Предыдущая страница реферата | 1  2  3

Если подсчитать число Рейнольдса для атмосферных и океанских течений, то окажется, что они очень велики. Это указывает на то, что такие течения не могут быть ламинарными. Действительно, все мы видели, что даже легкий ветерок заставляет трепетать флаги, т. е. воздушные потоки имеют вихревую структуру. В природе вихри появляются в той части потока, где скорость быстро меняется в направлении, перпендикулярном потоку. Каждому приходилось видеть вихри в быстрой реке на переходе от быстрины к замедленному течению у берега. Целая цепочка вихрей может тянуться за движущимся автомобилем, что особенно удобно наблюдать в снегопад.

Вихревой характер сильного ветра был замечен в 1821 г. У. Рэдфилдом, содержателем небольшого магазина в штате Коннектикут (США), который обратил внимание на поваленные после шторма деревья. В одном месте деревья лежали макушками к северо-западу, тогда как на некотором расстоянии макушки указывали на прямо противоположное направление. Отсюда Рэдфилд сделал вывод, что шторм представляет собой вращательную систему ветров. Беседуя с моряками и анализируя судовые журналы, он установил направления вращения крупных вихрей и нашел траектории их центров. В 1831 году вышел труд У. Рэдфилда, излагающий результаты его исследований.

Оказалось, что вихревые системы в атмосфере Земли бывают двух видов – циклоны и антициклоны. В Северном полушарии Земли все циклоны вращаются против часовой стрелки, а антициклоны - по часовой, в Южном – наоборот. Направление вихрей определяется силой Кориолиса. В тропиках циклоны забирают энергию от нагретой поверхности океана и приобретают огромную мощь. За один день большой ураган расходует энергию, равную энергии взрыва 13 000 мегатонных ядерных бомб. Диаметр тропического циклона, его еще называют ураганом или тайфуном, составляет несколько сот километров, высота – до 12-15 км, скорость ветра достигает 400 – 600 км/час. Самые большие скорости ветра в урагане наблюдаются вокруг так называемого “глаза бури” - зоны покоя в центре урагана.

Внетропический циклон (называемый обычно просто циклоном) – это самый крупный атмосферный вихрь, достигающий в поперечнике нескольких тысяч километров в поперечнике. Высота его колеблется между 2 - 4 и 15 – 20 км. Скорость ветра в нем в большинстве случаев не превышает 40 – 70 км/час. Внетропические циклоны “глазом” не обладают.

Еще четче зона покоя (полость) выражена у мелкомасштабных вихрей – смерчей (торнадо, тромбов). Размеры их очень малы: ширина – от нескольких метров до 2 – 3 км, в среднем 200 – 400 м, высота от нескольких десятков до 1500 – 2000 м. Скорость ветра в смерче иногда превышает звуковую (1200 км/час!).

Если атмосферные вихри известны давно, аналогичная система океанских течений была обнаружена советскими океанологами в конце 20-го века. Это было выдающимся открытием.

В атмосфере больших планет также наблюдаются вихревые образования. Особенно удивительно так называемое Красное пятно на Юпитере, вихрь, устойчиво существующий в течение всех лет наблюдений в телескопы. На Солнце к вязкости, инерционным силам добавляются еще силы взаимодействия с магнитным полем. Это усложняет структуру солнечных протуберанцев. В межзвездных туманностях также можно наблюдать вихревые образования. Возможно, что галактики образовались как турбулентные вихри при расширении вещества Вселенной.

Ламинарное течение наблюдается при течении крови по капиллярам и кровеносным сосудам. Было обнаружено, что дельфины могут эффективно подавлять возникновение турбулентности, благодаря чему могут быстро и бесшумно перемещаться в воде. Созданные под влиянием этих исследований специальные покрытия позволили сделать бесшумные подводные лодки. Подводная лодка “Варшавянка”, она же “Kilo” или “Черная дыра” обладает шумностью на уровне естественных шумов океана.

Было обнаружено, что малые добавки некоторых полимеров переводят турбулентное течение в ламинарное. Это приводит к резкому снижению сопротивления. Сейчас эти добавки используются пожарными, чтобы увеличить скорость вытекания струи из брандспойта.

Вклад русских ученых в изучение турбулентности

В заключение следует отметить вклад русских ученых в изучение турбулентности. До 1941 года математической теории турбулентности не существовало, но было несколько великих ученых, которые пытались дать феноменологическое объяснение турбулентности. Андрей Николаевич Колмогоров думал о турбулентности примерно полгода. Потом наступила война, и он вынужден был переключиться на другие проблемы (его привлекли к задачам корректировки бомбометания и артиллерийского огня). Колмогоровым были опубликованы три маленькие статеечки в “Докладах Академии наук” общим объемом примерно в 15 страниц. И из этого выросла математическая теория турбулентности. В вышедшей в 1998 году монографии французского ученого Уриэла Фриша “Турбулентность. Наследие Колмогорова” есть такие слова: “Глубже всех проник в суть турбулентности именно Колмогоров – математик, обладавший страстным интересом к живой действительности”. Библиография книги Фриша содержит более 600 работ последователей Колмогорова. В настоящее время ученик Колмогорова А.М. Яглом пишет серию книг по колмогоровской теории турбулентности из семи томов. Выдающийся бельгийский ученый И. Пригожин поставил вопрос о присуждении Колмогорову Нобелевской премии, но слишком поздно, когда Андрею Николаевичу осталось жить всего полгода.

В 2003 году другой русский ученый академик Владимир Захаров получил медаль имени Дирака за “выдающийся вклад в теорию турбулентности”. Медаль Дирака – вторая по значимости после Нобелевской премии награда в науке. В. Захаров 15 лет руководил Институтом теоретической физики им. Ландау в Черноголовке.

Список литературы

Р.В. Поль - “Механика, акустика и учение о теплоте”. Издательство “Наука” Главная редакция физико-математической литературы Москва 1971г.

Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс – “Фейнмановские лекции по физике” т. 7 “Физика сплошных сред”. Издательство “Мир”, Москва, 1966г.

М. Калашников – “Сломанный меч империи”. Крымский мост-9Д, Палея, Форум, Москва, 1999г.

В.А. Тихомирова, А.И. Черноуцан - “Физический факультатив”, Приложение к журналу “Квант”, Москва, 2001г.

Л. Алексеев - “Вихри, которые “делают погоду””. Журнал “Квант” №8 1977г.

В. Тихомиров - “Андрей Николаевич Колмогоров (к 100-летию со дня рождения)”. Журнал “Квант”, №3, 2003г.

www.abitura.com/modern_physics/

www.astronom.ru

Скачали данный реферат: Бойдало, Evstrat, Букирь, Цуканов, Mirnov, Hristofor.
Последние просмотренные рефераты на тему: как написать дипломную работу, сочинение на тему, реферат по дисциплине, бесплатные дипломы.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3