Смерчь. Развитие от зарождения до гибели.

[Дятел]

В моем воображении смерчь (вихрь, торнадо) всегда ассоциируется с некой саморазвивающейся системой, а анологии распространяются на такой широкий спектр природных явлений, что это далеко вылезает за "научные рамки".

Вы правы, особенно, когда нарушаются причинно-следственные связи и теряется понятие -  где право, где лево.

[василий андреевич]

ЕЕ технически нельзя ничем померить?
Но если нельзя, то может температуру там по какой-то формуле можно предсказать?

По термодинамическому (пятое, иногда, нулевое начало) определению температура есть мера теплового равновесия между телами (и термометром). Мы можем поместить измеритель над смерчем и у поверхности земли, но что это даст? Термодинамику правильнее было бы именовать термостатикой, просто в те времена динамикой называлось нынешнее понятие работы. Так вот дихотомия работы, как порядка, и тепла, как беспорядка, (их взаимообусловленность) в изостатических процессах породило учение о тепловых машинах. Теперь спрашиваю, что в смерче можно бы считать работой-порядком, а что теплом-хаосом? нельзя дать ответ, в динамическом движении они теряю смысл. Следовательно ни о каких адиабатических процессах речь вести нельзя.
  Теоретически пересчитать в температуру, как качество хаоса определенного объема, можно все, что угодно. Например, легко вычисляема "температура" элекромагнитного излучения, как если это излучение сделать перемешанным в черном ящике. Но нельзя говорить о температуре направленного излучения. Это подобно тому как вычислять температуру бензина, как топлива, но можно пересчитать какая температура будет у воздухо бензиновой смеси, после окисления в данном объеме.
  Убежден, что смерч, зародившись как система банальных вихрей или турбуленций, набирает мощь уже не вследствие перепадов температур, как источника свободной энергии, а как самодостаточно эволюционирующий объект. А вот за счет чего или по каким законам происходит эта эволюция нам и надо бы порассуждать.
  Итак, начало - это случайные токи воздушных микрообъемов. затем, турбуленция приграничных потоков. потом самое завораживающее - организация разрозненности в упорядоченность. В мою юнность не было на рабочих местах электрочайников, чай заваривали в трехлитровых банках. Так вот, когда кидаешь на поверхность кипятка чай, в банке начинается ряд очень интересных видимых простым глазом движений. И это отнюдь не броуновское движение. Нечто подобное можно наблюдать и на поверхности чашки с горячим какао с добавкой сухого недорастворенного молока. Там возникают движения, упорядочивающиеся в систему вихрей, вихри взаимодействуют, разрушаются, а через секунды идет новая волна организации системы вихрей... Вот я и хочу посмотрень на "торнадко", как на модель эволюционирующей системы. Но только после того как пойму, что почем и от чего. Потому и вопрошаю ищущих.

[идрис]

Когда развивается крупное грозовое облако. То внутри него развивается система резкого барического градиента. Это приводит к образованию резких порывистых ветров - шквалов. Там есть ветер который дует вдоль земли снизу, и по встречному направлению сверху. То есть ось шквала направлена горизонтально земле.

Если ось шквала каким то образом поворачивается и становится вертикальной, то тогда шквал преобразуется в смерч.

Этот механизм приведен в учебниках по метеорологии. Других механизмов там не приведено.

[V.V.P]

 Убежден, что смерч, зародившись как система банальных вихрей или турбуленций, набирает мощь уже не вследствие перепадов температур, как источника свободной энергии, а как самодостаточно эволюционирующий объект. А вот за счет чего или по каким законам происходит эта эволюция нам и надо бы порассуждать.
 Итак, начало - это случайные токи воздушных микрообъемов. затем, турбуленция приграничных потоков. потом самое завораживающее - организация разрозненности в упорядоченность.

Так, ведь, происходит самоорганизация, что очень часто наблюдается в природе. Образование снежинки, например, - это тоже самоорганизация. Я думаю, вы все правильно здесь написали: ламинарный поток преобразуется в турбулентный сперва в приграничных областях, а затем во всем столбе смерча. Это все так. И происходит все по единым вполне законам, законам мироздания. Других у нас нет. Но я так понимаю, вы хотели бы услышать какие более конкретные законы действуют?  

Если рассмотреть наравне со смерчами циклоны, которые тоже являются вихрями, то что будет общего и в чем разница?

Вот про смерч еще интересная информация. Может быть, здесь есть ответы? 

[Alexy]

Вот этот отрывок
Удивили выделенные синим места!

Одно - ибо нормальное атмосферное давление (Международная стандартная атмосфера - МСА) - это 101 325 Па = 1013,25 гПа. Не малое ли понижение получается  50 гПа и 100 гПа - всего на 5-10%

А второе - ибо получается, что внутри смерча таки нисходящий поток

Смерч представляет собой вихрь малой горизонтальной протяженности, который опускается в виде воронки из основания грозового облака. Как правило, смерч связан с возникновением мощных грозовых облаков, достигающих высоты 12—15 км, т. е. простирающихся выше тропопаузы.
Смерчи образуются вследствие конвективной неустойчивости атмосферы, вызванной процессами синоптического масштаба. Мощные грозовые облака обладают вихревым движением, являются генераторами смерчей, за что их называют «материнскими облаками».
Обычно смерч, опускаясь из такого облака к поверхности суши или моря, втягивает в себя пиль, песок, камни, траву и воду. Этот факт доказывает существование больших вертикальных потоков в смерчевом облаке. Смерчи сопровождаются самыми сильными ветрами, скорость которых, по оценкам, может достигать 130 м/с. Давление в центре смерча значительно ниже, чем на периферии: по данным измерений, понижение давления составляет 50 гПа, хотя по оценкам, оно может достигать и 100 гПа.
Структура смерча весьма сложная. В центральной части смерча образуется ядро диаметром 100—150 м и меньше, в котором скорость нисходящих движений воздуха достигает 60—80 м/с. Выхоложенный опускающийся воздух при конвергенции у поверхности Земли увеличивает разрушительную силу смерча. Вокруг ядра смерча отмечаются восходящие движения воздуха, скорость которых составляет 70—90 м/с. Результатом   этих  движений   является   конденсация   водяного пара, что придаст смерчу белесоватый цвет, видимый издалека. Когда же смерч вбирает с себя пыль и песок, он становится темным.
Смерч разрушает почти все строения и деревья на своем пути. Быстрое падение атмосферного давления при движении смерча над строениями производит дополнительный эффект, усугубляя разрушение, производимое сильными ветрами. И если в здании нет достаточного количества открытых дверей и окон, способных уравновесить давление внутри здания и снаружи, то избыточное давление внутри здания при прохождении смерча поднимает крышу и выталкивает cteHU наружу. Обычно воронкообразное облако смерча распространяется вниз и достигает земной поверхности только на несколько минут, в течение которых смерч передвигается на один-два километра. Однако наблюдались смерчи, которые оставались у земной поверхности и перемещались на расстояние 20—50 км. Такие смерчи наиболее интенсивные и приводят к большим разрушениям и человеческим жертвам. Диаметр смерча относительно мал: от 50 м до 1 км.
Длительность существования смерча небольшая: от нескольких минут до нескольких часов. Длина пути в среднем 5—10 км, иногда более 30 км. Скорость движения смерча различна: от 10—20 до 60—100 км/ч. В редких случаях смерчи практически не передвигаются.
Если размеры смерчевого кучево-дождевого облака невелики (несколько километров в поперечнике), то в таком облаке может образоваться один смерч, реже два—три. Громадные   облака   с   горизонтальной   протяженностью   30—50 км и более, очень часто сопровождаются группой смерчей.
Смерчи наблюдаются в основном в европейской части СССР и в центральных штатах Северной Америки. На юге Западной Сибири, в Средней Азии и на озере Байкал смерчи крайне редки. Наибольшая вероятность смерчей приходится на Черное море вблизи побережья Кавказа, Центрально-черноземный район, Молдавию, Белоруссию и Прибалтику. Самый северный смерч наблюдался у Соловецких островов.
Смерчи, как и грозы, наиболее часто возникают после нолудня.
Смерчи связаны с двумя типами мезомасштабной циркуляции:
1)   с облаками, имеющими горизонтальную ось вращения (крутящийся облачный вал) и наблюдающимися на линиях шквала   перед   быстро   движущимися   холодными   фронтами;
2)   с облаками, вращающимися вокруг вертикальной оси. Последний тип циркуляции чаще встречается на холодных фронтах, вдоль которых перемещаются мезомасштабные циклонические вихри. В передней части «материнского» облака первоначально, до возникновения смерча, существует крутящийся по ходу движения облачный вал.
Чаще всего смерчи возникают с правой стороны облака (по направлению его перемещения), представляя собой как бы продолжение правой части крутящегося вала, при этом наблюдается циклоническое вращение ветра. Имеют место случаи, когда в смерче происходит и антициклоническое вращение ветра.
Образование смерчей часто связано с развитием вне-тропических циклонов. Конвергенция воздуха на нижних уровнях и фронтальный подъем вызывают реализацию большого количества энергии неустойчивости. Исследования показали, что в самых нижних слоях конвергенция значительна, в основной толще атмосферы она слаба, а выше поверхности 400 гПа появляется и усиливается с высотой дивергенция потока, достигающая максимума вблизи уровня тропопаузы. Появление смерча почти всегда связано с наличием теплого слоя сухого воздуха, находящегося над мощным неустойчивым влажным слоем воздуха. Резкое понижение влажности приводит к увеличению потенциальной неустойчивости атмосферы. При достижении нисходящим потоком в кучево-дож-девом облаке сухого слоя, температура в нем вследствие испарения начинает быстро понижаться; на небольшом расстоянии возникают большие температурные контрасты и большие градиенты давления. В этой области низкого давления вероятно возникновение смерчей.
Обычно смерчи отмечаются в юго-восточной -части теплого сектора циклона, перед зоной относительно сухого воздуха у поверхности Земли.
Техническими средствами, позволяющими иногда обнаружить смерчи, являются метеорологические радиолокаторы. На экране радиолокатора смерч имеет вид подковообразного образования с просветом в центре

