Mik azok a ciklonok, anticiklonok és légköri frontok. Extratrópusi ciklonok mozgása A trópusi ciklonból való eltávozás szabályai

Hazánkban bizonytalan az időjárás. Ez különösen nyilvánvaló Oroszország európai részén. Ez annak köszönhető, hogy különböző légtömegek találkoznak: meleg és hideg. A légtömegek tulajdonságai különböznek egymástól: hőmérséklet, páratartalom, portartalom, nyomás. A légköri keringés lehetővé teszi, hogy a légtömegek egyik részről a másikra mozogjanak. Ahol különböző tulajdonságú légtömegek érintkeznek, légköri frontok .

A légköri frontok a Föld felszínéhez hajlanak, szélességük 500-900 km, hosszuk 2000-3000 km. A frontális zónákban kétféle levegő található: hideg és meleg. Az ilyen felületet ún elülső. Ez a felület általában a hideg levegő felé hajlik - alatta nehezebben helyezkedik el. És a meleg levegő, könnyebb, az elülső felület felett helyezkedik el (lásd 1. ábra).

Rizs. 1. Légköri frontok

Kialakul a homlokfelület metszésvonala a Föld felszínével frontvonal, amelyet röviden úgy is neveznek elülső.

légköri front- átmeneti zóna két eltérő légtömeg között.

A meleg levegő, mivel könnyebb, felemelkedik. Emelkedik, lehűl, vízgőzzel telítve. Felhők képződnek és csapadék hullik. Ezért egy légköri front áthaladását mindig csapadék kíséri.

A mozgás irányától függően a mozgó légköri frontokat melegre és hidegre osztják. melegfront akkor keletkezik, amikor meleg levegő áramlik a hideg levegőbe. A frontvonal a hideg levegő irányába mozog. A melegfront áthaladása után felmelegedés következik be. A melegfront több száz kilométer hosszú, összefüggő felhősávot alkot. Hosszan tartó szitáló esők vannak, és jön a felmelegedés. A levegő felemelkedése a melegfront kezdetekor lassabban megy végbe, mint a hidegfront. A magasan az égen képződő cirrus és cirrostratus felhők a közeledő melegfront előhírnökei. (lásd 2. ábra).

Rizs. 2. Meleg légköri front ()

Akkor jön létre, amikor hideg levegő szivárog a meleg levegő alatt, miközben a frontvonal a meleg levegő felé mozdul, amely felfelé kényszerül. A hidegfront általában nagyon gyorsan mozog. Okoz erős szelek, heves, gyakran heves esőzések zivatarokkal, télen hóviharokkal. A hidegfront átvonulása után beköszönt a hideg. (Lásd 3. ábra).

Rizs. 3. hidegfront ()

A légköri frontok állóak és mozgóak. Ha a légáramlatok a frontvonal mentén nem hideg vagy meleg levegő irányába mozdulnak el, akkor az ilyen frontokat nevezzük helyhez kötött. Ha a légáramlatok a frontvonalra merőleges mozgási sebességűek és vagy hideg, vagy meleg levegő felé haladnak, akkor az ilyen légköri frontokat ún. mozgó. Körülbelül néhány napon belül légköri frontok keletkeznek, elmozdulnak és összeomlanak. A frontális tevékenység szerepe az éghajlat kialakulásában hangsúlyosabb ben mérsékelt övi szélességi körök ah, tehát Oroszország nagy részét instabil időjárás jellemzi. A legerősebb frontok akkor keletkeznek, amikor a fő típusok érintkeznek légtömegek: sarkvidéki, mérsékelt égövi, trópusi (lásd 4. ábra).

Rizs. 4. Légköri frontok kialakulása Oroszországban

A hosszú távú pozícióikat tükröző zónákat nevezzük klímafrontok. A sarkvidéki és a mérsékelt övi levegő határán, Oroszország északi régiói felett, a sarkvidéki front. A mérsékelt szélességi és trópusi légtömegeket egy mérsékelt sarki front választja el, amely főleg Oroszország határaitól délre található. A fő éghajlati frontok nem folytonos vonalsávokat alkotnak, hanem szegmensekre tagolódnak. A hosszú távú megfigyelések azt mutatják, hogy a sarkvidéki és a sarki front télen délre, nyáron pedig északra tolódik. Az ország keleti részén a sarkvidéki front télen eléri az Ohotszki-tenger partját. Tőle északkeletre nagyon hideg és száraz sarkvidéki levegő dominál. BAN BEN Európai Oroszország a sarkvidéki front nem mozdul el olyan messzire. Itt lép életbe az észak-atlanti áramlat melegítő hatása. A sarki klímafront ágai csak nyáron húzódnak hazánk déli területein, télen fekszenek át Földközi-tengerés Irán, és időnként elfoglalják a Fekete-tengert.

A légtömegek kölcsönhatásában részt vesznek ciklonokÉs anticiklonok- nagy mozgó légköri örvények légköri tömegeket hordozó.

Alacsony légköri nyomású terület, ahol a szélek sajátos mintázata a szélektől a középpont felé fúj, és az óramutató járásával ellentétes irányba tér el.

Magas légköri nyomású terület, ahol a szélek meghatározott mintázata a középponttól a szélek felé fúj és az óramutató járásával megegyező irányban eltér.

A ciklonok lenyűgöző méretűek, akár 10 km magasságig terjednek a troposzférába, szélességük pedig akár 3000 km. Ciklonokban nő a nyomás, anticiklonokban csökken. Az északi féltekén a ciklonok közepe felé fújó szeleket a föld tengelyirányú forgásának ereje jobbra tereli (a levegő az óramutató járásával ellentétes irányban forog), a középső részen pedig felemelkedik. Az anticiklonokban a peremre irányított szél is jobbra fordul (az óramutató járásával megegyezően örvénylik a levegő), a középső részen pedig leszáll a levegő felső rétegek légkör lefelé (lásd 5. ábra, 6. ábra).

Rizs. 5. Ciklon

Rizs. 6. Anticiklon

A frontok, amelyeken ciklonok és anticiklonok keletkeznek, szinte soha nem egyenes vonalúak, hullámos hajlítások jellemzik őket. (Lásd a 7. ábrát).

Rizs. 7. Légköri frontok (szinoptikus térkép)

A kialakult meleg és hideg levegő öbleiben légköri örvények forgó csúcsai képződnek (lásd a 8. ábrát).

Rizs. 8. Légköri örvény kialakulása

Fokozatosan elválnak az elejétől, és 30-40 km / h sebességgel önállóan mozognak és szállítják a levegőt.

A légköri örvények a pusztulás előtt 5-10 napig élnek. Képződésük intenzitása pedig az alatta lévő felület tulajdonságaitól (hőmérséklet, páratartalom) függ. Naponta több ciklon és anticiklon képződik a troposzférában. Több száz van belőlük egész évben. Országunk nap mint nap valamilyen légköri örvény hatása alatt áll. Mivel ciklonokban emelkedik a levegő, az érkezésükhöz mindig felhős idő csapadékkal és széllel társul, nyáron hűvös ill. meleg télen. Az anticiklon teljes tartózkodása alatt felhőtlen száraz idő uralkodik, meleg nyáronÉs télen fagyos. Ezt elősegíti a levegő lassú lesüllyedése a troposzféra magasabb rétegeiből. A leszálló levegő felmelegszik, és kevésbé lesz nedvességgel telítve. Az anticiklonokban gyenge a szél, belső részein teljes nyugalom van - nyugodt(lásd a 9. ábrát).

Rizs. 9. Légmozgás anticiklonban

Oroszországban a ciklonok és az anticiklonok a fő éghajlati frontokra korlátozódnak: a sarki és a sarkvidéki frontra. A mérsékelt övi tengeri és kontinentális légtömegek határán is kialakulnak. Oroszország nyugati részén ciklonok és anticiklonok keletkeznek és az általános légi közlekedés irányába mozdulnak el nyugatról keletre. A Távol-Keleten, a monszun irányának megfelelően. Keleten nyugat irányú transzferrel haladva a ciklonok északra, az anticiklonok délre térnek el. (lásd a 10. ábrát). Ezért az oroszországi ciklonok útjai leggyakrabban Oroszország északi régióin, az anticiklonok pedig a déli régiókon haladnak át. Ennek köszönhetően Légköri nyomás Oroszország északi részén alacsonyabb, sok egymást követő napon zord idő lehet, délen több a napsütéses nap, száraz nyár és kevés hóval teli tél.

Rizs. 10. Ciklonok és anticiklonok eltérése nyugat felől történő elmozduláskor

Területek, ahol intenzív téli ciklonok haladnak át: Barents, Kara, Ohotszki-tenger és az Orosz-síkság északnyugati része. Nyáron a ciklonok leggyakrabban a Távol-Keleten és az Orosz-síkság nyugati részén fordulnak elő. Egész évben anticiklonális időjárás uralkodik az Orosz-síkság déli részén, Nyugat-Szibéria déli részén, télen pedig egész Kelet-Szibériában, ahol az ázsiai maximumnyomás alakul ki.

