книги из ГПНТБ / Джавадов, Д. М. О некоторых явлениях, происходящих во взаимодействующих телах

I

Поэтому строение изохромов в пластинках, вырезанных пер­ пендикулярно к острой биссектрисе (рис. 106), будет как строение поперечного сечения зон на плоскости ИКЛМ (см. рис. 28), т. е. как па рпс. 47, а в пластинках, вырезанных пер­ пендикулярно к тупой биссектрисе,— как па плоскости УФХЦ (см. рис. 28), т. е. как на отрезке АБВГ (см. рис. 276).

Следовательно, морфология изохромов в пластинках, вы­ резанных перпендикулярно к острой и тупой биссектрисам, будет одинаковой. Однако очертание изохромов в пластинке, вырезанной перпендикулярно к острой биссектрисе, будет в виде более вйтянутых эллипсов, а в пластинке, вырезанной перпендикулярно к тупой биссектрисе, — менее вытянутых эллипсов.

Изохромы, приведенные на рпс. 106, соответствуют попе­ речным сечениям изохроматических зон на плоскости, перг)ен-_ дпкулярноп к острой биссектрисе. Изохромы как одноосных, так и двуосных кристаллов представляют собой систему тем­ ных и светлых (или цветных) концентрических колец.

Из изложенного в §§ 6, 9, 17, 19, 20 и 21 следует, что эти изохр'омы являются поперечными сечениями зон равных соп­ ротивлений. Светлые нзохромы соответствуют вадам, а темные — углублениям; описанным в § 9; освещенность свет­ лых изохромов II неосвещенность темных изохромов зависят от направления смещения — колебания световых частиц.

При действии давления светового потока па поля, имею­ щиеся вокруг атомов, частицы указанных полей, находящие­ ся в менее прочной связи* с атомами, колеблются по направ­ лению колебания светового потока, а частицы, находящиеся в более прочной связи* с атомами, колеблются по направле­ нию равнодействующей, находящейся между силами, кото­ рые действуют по направлению светового потока, и внутрен­ ними силами кристаллов. При этом частицы, находящиеся под одинаковым напряжением, ограничивают' изохромы.

Первое направление в' современной кристаллооптике при­ нято называть обыкновенным лучом, а второе — необыкно­ венным.

При падении света на нижний николь микроскопа (поля­ ризатор) обыкновенный световой поток поляризуется, т. е. об­ разуются обыкновенный световой поток (обыкновенный ,луч) и необыкновенный световой поток (необыкновенный луч). Последний, проходя через анализатор, "попадает в исследуе­ мый минерал, а первый претерпевает полное внутреннее от­ ражение. Если анализировать данный процесс, то можно за­ метить, что поскольку николь (поляризатор) состоит из кри-

* В данном случае под понятием связи подразумевается сила взаим­ ного притяжения элементарных частиц и атомов.

120

сталла исландского шпата, под давлением светового потока

внем происходит упругая деформ-ация элементарных частиц,

окоторой было сказано выше, т. е. в нем (поляризаторе) воз-, пикают зоны равных сопротивлений и две взаимно пересекаю­ щиеся плоскости максимального напряжения, строение кото­

плоскостях максимального напряжения внутри исландского шпата- (поляризатора), мы повторили, эксперимент Хладни. При этом на узловых линиях (см. рис. 49) песчинки сбрасы­ вались перпендикулярно к плоскости латунной пластинки на расстояние около 1 мм. На остальной же части поверхности пластинки песчинки смещались еле заметно й почти парал­ лельно плоскости пластинки. Поэтому мы пришли к заклю­ чению, что внутри анализатора на плоскостях максимальногонапряжения колебание световых частиц усиливается.. Следо­ вательно, на этих плоскостях образуется поток обыкновенно­ го света (обыкновенного луча). По этой причине в потоке не­ обыкновенного света, попадающего в исследуемый кристалл, находящийся в шлифе, возникают две взаимно пересекающие­ ся светлые полоски. При включении верхнего николя (ана­ лизатора) эти светлые полоски становятся темными, т. е. онитакже поляризуются, как поляризовался поток обыкновенно­ го света (обыкновенного луча) в нижнем николе (поляриза­

эти плоскости совпадают с плоскостями максимального нап­ ряжения, возникающего внутрй исследуемой пластинки, и по­ этому при включении анализатора йзохромы и темный крест имеют вид, как на рис. 104, а в пластинках, вырезанных пер­ пендикулярно к' оптической оси, эти полоски пересекают кон­ центрические изохромы, возникающие в исследуемой плас­ тинке.

