На пульсаре - Кадомцев Б.Б.
ISBN 5-85504-013-5
Скачать (прямая ссылка):
два изменения противоположного знака: за счет уменьшения скорости она
уменьшается, а за счет увеличения поперечной массы - возрастает.
Соответственно, под новый режим ветровой картины подстроится и
распределение давления в атмосфере. Главное, что произойдет, это сильное
уменьшение скорости ветра. Впрочем, разрушительная сила буранов и
ураганов может и не измениться - ведь поперечная масса становится больше.
- Леонид Андреевич, можно задать вопрос? - спросил Саша.
- Да, конечно.
- Я недавно летел в самолете, и стюардесса объявила, что за бортом
самолета минус сорок пять градусов. Как это может быть? Ведь холодный
воздух должен опуститься вниз, а вместо него вверх должны подняться
теплые массы воздуха.
- Вас понял, - ответил Леонид Андреевич. - В своем рассказе, как я вижу,
я упустил одну важную деталь. Когда теплый воздух в виде большого объема
поднимается снизу вверх, он расширяется, поскольку чем выше от уровня
моря, тем меньше атмосферное давление. При расширении большого объема
воздуха, в котором не успевают происходить процессы переноса тепла за
счет теплопроводности, воздух охлаждается. Такой процесс расширения
называется адиабатическим, т. е. без обмена теплом с окружением. Поэтому,
если мысленно взять большой объем воздуха и начать переносить его по
высоте, то он будет иметь разные температуры на разных высотах: чем выше,
тем ниже температура. Такое распределение температур называют
изоэнтропийным. Атмосфера с таким распределением температур нейтральна по
отношению к возникновению конвекции. А если температура чуть быстрее
возрастает с убыванием высоты, то тогда и начинается конвекция. Но и при
наличии небольшой конвекции температура атмосферы все же тем ниже, чем
больше высота. Этим объясняется, в част-
7. В стране неизотропных масс
63
ности, тот факт, что все высокие горы покрыты вечными снегами и
ледниками. Миша, а теперь давай передвинемся к лесу.
Миша достаточно ловко и уверенно вывел платформу с реки и направил ее к
лесу. На опушке леса они остановились. Это был обычный лес Подмосковья, и
ничего необычного он на первый взгляд не обнаруживал.
- Посмотрите-ка, - сказал Саша, первым обративший внимание на листву. -
Листья качаются на ветру очень медленно и не слышно никакого звука. А
почему вообще дрожат листья?
- То, что их не слышно, вполне понятно, - раздался голос Леонида
Андреевича. Ведь мы приблизились к лесу с северной стороны, так что в
анизотропном воздухе звук, в основном, поднимается вверх и
распространяется над нами из-за анизотропии распространения звука. А вот
листья колышатся медленно и потому, что ветер тише, и потому, что у них
поперечная масса больше, чем привычная нам изотропная. Поэтому если
упругость ножки листа сохранилась, собственная частота колебаний листа
уменьшится. Дрожание листочка на ветру называется флаттером. Я сейчас вам
объясню, из-за чего он происходит. Пусть листочек колеблется, как
показано на рис. 25 а, а ветер проносится мимо него влево.
Рис. 25. Трепетание листа (а) и серия вихрей (б), образованных благодаря
такому движению листа.
При каждой отмашке листок возбуждает небольшой вихрь, так что влево от
него бежит двойная вихревая цепочка: по два вихорь-ка на каждое полное
колебание листка. Верхняя и нижняя цепочки вихрей на рис. 25 а имеют
разные знаки. Поэтому, как изображено схематически на рис. 25 б, между
двумя вихревыми цепочками образуется небольшой противопоток со скоростью
dv. Разумеется, вся картина рис. 25 6 уносится ветром влево. Из-за того,
что скорость ветра становится несколько меньше в области между двумя
разноименными вихревыми цепочками, суммарная кинетическая
v
а)
б)
64
7. В стране неизотропных масс
энергия ветра с вихрями становится немного меньше, чем до их
возникновения. Можно сказать, что в неподвижной системе координат двойная
вихревая цепочка имеет отрицательную энергию. Здесь важно подчеркнуть,
что речь идет о кинетической энергии именно в неподвижной системе
координат. Если бы мы перешли в систему координат, связанную с
невозмущенным ветром, то мы увидели бы, что до появления вихрей
кинетическая энергия равна нулю, а с их возникновением энергия получает
положительное приращение.
Пусть е есть положительная энергия вихревой цепочки, рассчитанная на
единицу ее длины, в системе координат, связанной с невозмущенным ветром.
В этой же системе координат вихревая цепочка имеет импульс Р,
рассчитанный на единицу длины. Как видно из рис. 25 6, этот импульс
связан с потоком dv и направлен направо. Энергия вихревой цепочки ?о в
неподвижной системе координат равна
?0 = ? - Pv.
Второе слагаемое справа здесь имеет отрицательный знак, потому что
скорость ветра и импульс вихревой цепочки направлены в разные стороны.
Если скорость ветра достаточно велика, то энергия ?о становится
отрицательной. В этом случае для возбуждения вихревой цепочки нужно не
сообщать, а отнимать энергию от ветра. При этом и возникает флаттер:
