на перевёрнутую воронку, горло которой соединялось с такой же воронкой, спускавшейся с тяжёлых облаков. Он непрерывно менял свою форму, то раздуваясь, то сужаясь, и несся прямо на нас. Море клокотало и пенилось у его основания, словно гигантская чаша с кипящей водой.
Мы кинулись на корму, чтобы спуститься в лодки, но вихрь, изменив направление, промчался вдоль борта парохода, захватил в свой водоворот нагруженную людьми шлюпку, отступил на мгновение и снова двинулся на нас.
Он потопил вторую лодку, а с третьей поиграл, как кошка с мышью, заполнил её водой и отправил на дно. Потом произошло непонятное. Смерч устремился вверх. Вместо оглушительного грохота клокочущей воды послышалось раздирающее уши шипение. Под крутящимся столбом стала вздыматься водяная гора, «Даймонд» накренился на левую сторону, черпая воду бортом. Вдруг страшная колонна разорвалась, море выровнялось, и смерч исчез, словно мы видели его во сне. «
В России смерчи не так часты, как в Америке, но последствия их тоже впечатляют.
Так, легендарный московский смерч 1904 года помнят уже более ста лет. В жаркий летний день 29 июня в 17 часов из тёмного грозового облака высотой около 11 километров под вспышки молний и грохот грома на южное Подмосковье свесилась серая остроконечная воронка.
Навстречу ей поднялся столб пыли, и вскоре концы обеих воронок соединились. Колонна смерча разрослась до полукилометра в ширину и двинулась на Москву. По пути она зацепила деревню Шашино: в небо взлетели избы, вокруг воздушного столба с бешеной скоростью летали обломки построек и куски деревьев.
А в нескольких километрах западнее этого вихря, вдоль железной дороги через Климовск и Подольск, на север продвигался второй — так называемый «братский» смерч. Вскоре оба врезались в московские районы, широкой полосой пройдя через Лефортово, Сокольники, Басманную улицу, Мытищи. Кромешная мгла сопровождалась страшным шумом, рёвом, свистом, молниями и небывало крупным градом — до 600 граммов весом. Прямое попадание таких градин убивало людей и животных, ломало толстые ветви деревьев.
Одна из пожарных команд приняла смерч за столб дыма и поспешила на тушение пожара. Но смерч в секунды раскидал людей и лошадей, разбил в щепки пожарные бочки и направился к Яузе и Москве-реке. Вода сначала вскипела и забурлила, как в котле.
А затем очевидцы наблюдали поистине библейскую картину: смерч высасывал из рек воду до самого дна, та не успевала смыкаться, и какое-то время виднелась траншея. В Лефортовском парке погибла роща столетних деревьев, пострадали старинный дворец и госпиталь. Сотни домов по пути смерча превратились в развалины.
Погибло более ста человек, сотни были ранены и покалечены. На Немецком рынке (район метро «Бауманская») смерч поднял в воздух полицейского, который «вознёсся в небо, а затем, раздетый и избитый градом, упал на землю» в двухстах саженях от рынка. А железнодорожная будка с обходчиком, пролетев 40 метров, рухнула на железнодорожное полотно. Чудом обходчик остался жив. Любопытно, что разгул стихии продолжался в Лефортове всего две минуты.
Рождение «воздушных убийц»
Пока наука располагает лишь общими сведениями о торнадо. Например, известно, что типичный смерч чаще всего зарождается в грозовом облаке, а затем спускается вниз в виде длинного, в несколько сотен метров, «хобота», внутри которого быстро вращается воздух. Видимая часть торнадо иногда достигает полутора километров в высоту. На самом же деле смерч может быть раза в два выше, просто его верхняя часть скрыта нижним слоем облаков.
Но нередко смерч рождается и при абсолютно безоблачной жаркой погоде. Нагретый от земли воздух восходящим потоком устремляется вверх, создавая внизу, около земли, зону пониженного давления. Над некоторыми, более нагретыми местами земли такой восходящий поток, а значит, и разрежение воздуха сильнее. В эту зону пониженного давления, в «око» будущего торнадо, со всех сторон устремляется тёплый воздух.
Поднимаясь вверх, он закручивается (в Северном полушарии, как правило, против часовой стрелки), создавая воздушную воронку. Нечто подобное, только направленное вниз, мы наблюдаем, открыв пробку в наполненной водой ванне или раковине. Сначала вода просто устремляется вниз, но вскоре вокруг отверстия возникает воронка вращающейся воды.
