Электромагнитная «геометрия» пчелиного роя (частный случай).

Поводом для написания этого поста послужил пример из комментария. Гость сайта Александр сообщил о необычной форме роя пчёл. Огромный свальной рой, имевший воронкообразную форму, напоминавшую торнадо, был замечен в период осенних слётов.
Появление подобной конфигурации пчелиного роя допустимо объяснить с позиции электромагнитной теории поля. Попробуем разобраться с этим случаем при помощи простеньких схем. За основу рассуждений берём электрические характеристики пчёл и природной среды. (Тема пчелиного электричества раскрывается постами: «Электростатика и пчела», ««Электрофизика» пчелы», «Электрофизические свойства покрова пчёл» и другими на данном сайте.)
Пожалуй, не ошибусь, если скажу, что каждый пчеловод является свидетелем того, что полёт отдельно взятой пчелы в рое, находящемся в воздухе, осуществляется по круговой траектории. Во время движения пчела на своём покрове накапливает до некоторого предела электрический заряд определённого знака. В рое находится не одна пчела, а множество. Все они получают и несут электрические заряды.
Начнём соотносить поведение пчёл в рое с электрическими постулатами и разгребать нюансы, рассматривая «весёлые картинки».

Движущиеся по кругу электрические заряды

Рисунок №1. Движение разноимённых электрических зарядов в электромагнитном поле.

На рисунке №1 условно изображены две летящие пчелы или с позиции электростатики — два движущихся разноименных заряда (+) и (). Сразу возникает вопрос, откуда взялись разноимённые заряды на пчёлах, если в приземной атмосфере течёт положительный ионный ток? Данный факт объясняется законом сохранения заряда, если где-то возникает область возмущения с положительным знаком, то обязательно возникает и отрицательная область. Следовательно, возможность получения разными пчёлами зарядов с противоположными знаками вполне закономерна. Рой пчёл представляет собой область движущихся по кругу (сфере) разноимённых зарядов.
Внешний вид пчелы легко можно уподобить электрическому заряду. Аналогично форме пчелы распределение заряда выступает в виде эллипсоида, полярная ось которого располагается в направлении движения
Оперируя постулатами электродинамики точечного заряда при проецировании их на пчелу, следует сделать некоторые уточнения. Полностью накладывать свойства электрического заряда на пчелу нельзя. Например, для макромира (в условиях Земли) напряженность вихревого поля внутри круговой орбиты точечного заряда практически отсутствует, как и напряженность магнитного поля вокруг движущегося заряда близка к нулю, поэтому и наличие магнитного поля движущегося заряда мизерно и можно не учитывать при приложении к макроматерии, внимание уделяется только сферическому центральному полю движущегося заряда. Вместе с тем, пчела собирает на своём покрове значительный заряд. В обычных условиях величина заряда пчелы составляет от -1,8±0,5•〖10〗^(-12)Кл до +2,9±0,5•〖10〗^(-12)Кл. Известные максимальные значения колеблются от –11,4±1,8 пКл до +80 пКл. Поэтому при описании природы электричества в пчелином рое в расчёт принимаются не свойства точеного заряда в атмосфере Земли, а только принципы электрических постулатов движущегося заряда.
Масса движущихся пчёл роя формирует электрическое поле роя. Такой вывод «вытекает» из-за следующего положения. Движутся заряды – появляется магнитное поле. Кроме того движущийся заряд создаёт вихревое поле. На теле летящей пчелы постоянно накапливаются и «стекают» электрические заряды. Вокруг пчелы и следом за ней формируется электромагнитное поле. Кроме того летящая пчела создаёт поток турбулентности воздуха, который приводит в движение и увлекает за собой атмосферные ионы, таким образом заряженные частицы из статичных зарядов становятся движущимися. Огромная масса движущихся пчёл роя превращает вокруг себя электростатическое поле в переменное электромагнитное.
В итоге мы видим вращающееся электромагнитное поле, движущееся в электростатическом магнитном поле Земли. В таком случае, следуя принципу — движется магнит — индуцируются заряды, должен возникать обратный процесс – процесс возникновения индуцированных зарядов. В общем и целом в рое протекают взаимозависимые электрические процессы, объясняемые электродинамикой. Магнитное поле существует вокруг отдельной движущейся пчелы и формируется вокруг всего роя. Причём сам рой становится подобен большому магниту.
Откуда взяться магниту в рое мы сейчас рассмотрим. В электрическом поле положительные и отрицательные заряды равномерно смешаны и удерживают суммарный заряд на нуле. Однако в рассматриваемом случае речь идёт не об однородной среде. В естественной материальной среде трудно обнаружить одинаковые частицы. Такое состояние разнообразия в электрической среде имеет иные последствия. Размер частицы влияет на знак получаемого ей заряда.
При всей внешней похожести пчёл, они отличаются друг от друга: пчелы и трутни, молодые и старые, разные породы и прочее. Главное – пчёлы отличаются друг от друга по объёму, размеру сенсилл, количеству и диаметру кератиновых волосков. В электричестве существует тенденция получать отрицательный заряд меньшими частицами. Как результат, пчёлы меньших размеров с более тонкими волосками получают отрицательный заряд. Пчёлы, не отличающиеся «грациозностью», «собирают» положительные заряды.
Деление пчёл по размерам и знаку заряда приводит к особенному результату. В летящем рое пчёлы, имеющие более тонкие волоски, накапливают отрицательный заряд, вытесняются вверх и поднимаются выше пчёл, имеющих положительный заряд. Последние чаще остаются ближе к поверхности земли. На такое распределение зарядов влияет сила Кулона, поддерживающая в полёте пчелу, несущую отрицательный заряд и прижимая к земле пчелу с положительным зарядом. Такое разделение зарядов создаёт подобие огромного магнита, обращённого отрицательным знаком вверх, положительным в сторону Земли. Смотрим рисунок №2.