A légtömegek, légköri frontok, ciklonok és anticiklonok mozgása, kölcsönhatása megváltoztatja és befolyásolja az időjárást. Az időjárás változásaira vonatkozó adatokat speciális szinoptikus térképeken ábrázolják további elemzés céljából időjárási viszonyok hazánk területén.

A légköri örvények mozgása az időjárás változásához vezet. Minden nap állapotát speciális térképeken rögzítik - szinoptikus(lásd a 11. ábrát).

Rizs. 11. Szinoptikus térkép

Az időjárási megfigyeléseket a meteorológiai állomások kiterjedt hálózata végzi. Ezután a megfigyelések eredményeit továbbítják a hidrometeorológiai adatok központjaiba. Itt feldolgozzák őket, és az időjárási információkat alkalmazzák a szinoptikus térképeken. A térképeken a légnyomás, a frontok, a levegő hőmérséklete, a szél iránya és sebessége, a felhőzet és a csapadék látható. A légköri nyomás eloszlása ​​a ciklonok és anticiklonok helyzetét jelzi. A légköri folyamatok lefolyásának mintázatait tanulmányozva előrejelezhető az időjárás. A pontos időjárás-előrejelzés rendkívül összetett kérdés, mivel állandó fejlődésükben nehéz figyelembe venni az egymásra ható tényezők egészét. Ezért még a hidrometeorológiai központ rövid távú előrejelzései sem mindig indokoltak.

Forrás).).

Házi feladat

1. Miért esik le a csapadék a légköri frontzónában?
2. Mi a fő különbség a ciklon és az anticiklon között?

A 8. osztályos földrajztanfolyamon számos témakört tanulmányoznak a légkörben zajló különféle folyamatokról. Tanulmányozni és megérteni kell őket, hiszen feltárják az időjárás kialakulásának, változásának okait, módszereit, előrejelzését, ami gyakorlati értéket jelent minden ember számára.

Mik azok a ciklonok és anticiklonok

Az egyik legérdekesebb mechanizmus egyfajta "légszivattyú" - hatalmas légköri örvények, amelyek fő szerepe az időjárás kialakulása nagy területek a Föld felszíne.

Magasságuk elérheti a 20 km-t, átmérőjük a 4-5 ezer km-t is elérheti.

Rizs. 1. Óriási légköri örvény.

Ebben az esetben a ciklon egy légörvény, amely összegyűjti és saját középpontjából felfelé löki ki a levegőt. Ezzel szemben egy anticiklon levegőt szív be a légkör felső rétegeiből, és a felszín közelében osztja el.

Ennek az az oka, hogy a ciklon alacsony nyomású terület, a levegő oda rohan, ahol a legalacsonyabb a nyomás, vagyis a ciklon közepébe. Emelkedő légáramlatok vannak.

TOP 1 cikkakik ezzel együtt olvastak

Az anticiklon egy légköri örvény, amelyet magas nyomás jellemez. Éppen ellenkezőleg, a légtömegeket „gyorsítja” a saját középpontjából, és a légkör magasabb rétegeiből vonja be őket. Középpontjában leszálló áramlások képződnek, amelyek a középponttól spirálisan oszlanak el a föld felszínén.

A légköri örvények gyakran a légköri frontok területein keletkeznek, kialakulásának fő oka a Föld forgása.

Rizs. 2. Ciklon és anticiklon szerkezetének vázlata.

Hasonló jelenségek figyelhetők meg más bolygók légkörében is. Egy földönkívüli hosszú életű ciklon a Neptunusz légkörében található Kis Sötét Folt, anticiklon pedig a Jupiter Nagy Vörös Foltja.

A légköri örvények jellemzőinek összehasonlítása

A ciklonok és az anticiklonok eltérő és hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek. Hasonlóságuk a következő:

• örvényszerkezet;
• fontos szerepet játszik az időjárás alakításában nagy régiókban.

Az anticiklon megjelenését a közeli ciklonok kialakulása befolyásolja - az alacsony nyomású örvény által kibocsátott felesleges levegő felhalmozódik, és magas nyomású terület, anticiklonok kialakulását idézi elő.

A légköri örvények különbségeinek jellemzőit az összehasonlító jellemzők táblázata mutatja be:

A szinoptikus térképeken betűket használnak a ciklonok és anticiklonok jelölésére: H - alacsony nyomású terület, B - magas nyomású terület.

Rizs. 3. Szinoptikus térkép.

A ciklonok és anticiklonok típusai

Többféle ciklon létezik, amelyeket a kialakulás helyéről neveztek el:

• sarkvidéki;
• mérsékelt szélességi körök;
• déli extratrópusi;
• tropikus.

