Погода вокруг зоны измененной гравитации

Тысячи лет назад волшебник создал «нижнюю дорогу». Это область невидимой магии в форме цилиндра диаметром 3 м и длиной 100 км, проложенная с востока на запад прямо над поверхностью плоской суши. Внутри вниз по дороге гравитация изменяется на 90 градусов, так что она тянет прямо на запад, а не к земле. Таким образом, если кто-то ступит на нисходящую дорогу в восточном конце, он будет свободно падать на 100 км, пока не выйдет в западном конце (и, надеюсь, у него будет что-то, что замедлит его там безопасно).

Нижняя дорога, естественно, тянет воздух так же, как и людей. Поэтому на дороге будет дуть сильный ветер. Скорость ветра будет ограничена трением об окружающий воздух за пределами дороги. Из-за трения они будут тянуть за собой этот окружающий воздух, так что вокруг дороги может возникнуть большая погодная картина.

Трение воздуха на дороге с воздухом снаружи также может вызвать нагрев.

Мой вопрос заключается в следующем. Примерно насколько сильным будет ветер на даунроуде? Мы говорим о 10 м/с, 100 м/с, 1000 м/с? И в продолжение, какой глобальный эффект будут иметь эти ветры - ничего? Экологическое уничтожение континента? Разрушение всей экосистемы планеты?

"За счет трения они будут тянуть за собой этот окружающий воздух": Э, нет. Реальная картина намного сложнее, чем «цилиндр». Воздух в западном конце цилиндра будет находиться под давлением, которое достигается на дне колодца глубиной 100 км, а это ужасно много. (Возможно, около 180 атмосфер, но я в это не верю.) С другой стороны, воздух не заключен в цилиндре и будет выбрасываться радиально с большой скоростью по всей длине цилиндра. Итак, что у вас есть, воздух входит в восточном конце со сверхзвуковой скоростью и выдувается на протяжении большей части 100 км.
Учитывая, что стенки цилиндра проницаемы для воздуха, полное и правильное решение проблемы, вероятно, будет ужасно сложным, к вашему сведению. Кстати, как сохраняется импульс? если я выстрелю из пистолета через стенку цилиндра, вылетит ли пуля с другой стороны цилиндра, слегка смещенная из-за измененной гравитации?
@StarfishPrime Да, пуля пройдет прямо, практически не изменив своей траектории (за исключением того, что ветер отклонит ее) - импульс не изменится, только гравитация.
@AlexP Давление на дне будет меньше, чем давление на дне колодца глубиной 100 км, потому что воздух не заключен внутри цилиндра. Области экстремально высокого давления приведут к тому, что воздух будет расширяться от нижней дороги к областям с более низким давлением, сбрасывая давление. Я не знаю, будет ли воздух сверхзвуковым. Может быть, но на этом пути много препятствий.
Ускорение в 1 g на таком большом расстоянии, скорее всего, плохо кончится. Вероятно, речь идет о нескольких 1000 м / с и ужасных проблемах с нагревом от трения.
@Slarty, это будет интересно, потому что воздушная масса ускоряется вместе с вами ... если бы у вас был очень тонкий транспорт в форме дротика и правильно его расположили, вы, вероятно, могли бы достичь совершенно неразумных скоростей без нагрева (трения или сжатия). Пока ты не вышел в конце, когда ты просто взорвался.
@Starfish Prime, возможно, ты прав, это плохо кончится.

Ответы (1)

TL;DR:

Разрушение всей экосистемы планеты?

Аюп.


100 км в длину, проложена с востока на запад прямо над поверхностью равнины.

К вашему сведению, если мир, на котором вы строите это, похож на Землю, концы трубы будут находиться примерно на 200 м над уровнем земли из-за кривизны поверхности планеты.

По крайней мере, так будет с самого начала. Я ожидаю, что место, где труба только касается поверхности, будет подвергаться ветрам ужасающей скорости и силы, которые вызовут массивные пыльные бури, которые быстро выкопают глубокую впадину, поэтому большая часть трубы окажется намного выше местного уровня земли. .

свободное падение на 100 км, пока они не выйдут на западном конце

В вакууме путешествие заняло бы около 140 секунд, и вы бы достигли конечной скорости около 1,4 км/с.

Поскольку вы находитесь в атмосфере, а стенки трубы полностью проницаемы, рассчитать фактическую скорость ветра в трубе исключительно сложно, равно как и массовый расход и давление. Настолько, что даже пробовать не буду.

И, чтобы продолжить, насколько глобальное влияние окажут эти ветры.

По мере ускорения порции воздуха в трубке давление за ней (по направлению к входу в трубку) падает, а давление перед ней увеличивается. Это не обязательно может привести к катастрофически высокому давлению на выходе и вакууму на входе, потому что везде, где внутреннее давление в трубе превышает атмосферное, воздух будет проходить через границу трубки.

Однако ясно, что давление на выходе в конечном итоге будет выше, чем давление выше по течению, и эта разница давлений будет генерировать ветер.

Теперь проблема вторая: вы создали вечный двигатель. Давайте представим, что вы поместили колесо на границе трубы с частью обода внутри трубы, и колесо установлено на вертикальной оси.

