Что такое смерч? Клуб почемучек

Добрый день, участники и читатели "Клуба почемучек"! Сегодня у меня в Клубе ответ на вопрос, присланный бабушкой Лилией и ее шестилетней внучкой:

«Откуда берется смерч, почему он втягивает все вверх, почему двигается?»

Смерч (так принято называть его у нас) или торнадо (так это явление называют в Америке) - это, действительно, очень любопытное и достаточно редкое явление природы. Он представляет собою вихревой столб высотой в несколько сотен метров, а диаметром всего в несколько десятков метров (отдельные гигантские смерчи могут достигать в диаметре 1,5-3 км), который возникает из-за разности атмосферного давления между верхними и нижними слоями атмосферы. Воздух в этом столбе вращается с огромной скоростью. А вокруг создается область пониженного давления, которая как-бы "затягивает" в себя все, что в нее попадает. И тогда в воздух взлетают деревья, люди, машины и даже, бывает, товарные поезда. А дома изнутри "взрываются", так как давление внутри них получается гораздо выше, чем снаружи.

Смерчи возникают обычно летом в жаркую погоду при наличии грозовых облаков. Для появления смерча необходимо чтобы внизу у земли или воды было очень жарко, а вверху - сильно холодно. Тогда из грозового кучевого облака к земле начинает тянуться воздушная воронка, похожая на хобот слона (ее так и называют "хобот смерча") - это холодный воздух с огромной скоростью устремляется вниз. Ниже я покажу, как происходит рождение смерча на примере маленькой домашней установки. Затягивая в себя пыль и мусор с земли или брызги воды с моря, эта воронка становится темной и хорошо видимой с большого расстояния. Она передвигается с той же скоростью, что и породившая ее туча - это обычно от 20 до 100 км/ч. То есть с такой же скоростью, что и автомобили на дороге. И оставляет после себя полосу разрушений. Хорошо, что такой вихрь существует очень недолго - от нескольких минут до пары часов. Самый долгий смерч бушевал в 1917 году в США: за 7 часов он прошел  по территории этой страны 500 км.

Но нам бояться смерчей не стоит - это явление возникает на территории России в среднем раз в год, и особых разрушений не приносит. У нас в Крыму каждое лето можно наблюдать смерчи, которые возникают далеко над Черным морем - мы с детьми не раз видели их. Вот, например, этот был снят в прошлом году в Евпатории (съемки из YouTube пользователя Vladimir777888999).

А вот в Северной Америке в год бывает в среднем 250 смерчей (торнадо) и они представляют собой реальную опасность для людей. Помните Элли из Техаса, домик которой поднял ураган и отнес в Волшебную страну? Скорее всего, она как раз и попала в один из таких мощных торнадо. 

Что надо было сделать Элли, чтобы уберечься от смерча? Она должна была ни в коем случае не оставаться на улице, в автомобиле или в фургончике, а как можно скорее спуститься в погреб (подвал или другое защищенное помещение). Даже внутри дома во время смерча оставаться опасно - он может разрушится от большого давления внутри него. Поэтому, чтобы выровнять давление внутри и снаружи дома, надо открыть окна, которые смотрят от смерча, и закрыть окна, выходящие на сторону, с которой смерч приближается. А потом спрятаться под тяжелой мебелью, лечь лицом вниз и прикрыть голову руками, чтобы защититься от обломков и мусора, огромное количество которых несет с собой вихрь воздуха. Ведь разрушительная энергия среднего смерча сопоставима с энергией взрыва ядерной бомбы!

Поэтому от смерчей необходимо держаться подальше. Но как быть, если посмотреть на смерч все-таки хочется? Выход есть - можно устроить свой маленький смерч дома :)

Опыт. Смерч в домашних условиях

Материалы: 

Две двухлитровые пластиковые бутылки, металлическая шайба диаметром, равным диаметру горлышка бутылок, скотч (1).

Ход работы:

В одну из бутылок доверху наливаем воду. Закрываем ее горлышко шайбой (2).

Сверху на шайбу ставим перевернутую вторую бутылку. Закрепляем бутылки в таком положении, обмотав горлышки скотчем (3). Обматывайте тщательно - место стыка не должно пропускать воду.

Как видите, ничего сложного :) Наша установка для демонстрации смерча готова!
Она очень напоминает собою песочные часы, мы позже делали такие.

Теперь надо перевернуть ее так, чтобы бутылка с водой была наверху. И когда вода начнет вытекать в нижнюю бутылку, необходимо сделать несколько вращательных движений установкой так, чтобы вода в ней закружилась.
Вы увидите как прямо у вас на глазах в бутылке образуется смерч.

В нашем опыте происходит то же самое, что и в настоящем смерче. Когда вода из верхней бутылки начинает перетекать вниз, то вверху образуется пустота (там нет ничего - ни воды, ни воздуха) - появляется область низкого давления. А в нижней бутылке образуется область высокого давления: ведь вода заполняет ее объем, заставляя воздух, который был там раньше, сжиматься. Этот воздух с трудом прорывается  наверх в виде редких пузырей (ведь дырочка шайбы очень узкая, и всю ее занимает поток воды, льющийся вниз). Если же мы чуть закрутим воду, то воздух из нижней бутылки устремиться вверх ровным быстрым потоком внутри водяной струи.  И мы наблюдаем маленький смерч.

Надеюсь, теперь стало понятнее, как возникает это явление?





Другие наши занятия, опыты и эксперименты с погодными явлениями можно посмотреть здесь: "Почему бывает сильный ветер перед дождем?", "Почему образуются лужи?", "Почему снег блестит?", "Почему снег белый?", "Почему сосульки всегда растут вниз?", "Почему ветер воет?",  "Из чего сделаны облака и можно ли потрогать небо?", Как сделать флюгер, Охота на облака.

А другие наши поделки из бутылок и банок: 

Фильтр для воды, Песочные часы,  Акваланг, Водяные часы - клепсидра, "Вояджер", кормушка из пятилитровой бутылки и кормушка-хлебопровод, Ходули, Водяная ракета из пластиковой бутылки, Игрушки Кати-2,  Самодельные музыкальные инструменты, карандашницы-роботы, Эко-поделка "Медуза в бутылке", Послание в бутылке, Лабиринт для хомяка

Подписаться на новости Клуба Почемучек можно прямо тут, заполнив форму рассылки.

После этого вам на почту будут приходить ссылки на новые выпуски "Клуба почемучек" и сообщения о розыгрышах призов.

Ваше имя: Ваш email:

Архив прошлых выпусков "Клуба почемучек" можно посмотреть ЗДЕСЬ.

Материалы, используемые в статье:

1. Смерч. Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki/Смерч)
2. Журнал "Квант", №4, 2003. Смерч у вас дома (http://www.physbook.ru/index.php/Kvant._Смерч_у_вас_дома)

3. Грозные явления атмосферы. Занимательная физика в вопросах и ответах (http://www.elkin52.narod.ru/new/tornado4.htm)
4. Кругом! Уроки волшебства (http://lmagic.info/krugom.html)