Физика и магия вакуума. Древнее знание прошлых цивилизаций.

Рис. 3.4.1. Схема вихревой трубы Ж.Ранке. Воздух входит по касательной в цилиндрическую камеру и самопроизвольно разделяется на холодный и горячий потоки. Холодный поток движется по центральной оси камеры, горячий поток движется возле стенок.

рядом с которым располагался вход, другое — на корпусе возле противоположного торца. Когда в камеру подавали воздух, он закручивался в ней по спирали и разделялся на холодный и горячий потоки: холодный поток двигался по оси камеры, горячий — возле ее стенок.

     В 1931 году Ж.Ранке запатентовал свое изобретение и назвал его вихревой трубой. А в 1933 году сделал доклад о своих исследованиях на заседании Французского физического общества. Но его открытие было воспринято научной общественностью того времени с недоверием и даже враждебностью. Дело в том, что согласно всем принципам классической науки такого эффекта не могло быть по следующей причине. Для разделения потока воздуха на холодный и горячий над ним нужно совершить работу, которая рассчитывается по хорошо известной и многократно подтвержденной формуле

                (3.4.1)

где F — сила, L — расстояние, ; — угол между векторами силы и расстояния. Для движения по круговой траектории вектор силы (центробежной или центростремительной — это сейчас не важно) направлен перпендикулярно вектору перемещения. Значит, угол ; между векторами равен 900, а его косинус равен нулю. И тогда получается, что работа над вращающимся предметом не совершается. Однако, обнаруженный Ж Ранке эффект доказывал иное.

     Несмотря на холодный прием со стороны академической науки, Ж.Ранке продолжал свои исследования и даже организовал собственную компанию по выпуску холодильников на основе обнаруженного эффекта. Но не будучи бизнесменом, незадолго до начала 2й мировой войны разорился. После окончания войны немецкий физик Р.Хильш повторил эксперименты Ж.Ранке и даже создал методику расчета, которая давала согласующиеся с экспериментом результаты. Но принцип и механику разделения воздуха на горячий и холодный потоки от также не сумел объяснить. Теперь этот эффект называют эффектом Ранке-Хильша.

     Сегодня мы можем объяснить данный эффект. Работа над вращающимся воздухом в вихревой трубе действительно совершается, и совершается она физическим вакуумом. Прежде чем подать воздух в аппарат, мы должны его разогнать, то есть совершить работу над физическим вакуумом. А при дальнейшем торможении в трубе воздух замедляется и уже вакуум совершает над ним работу. Здесь происходят два совершенно разных процесса, которые накладываются один на другой и усложняют понимание работы установки.

     Во-первых, в приосевой части трубы происходит обычное адиабатическое охлаждение. Под действием центробежных сил вращающийся воздух отбрасывается к стенкам и по центру возникает зона пониженного давления. Когда сюда попадает сжатый воздух из компрессора, он быстро расширяется и охлаждается. В этой области работают хорошо известные законы термодинамики и газовой динамики и ничего загадочного тут нет.

     Во-вторых, в той части внутреннего пространства, которая прилегает к корпусу, воздух продолжает оставаться сжатым из-за действия центробежных сил. А если он сжат, тогда его плотность выше обычного. Когда плотный газ движется вдоль стенки, он обязательно нагревается за счет трения.

     Вращательное движение — это разновидность неравномерного движения, при котором меняется положение вектора скорости в пространстве. Любое неравномерное движение деформирует вакуум и вызывает его ответную реакцию, которая проявляется в виде сил инерции, стремящихся устранить деформацию. Для вращательного движения это проявляется в форме центробежной силы, которая является разновидностью инерционных сил. Когда воздух поступает в цилиндр по касательной, центробежная сила прижимает его к корпусу и создает силу трения, за счет которой воздух греется. Иными словами, физвакуум совершает работу над вращающимся воздухом и нагревает его. И рассчитывать надо не работу, совершаемую над вращающимся воздухом, а работу, совершаемую самим вакуумом. Это принципиально разные вещи.  Так как вакуум движется в том же направлении, в каком направлена центростремительная сила (к оси симметрии камеры), угол между векторами силы и перемещения равен нулю, а косинус такого угла равен единице. И работа должна совершаться, что и подтверждает эксперимент Ж.Ранке.