Измененная гравитация внутри трубы будет тянуть обод колеса, заставляя его вращаться. Когда каждый кусочек обода входит в трубу, он испытывает ускорение до тех пор, пока не вывернется из трубы, после чего он выходит из поля магической гравитации и подвергается только сопротивлению воздуха. Пока объект не достигнет своей конечной скорости, он будет постоянно ускоряться за счет переменного гравитационного поля, которое он испытывает. Поздравляю: вы изобрели вечный двигатель первого рода.

А теперь давайте подумаем, что будет дальше. Воздух будет вытекать из выходного конца трубки, создавая область высокого давления. Воздух будет течь снаружи трубки вверх по потоку в область более низкого давления и диффундировать обратно в трубку.

Это создает тороидальный вихрь, который приводится в движение вечным двигателем. В метеорологии такая ситуация, вероятно, не считается хорошей вещью.

Я думаю , что по мере роста вихря и пересечения земли он разделится на два противоположно вращающихся вертикальных вихря, как пара торнадо. Возможно, они будут расти и в конечном итоге сформируют единый гигантский вихрь, но я не могу сказать наверняка. Все это слишком сложно, чтобы об этом думать.

Я не могу вам сказать, насколько большими и мощными будут круговые штормы. Но я могу сказать, что они приводятся в движение вечным двигателем, который, по-видимому, может обеспечить произвольное количество энергии... здесь, вероятно, есть какой-то практический верхний предел скорости потока воздуха из-за странных факторов сжимаемости, но вы могли бы развить сверхзвуковой ветер. скорости. Из-за скорости и объема вовлеченного воздуха, а также фиксированного положения урагана он отрывает почву от земли. Образовавшиеся пылевые облака будут закручиваться, втягиваться обратно в трубу и ускоряться бесплатно, так что шторм фактически не теряет энергии при подъеме и ускорении материала.

В конечном итоге вы получите непрерывный песчаный ураган на выходе... возможно, пару противоположно вращающихся. Я не уверен, насколько большими они могут быть. Центр шторма может быть 100 км в поперечнике, чтобы точно поместиться вокруг источника его энергии. Он выбросит в небо огромное количество материала, в основном пыли. Поскольку он никогда не устаёт, пыль вполне может окутать мир, погрузив его во мрак. Если бы труба находилась где-нибудь рядом с океаном, океан, вероятно, генерировал бы огромное количество водяного пара, который, в свою очередь, вызвал бы сильные ливни и, возможно, даже достаточное количество водяного пара на большой высоте, чтобы вызвать парниковый эффект.

Хорошая дискуссия, проблема в том, как мы можем убедительно утверждать, что ветры на самом деле будут сверхзвуковыми или нет? Да, это вечный двигатель, постоянно производящий некоторое количество энергии в секунду, но как это количество энергии соотносится с общим солнечным светом на поверхности планеты? Если это всего лишь 1% падающего солнечного света или меньше, то я бы не стал ожидать полностью глобальной катастрофы.
Например, я подсчитал, что если ветер дует со скоростью 1000 м/с, то вниз по дороге будет вырабатываться около 10 ГВт электроэнергии, что незначительно в глобальном масштабе. Вырабатываемая мощность пропорциональна скорости ветра. расчет wolframalpha на основе Мощность = работа/время = сила * расстояние / время = ускорение * (масса воздуха на дороге) * расстояние / (время, необходимое воздуху, чтобы пройти по дороге)
Кроме того, эта энергия, вырабатываемая ветром со скоростью 1000 м/с, ничтожна по сравнению с энергией урагана, поэтому ее будет недостаточно, чтобы поддерживать вихрь размером с ураган по обеим сторонам дороги. И нам нужно, чтобы окружающий воздух действительно двигался очень быстро, чтобы скорость ветра на дороге составляла 1000 м/с, не замедляясь из-за трения с окружающим воздухом, а для 1000 м/с окружающего воздуха потребовалось бы что-то вроде урагана или больше. Так что, возможно, 1000 м/с физически нереалистичны, и скорость ветра будет больше похожа на 100 м/с или меньше.
@causative количество генерируемой энергии почти произвольно ... оно зависит от массы материала, впрыскиваемого в трубку. Он будет только начинаться как воздух (и плотность воздуха в точке выхода может увеличиваться по мере увеличения скорости потока). По мере того, как пыль, вода и другие плотные материалы увлекаются, она значительно поднимается. Действительно интересно то, что происходит в более длительных временных масштабах, и геология под выходом. Лавовые ураганы, кто-нибудь?
Конечно, на дорогу попадет некое вещество, не связанное с воздухом, пыль, вода и тому подобное, но это не будет так уж далеко за пределами самого воздуха. Более плотные предметы с меньшей вероятностью будут подняты, а твердые предметы, которые все же будут подняты, будут выброшены вниз по течению, так что они больше не войдут. Большая часть массы на дороге будет состоять из воздуха (900 000 кг воздуха). Может быть, при сжатии воздуха это могло бы быть в три-четыре раза больше массы, но 30 или 40 ГВт все же немного по сравнению с ураганом.
Кроме того, все вопросы о том, что камни и лава разрываются и засасываются вниз по дороге, являются спорными, если ветер не достигает очень больших скоростей. Основываясь на приведенных выше соображениях по выработке электроэнергии, я подозреваю, что нет.