Взаимодействие на газовите вихри
И така, нека разгледаме процесите на взаимодействие на вихри в газова среда. Най-простата вихрова формация е вихрова нишка (линеен вихър). Естествен аналог на такава формация е торнадо. Това е газова тръба със запечатани стени. Уплътнени стени не са възможни в течна среда. Частиците газ в стените се движат в кръг, почти без да се сблъскват една с друга. В центъра на газовата тръба се развива понижено налягане. Това може да се обясни с екранирането на стените на тръбата от външното газово налягане. В края на краищата налягането на газа е ефектът от сблъсъци с околните газови частици. Вътре в тръбата сблъсъкът на газови частици с околните газови частици може да възникне само от краищата на тръбата, тъй като стените на тръбата не позволяват на външни газови частици да преминат в тръбата. Колкото по-малък е диаметърът на тръбата, толкова по-ниско е налягането вътре в тръбата. Въртенето на стените се осигурява от баланса на външното налягане със сумата от вътрешното налягане и центробежната сила. Взаимодействието на центробежната сила и разликата в налягането е причината за уплътняването на стените на вихъра. Външното налягане е постоянно. Когато вътрешното налягане намалява, възникват сили, които притискат вихъра. Колкото по-малък е диаметърът на тръбата, толкова по-голяма е скоростта на въртене на стените. Записани са случаи на въртене на стените на торнадо с диаметър няколко метра, със скоростта на звука. Молекулите на въздуха в стените на тръбата нямат челен сблъсък. Те само променят траекторията на движение под въздействието на въздушни молекули от външната страна на тръбата. Следователно няма причина да се смята, че стените на тръбата не могат да се въртят със скорост, много по-голяма от скоростта на звука, с допълнително намаляване на диаметъра на торнадото. Торнадото се образува в резултат на възходящото движение на нагорещени големи въздушни маси или при сблъсък на два въздушни фронта. Въпреки това, над поддържането на съществуванетоналягането на цялата атмосфера на планетата работи. В резултат на сблъсъци на външни газови частици със стените на въртящата се тръба, газовите слоеве, съседни на стените, също участват във въртенето. Колкото по-далеч от стените, толкова по-ниска е скоростта на въртене на съседните слоеве. Тъй като няма приплъзване на газта, скоростта намалява постепенно, без скокове. Поради въртенето на съседните слоеве, вихровите нишки и могат да взаимодействат помежду си.
Фигура 1. Опции за взаимодействие на линейни вихри
Фигурата по-горе показва три възможни варианта за взаимодействие на линейни вихри със същите геометрични размери. В първите два варианта вихрите са успоредни един на друг. В първия случай вихрите се въртят в една посока. Въртящите се газови слоеве, съседни на всеки вихър, притискат съседния вихър по такъв начин, че принуждават вихрите да се въртят в кръг около общ център. Между вихрите съседните слоеве са насочени един към друг. Тук те взаимно се компенсират и създават повишено налягане между вихрите. Посоката на полученото взаимодействие (привличане или отблъскване) ще зависи от съотношението на гравитационната сила, центробежната сила и отблъскващата сила в резултат на разликата в налягането извън и между вихрите.
Във втория случай вихрите се въртят в различни посоки. От едната страна на равнината, преминаваща през вихрите, съседните въртящи се слоеве се отслабват един друг и оказват натиск върху вихрите, образувайки сили, насочени към отблъскване на вихрите по различни траектории. От другата страна на равнината, съседни въртящи се слоеве се подсилват взаимно, образувайки обща вихрова струя, насочен газов поток, който събаря всички насрещни газови частици по пътя си. В резултат на това от тази страна на равнината газовите частици вече не могат да оказват натиск върху вихрите. Налягане на газовите частицивърху вихрите от друга страна кара вихрите да започнат да се движат в посока на намаляване на налягането. С други думи, можем да кажем, че двойка вихри има собствен реверсивен реактивен двигател. В същото време между вихрите се създава леко понижено налягане. Посоката на полученото взаимодействие (привличане или отблъскване) ще зависи от съотношението на гравитационната сила, силата на отблъскване и силата на привличане в резултат на разликата в налягането извън и между вихрите.
