Құйындар туралы 18 қызықты мәліметтер

Табиғат сирек түзу сызық бойымен қозғалыс жасайды — оның процестерінің басым бөлігі ғаламды галактикалар ауқымынан бастап жуыншақтағы су құйынына дейін қамтитын айналмалы қозғалыс, спираль және дөңгелек қозғалыс заңдылықтарына бағынады. Айналмалы қозғалыс — Әлемнің зат пен энергияны ұйымдастыратын іргелі тәсілдерінің бірі, және дәл сондықтан құйындар барлық жерде кездеседі — планеталар атмосферасында, мұхит түпкірлерінде, жұлдыздар плазмасында және қалалық көшелер үстіндегі ауа ағындарында. Құйын — бұл жай ғана әдемі табиғи құбылыс емес, сонымен қатар молекулалық деңгейден планетарлық деңгейге дейін жылу, ылғал, энергия және затты қайта бөлетін орасан зор күш пен маңызға ие физикалық механизм. Торнадо, смерчтер, тропикалық циклондар, мұхит құйындары және атмосфералық антициклондар — бұл әртүрлі орталарда және ауқымда бірдей қажеттілікпен жүзеге асатын бірыңғай принциптің көріністері. Құйындар климатты қалыптастырады, ауа райын анықтайды, өмір үшін қауіп төндіреді және сонымен бірге инженерлер мен ғалымдар үшін жаңа технологиялар көзі болып табылады. Құйындар туралы он сегіз факт осы құбылысты оның физикалық тереңдігі мен табиғи ұлылығында зерттеуге шақырады.

1. Ең кең мағынада құйын сұйықтықта немесе газда белгілі бір осьтің — түзу немесе иілген — айналасындағы айналмалы қозғалыс аймағын білдіреді. Физикалық тұрғыдан кез келген құйын құйындылықпен сипатталады — бұл ортаның берілген нүктесіндегі айналу жылдамдығы мен бағытын сипаттайтын вектор, және дәл осы параметр торнадо мен зертханалық түтіктегі микроскопиялық турбуленттік құрылымдарды бірыңғай математикалық тілмен сипаттауға мүмкіндік береді.
2. Атмосфералық құйындардың басым бөлігінің пайда болу себебі көршілес ауа массаларындағы қысым, температура немесе жылдамдық айырмашылығы болып табылады. Екі түрлі сипаттамасы бар ағын кездескен кезде, олардың арасындағы шекара тұрақсыздығын жоғалтып, бұрала бастайды — бұл құбылыс Кельвин-Гельмгольц тұрақсыздығы деп аталады және ол Жер атмосферасындағы бұлт тізбектерінен бастап Юпитердің экваторлық жолақтарына дейін байқалады.
3. Торнадо барлық атмосфералық құйындардың ішіндегі ең қиратқышы болып табылады — ең қуатты смерчтердің қабырғасындағы жел жылдамдығы сағатына бес жүз шақырымнан асады. Рекордтық көрсеткіш 1999 жылы 3 мамырда АҚШ-тың Оклахома штатындағы Мур қаласының маңайында тіркелді, мұнда доплерлік радар жел жылдамдығын сағатына шамамен 512 шақырым деп тіркеді — бұл біздің планетамыздағы жер бетілік жел үшін абсолютті рекорд.
4. «Торнадо аллеясы» — Техас, Оклахома, Канзас және Небраска штаттарын қамтитын АҚШ-тың орталық бөлігінің бейресми атауы — Жер бетіндегі торнадоның ең белсенді аймағы болып табылады. Мұнда жыл сайын бес жүзден мың екі жүзге дейін смерч болады, бұл Скалистых тауларынан келетін суық құрғақ ауаның, Мексика шығанағынан келетін жылы ылғалды ағынның және Льяно-Эстакадо үстіртінен келетін құрғақ ауаның бірегей қақтығысымен түсіндіріледі.