[V.V.P]

Вот этот отрывок
Удивили выделенные синим места!

Спасибо вам за перевод рисунка в текст!
А почему удивили места? Первое, например, говорит всего лишь о понижении давления внутри смерча. Раз в двадцать. Не на пять процентов.  
И получается два движения: внутри нисходящий поток, а ближе к границе столба - восходящий.

[Alexy]

"понижение давления составляет 50 гПа, хотя по оценкам, оно может достигать и 100 гПа" - Действительно! Это надо понимать не как "понижение на", а как "понижение до"
т.е давление там составит 5-10% от атмосферного давления

[идрис]

Самое низкое из замеренных давлений на уровне океана ниже 80% от нормы не бывает. Смерч образуется путем поворота горизонтального шквала. Соответственно в смерче (в отличие от циклона) внутри воздух может как опускаться так и подниматься. А ветер может закручиваться как по часовой, так и против часовой стрелки. В циклонах ветер закручивается всегда против часовой в северном полушарии. По часовой в южном.

[V.V.P]

Самое низкое из замеренных давлений на уровне океана ниже 80% от нормы не бывает.

Откуда информация, если не секрет? 
Моя - из справочника "Атмосфера", изданного в 1991 году под редакцией профессора Ю.С.Седунова.

[василий андреевич]

Пожалуй, самый первый запатенованый "кондиционер" представлял их себя трубу. Внутри этой трубы, по стенкам устраивался циркулирующий поток. Так вот с одной стороны трубы выходил теплый (горячий) воздух, а с другой холодный. Чем не модель смерча, в которой "работает" не разница температур. Есть нагреватели воды (по памяти ключевые слова "юсмар, Потапов) в которых авторы рекламируют нагреватели с кпд больше 100% (уверяю Вас, это не курьез, а способ подсчета). Есть очень интересные циклонные способы обогащения руд, где тяжелые (плотные или большие по размерам) частицы перемещаются не к периферии кругового потока, а к его центру. Есть еще множество явлений, природа которых расшифровывается вроде бы наоборот привычной логике. Сейчас рекламируются нагреватели, работающие по принципу теплового насоса, с коэффициентом до 20. Казалось бы не стоит этому верить, ведь при такой теплоотдаче будет выгодно подобное тепло вновь переработать в электроэнергию... Но есть очень нехорошее "но". Мы не знаем из какой области пространства закачивается энергия у этих тепловых насосов. Допустим, эффект кавитации, иной раз, выглядит, как стяжение энергии из... , я не люблю слова вакуум.
  К чему это я в данной теме? Да к тому, что смерчь и вихрь в той или иной форме присутствуют в этих изобретениях.
  А неожиданный порыв ветра в полный штиль? А не приходилось ли Вам наблюдать как над сухой пашней в полное беветрие, когда на небе ни облачка, а зной изнуряет, вдруг, именно вдруг, появляется столбик смерча, он заметно набирает силу, растет вверх, расширяется там воронкой, игибается телом, как змея. А затем так же внезапно исчезает.
  Самое простое назвать это самоорганизацией, но подобный термин таит в себе столько же загадок, как и зарождение жизни на Земле.