Az Oroszország területén áthaladó ciklonok többsége az Atlanti-óceán felett alakul ki, nyugatról keletre mozog, és sarkvidéki vagy mérsékelt égövi besorolású. Ezek nagy légköri örvények.

A trópusi ciklonok a legveszélyesebbek – viszonylagos jellemző rájuk kis méret csak több száz kilométer, rendellenesen alacsony nyomás a központban, és ennek következtében - nagyon nagy szélsebesség, viharost is elérve. Ezek a ciklonok okozzák a legnagyobb pusztítást Ázsia tengerparti országaiban és Észak Amerika. Csak a tenger felett keletkeznek, és gyorsan elhalványulnak, amikor szárazföldre költöznek.

Az anticiklonok és ciklonok átlagos élettartama 3-10 nap, amíg a légköri nyomás kiegyenlítődik. Vannak azonban állandóak is évek óta létezik, például: izlandi és aleut ciklonok, indiai és szibériai anticiklonok.

Mit tanultunk?

A légköri örvények kialakulása a légköri légnyomás eloszlásától és a Föld forgása során fellépő Coriolis-erőktől függ. Némi hasonlóságokkal sokban különböznek egymástól: befelé forognak különböző oldalak, eltérő időjárást biztosítanak, különböző körülmények között fordulnak elő.

Téma kvíz

Jelentés értékelése

átlagos értékelés: 4.1. Összes értékelés: 624.

A ciklonok mindig mozognak. Mozgáson a ciklon egészének mozgását értjük, függetlenül a benne fújó szelektől, amelyek a ciklon különböző részein különböző sebességekés irányokat. A ciklon mozgását egységes rendszerként a középpontjának mozgása jellemzi.

A ciklonok az általános légi közlekedés irányába mozognak a középső és felső troposzférában (úgy is mondják: a vezető áramlás irányába). Ez az általános légszállítás leggyakrabban nyugatról keletre történik. Ezért a ciklonok leggyakrabban a horizont nyugati feléből keletre vonulnak.

De az is előfordul, hogy a troposzféra teljes vastagságán átnyúló magas, alacsony mozgású ciklonok és anticiklonok úgy helyezkednek el, hogy a magasságban lévő izobárok és áramlatok eltérnek a zóna irányától. Ezután a mozgó ciklonok ezt a nem zónás felfelé irányuló átvitelt követve egy nagy komponenssel délre vagy északra mozognak. Ritka esetben a bevezető patak iránya még keleti is; majd a ciklon is rendellenesen mozog, keletről nyugatra.

Egyes esetekben a ciklonok útjai nagyon változatosnak bizonyulnak, sőt, egy adott területre jellemző tipikus utak is meglehetősen összetett képet mutatnak. Átlagosan azonban a ciklonok nyugatról keletre mozognak, és egy komponens a magas szélességi körök felé irányul. Ezért a legmélyebb ciklonok, amint azt fentebb említettük, a szubpoláris szélességeken: az északi féltekén - az Atlanti-óceán északi részén és Csendes-óceánok, a déli féltekén - az Antarktisz szárazföldjének közelében.

A ciklon sebessége 25-35%-kal kisebb, mint a vezető áramlás sebessége. Átlagosan 30-40 km/h nagyságrendű. Egyes esetekben akár 80 km/h vagy több is lehet. A ciklon életének késői szakaszában, amikor már megtelik, a mozgás sebessége csökken, néha nagyon élesen.

A ciklonok sebessége ugyan kicsi, de fennállásának néhány napja alatt egy ciklon jelentős, több ezer kilométeres nagyságrendű távolságot tud megtenni, és közben megváltoztatja az időjárási viszonyokat.

Amikor egy ciklon elhalad, a szél megerősödik, és iránya megváltozik. Ha egy ciklon áthalad egy adott helyen annak déli része, a szél délről délnyugatira és északnyugatra változik. Ha a ciklon áthalad az északi részén, a szél délkeletről keletre, északkeletre és északra fordul. Így a ciklon elülső (keleti) részén déli, a hátsó (nyugati) részén északi komponensű szelek figyelhetők meg. A ciklon áthaladása során fellépő hőmérséklet-ingadozások is ehhez kapcsolódnak.

Végül a ciklonális területeket fokozott felhőzet és csapadék jellemzi. A ciklon elülső részén kiterjedt, felszálló csapadék hullik egy melegfront vagy egy okklúziós front felhőiből. A hátsó részen záporeső, hidegfrontra jellemző gomolyfelhőkből, de főként a ciklon hátulján alacsony szélességi fokok felé áramló hideg légtömegekből hullik a csapadék. A ciklon déli részén helyenként szitáló, meleg légtömeg csapadék is előfordulhat.

