Читаем Вихри Бенара в природе (СИ) полностью

А вот здесь уже возможны и варианты, связанные с температурой в родильном доме торнадо. Но предварительно рассмотрим задачу стакана с чаем. Почему чаинки собираются не в центре и не на периферии стакана, а на какой-то окружности вокруг центра? Ведь вода в стакане является вращающимся объектом, к которому применимо правило прецессии. Применяя же его мы выясним, что скорость вращения элементарных вихрей увеличивается в направлении центра. Но масса чаинок больше массы элементарных вихрей воды. Поэтому начинает работать логика центробежных механизмов. И чаинки располагаются на таком радиусе, на котором величина центробежной силы (определяемая их массой) не сравняется с величиной центростремительной силы, создаваемой вращением воды.

После создания глаза урагана мы имеем два объекта: кольцевой «хобот» и кольцевую же периферию бывшего торнадо. Нас интересует периферия торнадо, к которой применима логика стакана с чаем. При стремлению к кольцевому «хоботу» элементарные вихри увеличивают скорость своего вращения. Элементарные вихри имеют соответствующую массу, которая создаёт центробежную силу превышающую величину центростремительной силы. Но для элементарных вихрей отсутствует свобода действий и они не могут покинуть спираль, по которой они двигаются в направлении «хобота». В правильном торнадо наступление этого момента (равенства центростремительной и центробежной силы для элементарных вихрей) по правилу прецессии формирует противодействующую силу, заставляющую элементарные вихри переходить с основания периферии в его хобот. В кольцевом торнадо наступление этого момента создаёт дополнительный кольцевой хобот.

2.4

Интересным вопросом является описание поведения элементарных вихрей в основании периферийного потока вихря Бенара. Ведь без причины и чирей не выскочит. Иными словами какая сила заставляет элементарные вихри, двигающиеся горизонтально, изменять направление своего движения на вертикальное? И почему при этом резко увеличивается осевая скорость движения?

Как и любой вихрь вихрь Бенара состоит из элементарных вихрей, которые в свою очередь являются вихрями Бенара. Ведь они обязаны двигаться и в направлении оси своего вращения, что может делать только вихрь Бенара (вихрь Тейлора без потерь энергии может двигаться только в направлении вращения, т. е. только в тангенциальном направлении). В вертикальном направлении (как в хоботе вихря Бенара, так и в его периферии) элементарные вихри двигаются по спиралям не изменяющих своих параметров. Образно их траектории можно представить в форме цилиндрических пружин. В основании же периферии вихря элементарные вихри двигаются по траекториям, являющимся скорее всего не спиралями Архимеда, а логарифмическими спиралями. А двигаясь по спиралям элементарные вихри увеличивают как осевую скорость своего движения, так и скорость вращения.

Т.е. ситуация в основании периферийного потока вихря Бенара подобна ситуации в вихре Тейлора. Элементарные вихри, двигаясь по сходящейся логарифмической спирали, как бы переходят с одной внешней окружности вихря Тейлора на другую внутреннюю его окружность, закономерно увеличивая свою скорость движения по окружности. А элементарные вихри имеют массу, которая при движении по окружности формирует центробежную силу. И чем меньше радиус окружности и больше скорость движения, тем больше величина центробежной силы. Переход с внешней на внутреннюю окружность формирует в вихре Тейлора центростремительную силу. Точно так же движение элементарного вихря по сходящейся логарифмической спирали формирует центробежную силу. Т.е. элементарный вихрь, двигающийся по сходящейся логарифмической спирали, создаёт как центростремительную, так и центробежную силу, которая растёт быстрее роста центростремительной силы. А как только значения этих сил сравняются, так тут же при росте разности появляется противодействующая сила, по правилу прецессии действующая в перпендикулярном направлении. И элементарные вихри горизонтальное направление движения изменяют на вертикальное, переходя во внутренний поток торнадо, изменяя параметры своего периферийного движения на параметры движения внутреннего потока.

Конечная точка траектории движения элементарного вихря и может служить маркером для параметров и осевого, и тангенциального движения элементарных вихрей хобота торнадо. Ведь до этого момента элементарные вихри ещё относятся к множеству вихрей внешнего потока и могут описываться методами, действующими в нём. Но в этот момент они уже приобретают также и свойства внутреннего потока.