Упомянем еще о двух технических приложениях взаимодействия воздушных потоков с зернистыми веществами - о веялке и пескоструйном аппарате. В веялке смесь из тяжелых и легких зерен падает сверху и при этом обдувается косым восходящим потоком воздуха с такой скоростью, чтобы тяжелые зерна продолжали падать, а легкие уносились вместе с воздухом. В легко струйном аппарате поток воздуха, увлекающий за собой песок, пропускается через узкое сопло, в котором он приобретает большую скорость. Сопло подводится на определенное расстояние к предмету, поверхность которого должна быть обработана песком. Зерна песка, ударяясь с большой скоростью в обрабатываемую поверхность, постепенно сцарапывают ее и таким путем очищают ее от грязи. Существующие теории таких аппаратов построены на рассмотрении движения одного единственного зерна, на которое действует аэродинамическая сила сопротивления. Однако при этом совершенно не учитывается, что движение всей массы зерен определенным образом изменяет воздушный поток. Поэтому такие теории, полезные с технической точки зрения, не дают тем не менее никакого представления о действительной аэродинамической картине явления.

Рис. 282. Циклон

Рис. 283. Траектории песчинок в воздухе

Ь) Действие свободного ветра. Перенос песка естественным ветром, очень сходный с переносом снега, изучался Багнольдом в специально для этой цели построенной аэродинамической трубе, а также в природных условиях - в пустыне. Если скорость ветра меньше определенной минимальной скорости, то движение песка не возникает совсем. При скорости ветра, большей минимальной, но меньшей второй

BagnoldR.A., Ргос. Roy. Soc. (А), т. 157 (1936), стр. 594 (опыты в аэродинамической трубе), и т. 167 (1938), стр. 282 (наблюдения песчаных бурь в пустыне).

предельной скорости, песок вообще может оставаться в покое. Но если в неподвижную массу песка падает откуда-нибудь из другого места песчинка, то от ее удара подскакивает вверх несколько других песчинок; эти песчинки увлекаются ветром, опять падают и приводят в движение еще некоторое число других песчинок. Таким путем в движение приходит все большее и большее количество песчинок. Траектории песчинок имеют форму, изображенную на рис. 283. При еще больших скоростях ветра, когда вертикальная составляющая турбулентной пульсации больше предельной скорости свободного падения Vq песчинок, большое число песчинок поднимается вертикально вверх, образуя песчано-воздушный поток довольно значительной, но уменьшающейся кверху плотности (см. по этому поводу о движении взвешенных наносов в реках, § 5, п. Ь).

Если ветер на своем пути встречает какие-нибудь препятствия, то равновесие между увлекаемыми вверх и падающими вниз твердыми частицами нарушается. Там, где скорость меньше, падает твердых частиц больше, чем поднимается; наоборот, там, где скорость больше, количество поднимающихся частиц превышает количество падающих. В результате в некоторых местах поверхности песка или снега происходят отложения частиц, а в других образуются выемки. Именно этим процессом, продолжающимся до тех пор, пока не устанавливается равновесие, объясняется форма поверхности снега вокруг стволов деревьев или вокруг столбов. Непосредственно перед стволом, с той его стороны, откуда дует ветер, возникает нисходящее движение воздуха. Оно приводит к тому, что с наветренной стороны ствола и с боков на поверхности снега образуется глубокая выемка. Перед этой выемкой, а также немного позади ствола, где скорость ветра меньше, образуются наоборот, возвышения. Аналогичным образом объясняются выемки на поверхности снега перед устоями моста. О линиях тока таких течений в плоскости, совпадающей с поверхностью снега, дает представление рис. 115 на стр. 200.

Ветер достаточной силы, набегающий на песчаную дюну, поднимает песок с наветренной стороны; на подветренной стороне, где скорость меньше (иногда, в случае отрыва воздушного потока от верхушки дюны, здесь возникает мертвая зона), песок падает вниз. В результате с течением времени дюны постепенно перемещаются в направлении ветра («кочующие» дюны).

Иногда при равномерном ветре средней силы поверхность наветренной стороны дюн принимает очень правильный волнистый вид. Механизм это-

Mнoгoчиcлeнныe исследования о движении донных и взвешенных наносов, а также о влиянии этого движения на русло рек выполнены в СССР М. А. Великановым и другими; см., например: В е л и к а н о в М. А., Динамика русловых потоков, Ленинград 1946; В е л и к ан о в М. А., Движение наносов, Москва 1948. (Прим. перев.)

го явления до сих пор не выяснен. Возможно, что длина «волн» связана со средней длиной пути подскакивающих песчинок (см. рис. 283).

С практической точки зрения интересны мероприятия, позволяющие предотвратить занос снегом участков железных дорог или шоссе, про ходящих в ложбинах или искусственных выемках. Из сказанного выше следует, что в таких местах вследствие понижения скорости ветра снег, увлекаемый ветром, должен оседать, что в действительности и наблюдается. Для того чтобы этого не происходило, на определенном расстоянии перед выемкой или ложбиной устанавливаются с наветренной стороны заборы из досчатых щитов. С подветренной стороны этих заборов создается спокойная зона с равномерным слабым ветром, в которой полностью отлагается весь увлекаемый ветром снег. Сплошной забор не устраивается потому, что он вызывает появление мощных вихрей, которые поднимают снег на большую высоту и таким путем позволяют ему перелетать через спокойную зону на подветренной стороне забора.

Воздух, смещанный со снегом или песком, значительно тяжелее, чем чистый воздух. Поэтому потоки из таких смесей, ниспадающие вдоль наклонной плоскости (например, снежные лавины в горах), имеют очень большие скорости движения и могут вызывать значительные разрушения. Подробнее об этом будет сказано ниже, на стр. 486.

§ 6. Твердые тела в текущей воде, а) Движение донных наносов в реках. Удельный вес наносов, т.е. камней, гальки, песчинок и т. п., увлекаемых рекой, самое большее в три раза больше удельного веса воды, поэтому длина свободного пути, который могут описывать отдельные твердые частицы в воде, в общем случае очень мала. Это значительно облегчает теоретическое исследование таких движений по сравнению с движением песка или снега в воздухе. Ввиду большой важности, которую имеет движение наносов в гидрологии и в гидротехнике, остановимся подробнее на деталях этого явления. Некоторые из результатов, которые мы приведем, между прочим, могут быть приложены к сходным случаям движения твердых частиц в движущемся воздухе.

Сила, с которой турбулентный поток воды действует на куски наносов, лежащих на дне реки, может быть оценена следующим образом.