A ciklon közeledtét gyakran a nyomásesés és a nyugati horizonton megjelenő első felhők is érzékeltetik. Ezek párhuzamos sávokban mozgó frontális pehelyfelhők. Első pillantásra a perspektíva miatt úgy tűnik, hogy ezek a sávok eltérnek a horizonttól. Utánuk cirrostratus felhők jönnek, majd sűrűbb magasrétegű felhők, végül nimbostratus kísérő fractonimbus felhőkkel. A ciklon hátulján aztán megnövekszik a nyomás, a felhőzet gyorsan változó jelleget ölt: a gomoly- és gomolyfelhők gyakran átadják helyét a tisztásoknak.

„Kémia és Élet” folyóirat 2000. 11-12.

Az anyagokat a földrajzi tudományok kandidátusa, A.A. ALEKSEEVA, Oroszország Hidrometeorológiai Központja biztosította.

A cikk elkészítésében segítséget nyújtott a földrajztudomány doktora, A. A. VASILEV professzor, Oroszország Hidrometeorológiai Központja

A ciklon oka a légköri fronton kialakult zavar. Ez a front különböző oldalain lévő légtömegek nagy hőmérséklet-különbsége miatt merül fel. A ciklon létezésének értelme ennek a különbségnek a megszüntetése.
A Föld feletti levegőt éles határok három zónára osztják. A Föld tengelye körüli forgása miatt ezek a zónák a párhuzamos ... mentén húzódnak (lásd az "A" ábrát)

És a hőmérséklet-különbség miatt a levegő hajlamos a meridián mentén mozogni. Ennek eredményeként kanyarodások jelennek meg a frontális zónákon (lásd a "B" ábrát)

Számunkra, a Föld felszínén élők, az időjárás az esős vagy havas időjárás és a tiszta időjárás állandó váltakozása. kék ég. Az ezen állapotok közötti időközönként az eget vagy felhők borítják, vagy megtisztítják vastag fátyolukat. A fejünk fölött folyamatosan játszó akció főszereplői a légköri forgószelek, ciklonok és anticiklonok. Ahhoz, hogy megértsük az időjárás változásait, meg kell értenünk azokat. Kezdjük a ciklonnal.

Hogy van a ciklon

Ciklon közeledtével pehelyfelhők, majd rétegfelhők jelennek meg. Lassan, de folyamatosan csökken a nyomás, egyre lejjebb és sűrűsödik a felhőzet. A közeledő melegfronttól 300 km-re esőnek kell kezdődnie, eleinte gyenge és időszakos. Ezután az eső megerősödik és folyamatos lesz. Köd ősszel és tavasszal fordul elő: a csapadék egy része elpárolog a Föld meleg felszínéről, és a front alatt kis hideg levegőrétegben lecsapódik. Melegfront átvonulásakor délnyugatira fordul a szél, megemelkedik a hőmérséklet, megszűnik a köd, a felhőzet és a csapadék. Mindez körülbelül egy napig tart.


Mögött melegfront hideg következik. Ugyanakkor a légköri nyomás gyorsabban csökken. A megjelenő pehelyfelhők gomolyfelhők vagy gomolyfelhők (zápor) sor előhírnökei lehetnek. Egy hidegfront éles északnyugati szélváltozást, gyors hőmérséklet-csökkenést, nyomásemelkedést, zivatarokat és heves esőzéseket hoz, intenzív, de kevésbé tartós, mint egy melegfront közeledtével.


A melegfront lassabban mozog, mint a hidegfront. Végül a Föld felszínéhez közeli frontok bezáródnak, és az összes meleg levegő felszáll. Ezt követően a ciklon további erősödése lehetetlen: az életét fenntartó hőmérsékleti kontraszt csökkenni kezd. A ciklon mozgása lelassul és leállhat. A meleg levegő készletei 4-8 napra elegendőek. Ekkor az alacsony nyomású hideg középpont teljesen szétesik.
Általában a ciklonok kelet felé vonulnak. A pályájuk azonban bonyolult, mert a sarki levegőt a mérsékelt övi levegőtől elválasztó globális frontális zóna kanyargós. A kanyarulatait követve a ciklonok északra és délre, sőt esetenként nyugatra is elmozdulnak. Az átlagsebesség körülbelül 35 km/h.

