Юный техник, 2002 № 10

Так, например, Мэттунский смерч 26 мая 1917 г. прошел по штатам Иллинойс и Индиана более 500 км и продолжался 7 ч 20 мин. Ширина его составляла от 400 до 1000 м. Погибли 110 человек. Ущерб составил миллионы долларов.

Вот рассказы очевидцев, которым посчастливилось остаться в живых, заглянув внутрь смерча.

Фермер из штата Канзас находился в убежище, когда хобот смерча поднялся над землей и прошел над ним. «Кругом все неподвижно. Из конца воронки шел шипяще-скрипящий звук. Я взглянул вверх и увидел само сердце смерча. В его середине была полость диаметром 30–70 метров, шедшая кверху на расстояние около километра. Стены полости были образованы вращающимися облаками, а сама она была освещена непрерывным блеском молний, зигзагом перескакивавших с одной стороны на другую. Полость была совершенно пуста, и только туманные образования двигались вверх и вниз…»

Ученые полагают, что смерч напоминает трубу, внутри которой давление существенно ниже атмосферного. Как внешняя, так и внутренняя стороны стенки смерча чаще всего гладкие. Воздух в них движется вверх по спирали. Скорость перемещения самого смерча редко превышает 60–70 км/ч.

Но, как показывают радиолокационные измерения, скорость его вращения достигает 450–600 км/ч. Известны случаи, когда подхваченная вихрем щепка пробивает дерево или каменный забор. А это значит, что ее скорость может быть и вдвое выше.

Вообще в поведении смерча есть много удивительных фактов, не нашедших научного объяснения. Московские газеты начала прошлого века писали о том, как смерч поднял в воздух городничего из Марьиной рощи и, пронеся его километров десять, аккуратно опустил на землю в Измайлове, не оставив на нем ни единой царапины.

С такой же легкостью смерчи переносят бревна, коров, лошадей, да и целые дома, вес которых превышает 100 т. Известен случай, когда смерч снял с опор и скатал в рулон большой стальной железнодорожный мост, после чего бросил его в реку.

Если внимательно рассмотреть фотографию смерча, то можно заметить, что по всей его поверхности проходит тонкий белесый пограничный слой. В нем перераспределяется энергия между поступательным и хаотическим диффузионным движением газа. За счет этого снижается температура газа и уменьшается его вязкость. Получается, что смерч вращается как бы в подшипнике скольжения, отделяющем его от остальной атмосферы. Это уменьшает рассеивание его энергии и повышает устойчивость.

Происходящее внутри смерча можно в некоторой мере смоделировать, помешивая чай в стакане. Сначала вы увидите, как центробежная сила лишь слегка отбрасывает жидкость к стенкам. Ускорив вращение, легко создать разрыв в центре чайного вихря. Нечто подобное происходит и в смерче. Центробежная сила уплотняет воздух возле стенок, а середина вихря остается сильно разреженной. Роль стенок играет здесь атмосферное давление. Но, как выяснил известный физик профессор В.А.Ацюковский, этим она не заканчивается.

Когда вихрь еще только формируется, сила атмосферного давления превышает внутренние силы, и тело вихря начинает сжиматься. Это хорошо видно на вихрях, возникающих перед авиационным двигателем. Несколько слов об истории их появления.

Бывали случаи, когда оставленные на бетонном поле аэродрома плоскогубцы или другие инструменты непонятно как оказывались внутри двигателя самолета и ломали лопатки компрессора. Стоимость их ремонта сравнима по цене с новым «Мерседесом», и, конечно, специалисты решили выяснить причину.

Поставили опыт. На поле аэродрома сделали ямку, зажгли дымовую шашку и накрыли ее стальной плитой с отверстиями. Когда к этому месту подкатили самолет и включили двигатель, то увидели, как образуется вихрь. При площади воздухозаборника двигателя порядка 1 м² площадь возникающего перед ним вихря в конечном итоге составляет всего 40–60 см². Концентрация энергии в нем оказалась довольно высока. Когда в вихрь сунули стальную трубу, то удержать ее в руках оказалось почти невозможно. Стало ясно, как инструменты попадают в двигатель. Но на этом опыты, увы, прекратили.

Как полагает В.А.Ацюковский, при сжатии тела вихря внешняя среда — атмосфера — совершает работу. Это означает, что чем меньше радиус вихря, тем больше окружная скорость его вращения и его энергия.

Процесс самопроизвольного сжатия тела вихря продолжается до тех пор, пока газ в стенках не уплотнится до некоторой критической величины. К этому моменту вихрь успевает набрать устойчивость и силу: ведь если его радиус уменьшился в 10 раз, то и скорость движения стенки возросла в 10, а энергия — в 100 раз! Плотность стенки возрастает при этом тоже примерно в 100 раз.

Проще говоря, это значит, что на неподвижное тело, попавшее в стенку вихря, будет действовать сила в 10 тысяч раз больше той, что действовала бы на него в момент зарождения вихря. На площади в 1 м² действует сила в 100 т. Немудрено, что никакие конструкции не могут перед ней устоять.