В двуосных кристаллах в пластинках, вырезанных перпен­ дикулярно к острой и тупой биссектрисам, эти плоскости бу­ дут, иметь вид, как на рис. 106, т. е. одна из этих плоскостей» будет совпадать с линией пересечения плоскостей максималь­ ного напряжения, возникающих внутри пластинки (с линией НО, см. рис. 276.и 41), а другая, благодаря строению изохромов, возникающих внутри пластинки, будет в виде тонкой линии. ' -

Исходя из изложенного .в § 5, изохроматическая поверх­ ность, приведенная на рис. 107а, должна состоять из конусов, соприкасающихся вершинами. СледОвателы-ю, сечение этой поверхности у места соприкосновения вершин конусов будет представлено точкой, а не окружностью, как это показано на рис. 107а, — сечение О.

121

I

В мире ничто ке вечно, кроме вечно изме­ няющейся материи и законов ее движения и изменения.

Ф. Энгельс

I

Г Л А В А III

ПРОЦЕССЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ТЕЛ

§ 24. Процессы возникновения и развития вихрей — движения частиц материи по спирали

в

Движение частиц по спирали (вихрь), возникающее при столкновении предыдущей части потока с последующей или потока с массой, находящейся в статическом состоянии, и его морфология, несомненно, связаны с внутренними и внешними силами материи.

Из описания спиралей следует, что спираль продолжает­ ся до бесконечности. Если рассматривать спираль в связи с внутренними и внешними силами материи, то, несомненно, она не может продолжаться до бесконечности. Действитель­ но, спиральный рост живых организмов ограничивается про­ должительностью жизни данного организма. Длина спираль­ ных витков при движении по спирали (завихрение) частиц воды или воздуха также небесконечна. О возникновении дви­ жения материалов, по спирали-вихрям известно только то, что они возникают при столкновении предыдущей части по­ тока с его последующей частью или при столкновении потока с массой, находящейся в статическом состоянии. Однако про­ цесс их возникновения и развития.до сего времени еще не­

материалов по спирали-вихрям обратимся к следующим примерам.

I. Известно, что у мест падения капель на поверхности лужи возникают круговые расходящиеся вблны. Из §§ 6 и 20 известно, что длина этих волн соответствует поперечным сечениям двуосных полуэллипсоидных зон равных сопротивле­ ний, толщина которых на поверхности лужи соответствует длинам волн. Частицы воды, двигаясь от короткой оси (оси

123

•сжатия) двуосных полуэллипеоидных зон равных сопротивле­ ний по траектории эллипса, на поверхности лужи создают волны с круговыми очертаниями. По мере уменьшения высо­

следует, что в данном случае толщина зон равных сопротивле­ ний будет увеличиваться, а напряженность частиц воды, со­ ставляющих эти зоны, ослабляться. В прямой зависимости от этого плотность, давление, температура и скорость смещения частиц воды в этих зонах будут уменьшаться.

Таким образом, в луже у места падения капель возникают зоны равных сопротивлений, наподобие скорлуп с поверх­ ностью двуосного полуэллипсоида, и по мере ослабления импульса силы столкновения капель /ілотность, давление, температура и скорость движения частиц воды в этих зонах уменьшаются, а толщина зон равных сопротивлений и время, затраченное на смещение частиц в них, увеличиваются.

II. Если прохожий идет по доске, проложенной через лужу, нормальным шагом, то на поверхности последней с обе­ их сторон доски появляются расходящиеся волны. В том случае, когда прохожий сильно ударяет йогой по доске, брызги воды на значительном расстоянии от ее уровня, с боков попадают на него. Из примера видно, что в первом случае в результате

.столкновения с небольшой силон доски с водой в последней

•возникла зона равных сопротивлений, и частицы воды, дви­ гаясь в этой зоне по траектории эллипса на расстояние, рав­ ное lU части периметра эллипса, в сторону, обратную дви> женпю сжимающей, силы (движения доски), на поверхности лужи создали волнение. Во втором случае в результате силь­ ного столкновения доски с водой частицы последней в указан­ ной зоне, толкая друг друга, с большой скоростью, сравни­ тельно большей, чем в первом случае, двигаясь по прежней траектории после достижения поверхности лужи, в воздухе

оси сжатия в сторону, обратную движению толкающего тела по траектории эллипса на расстояние, равное не 7 4 части, а V2 части перимётра эллипса.