Магнитное поле движущихся зарядов

Рисунок №2. Упорядоченное распределение разноимённых зарядов создаёт подобие магнита с появлением силовых магнитных линий.

Так выглядит общая картина распределения зарядов в рое. Рисунок условный. На самом деле траектория полёта каждой отдельной пчелы отличается своим радиусом. Кроме того здесь не учтены скорость движения и величина заряда и то, что данный «магнит» движется в электростатическом поле Земли, что имеет ряд последствий (об этом ниже).
Сделаю небольшое отступление для пары замечаний для лучшего понимания «электрической логики» роя.
Первое, вместе с выше изложенным, следует учитывать, что электромагнитное поле вокруг летящей пчелы не заполняет всё внутреннее пространство, описываемой пчелой окружности. Радиус полёта пчелы слишком велик для того, что бы величина электромагнитного поля движущейся пчелы покрывала всё внутреннее пространство. Внутри описываемой пчелой окружности э/м поле отсутствует. За счёт перемещения зарядов по окружности внутреннее пространство становится экранированным.
Второе, исходя из того, что между пчёлами действует сила электростатического взаимодействия, то чем больше масса пчёл в рое и его плотность, тем выше будет напряжённость электромагнитного поля роя. Увеличение численности пчёл в рое повышает порог чувствительности к изменению напряжённости э/поля и соответственно ответную реакцию пчёл роя. Кроме того на величину напряжённости электромагнитного поля роя влияет проводимость внешней среды и изменения напряжённости геомагнитного поля.
Пришло время окончательно разобраться с пчелиным «торнадо».
Для этого придётся обратить взор на пчелиный магнит на рисунке №2 и вспомнить про силу Лоренца. Смотрим рисунок №3.

Действие силы Лоренца

Рисунок №3. По правилу левой руки сила Лоренца на положительно заряженную частицу действует слева, на отрицательно заряженную справа.

Происходит следующее, под действием магнитной силы искривляется траектория движущейся пчелы. Причём направление действия этой силы изменяется в зависимости от полярности заряда, несущего пчелой. По правилу левой руки на отрицательно заряженную пчелу сила Лоренца действует слева, а на положительно заряженную – справа. В отношении пчёл, несущих на себе положительный заряд, будет действовать центростремительная сила, на пчёл с отрицательным зарядом – центробежная. Последствия для объёмного э/м поля показаны на рисунке №4.

центростремительная и центробежная силы

Рисунок №4. Действие центростремительной и центробежной сил на разнополюсные заряды в магнитном поле роя.

На этом дело не заканчивается. Работа силы Лоренца для частных случаев устанавливает правило, что если заряженная частица движется в магнитном поле так, что вектор скорости (ν) составляет с вектором магнитной индукции (B) некоторый угол (α), то траекторией движения частицы является винтовая линия с радиусом (r) и шагом винта (h). В результате «электрические» пчёлы будут двигаться не по кругу, а по спирали. На рисунке №5 векторы направления разноимённых зарядов разложены горизонтально и вертикально относительно вектора направления магнитной индукции.

Сила Лоренца при наклоне магнитного поля

Рисунок №5. В случае движения заряженной частицы в магнитном поле когда вектор скорости (ν) составляет с вектором магнитной индукции (B) некоторый угол (α) траекторией движения частицы является винтовая линия с радиусом (r) и шагом винта (h).