5. Тропикалық циклон — ураган немесе тайфун — көлденеңінен мыңдаған шақырымды қамтуға қабілетті ең үлкен атмосфералық құйын болып табылады. 2015 жылы қазанда Мексика жағалауындағы «Патрисия» ураганы батыс жарты шардағы қарқындылығы бойынша рекордтық болды — ондағы жел жылдамдығы сағатына үш жүз жиырма бес шақырымға жетті, ал орталықтағы минималды қысым 872 гектопаскальға дейін төмендеді.
6. Ураганның «көзі» — тропикалық циклонның тыныш орталық аймағы — физикалық парадокс болып табылады: айналасында қиратқыш жел өршіп тұрады, ал ішінде ашық аспанмен іс жүзінде желсіз ауа райы үстемдік құрады. Бұл құйын орталығындағы төмендеуші ауа ағындары конвекцияны және бұлттардың түзілуін басып тастап, диаметрі оннан сексен шақырымға дейінгі тыныштықтың своеобразный «көпіршігін» жасайтындықтан орын алады.
7. Кориолис үдеуі — Жердің айналуының салдары — әртүрлі жарты шарлардағы ірі атмосфералық құйындардың бұралу бағытын анықтайды. Солтүстік жарты шарда циклондар сағат тіліне қарсы бағытта айналады, ал Оңтүстік жарты шарда — сағат тілімен айналады. Алайда бұл эффект тұрмыстық ұсақ су құйындары үшін тым әлсіз — экватордың әртүрлі жақтарындағы раковинадағы судың әртүрлі бағытта ағып кетуі туралы танымал сенім миф болып табылады.
8. Юпитердің Ұлы Қызыл Дағы — Жер диаметрінен бір жарым еседен астам үлкен алып атмосфералық құйын — телескоппен алғашқы бақылаулар сәтінен бастап кемінде үш жүз елу жылдан бері өмір сүріп келеді. Бұл антициклон Күн жүйесіндегі ең ұзақ өмір сүретін белгілі құйын болып табылады, дегенмен соңғы онжылдықтардағы бақылаулар оның әлі күнге дейін анықталмаған себептерге байланысты өлшемдерінің біртіндеп азаюын тіркейді.
9. Отты смерч — сирек және қорқынышты табиғи құбылыс — күшті орман өрті турбуленттілік әсерінен айнала бастайтын қызған ауаның қарқынды өрлеу ағындарын тудырған кезде пайда болады. Ең танымал мысал — 1945 жылы жарылыстан кейін Жапонияның Хиросима қаласындағы өрт кезінде пайда болған отты торнадо, ол мыңдаған қосымша өмірді қиды.
10. Су смерчтері — спутни — құрлықтағы торнадомен салыстырғанда әлдеқайда аз қауіпті, дегенмен сыртқы түрі соншалықты қорқынышты көрінеді. Олардың басым бөлігі белгілі бір метеорологиялық жағдайларда жылы теңіз бетінде пайда болады және жағалаулық елді мекендер үшін емес, негізінен шағын кемелер мен балықшы қайықтары үшін қауіп төндіреді.
11. Авиациядағы турбуленттік ауа ағындарының құйынды табиғатының практикалық көрінісі болып табылады. Ұшақ қанаттары қалдыратын құйынды іздер — әсіресе ауыр кең фюзеляжды машиналардың — кильватердегі кішігірім ауа кемелері үшін қауіпті, және дәл сондықтан авиациялық билік жүктемесі жоғары әуежайларда ұшу мен қону арасындағы минималды уақыт аралықтарын белгілейді.
12. Құйынды құрылымдар техникалық құрылғыларда белсенді түрде қолданылады. Ранке-Хильш құйынды түтігі — қозғалмалы бөлшектері жоқ қарапайым металл цилиндр — қысылған ауаны айналмалы қозғалыстың арқасында ғана суық және ыстық ағындарға бөледі. Термодинамикамен толығымен түсіндірілмеген бұл жұмбақ эффект өнеркәсіптік суыту және табиғи газ өндіруде қолданыс тапты.
13. Мұхит құйындары — диаметрі оннан бірнеше жүз шақырымға дейінгі мезоауқымды дөңгелек ағындар — Әлемдік мұхиттағы жылу мен қоректік заттарды қайта бөлуде шешуші рөл атқарады. Жылы және суық құйындар балық шаруашылығы алқаптарына, кемелер маршруттарына және аймақтық климаттық аномалиялардың қалыптасуына әсер етеді, ал олардың саны мен қарқындылығы жаһандық жылынудың әсерінен өзгереді.