А вдруг через вихрь мы сможем приблизиться к пониманию гипотезы естественности движения от хаоса к порядку, но с соблюдением "проклятущего" второго начала?

[Alexy]

очень интересные циклонные способы обогащения руд, где тяжелые (плотные или большие по размерам) частицы перемещаются не к периферии кругового потока, а к его центру

Странно!

[василий андреевич]

Странно!

То-то и оно, когда начинаешь говорить о циклическом способе обогащения, то все здравомыслящие спецы, обгоняя мысль, говорят, дескать, понятно, тяжелые отторгаются силами инерции на перефирию. Уверен, что поначалу изобретали обогатитель в надежде наблюдать именно этот эффект, но получили обратный. В каждом патенте ссылки, что теория пока не разработана.
  Мне негде и не с кем было в свое время поделиться собственной гипотезой, а потому, Алексей, мне приятно изложить ее для Вас. Вся изюминка заключается в процессах, идущих до собственно попадания системы на "циклотрон". Что представляет из себя эта система? Это газо пылевидная или водо "подвешенная" смесь беспорядочно перемещающихся и сталкивающихся кусков породы. Вопрос: у каких кусков средняя (не векторная) скорость будет выше - у легких или у тяжелых? Ответ однозначен, ведь при хаотических сооударениях при равенстве импульса чем меньше масса, тем больше скорость. Упорядочивая такой "полухаос" в круговое движение, мы получаем распределение не столько по массам, сколько по скоростям, а они выше на естественной переферии спирального желоба. Это тем более верно, что в экспериментах выходило, что степень обогатимости возрастала, когда в водоэмульсионную смесь на начальных этапах циклов техническими приемами добавлялись разупорядчивающие источники в виде струек воды. Я работал на золоте. знаю, что такое "прибор", где золото осаждается, его устанавливают тракторами. А тут прибор, такой же производительности размером с духсотлитровую бочку!

А теперь вспомним, что небольшой смерчь вымирает, если выходит за пределы поверхности с пылью. Пыль, находящаяся в покое, попадая в поток, проходит стадию турбуленции, а потом, упорядочиваясь начинает своим распределением по плотностям... подпитывать упорядоченный поток. Но если это именно так, то мы можем перейти от смерча к целому ряду явлений вроде бы противоестественной самоорганизации.
  Честно говоря, я уже утомился размышлять об этих процессах сам с собой, они могут довести и до отчаяния.

[V.V.P]

очень интересные циклонные способы обогащения руд, где тяжелые (плотные или большие по размерам) частицы перемещаются не к периферии кругового потока, а к его центру

Странно!

Например, круговой поток внутри достаточно островершинного конуса, направленного вершиной вниз.

[василий андреевич]

, круговой поток внутри достаточно островершинного конуса, направленного вершиной вниз.

В общем-то, очень заманчиво присвоить острию конуса роль "бифуркационного центра". Если острие является областью приложения неупорядоченных сил, выводящих покоящуюся наземную конструкцию из устойчивого равновесия (энергия превышает энергию активации), то логично представить вверх по перевернутому конусу последовательно сменяемые уровни организации. От хаоса к турбуленции и, затем, к дифференциации по орбитам тех или иных неоднородностей, обособившихся уже на первых двух стадиях. Но тогда на фактуре по смерчам надо бы иметь наблюдения такого распределения, если наблюдений нет, надо вообразить их. Распределение мгновенных скоростей в вихре, очевидно, следующее - в ядре нуль, далее по радиусу все больше, а на окраине, через незначительную турбулентность резкое стремление опять к нулю. Тоесть, ядро - это энергетическая яма, окруженная валами из энергии "активации" самого вихря. Но попасть в заветную яму, нельзя, не избавившись от кинетической энергии механического движения. Получается, что в вихре остаются только тела, уравновешенные кинетикой движения и потенцией центростремления. Все остальные "вымирают" из общего "эволюционного" потока среды. () А призабавненько!

[Alexy]

очень интересные циклонные способы обогащения руд, где тяжелые (плотные или большие по размерам) частицы перемещаются не к периферии кругового потока, а к его центру
- Странно!

Например, круговой поток внутри достаточно островершинного конуса, направленного вершиной вниз

В смысле круговое движение тут используется только для взбаламучивания более легких частиц (т е в принципе можно использовать любое другое движение воды, а не обязательно круговое), а более тяжелые опускаются вниз просто под действием гравитации?