Вращающаяся воронка действует как сепаратор: центробежные силы оттесняют из центра на периферию более тяжёлый влажный воздух, который создаёт плотные стенки воронки. Их плотность в 5-6 раз больше, чем у обычного воздуха, а масса воды в них во много раз больше массы воздуха.
Вот впечатления чудом спасшегося армейского капитана Роя С. Холла из штата Техас, который 3 мая 1943 года со своей семьёй побывал в центре подобной воронки.
50 метров в поперечнике. Выше она расширялась и была частично заполнена ярким облаком, мерцавшим, как люминесцентная лампа». Когда вращающаяся воронка качнулась, Холл увидел, что вся колонна как будто составлена из множества огромных колец, каждое из которых двигалось независимо от остальных и вызывало волну, пробегавшую сверху донизу.
Когда гребень каждой волны достигал дна, вершина воронки издавала звук, напоминавший щёлканье бича. Холл в ужасе наблюдал, как торнадо буквально в клочья разорвал соседский дом. По словам Холла, «дом будто растворялся, разные его части уносились влево, словно искры от наждачного круга».
Движутся торнадо обычно по ветру со скоростью автомобиля — от 20 до 100 километров в час. Граница зоны опустошения может быть очень резкой: иногда на расстоянии всего нескольких десятков метров от неё стоит почти полный штиль.
В отдельных случаях скорость вихря на периферии воронки достигает 300—500 километров в час, а иногда, по косвенным оценкам, может даже превышать скорость звука — более 1300 км/ч. При таких колоссальных скоростях вращения центробежные силы создают внутри вихря сильное разрежение, иногда в несколько раз меньше атмосферного.
Часто разница давлений внутри и снаружи смерча настолько велика, что закупоренные ёмкости, накрытые центром («оком») смерча, просто взрываются изнутри. Так разлетаются в клочья газовые баллоны, цистерны, баки, речные бакены.
Нередко, когда смерч целиком накрывает дом с запертыми дверями и закрытыми окнами, из-за огромной разницы внутреннего (обычного атмосферного) давления и пониженного наружного строение буквально лопается. Точно так же смерч иногда взрывает капитанские рубки на судах.
Впрочем, со смерчами связано немало и курьёзных случаев. Так, 30 мая 1879 года так называемый «ирвингский смерч» во время церковной службы поднял на воздух деревянную церковь вместе с прихожанами. Перенеся её на четыре метра в сторону, смерч удалился. Прихожане отделались лёгким испугом. В Канзасе 9 октября 1913 года прошедший по небольшому саду смерч вырвал с корнем крупную яблоню и разорвал её на куски. А улей с пчёлами в метре от яблони остался невредим.
В штате Оклахома смерч унёс двухэтажный деревянный дом вместе с семьёй фермера, шутки ради оставив невредимой лестницу, которая когда-то вела на крыльцо дома. У старенького «форда», стоявшего рядом с домом, смерч вырвал два задних колеса, но кузов оставил целёхоньким, а стоявшая под деревом на столе керосиновая лампа продолжала как ни в чём не бывало гореть. Случалось, что куры и гуси, попавшие в зону смерча, взлетали высоко в воздух, а возвращались на землю уже ощипанными.
Истощив свою энергию, смерч расстаётся с тем, что успел в себя втянуть по пути следования. Сам он исчезнет, а гроза с ливнем сильно удивят. Вода из высосанного вихрем пруда или болотной речушки красноватого цвета может вернуться на землю в виде цветного дождя.
Нередко выпадают дожди из рыбёшек, медуз, лягушек, черепах. А 17 июля 1940 года в деревне Мещёры Горьковской области во время грозы выпал дождь из старинных серебряных монет времён Ивана Грозного. Очевидно, они были извлечены из неглубокого клада, вскрытого и «похищенного» смерчем.
Для чего учёные тратят столько сил на изучение смерчей и торнадо? Ну конечно, чтобы научиться предотвращать или хотя бы ослаблять их ярость. А кроме того, хочется понять, как и откуда смерчи получают колоссальную энергию, и, может быть, создать соответствующие технологии.
Но «запрячь» торнадо привлекательно и по другой причине. Теория смерча может помочь в создании принципиально новых типов устройств и приборов: от антигравитационных платформ и левитирующих устройств (так называемых лифтеров) до пылесосов, от погрузочно-разгрузочных устройств до хлопкоуборочных машин и тому подобной техники.
Огромная подъёмная сила внутри смерча подсказывает, что здесь лежат и интересные решения для авиации и космонавтики. Такие работы проводились ещё в Третьем рейхе. Основным идеологом их был австрийский изобретатель Виктор Шаубергер (1885-1958), сделавший, пожалуй, самые фундаментальные открытия XX столетия и своей вихревой теорией открывший человечеству совершенно новые источники энергии.