В третия, хипотетичен, вариант вихровите нишки не са успоредни една на друга. В този случай, за всяка посока на въртене на вихрите, въртящите се газови слоеве, съседни на вихъра, ще упражняват натиск върху друг вихър. Ако в първия вариант натискът се упражнява върху целия вихър, то в този случай само върху част от вихъра от едната страна на оста на пресичане на линейните вихри. Освен това, най-високото налягане е в непосредствена близост до пресечната ос. В зависимост от параметрите на вихрите и тяхното взаимно разположение са възможни три сценария на по-нататъшни събития. Според първия сценарий вихрите просто се огъват в точката на най-голямо налягане. Според втория сценарий вихрите се отблъскват взаимно. Според третия сценарий вихрите започват да се въртят един спрямо друг по сложни траектории.
Вихровият пръстен е линеен вихър, навит в пръстен. Такъв вихър има редица нови свойства. Едно от свойствата може да се забележи, като се наблюдава димът от комина. Нормалният дим се издухва от вятъра. Но ако внезапно от дима се образува пръстен, той ще започне да се движи вертикално нагоре, независимо от скоростта на страничния вятър. Страничният вятър не влияе върху посоката на движение на вихровия пръстен. Но скоростта на пръстена трябва да се увеличава с увеличаване на вятъра. Ако разгледаме частите на пръстена около остасиметрия, тогава ще видим аналог на втория вариант с линейни вихри, тоест вихровият пръстен има подобен реверсивен реактивен двигател. Страничният вятър и вятърът, следващ движението на пръстена, са еквивалентни на увеличаване на външното налягане върху стените на вихъра, което води до намаляване на диаметъра на тръбата с увеличаване на скоростта на въртене и съответно скоростта на пръстена. Само попътен вятър може да намали скоростта на ринга.
Вихровият пръстен с форма на обръч е нестабилна формация. Започва да се разделя, като се стреми към максимално съотношение на диаметъра на тръбата към диаметъра на пръстена. Най-стабилен е вихровият пръстен, при който диаметърът на вътрешния отвор клони към нула. Вихровият пръстен е много по-стабилен от вихровата нишка, тъй като няма краища с гранични условия. Поради това вътрешната кухина на пръстена може да бъде напълно отрязана от плътни стени от външното газово налягане, в резултат на което налягането на газа вътре в пръстена може да бъде много по-малко, отколкото вътре в линеен вихър. По-голям спад на налягането може да осигури по-висока скорост на въртене на стената. И колкото по-голяма е скоростта на въртене в момента на стабилизиране, толкова по-стабилен е вихърът, толкова по-дълго е времето за релаксация. При много високи скорости повърхността на вихровия пръстен придобива стабилност и еластичност и става аналог на твърд гумен пръстен. Такива вихри не се унищожават дори при челен сблъсък. Вихровите пръстени могат да взаимодействат само в следните случаи:
- скоростта на единия пръстен е по-висока и той настига втория,
- пръстените се движат един към друг,
- пръстените се движат успоредно
- траекториите на пръстените се пресичат тясно.
В първия случай при ниски скорости на въртене се получава интересен феномен, така наречената игра на пръстена.Задният пръстен избутва предния и минава през него. Пръстенът, който е станал заден, повтаря същото.
Колкото по-малък е размерът на пръстените, толкова по-голяма е скоростта на въртене на стените. При определени параметри размерът на ринговете и плътността на стените на ринга придобиват стабилност и се противопоставят на разширяването, така че играта на ринговете става невъзможна.
Във втория случай пръстените се срещат, когато се движат един към друг. При ниски скорости на въртене на стените на пръстените, пръстенът, който има по-ниска скорост на въртене, се раздалечава. Пръстените преминават един през друг и се разпръскват в различни посоки. При високи скорости на въртене пръстените са плътно притиснати един към друг и образуват неподвижен обект. В такъв обект възниква ефектът на самоускоряване. Въртенето на стените на единия пръстен ускорява въртенето на стените на другия пръстен. В резултат на това обектът става почти безсмъртен. Ще съществува, докато съществува заобикалящият газ. Този обект вече няма собствен двигател и за него не важат законите за движение на единичен пръстен. Този обект може да се движи само от газови потоци. Плоска кръгла струя изригва от кръстовището на пръстените.
