Скорость современных истребителей может в разы превосходить аналогичный показатель для звука в воздухе. А на таких скоростях иногда могут возникать явления, о которых в обычных земных условиях мало кто подозревает.
Большой популярностью в мировой паутине пользуются фотографии, когда истребитель как бы вылетает из конуса плотного водяного пара. Поскольку для простого обывателя все необычное связанное со скоростными полетами ассоциируется со звуковым барьером, то появилось распространенное заблуждение, что конус водяного пара появляется в момент, когда летательное судно достигает скорости звука.
Но это не более чем распространенное заблуждение, поскольку для проявления эффекта Прандтля-Глоерта (явление получило название в честь двух физиков описавших его в середине первой половины 20 века независимо один от другого) большой важностью обладает не только скорость тела, но и относительная влажность. Конечно, у самолетов скорость велика, поэтому наиболее эффектные кадры появляются именно после полетов истребителей.
Однако, хотя и менее заметные, конусы водяного пара могут возникать за отдельными элементами болидов Формулы-1, когда они несутся на предельных скоростях в очень влажную погоду. Правда, видны они практически исключительно на фотографиях.
Попробуем разобраться, почему за быстро движущемся телом появляется конус водяного пара.
Для этого нам придется ввести пару определений из физики, которые многие помнят еще со школьной скамьи. Адиабатическим процессом называется термодинамический процесс, в котором происходит изменение системы без теплообмена с внешней средой. Точкой росы воздуха называется такая температура, при охлаждении ниже которой воздух перестает удерживать находящийся в нем водяной пар.
Итак, быстро движущееся тело, для простоты будем рассматривать самолет, пробивая воздух, уплотняет его впереди себя, создавая область повышенного давления. А вот сзади самолета находится область пониженного давления, которая согласно физическим законам начинает заполняться окружающим воздухом. Однако вследствие довольно высокого показателя инерции воздушных масс поначалу область пониженного давления заполняется только близлежащим воздухом.
Заполнение области пониженного давления близлежащими массами окружающего воздуха происходит настолько быстро, что есть все основания считать этот процесс адиабатическим. Но если объем близлежащих воздушных масс увеличивается, то неминуемо должна падать температура этих воздушных масс. При падении температуры воздух может охладиться ниже точки росы, и содержащийся в нем водяной пар начнет стремительно концентрироваться, превращаясь в туман. Чем выше была изначально относительная влажность воздуха, тем легче воздушным массам охладиться ниже точки росы, и тем плотнее будет образующийся туман.
С другой стороны, чем выше скорость самолета, тем сильнее он создает разрежение воздуха за своим фюзеляжем. А чем сильнее разрежение воздуха, тем с большей скоростью устремляются соседние массы воздуха при адиабатическом процессе. Значит падение температуры будет большим, и конденсация воздушного пара будет происходить быстрее.
Таким образом, идеальным сочетанием для визуального наблюдения проявления эффекта Прандтля-Глоерта является высокоскоростной пролет самолета в условиях высокой влажности окружающих его плотных слоев воздуха.
Живет подобное облако примерно секунду, затем давление внутри него сравнивается с окружающим, температуры выравниваются, точка росы оказывается пройденной в обратную сторону и сконденсированный водяной пар снова может удерживаться окружающим воздухом. Однако поскольку самолет летит на высокой скорости, не останавливаясь, то и появление новых облаков водяного пара происходит непрерывно. Со стороны это выглядит, будто самолет летит на облаке.
Если вам понравилась статья, то поставьте лайк и подпишитесь на канал Научпоп. Наука для всех. Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!