Он обнаружил, что вихревой поток при определённых условиях становится самоподдерживающимся, то есть для его формирования больше не нужна внешняя энергия. Энергию вихря можно использовать как для выработки электроэнергии, так и для создания подъёмной силы в летательных аппаратах.
Опытный образец «летающей тарелки» был изготовлен и даже прошёл лётные испытания. Но запустить его в серийное производство гитлеровцы не успели, и дискообразный летательный аппарат в конце войны был уничтожен.
Переправленный после войны в США, Шаубергер восстанавливать свой двигатель для американских поенных отказался наотрез. Он верил, что его открытия послужат мирным и благородным целям. В 1958 году один американский концерн обманным путём получил у Шаубергера, не владевшего английским языком, подпись под документом, в котором тот завещал все свои записи, аппараты и права на них этому концерну.
По договору Шаубергеру запрещалось проводить дальнейшие исследования. Узнав о чудовищном обмане, великий изобретатель вернулся в Австрию, где через пять дней в полном отчаянии умер. Никаких сведений об использовании его изобретений завладевшим ими концерном до сих пор нет.
Несмотря на некоторый прогресс в изучении смерчей, то немногое, что знают учёные об этом феномене, иногда не согласуется ни с какой логикой.
Когда-то капитаны кораблей старались избежать опасной встречи с морским смерчем, стреляя в приближающийся водяной столб из пушек. Иногда это помогало, и от удара ядра вихрь распадался, не причинив вреда кораблю.
И всё же гарантированных способов предотвратить торнадо учёные не знают. А потому ещё долго грозные «вальсирующие дьяволы» будут совершать свой разрушительный танец, наводя страх и неся с собой гибель и разрушения.
В какую сторону вращается смерч
И. Ситников. «Бетси, Камина и другие. «
Высоко под потолок летят вихревые дымные кольца, выпущенные курильщиком, тогда как дым от его папиросы, едва поднявшись, разбивается на струйки, перемешивается с воздухом и расплывается. Классические опыты с большими вихревыми кольцами, которые со стуком ударялись о стену лаборатории, описаны в статье американского физика-экспериментатора Р. Вуда (см. «Квант» № 12, 1971 г.).
В природе вихри возникают во множестве. Они появляются в той части потока, где скорость быстро меняется в направлении, перпендикулярном потоку. Каждому случалось видеть вихри в быстрой реке на переходе от быстрины к замедленному течению у берега. Целая цепочка вихрей может тянуться за движущимся предметом, скажем, автомобилем. Их особенно удобно наблюдать на шоссе в метельные дни, когда машина обдувается крепким встречным ветром, а хлопья снега проявляют движение прозрачного воздуха. Такие же вихри появляются при обтекании препятствий.
Вихревой характер сильного ветра был замечен в 1821 г. У. Рэдфилдом, содержателем небольшого магазина в штате Коннектикут (США), который, объезжая после шторма районы штата, обратил внимание на поваленные ветром деревья. В одном месте деревья лежали макушками к северо-западу, тогда как на некотором расстоянии макушки указывали прямо противоположное направление. Отсюда У. Рэдфилд сделал вывод, что шторм представлял собой вращательную систему ветров. Беседуя с моряками и анализируя судовые журналы, он установил направление вращения крупных вихрей и нашел траектории их центров. В 1831 г. вышел труд У. Рэдфилда, излагающий результаты его исследований. Близкие взгляды высказывал немецкий ученый В. Дове. В эти же годы были построены первые ветровые карты.
Вообще, вихревые движения характерны для атмосферы Земли. Однако далеко не все вихри «делают погоду». Погода на земном шаре в сильной степени зависит от присутствия гигантских атмосферных вихрей-циклонов и антициклонов, задающих ветровой режим в данном районе Земли.
Рис. 1. Стрелками указаны направления ветров в циклоне.
Направление вращения циклонов в различных полушариях можно объяснить закручивающим действием силы Кориолиса (подробнее см. «Квант» № 2, 1975 г.), связанной с суточным вращением Земли. Напомним известный факт, что отклоняющее действие этой силы заставляет реки подмывать свои правые берега. Воздушный поток не удерживается берегом, и поэтому при своём движении к центру он будет отклоняться вправо, если смотреть в сторону центра, т. е. против часовой стрелки при взгляде сверху.
Заметим, что возле самого экватора в полосе широт