Если представить себе не столкновение доски с жидкостью, находящейся в луже, а столкновение мощного потока речцой воды с морской или озерной, или же последующей части пото­ ка с предыдущей частью, то у места’впадения потока в море или озеро, или же у местц столкновения последующей части потока с предыдущей частью, будет возникать огромная зона равных сопротивлений. Частицы воды, движущейся по этой зоне равных сопротивлений от ее оси сжатия по траектории эллипса на расстояние, равное Ѵг части ' периметра эллипса

124

по обеим сторонам потока, будут поступать в сторону, обрат­ ную движению потока. Продольное сечение этой зоны будет в виде полуэллпптическоі'г струп, как на рис. 108/1. Поскольку поток поступает в место столкновения беспрерывно; движение струи в сторону, обратную движению потока, также будет беспрерывным. '

Впроцессе столкновения при встрече начальной части струи

спотоком она будет увлечена в сторону его движения, как на рис. 108Б. Очевидно, в результате беспрерывного поступления потока в место столкновения под напором последующей час­ ти-струн предыдущая часть ее будет выжиматься по траекто­ рии эллипса на расстояние, равное Ѵг части периметра эллипса, а потоком она будет направлена в сторону его дви­ жения. В результате этого начальная часть струи ’будет упираться во внутреннюю сторону последующей части струи,

как на рис. 108Ö. Поскольку в данном месте струя двигается

всторону, обратную движению потока, начальная часть струи будет увлечена (направлена) в сторону движения дан­ ной части струи. Таким образом, будет происходить завихре­ ние, т. е. движений частиц воды по спирали, как па рис. 108Г.

Как мы видим, вихрь формируется по спирали от центра последней к периферии, а материалы поступают от периферии

кцентру. Из вышесказанного следует, что по мере затухания импульса силы столкновения плотность, давление, темпера­ тура и скорость двнжеция частиц в зонах уменьшаются, а тол­ щина зон равных сопротивлений и время, затраченное на сме­ щение частиц в них, увеличиваются. Значит, поскольку в про­ цессе завихрения импульс силы постепенно ослабляется и при этом фактически возникает одна зона, которая закручивается

вспираль, то плотность, давление, температура и скорость

125

движения материалов по этой спирально закрученной зоне от центра вихря к периферии по спирали будут уменьшаться, я толщина спиральных витков спиральной зоны и время, затра­ ченное на их .формирование, — увеличиваться. По мере увеличения толщины, спиральных витков от центра вихря к периферии вихрь будет выжиматься в сторону наименьшего

. сопротивления!, т. е. за пределы потока. При этом вихрь за пределами "потока будет, вращаться вокруг своей оси и одно­ временно буфет ідритатн'Ся по напрэвленпю течения потока ;с 'большим отставанием от скорости его движения. '

Из изложенного я-спо, чтоуматери'алы,■еостаіѵнмощііе вихрь; во время еда,формирования, іс. бЬДьшо'н скоростью по равно­ мерно сужіівающцмея -спиральным виткам -двигаются к его центруй Поэтому по мере-поступления материалов по спираль­ ным виткам от периферии в центр вихря давление, темпера-

Рис. 109. Схема поперечного сечений шіхря в момент его возникновения

тура, плотность и количество материалов в его центре будут возрастать, и при превышении давления окружающей среды последние будут выжиматься в сторону наименьшего сопро­ тивления. Если рассматривать завихрение в момент его воз-' никновения, т. е. до выжимания материалов из его центра в сторону наименьшего сопротивления, то частицы будут ■двигаться по спиральным виткам вихря на плоскости, а не в пространстве, а вихрь будет иметь плоское строение. В том случае, если завихрение, т. е. движение частиц твердых, тел по спирали, жидкостей, газон й т. д. развивается по логариф­ мической спирали, то плотность, температура, скорость движе­ ния и масса материалов по спиральным виткам от периферии вихря к центру будут увеличиваться в зависимости от форму-

126

<N

лы . логарифмической спирали, а время, затраченное на формированій витков, соответственно уменьшаться. Если движение частиц по спирали развивается по эллиптической спирали, то указанные параметры будут изменяться в зави­ симости от формулы эллиптической спирали н т. д. Так, если ■вихрь формировался по логарифмической спирали, т. е. по

при повороте, данного сечения на угол ср = 2л средняя скорость V на сечении ВА будет:

ф2Я

Другие параметры сечения АБ, как-то: масса, плотность, температура материалов при повороте его на угол ср = 2я бу­ дут изменяться в зависимости от формулы логарифмической спирали.

Если по сечению ГБ (см. рис. 109) значение скорости дви­ жения частиц выразить в одних и тех же масштабах, то кривая возрастания скоростіі движения частиц от периферии вихря к центру будет, как на рис. ПО. Кривые возрастания плот-

Рнс. 110. Графическое изображение скорости дви­ жения частиц при завихрении в сечении ГБ (см. рис. 109).