Az elmélet szerint a hideg és a meleg légtömegek nem simán átmennek egymásba. Közöttük éles határ húzódik, a frontális zóna. A Föld felszínéhez valamilyen szögben irányul; keresztezve vele, ez a határ adja a frontvonalat az időjárási térképen. A valóságban a front egy szűk, több száz kilométer széles zóna. Az elülső ún hideg, ha mozgása során a Föld felszíne közelében hideg levegő érkezik a meleg levegő helyére. Ellenkező esetben az eleje meleg.

Télen vagy nyáron a szárazföld és a tenger felszínének hőmérséklete különbözik leginkább. Emiatt megnő a hőmérsékleti kontraszt a partokon, és innen erednek ciklonok, például kora ősszel a szárazföld és a tenger egyenletesebben melegszik fel - jön az indiai nyár.

Ciklonok, amelyek befolyásolják az időjárást Nyugat-Európa, a Földközi-tengert választották Olaszországtól nyugatra.

Télen az északi féltekén főleg Észak-Amerika és Ázsia keleti partjainál, a legnagyobb hőmérsékleti kontrasztú zónában fordulnak elő ciklonok. Innen Izland és az Aleut-szigetek felé haladnak. Miután elérték őket, a ciklonok tovább haladnak kelet vagy északkelet felé. Kelet-Európában és különösen Nyugat-Szibériában gyakrabban fordulnak elő anticiklonok egy időben.

Nyáron a ciklonok uralják Szibériát. Ott keletkeznek, ahol nagy a hőmérséklet-különbség, az Ob- és a Jenyiszej-medencében, és kelet-északkelet felé mozdulnak el, a legnagyobb fejlődést Kelet-Szibéria és Távol-Kelet.

Húsz éven keresztül az ÉSZ 20°-tól északra. évente 620 mobil és 1222 lokális, azaz pusztuló ciklon volt, ahol kialakultak. Ezek 331 mobil és 744 helyi anticiklont jelentettek. 1,97-szer több lokális ciklon volt, mint mobil, és 2,25-szer több anticiklon. Ez azt jelenti, hogy a ciklonok átlagosan mozgékonyabbak, mint az anticiklonok, és 1,71-szer gyakrabban fordulnak elő. Ilyenkor gyakrabban alakulnak ki mobil ciklonok a víz felett, helyi ciklonok és anticiklonok pedig a szárazföld felett.

Leggyakrabban a mobil ciklonok az északi szélesség 30-60 °C közötti sávban jelennek meg. Ez a vízre és a szárazföldre egyaránt igaz. A helyi ciklonok magas szélességi fokokat választottak: 60-80 ° É. sz. Az anticiklonok számára két zóna is van: az egyik az é. sz. 70-80 ° között, a második pedig a 40-50 ° é. Ugyanakkor a magas szélességeken több anticiklon van, mint az alacsony szélességeken.

Az anticiklon sorsa

A mobil anticiklonok a mobil ciklonokhoz hasonlóan a középső szélességeken nyugatról keletre mozognak. Az anticiklonok gyakran lomha rendszerekként jelennek meg, amelyek kitöltik a sokkal aktívabb ciklonok közötti teret. A mobil anticiklonok mozgási sebessége 30-40 km/h.


Idővel a hidegfrontos (keleti) és egy meleg hátsó (nyugati) résszel rendelkező mobil anticiklon, amely felmelegszik és felerősödik, meleg, magas és inaktívvá változik. A magasan stabilizált anticiklonokat blokkoló anticiklonoknak nevezik: ezek megzavarják az általános nyugati irányú légszállítást a középső szélességeken.

A magas nyomású területeken az időjárás teljesen más, mint egy ciklonban: tiszta égés enyhe szellő. Éjszaka vagy a hideg évszakban a Föld felszíne közelében lehűl a levegő, alacsony rétegfelhők, ködök jelennek meg benne. Egy nyári napon gomolyfelhők képződnek a szárazföld felett a nedvesség elpárolgása miatt, és az időjárás kellemes, meleg, vagy éppen ellenkezőleg, forró és száraz. Az Európa feletti anticiklonok átlagosan 7°C-kal melegebbek, mint a ciklonok.

De télen más a helyzet. Az évnek ebben a szakában anticiklonok érkeznek hozzánk az Északi-sarkvidékről, és nagyon hideg levegő tölti meg őket. Egy rövid téli napon a levegőnek nincs ideje felmelegedni, de egy derült, felhőtlen éjszakán még jobban lehűl a Föld felszíne. Ilyenkor derült téli nap történik, roppanó karácsonyi vagy vízkereszti fagyokkal.

P. MANTASHYAN.

Folytatjuk P. N. Mantashyan „Örvények: a molekulától a galaxisig” cikkének folyóirat-változatát (lásd: „Tudomány és élet sz.”). tornádókról és tornádókról fogunk beszélni - hatalmas pusztító erejű természetes képződményekről, amelyek mechanizmusa még mindig nem teljesen világos.