Вследствие того, что рой пчёл, представляет э/м поле и имеет намерение двигаться в определённом направлении в э/м поле Земли, то возникает ряд эффектов. При движении одного э/м поля поперёк другого, первое в направлении движения «сплющивается» и отклоняется назад. На практике это даёт два последствия. С одной стороны, так как перед этим всуе был упомянут Х.А.Лоренц, спираль должна будет получить вид раскручивающейся к верху и сужающейся к низу. С другой стороны, эта усечённая воронка начнёт «танцевать» (рисунки №6-7).
Рассматриваем рисунок №6.

Полёт роя в электрическом поле земли

Рисунок №6. Движение пчёлиного роя в электростатическом поле Земли.

С началом движения пчёлиного роя в некотором направлении в электростатическом поле Земли «стена» роя встречает внешнее сопротивление и получает крен к низу. Следует учитывать, что противодействие оказанное рою в выбранном направлении является как электрическим, так и механическим. Для преодоления этого сопротивления пчеле приходится прикладывать больше усилий. Это осуществляется за счёт увеличения скорости. Выходя из проблемного участка, пчела уже невольно имеет скорость движения выше, в результате происходит ускоренный подъём вверх. Спираль роя закручивается быстрее и за счёт механических усилий и за счёт центростремительного ускорения пчёл, несущих положительные заряды. С возрастанием центростремительного ускорения повышается плотность пчелиного роя. Одновременно электромагнитные параметры роя увеличивают свои значения (и за счёт процесса аэрации, и за счёт увеличения заряда, ускорения стекания заряда, т.е. увеличения потенциала и прочего). Спираль роя закручивается и начинает расширяться к верху, так как под воздействием силы Лоренца, как говорилось выше, пчёлы несущие отрицательный заряд «выталкиваются» наружу, а таких пчёл вверху накапливается значительное количество. Рой начинает принимать форму усечённой воронки подобно торнадо.
Переходим к рисунку №7. Движущийся рой (э/м поле роя) встречает противодействие двух сил: внутренней — со стороны возникших электромагнитных характеристик роя, и внешней — со стороны э/м поля Земли. Внутренняя электромагнитная составляющая роя удерживает пчёл вместе, что под внешним электрическим воздействием заставляет подчиняться всех пчёл принципам больше присущим для э/м поля а, не для точечного заряда. Поэтому под внешним воздействием пчелиный рой не рассыпается, а ведёт себя как единый организм.

Движение роя в магнитном поле Земли

Рисунок №7. Движение роя пчёл. Преодоление сопротивления э/м Земли пчелиным роем.

На рисунке №7 показано, как двигаясь в общем направлении V, в секторе А рой получает противодействие со стороны поля Земли. На этом участке роя повышается напряжённость его э/м поля, величина зарядов, несущих пчёлами увеличивается. Силовые линии магнитного поля Земли там изображены в напряжении. В этом месте пчёлы под воздействием увеличения несомых зарядов тормозят движение роя. В это время аналогичная ситуация складывается на обратной стороне напротив сектора Б. В самом секторе Б наблюдается обратный процесс. В выбранном направлении движения V возникает разряженная э/м обстановка. Рой на этом участке переместится вперёд насколько это позволит э/м обстановка. При движении роя в э/м поле Земли на поверхности роя происходит поочерёдная смена таких взаимодействий с внешним э/м полем.
Не следует воспринимать данную схему (рис №7) буквально. На самом деле рой перемещается не вперёд — назад. Его перемещение имеет достаточно сложную схему, которая тем не менее, зависит от складывающийся э/м обстановки в непосредственном контакте роя с э/м полем Земли в выбранном направлении. Под внешним воздействием рой движется вперёд, влево, вправо, но общий вектор маршрута движения будет ориентирован в выбранном пчёлами направлении.
Движение обычного роя пчёл от приведённого случая подчиняется тем же самым электрическим законам. За тем исключением, что в отличие от свального роя в обычном рое число пчёл несравненно меньше. Они занимают небольшой объём пространства. Им значительно труднее сформировать плотное образование, в котором электрические значения достигнут значимых величин, чтобы спровоцировать перемещение пчёл внутри роя похожее на торнадо. Тем не менее, похожие (подобно торнадо) случаи с крупными роями имеют место быть.
Опубликовано Новиковым С.Н. © //www.maymed.ru , 2015.

Вы можете оставить комментарий.


Выскажите своё мнение