ности и температуры материалов на данном сечении будут гораздо круче, чем кривая возрастания скорости движения частиц. /

Из изложенного следует, что

127

и Лп+і соответственно;

t, Т — время, затраченное на формирование витков Ап и Ап+і соответственно;

h, Н — средняя толщина витков Ап и Ап+і соответственно; 's, S — площади поперечного сечения витков Аа и Ад+і со­

ответственно.

Из изложенного' видно, что чем больше импульс силы столкновения,-тем больше скорость движения частиц по спи­ рали и, тем большее количество частиц будет скапливаться и уплотняться в центре вихря. Продолжительность вращения вихря вокруг оси после его формирования за пределами по­ тока будет зависеть от импульса силы столкновения и от сре­ ды, в которой вихрь вращается вокруг оси. Длина спираль­ ных витков вихря будет зависеть.от импульса силы столкно­ вения (массы и скорости) сталкивающихся участков потока или потока, сталкивающегося с массой, находящейся в стати­ ческом состояңии, а форма его — от характера импульса, формы, состава сталкивающихся участков .потока или же потока, впадающего в массу, находящуюся в статическом состоянии, и от среды, в которой происходит столкновение. Направление вращения вихря вокруг 'своей оси будет зави­ сеть от направления движения толкающего потока по отно­ шению к толкаемой части его. Так, если поток с большой скоростью впадает в море или озеро под прямым углом или же сталкивающиеся участки потока располагаются по одной прям’ой, то вихри возникают по обеим сторонам толкающего потока, один из которых будет расположен справа от толкаю­ щего потока, а другой — слева. Причем первый из них будет вращаться вокруг своей оси по часовой стрелке, другой — против. Если пбток с большой скоростью впадает в море или озеро под острым углом, то вихрь будет возникать со сторо­ ны острого угла и направление вращения вихря вокруг оси; и движение частиц по спирали в нем будет по направлению движения толкающего потока. При столкновении струи воды, направляемой перпендикулярно из пожарного шланга в бас­ сейн, или столкновения дыма, выходящего из дымохода, с

128

воздухом пли же предыдущей части дыма, выходящей из ды­ мохода, е последующей, вихрь будет иметь кольцевую форму.

ной памп последовательности будет образовывать завихрение в форме баранки со спиральным поперечным сеченном.

Спиральные витки всех описанных видов вихрей во время jix вращения вокруг своей оси раскручиваются. Особенно это видно, когда завихрение происходит в воздухе. Так, в возду­ хе очень наглядно раскручиваются витки кольцевых вихрен дымовых частиц. При этом диаметры кольца и кольцевого сечения .увеличиваются. Для наблюдения раскручивания спи­ ральных витков па поперечном срезе кольца одна половина последнего в воздухе памп была задержана топкой угловой пластинкой, а па срезе другой (не задержанной) наблюдалось раскручивание витков. При этом витки раскручивались от периферии к центру спирали.

Отставание всех видов описанных вихрен' (частиц, движу­ щихся по спирали) ѳт скорости движения толкающих пото­ ков описано в литературе. Кроме того, имеется указание на то, что в процессе движения вихри по направлению движения потока раскручиваются по спирали и расслаиваются [20]. Причиной раскручивания и расслоения спиральных витков вихрен является то, что вращение вихря вокруг своей оси после сто формирования происходит в среде, в которой давление го­ раздо ниже, чем в его спиральных витках. Благодаря этой раз­ нице в давлениях вне п внутри спиральныхвитков происхо­ дит раскручивание и расслоение последних.

Кроме описанных вихрей, имеются еще гораздо более мощные вихри, известные под названием смерчей, которые в США называют торнадо. Этот вид вихрей возникает в гро­ зовых облаках при столкновении теплых воздушных течений с холодными. Имеются указания [20] иа то, что обычно смерч возникает в теплом секторе циклона и движется в том же на­ правлении, в котором движется циклон со скоростью в несколь­ ко десятков метров в секунду и, как правило, вращается против часовой стрелки. Верхняя часть смерча имеет воронкообраз­ ное расширение и вниз опускается в виде гигантского хобота. При. опускании па поверхность земли он принимает форму, опрокинутой воронки. За время своего существования по нап­ равлению движения циклона смерч проходит 40—60 км. При опускании же иа землю он приносит большие разрушения: вырывает деревья с корнями, срывает крыши с домов и т. д. Последнее привело ученых к заключению, что внутри смерча создается глубокий вакуум и в результате разности давлений вне и внутри домов крыша сбрасывается. Из изложенного памп ясно, что в момент возникновения движения частиц воздуха по спирали в центре спирали давление возрастает, и

129

6 7 -9