Tudomány és élet // Illusztrációk

Tudomány és élet // Illusztrációk

Rajz Benjamin Franklin amerikai fizikus könyvéből, amely elmagyarázza a tornádók előfordulásának mechanizmusát.

A Spirit rover felfedezte, hogy tornádók keletkeznek a Mars ritka légkörében, és lefilmezte őket. Kép a NASA weboldaláról.

Az Egyesült Államok déli részének és Kínának a síkságain fellépő óriási forgószelek és tornádók félelmetes és nagyon veszélyes jelenségek.

Tudomány és élet // Illusztrációk

A viharfelhő tetején megpihenve egy tornádó akár egy kilométeres magasságot is elérhet.

A tengeren egy tornádó több tíz tonna vizet emel fel és von be a tengeri élőlényekkel együtt, és összetörhet és elsüllyeszthet egy kis hajót. A korszakban vitorláshajók A tornádót úgy próbálták megsemmisíteni, hogy ágyúkat lőttek rá.

A képen jól látható, hogy a tornádó forog, spirálisan pörgeti a levegőt, a port és az esővizet.

Kansas City városa, amelyet egy hatalmas tornádó romokká változtatott.

A tájfunra ható erők passzátszélben.

Ampere törvénye.

Coriolis egy lemezjátszóra kényszerít.

Magnus-effektus az asztalon és a levegőben.

A levegő örvényszerű mozgását nem csak tájfunoknál figyeljük meg. Vannak tájfunnál nagyobb forgószelek - ezek ciklonok és anticiklonok, a bolygó legnagyobb légörvényei. Sokkal nagyobbak, mint a tájfunok, és elérhetik az ezer kilométert is. Bizonyos értelemben ezek antipodális örvények: szinte az ellenkezője van. Az északi és déli félteke ciklonjai ugyanabban az irányban forognak, mint ezeknek a féltekéknek a tájfunjai, az anticiklonok pedig az ellenkező irányba. A ciklon csapadékkal kísért zord időjárást hoz magával, míg az anticiklon ezzel szemben tiszta, napos időt hoz. A ciklon kialakulásának sémája meglehetősen egyszerű - minden a hideg és meleg légköri frontok kölcsönhatásával kezdődik. Ugyanakkor a meleg légköri front egy része egyfajta légköri „nyelv” formájában behatol a hidegfrontba, aminek hatására a meleg, világosabb levegő emelkedni kezd, és két folyamat játszódik le. Először is, a Föld mágneses mezejének hatására a vízgőzmolekulák forogni kezdenek, és az összes felszálló levegőt forgó mozgásba vonják, óriási légörvényt alkotva (lásd: Tudomány és Élet, No. ). Másodszor, a tetején lévő meleg levegő lehűl, és a benne lévő vízgőz felhőkké kondenzálódik, amelyek csapadékként hullanak eső, jégeső vagy hó formájában. Egy ilyen ciklon több naptól két-három hétig ronthatja az időjárást. „Élettevékenységét” a nedves meleg levegő új részeinek beáramlása és a hideg levegő fronttal való kölcsönhatása támogatja.

Az anticiklonok a légtömegek csökkenésével járnak, amelyek adiabatikusan, azaz hőcsere nélkül környezet, melegítsd fel őket relatív páratartalom esik, ami a meglévő felhők elpárolgásához vezet. Ugyanakkor a vízmolekulák és a Föld mágneses mezőjének kölcsönhatása miatt a levegő anticiklonális forgása következik be: az északi féltekén - az óramutató járásával megegyező irányba, a déli - ellen. Az anticiklonok több naptól két-három hétig tartó stabil időjárást hoznak magukkal.

Nyilvánvalóan a ciklonok, anticiklonok és tájfunok kialakulásának mechanizmusai azonosak, és a tájfunok fajlagos energiafogyasztása (tömegegységre jutó energia) jóval magasabb, mint a ciklonoké és az anticiklonoké, csak azért, mert több. magas hőmérsékletű napsugárzás által felmelegített légtömegek.

