Модели смерча (В. Майер)

Смерч - одно из самых грандиозных и загадочных явлений природы энергия его настолько велика, что почти никто и ничто не может выдержать схватку со смерчем.

Каким образом смерч переносит тяжелые предметы порой на весьма значительные расстояния? Как он образуется? На эти и многие другие вопросы современная наука не в состоянии дать исчерпывающих ответов.

Можно ли воссоздать смерч в лабораторных условиях? Предлагаем вам две экспериментальные установки с помощью которых водяные модели смерча нетрудно получить даже в домашних условиях.

1. К валу микроэлектродвигателя типа ДП-12а (он используется во многих детских игрушках) припаяйте диск из латуни или жести диаметром 40 мм и толщиной 0,5-1 мм. Диск нужно укрепить строго перпендикулярно валу, чтобы при его вращении не возникали биения. Для герметизации двигателя подшипники, в которых вращается вал, смажьте солидолом или густым вазелином, а контакты двигателя, к которым припаяны проводники, покройте слоем пластилина.

Рис. 23

На дно стакана (или стеклянной банки) диаметром 9 см и высотой 18см прилепите пластилиновую лепешку толщиной около 5 мм, на ней укрепите микроэлектродвигатель так, чтобы его вал снизу не касался пластилина. Проводники, идущие от двигателя, закрепите на стенке стакана липкой лентой или пластилином. На рис. 23 показана установка, готовая к проведению экспериментов.

Налейте в стакан воду, а поверх нее - слой подсолнечного масла толщиной 1-2 см. Подсоедините выводы микроэлектродвигателя к батарейке для карманного фонаря - диск начнёт вращаться, при этом жидкость в стакане тоже придет во вращательное движение. Через некоторое время граница раздела между водой и маслом начнет прогибаться вниз, появится заполненная маслом воронка, которая будет расти до тех пор, пока не коснется диска. В этот момент диск разобьет масло на капли, и жидкость в стакане помутнеет. После выключения двигателя капли масла всплывут вверх, вновь образуя сплошной слой на поверхности воды. Опыт можно повторить снова.

Рис. 24, а

На рис. 24, а, б приведены фотографии, на которых показан процесс образования воздушной воронки в несколько ином эксперименте, когда в стакан была налита только одна вода.

Рис. 24, б

2. Еще более похожее на настоящий смерч явление можно наблюдать во время такого опыта.

Рис. 25, а

К валу микроэлектродвигателя припаяйте медную проволоку длиной около 25 см и диаметром 2 мм (можно использовать вязальную спицу). К концу проволоки, перпендикулярно к ней, припаяйте прямоугольную пластинку из латуни или жести размером 0,5×10×25 мм (рис. 25, а). Включив двигатель, проверьте как работает изготовленная вами вертушка. Если возникнет необходимость, выправьте удлиненный вал (проволоку) так, чтобы при вращении биения были минимальными.

Рис. 25, б

Опустите вертушку вертикально вниз в банку с водой диаметром 15-20 см и высотой 25-30 см и включите питание. Вы увидите постепенное образование воронки на поверхности воды и рост смерча по направлению к вращающейся пластинке (рис. 25, б-г). Когда смерч своим нижним концом коснется вертушки, образуется множество воздушных пузырьков, обозначающих вихрь вокруг вертушки.

Рис. 25, в

Если держать двигатель рукой, смерч будет вести себя совсем как живой. Можно часами наблюдать за "хищными" движениями его конца.

Рис. 25, г

Продолжите эксперимент. Положите на поверхность воды деревянный кубик - он будет втянут смерчем. Попробуйте подобрать скорость вращения вертушки так, чтобы кубик, вращаясь в воронке, длительное время оставался на одной и той же глубине под поверхностью воды. Смерч будет втягивать и тела, плотность которых больше плотности воды (в отличие от деревянного кубика) и которые до образования смерча лежали на дне банки. Расположите двигатель так, чтобы его вал с вертушкой находился на оси банки. Вы обнаружите воронку, сползающую вниз по валу, а под вертушкой - продолжение этой воронки, обозначенное воздушными пузырьками (рис. 25, д). Поместив на дно банки хорошо промытый речной песок, вы сможете наблюдать структуру смерча под вертушкой.

Рис. 25, д

Предлагаемые опыты показывают, что причиной образования смерча всегда является вихрь в жидкости или газе.