НА ГЛАВНУЮ СТРАНИЦУ

Классические акустические волны представляют собой продольные колебания среды относительно направления распространения, распространяющиеся со скоростью звука. Экспериментами доказано, что электромагнитные волны представляют собой поперечные колебания относительно направления распространения, распространяющиеся со скоростью света. До настоящего времени такие свойства электромагнитных волн вызывали недоумение. Смоделировать такие свойства не удавалось ни для какой агрегатной среды. В итоге было постулировано, что это просто неотъемлемые свойства самого пространства.

Попробуем смоделировать процессы создания и распространения поперечных волн в газовой среде с помощью направленного потока однополярных вихревых винтовых колец. Плоскость, проходящую через середину потока и перпендикулярную направлению движения, будем называть экваториальной плоскостью. Линию, проходящую вдоль середины потока, будем называть осью. Начало и конец потока будем называть полюсами.

Простой генератор потока вихревых колец представляет собой обычную трубку, через которую импульсами испускается окрашенный газ. Но для нашего случая он интереса не представляет. Вихревые кольца не имеют кольцевого вращения.

Генератор пакета тороидальных вихрей представляет собой вращающейся цилиндр, окруженный прозрачной трубой большего диаметра. Вращающийся цилиндр увлекает во вращение воздух между стенками цилиндра и трубы. Через некоторое время линейный воздушный вихрь начинает равномерно делиться. Остается добавить автоматическое устройство, которое бы отделяло готовые вихревые винтовые кольца и придавало им направленное движение. Будем все же считать, что технические вопросы генерирования потока таких вихрей решены. Нас интересует лишь возмущения среды такими потоками.

Возмущения среды за внешними пределами области движения потока вихрей формируются и тороидальным вращением и кольцевым. Возмущения от тороидальных вращений объединяются в единый поток газа, направление которого противоположно направлению движения вихрей. Возмущения от кольцевых вращений объединяются в единый вихрь. Тороидальные возмущения должны затухать пропорционально кубу расстояния, а кольцевые – пропорционально квадрату расстояния. Поэтому на дальнем расстоянии мы должны наблюдать преимущественно кольцевые вихревые возмущения.

С течением времени в вихревое движение вовлекаются все новые и новые слои газа на все большем удалении от источника возмущений. Вихревые возмущения распространяются радиально от источника, поперек направления течения.

Распространение возмущений в пространстве должно иметь осевую симметрию. Вдоль оси симметрии (от полюсов источника) расположена “мертвая” зона (окно). В этой зоне возмущения отсутствуют. Возмущения радиально от оси симметрии должны распространяться преимущественно в экваториальной плоскости. Но чем больше длительность возмущений, тем на большее расстояние вихревое движение будет распространяться и от экваториальной плоскости. Если мощность потока винтовых колец постоянна, то создаваемые ими возмущения в пространстве можно назвать постоянным вихревым кольцевым полем. Структура поля – увеличивающийся с течением времени цилиндрический вихрь, симметричный относительно экваториальной плоскости. Высота цилиндра растет с течением времени, но падает с увеличением расстояния от оси. Напряженность вихря падает с увеличением расстояния от источника. Если использовать термины для атмосферы Земли, то постоянное вихревое поле в экваториальном срезе можно представить в виде урагана, сила ветра которого увеличивается при приближении к центру и падает с увеличением расстояния от центра. В центре урагана безветрие – глаз урагана.

Поперечная скорость распространения вихревого движения газа постоянна при постоянных параметрах среды, но намного меньше скорости звука. Аналогично скорость распространения волн от поплавка на воде на два-три порядка меньше скорости звука в воде. Считается, что волны на воде являются самым неудачным примером распространения возмущений. В этом примере нелинейным образом распространяется смесь продольных и поперечных возмущений. Продольные возмущения должны присутствовать и в нашем примере. Это связано с уменьшением давления в области вихревого течения газа. Поэтому в область меньшего давления в направлении экваториальной плоскости устремляются массы газа из областей более высокого давления. Лишний газ должен стекать от оси, создавая продольные возмущения.

Теперь попытаемся выяснить, какие изменения произойдут в структуре вихревого поля, если мощность потока винтовых вихревых колец будет периодически меняться. Для начала представим, что процесс генерации колец прерывистый. В первую половину периода происходит генерация, а во вторую половину периода генератор не работает. В течение времени генерации вокруг потока винтовых колец формируется цилиндрический вихрь. Этот вихрь начнет распространяться в окружающей среде со скоростью распространения поперечных возмущений. В следующий период генерации формируется новый вихрь и т.д. Вихри распространяются в среде друг за другом, образуя переменное кольцевое вихревое поле. Если вихрь схематически изобразить темной полосой, а отсутствие вихря – светлой полосой, то на рисунке можно будет увидеть чередование темных и светлых полос.

По мере удаления от источника цилиндрические вихри будут расти по высоте, вовлекая во вращение новые слои газовой среды. Но чем дальше от источника, тем больше будет искажаться форма цилиндра, превращаясь в часть поверхности кольца. Если генерация строго периодическая, то расстояние между соседними вихрями можно назвать длиной волны, всю совокупность вихрей – волновым вихревым полем. Внешняя форма поля – расширяющийся эллипсоид вращения с вырезанными конусами на полюсах. Точно так же, как и постоянное поле, переменное поле обладает градиентом – ослабляется с увеличением расстояния.

Теперь посмотрим, что будет, если в процессе генерации периодически будет меняться направление движения потока вихревых винтовых колец. Будет формироваться последовательность цилиндрических вихрей, но направление вращения этих вихрей будет чередоваться. Если схематически изобразить темными полосами вихри с одним направлением вращения, а светлыми полосами – вихри с противоположным направлением вращения, то опять получим чередование темных и светлых полос. Изменится внутренняя структура. Внешняя же форма будет изменяться только при изменении частоты генерации. Вдоль экваториальной плоскости каждый вихрь по-прежнему будет распространяться с прежней постоянной скоростью. Но чем больше частота генерации, тем меньше времени для формирования каждого отдельного вихря, тем меньше его мощность, тем медленнее он распространяется в стороны от экваториальной плоскости. В результате у поля более высокой частоты вырезанные на полюсах конусы имеют больший угол.

Владимир Яковлев, lun1@list.ru , http://logicphysic.narod.ru , июнь 2006 года