В литературата за вихрите взаимодействието на два затворени вихъра най-често се заменя с взаимодействието на един вихър със стената. В този случай стената замества огледалния образ на вихъра. Разсъждението води до факта, че в резултат на взаимодействието на елементите на един вихър върху елементите на друг от противоположната страна на оста, вихрите ще започнат да се увеличават. Ако такова разсъждение се приложи към един вихър, тогава в резултат на подобно налягане на елементи, противоположни на оста, един вихър също трябва да се увеличи по размер. По време на стабилизираното съществуване на вихъра обаче подобно явление не се случва. Силата на привличане, която възниквакогато налягането в центъра на вихъра намалява поради еднопосочното движение на контактните стени на тръбния вихър, то компенсира отблъскването. Съществува баланс на силите между силите на отблъскване и привличане. Подобен баланс на силите неизбежно трябва да възникне, когато два вихра се съединят. Балансът на силите възниква на ново ниво, така че размерите на единичния вихров пръстен и пръстена на двойния комплекс трябва да бъдат различни.
В третия и четвъртия случай, когато пръстените се движат успоредно или се пресичат, тяхното взаимодействие е такова, че пръстените се обръщат и започват да се движат според втория вариант. Фигурата по-долу показва пръстените в разрез в странично взаимодействие. Всеки пръстен образува обратна струя, с която се движи. Между пръстените обаче се образува трета струя, насочена в обратна посока. Тази струя също създава намалено налягане на газа. Разликата в налягането принуждава пръстените да се въртят един към друг. Намалено налягане се образува и между пръстените. В резултат на разликата в налягането пръстените се придвижват един към друг едновременно със завоя и се сливат в един обект.
Фигура 2. Странично взаимодействие на вихрови пръстени
Според изследванията на експериментаторите, вихровите торсионни пръти, тоест вихрови пръстени, които освен тороидално въртене имат и пръстеновидно въртене на стените, имат максимална стабилност. В хомогенна среда усукването се държи по същия начин като вихровия пръстен, т.е. движи се праволинейно и равномерно. Попътният вятър и вятърът, следващ движението, също оказват влияние върху скоростта на движение. Но страничният вятър вече влияе не само на скоростта на движение, но и на траекторията. Взаимодействието на пръстеновидното въртене със страничния вятър води до началото на торсионното движение по спирална траектория.Нека разгледаме взаимодействието на калибрирани торсионни пръти с много висока скорост на въртене на стената. Взаимодействието на такива торсионни пръти съчетава правилата за взаимодействие на вихрови нишки и правилата за взаимодействие на вихрови пръстени. Това поражда нови функции. Възможно е съществуването на два вида тори в зависимост от съотношението на посоките на тороидално и пръстеновидно въртене. Има само три опции за взаимодействие на калибрирани торсионни пръти със същата полярност:
- торсионните пръти се движат успоредно,
- пътищата им се пресичат,
- торсионните пръти се движат един към друг.
Фигура 3. Взаимодействие на еднополярни торсионни пръти по време на подход
Когато торсионните пръти се движат успоредно, газовите слоеве, съседни на единия торсион, действат върху другия торсион по такъв начин, че торсионните пръти започват да се завъртат един към друг и се получава преход към втория вариант. Фигурата по-горе показва последователността на поведение на торсионните пръти в участъка за втория вариант на взаимодействие. Крайната лява снимка показва сближаването на торсионните пръти. Съседните слоеве газ обръщат торсионните пръти един към друг. Новата им позиция е показана на втората снимка (специален случай на третия вариант). Торсионите спират на определено разстояние един от друг според баланса на силите. Пръстенообразните въртения на газовите слоеве, съседни на торсионните пръти, са насочени един към друг, поради което се създава повишено налягане между торсионните пръти, което предотвратява приближаването на торсионните пръти един към друг. Тази позиция на торсионните пръти е стабилна, докато някакъв външен тласък не измести торсионните пръти от оста на симетрия до позицията, показана на третата снимка (оста на единия торсионен прът излиза отвъд границата на втория). В тази позиция съседните газови слоеве засилват ефектасмущения и продължават да изместват торсионните пръти, докато се разминат в противоположни посоки. Четвъртата (най-дясната) снимка показва последния етап от взаимодействието. Торсионните пръти най-накрая се отдалечиха един от друг и започнаха да се движат в противоположни посоки.
Когато торсионните пръти се движат един към друг, те се сблъскват с появата на затихнали трептения близо до разстояние с баланс на силите. Причината за колебанията е наличието на противоположно действащи сили.
Взаимодействието на торсионни пръти с различна полярност има значителни разлики. Когато торсионните пръти се приближават по пресичащи се траектории, се получава подобно завъртане един към друг. Но този път торсионите не спират на определено разстояние, а са плътно притиснати един към друг. В това положение както тороидалното, така и пръстеновидното въртене на двата торсионни пръта са насочени в една и съща посока и създават обща кръгова струя. Един обект се формира от две торсионни пръти с различна полярност.