Вихрь Бенара

В своих сообщениях я постоянно выкладывал следующий рисунок вихря Бенара.

Рисунок 1
Хотя при этом я всегда говорю, что в вихре Бенара вращение в хоботе противоположно вращению на периферии, на рисунке 1 направление вращения в хоботе совпадает с направлением вращения на периферии. На эту ошибку мне указал Сергей Дейна. После этого для иллюстрации вихря Бенара я стал использовать следующий рисунок.

Рисунок 2
Но т. к. этот рисунок менее информативен, то я на равных основаниях использовал и рис 1.

Рисунок 1 по моей просьбе сделал пользователь на одном из сайтов. Не помню на каком и кто именно сделал рисунок (автор запретил делать ссылки на него, поэтому никакой информации о нём у меня не сохранилось). Сразу я не заметил ошибки пока мне не указал на неё Сергей Дейна. А т. к. сам я рисовать не умею, то я и продолжаю иногда использовать рисунок 1.

Но раз мы вспомнили о вихре Бенара, то имеет смысл кое-что о нём напомнить. Хобот вихря постоянно взаимодействует с периферией. И как в динамической системе в вихре Бенара работает закон сохранения количества движения. И вроде бы довольно просто можно описать связь между потоками вихря, если бы не одно НО. Закон сохранения момента количества движения в классике рис 1 постоянно нарушается из-за превышения величины центростремительной силы над силой центробежной. Это превышение формируется тем, что осевая скорость в хоботе больше осевой скорости на периферии. За счёт этого эффективно увеличивается скорость тангенциального вращения хобота. Разность между скоростями вращения периферии и скоростью вращения хобота уменьшается, что и ведёт к превышению центростремительной силы над силой центробежной.

В идеале диаметр хобота вихря должен быть функционально связанным с диаметром его периферии. И чем больше диаметры потоков вихря, тем больше высота вихревого цилиндра. Идеал более или менее выполняется в случае торнадо. Ведь в сухопутном торнадо энергия в виде влаги поступает из облаков, а не с основания вихря. В морском же торнадо энергия в виде влаги поступает из основания вихря путём её испарения с поверхности океана. Поэтому существенную роль играет температура поверхности океана в районе площади основания вихря. Ведь морское торнадо формируется на холодном пятне, возникшем на поверхности океана. Чем выше температура поверхности, тем больше влаги испаряется с неё и тем больше поступление энергии при её конденсации. Площадь основания вихря какое-то время остаётся постоянной (равной площади холодного пятна) в то время как высота вихря растёт ускоренным темпом при высокой температуре воды.

В идеальном вихре за счёт превышения величины центростремительной силы над силой центробежной поступающая снаружи энергия (влага из облаков в торнадо) увеличивает осевую скорость движения в хоботе (на периферии осевая скорость также увеличивается, но в меньшей степени). А это ведёт к увеличению эффективной тангенциальной скорости вращения. Разница между скоростями вращения периферии и эффективной скорости вращения хобота уменьшается. И вся поступающая из периферии энергия хоботом отправляется наружу. В идеальном случае при достижении равенства тангенциальных скоростей вращения хобота и периферии вихрь скачком увеличивает свои размеры (как площадь основания хобота, так и высоты самого вихря. При этом площадь хобота растёт непропорционально увеличению площади периферии. И идеальный вихрь получает новую возможность для очередного наращивания размеров. Поэтому сухопутное торнадо и достигает высоты в 20, 22 и более км.

Торнадо в океанской акватории ограничено размерами материнского холодного пятна. Поэтому естественный ход увеличения размеров вихря для океанского торнадо невозможен. Предварительно площадь основания торнадо должна достигнуть площади холодного пятна. Но в этот процесс вмешивается температура поверхности океана. Чем выше температура, тем более интенсивно идёт испарение влаги с поверхности при движении по ней воздушных масс в основании торнадо. Соответственно при её конденсации выделяется больше энергии. Часть энергии уходит наружу вихря в форме вихревой силы. А часть её переходит в периферийный поток, увеличивая общую энергию вихря (т. е. увеличивая как площадь его основания, так и высоту). Естественно, что какое-то время основание торнадо находится в пределах холодного пятна. И неизбежно площадь основания вихря сравняется с площадью холодного пятна.

