2. Физические основы теории катастроф

Инерция состояния среды способствует переходу к устойчивым формам криволинейного движения материальной субстанции, допускающим неограниченно высокую её концентрацию. Такой идеальной формой движения является вихревое движение субстанции, в которое оно переходит при резком изменении параметров состояния. Вихревое движение приводит в действие механизм электромагнитного взаимодействия, обеспечивающий сохранение такого структурного образования. Движение по отдельным локальным криволинейным участкам приобретает устойчивый характер при наличии симметрии на этом участке линии тока относительно критической точки с максимальной кривизной, когда геометрия участка набегающего потока повторяет геометрию участка сбегающего потока с критической точки.

Катастрофа наступает при внезапном сбросе (срыве) в определённых условиях накопившейся энергии и стремительном её распространении в виде ударной волны. Условием, обеспечивающим сброс (срыв) накопившейся энергии, является превышение величиной инерционного воздействия потока субстанции сопротивления среды переходу в иное состояние. Потеря сопротивления среды сопровождается резким спрямлением траектории движения субстанции ("срывом струи") в критической точке. Критерии перехода от устойчивого состояния субстанции к её внезапному стремительному движению определяются из уравнения сохранения импульса субстанции (27).

Рассмотрим пример определения критериальных параметров для явлений, характеризуемых числами Рейнольдса и Фруда. Определим соотношения сил инерции и сил вязкости (сопротивления среды переходу в иное состояние) для потока жидкости, обтекающего какое-либо препятствие. Уравнение (28) для данного случая, при (плотность жидкости), запишется следующим образом:

(44)

Первое составляющее уравнения, с учётом (43), равно Другое слагаемое - в котором так как в данном случае характеристики изменяются только от градиентного перераспределения параметров движения жидкости. В результате, второе слагаемое можно представить в виде Если учесть, что а динамическая вязкость жидкости, то соотношение составляющих уравнения (44) можно записать в виде

(45)

В такой редакции записывается постоянное число Рейнольдса. Это же соотношение, с обратным положением числителя и знаменателя, представляет собой число Фруда.

Наиболее частой причиной сброса накопившейся энергии на криволинейном участке её движения являются импульсные инициирующие воздействия. Возникнув в результате скачкообразного изменения параметров состояния субстанции, импульсные воздействия распространяются в виде ударной волны со скоростью, большей скорости звука в данной невозмущённой среде. Такой ударный импульс, имея часто случайную природу, воздействует на основной поток субстанции. В результате, рассматриваемый поток приобретает дополнительное ускорение и его инерционное воздействие увеличивается, с возможным достижением критических значений.

Из физики известно, что малые возмущения субстанции распространяются в сплошных средах со скоростью звука, а приращение инерционного воздействия потока субстанции равно:

(46)