Вихревые движения

Вихревые движения. Если некоторые частицы жидкости или газа вращаются вокруг некоторых осей, то говорят, что жидкость или газ имеют вихревое движение. Такие движения легко осуществимы на опыте: берут коробку, в одной из стенок которой прорезано круглое отверстие, и наполняют ее табачным дымом; если производить быстрые и сухие удары по стенке, противоположной отверстию, то при каждом ударе из отверстия вылетает дымовое кольцо, подобное тем кольцам, какие умеют пускать искусные курильщики. Частицы этого кольца находятся в быстром вращательном движении: мы имеем здесь вихревое кольцо, или вихрь. Подобным же образом можно осуществлять вихри в жидкости: для этого берут коробку, у которой стенка, противоположная отверстию, состоит из упругой перепонки; коробку наполняют, например, маслом и погружают в воду. Можно получать жидкие вихри более простым способом, пуская из пипетки каплю чернил или молока в стакан с водой. Вихри незамкнутые (со свободными концами) получаются, если с известной скоростью продвинуть внутри жидкости твердую пластинку (например, ложечку — в чашке воды). Теория вопроса была в первый раз с достаточной подробностью рассмотрена Гельмгольцом в 1858 году. Исследование Гельмгольца относится к идеальной жидкости, то есть лишенной внутреннего трения (см. вязкость). Гельмгольц нашел, что вихри в такой жидкости обладают рядом чрезвычайно замечательных свойств, а именно: 1) они не могут ни образоваться, ни уничтожиться, но существуют вечно; 2) частицы, принадлежащие известному вихрю, всегда принадлежат ему; 3) всякий вихрь бывает или замкнут, или же имеет концы на границе жидкости; 4) вихрь не может быть перерезан, а потому если вихрь образует петлю, то эта петля не может раскрыться; 5) если несколько вихрей образуют цепь, то они не могут разъединиться. Свойства эти до известной степени подтверждаются и на реальных вихрях. У. Томсон (лорд Кельвин) заметил, что вихри в идеальной жидкости обладают двумя главными особенностями, которыми обыкновенно характеризуются материальные атомы: 1) неразрушимостью и 2) чрезвычайным разнообразием возможных форм. Это побудило его предложить (в 1867 году) особую теорию материи. По этой так называемой вихревой теории все пространство наполнено некоторой идеальной жидкостью, недоступной нашим чувствам; материальные атомы суть не что иное, как вихревые кольца, извечно существующие в этой жидкости. Теория эта, вследствие присущих ей математических трудностей, не получила большого развития; в настоящее время, когда установился взгляд на атом, как на нечто эволюционирующее и преходящее, она вовсе отошла на задний план и сохраняет почти только исторический интерес.

Изучение вихревых движений имеет большую важность, между прочим, благодаря тем практическим применениям, которые мыслимы здесь по отношению к исследованию процессов, совершающихся в земной атмосфере (циклоны и т.д.). На свойствах вихревых колец основывается мысль предупреждать образование града посредством пушечных выстрелов; заметим, что при холостом выстреле из пушки получается вихревое кольцо, имеющее 1-2 метра в диаметре и пробегающее расстояние до 450 метров со скоростью около 30 метров в секунду; такое кольцо, встретив препятствие, может произвести серьезные разрушительные действия.

А. Бачинский.