А в этот момент возможны два варианта развития дальнейших событий, которые определяются величиной энергии, поступающей от конденсации влаги. Как указано выше, должна существовать функциональная зависимость между энергией вихря и его размерами. Иными словами, энергетическая добавка от конденсации влаги должна соответствовать площади основания вихря и его высоте. Площадь основания вихря сравнялась с площадью холодного пятна. Но этой площади должна соответствовать большая высота, которую не может сформировать энергетическая добавка от конденсации влаги. А т. к. в этих условиях вихрь существовать не может, то он разрушается, формируя бурю. В виде схемы это можно изобразить следующим образом.

Рисунок 3

Вихрь достиг размеров холодного пятна. Но в связи с недостаточной температурой поверхности воды недоросль вихрь получает мало энергии от конденсации влаги и не может достигнуть нормальной высоты. Поэтому разрушаясь он и формирует бурю. Температура поверхности воды больше 26,5 градусов. Испаряется много влаги и вихрь получает много энергии. Поэтому при достижении размеров холодного пятна переросток вихрь получает слишком много энергии, которую он не в состоянии переварить. Поэтому одиночный вихрь Бенара преобразуется в множественный вихрь, т. е. вихри вложенные друг в друга.

Рисунок 4

 

А кто сказал, что в опытах Штерна и Ламерта двигаются молекулы? Ссылок по давности лет дать не могу, но в 50 годах прошлого века было доказано, что газы имеют КРИСТАЛЛИЧЕСКУЮ структуру. Я учился в университете с 1959 по 1964 г. И преподаватели (причём не один) щеголяли перед нами своей осведомлённостью описывая это явление. На основе этого явления в статистической физике стало развиваться кластерное направление исследований, в котором из статистического хаоса распределения Максвелла стремились обосновать получение быстро изменяющейся кристаллической структуры. А эта кристаллическая структура и является вихрями Бенара, которые как "кристаллически" упорядочены, так и изменчивы во времени. А вихри Бенара газов и жидкостей в качестве элементарных вихрей имеют также вихри Бенара (двигаясь вглубь материи мы доходим до чёргов, которые также являются вихрями, можно сказать Бенара). Кстати, элементами вихря Тейлора также являются вихри Бенара. А двигаясь в слое как вихря Тейлора, так и вихря Бенара элементарные вихри Бенара вынуждены согласовывать параметры своего движения. Поэтому обмена массой между слоями ни в вихре Тейлора, ни в вихре Бенара в принципе быть не может. А в опытах Штерна и Ламерта работали не отдельные молекулы, а кластеры молекул, т.е. вихри Бенара. При взаимодействии же вихрей они могут обмениваться энергией. Уже можно назвать классикой эксперимент с солитонами. Солитон большего размера нагоняет солитон малого размера. При встрече они некоторое время двигаются вместе. А затем на месте малого солитона оказывается большой, который удирает от уже малого. Оказалось, что солитоны обменялись энергией и малый солитон стал большим. Поэтому в кластерной (вихревой) среде уравниловки быть не может.

Сразу отвечу и по анаполям.

В космическом анаполе по центральной окружности тора расположены НЕПОДВИЖНЫЕ электроны, вокруг которых по поверхности тора вращаются позитроны. Электроны только вращаются, не имея осевой скорости движения, которую "съело" взаимодействие с двигающимися и вращающимися позитронами. В земных анаполях ситуация с точностью до наоборот. Правда здесь уже не тор, а эллипсоид (протоны имеют вертикальный размер). В центре анаполя расположены неподвижные протоны с нейтронами, вокруг которых бегают по эллипсоидным спиралям электроны. Электроны взаимодействуют не с отдельно взятым позитроном, а с их вихревым ансамблем. И сам электрон, и протон являются вихрями Бенара. И взаимодействуют не частицы, а вихри. Причём вихри их внутренняя структура не интересует, взаимодействуют они только своей периферией.

И в космическом, и в земном анаполе один из вихревых партнёров при взаимодействии аннулирует своё осевое движение, оставляя только тангенциальное вращение. Но взаимодействие может изменять и внутреннюю структуру "обиженного" партнёра. Вспомним об опытаз Рандольфа Поля с сотрудниками. Заменили в атоме водорода электрон на мюон и получили другой радиус протона. Вероятно что-то подобное может быть и у космического анаполя.

Стоит различать анаполь и аниколь. Если анаполь материальный объект, то аниколь силовой объект. Поэтому для аниколя границы между проводником и диэлектриком не существует. В диэлектрике и в проводнике существуют анаполи, между ними существуют аниколи. И только аниколи перегоняют энергию то в проводник, то в диэлектрик.