14. Әйгілі Бермуд үшбұрышы ішінара Атлант мұхитындағы белсенді құйын түзілу аймағымен — атмосфералық та, мұхиттық та — сәйкес келеді. Зерттеулер көрсеткендей, кенеттен пайда болатын смерчтер мен құйынды ағындар шынымен де бұл аймақта жоғары навигациялық тәуекелдер тудырады, дегенмен статистикалық тұрғыдан мұндағы апаттар саны қарқынды теңіз жолдары үшін орташа көрсеткіштерден аспайды.
15. Дыбыстық құйындар — акустикалық құйындар — физиканың салыстырмалы түрде жаңа ашылуы болып табылады және дыбыс толқындарына орбиталық бұрыштық моментті тасымалдауға мүмкіндік береді. Бұл құбылыстың практикалық қолданылуы медициналық ультрадыбыстық диагностика және акустикалық «пинцеттер» — микроскопиялық бөлшектерді жанасусыз ұстап, жылжытуға қабілетті құрылғылар — саласында зерттелуде.
16. Асқын аққыш сұйықтықтардағы кванттық құйындар өздерінің макроскопиялық аналогтарынан мүлдем басқаша әрекет етеді. Асқын аққыш күйге өту температурасынан төмен суытылған сұйық гелийде құйындар квантталады — олардың бұрыштық моменті тек Планк тұрақтысына еселі дискретті мәндерді ғана қабылдайды, — бұл макроскопиялық бақыланатын құбылыстағы кванттық механиканың тікелей көрінісі болып табылады.
17. Шаңды шайтандар — құрғақ аймақтарға тән шағын жылулық құйындар — желсіз ауа райында беткі қабаттың қарқынды қызуы кезінде пайда болады. Қызған топырақ үстіндегі ыстық ауа жоғары көтеріліп, шаңды жұтып алады және желдің елеусіз горизонтальды ығысуларының әсерінен айнала бастайды — нәтижесінде кейде бірнеше жүз метрге дейінгі биіктіктегі әлсіз, бірақ көрнекі құйын пайда болады. Ұқсас құрылымдар Қызыл планетадағы марс жүргіншілері tarafından белсенді түрде зерттелді, мұнда олар жердегі аналогтарына қарағанда әлдеқайда үлкен өлшемдерге жетеді.
18. Құйынды құрылымдар тек сұйықтықтар мен газдарда ғана емес, сонымен қатар плазмада — Көрінетін Әлемнің басым бөлігін құрайтын иондалған затта — қалыптасады. Плазмалық құйындар Күн атмосферасында, планеталар магнитосфераларында және жұлдызаралық ортада байқалады, ал оларды зерттеу басқарылатын термоядролық синтезді жасау үшін тікелей практикалық маңызға ие, мұнда ыстық плазманы құйынды конфигурацияларда ұстап тұру негізгі инженерлік сынақтардың бірі болып табылады.

Құйындар жай ғана әсерлі табиғи құбылыстан гөрі көбірек нәрсені білдіреді, — олар Әлемнің заттың ұйымдасу деңгейлерінің барлығында қозғалысы мен өзара әрекеттесуін сипаттайтын әмбебап тіл болып табылады. Құйынды динамиканы терең түсіну климаттық модельдерді жетілдіру, метеорологиялық болжамдардың дәлдігін арттыру және тиімді жел турбиналарынан бастап авиациядағы турбуленттілікті басқару жүйелеріне дейінгі жаңа технологияларды әзірлеу мүмкіндіктерін ашады. Құйындар бізге табиғаттың түзу сызықтылық пен тепе-теңдіктен аулақ болатынын, күрделі, өзін-өзі ұйымдастыратын құрылымдарды қалайтынын еске салады, — және дәл осы дөңгелек қозғалысқа бейімділікте физикалық шындықтың терең сұлулығының бір бөлігі жатыр.