Tornádók

A természetben keletkező örvények közül a tornádók a legtitokzatosabbak, valójában a zivatarfelhő részei. Először a tornádó első szakaszában a forgás csak a zivatarfelhő alsó részén látható. Aztán ennek a felhőnek egy része óriási tölcsér formájában lóg le, ami egyre hosszabb és végül eléri a föld vagy a víz felszínét. Egy gigantikus törzs jelenik meg, mintha egy felhőn lógna, amely belső üregből és falakból áll. A tornádó magassága több száz métertől egy kilométerig terjed, és általában megegyezik a felhő aljától a földfelszínig terjedő távolsággal. Funkció belső üreg - a levegő csökkentett nyomása benne. A tornádó ezen tulajdonsága ahhoz a tényhez vezet, hogy a tornádó ürege egyfajta szivattyúként szolgál, amely hatalmas mennyiségű vizet képes beszívni a tengerből vagy a tóból, és az állatokkal és növényekkel együtt jelentős távolságra mozgatni és megdönteni őket. lecsapja őket az eső. A tornádó meglehetősen nagy terheket is képes szállítani - autókat, szekereket, könnyű hajókat, kis épületeket és néha még embereket is. A tornádónak óriási pusztító ereje van. Épületekkel, hidakkal, elektromos vezetékekkel és egyéb infrastruktúrákkal érintkezve nagy pusztítást okoz.

A tornádók maximális fajlagos energiaintenzitása az örvénylevegő áramlási sebességének négyzetével arányos. A meteorológiai besorolás szerint, ha zárt örvényben a szél sebessége nem haladja meg a 17 m/s-ot, azt trópusi mélyedésnek nevezzük, ha a szél sebessége nem haladja meg a 33 m/s-ot, akkor trópusi viharról van szó, ha pedig a szél sebessége 34 m/s és afeletti akkor tájfun. Erőteljes tájfunokban a szél sebessége meghaladhatja a 60 m/s-t. Különböző szerzők szerint tornádóban a levegő sebessége elérheti a 100-200 m/s-ot (egyes szerzők szuperszonikus légsebességre utalnak tornádóban - 340 m/s felett). A légáramlás sebességének közvetlen mérése tornádókban a technológiai fejlettség jelenlegi szintjén gyakorlatilag lehetetlen. Minden eszköz, amelyet a tornádó paramétereinek rögzítésére terveztek, az első érintkezéskor kíméletlenül eltörik. A tornádók áramlási sebességét közvetett jelek alapján ítélik meg, főként az általuk okozott pusztulás vagy az általuk szállított áru súlya alapján. Ezenkívül a klasszikus tornádó megkülönböztető jellemzője a kialakult zivatarfelhő jelenléte, egyfajta elektromos akkumulátor, amely növeli a tornádó fajlagos energiaintenzitását. A tornádó kialakulásának és fejlődésének mechanizmusának megértéséhez először a zivatarfelhő szerkezetét vegyük figyelembe.

VIHARFELHŐ

Egy tipikus zivatarfelhőben a teteje pozitív, az alapja pedig negatív töltésű. Vagyis a levegőben, felszálló áramoktól megtámogatva, egy hatalmas, sok kilométeres elektromos kondenzátor szárnyal. Egy ilyen kondenzátor jelenléte ahhoz a tényhez vezet, hogy a föld vagy a víz felszínén, amely felett a felhő található, megjelenik az elektromos nyoma - egy indukált elektromos töltés, amely a felhő alapjának töltésével ellentétes előjelű. , vagyis a Föld felszíne pozitív töltésű lesz.

Az indukált elektromos töltés létrehozásának tapasztalata egyébként otthon is elvégezhető. Szórj apró papírdarabkákat az asztal felületére, fésüld meg a száraz hajat műanyag fésűvel, és vidd közel a fésűt a felhalmozott papírdarabokhoz. Mindannyian az asztaltól elszakadva a fésűhöz rohannak, és ragaszkodnak hozzá. Ennek az egyszerű kísérletnek az eredményét nagyon egyszerűen magyarázzuk el. A fésű a hajjal szembeni súrlódás következtében elektromos töltést kapott, és egy papírlapon ellenkező előjelű töltést indukál, ami a papírdarabkákat a Coulomb-törvénynek megfelelően a fésűhöz vonzza.

A kialakult zivatarfelhő aljánál erőteljes, nedvességgel telített levegő áramlik felfelé. A dipólus vízmolekulák mellett, amelyek a Föld mágneses mezejében forogni kezdenek, lendületet adva a semleges levegőmolekuláknak, bevonva őket a forgásba, a felfelé irányuló áramlásban pozitív ionok és szabad elektronok is vannak. Molekulák napsugárzásnak való kitettsége, a terület természetes radioaktív háttere, illetve zivatarfelhő esetén a zivatarfelhő alapja és a föld közötti elektromos tér energiája következtében alakulhatnak ki (ne feledjük az indukált elektromos töltés!). Egyébként a földfelszínen indukált pozitív töltés miatt a felszálló légáramban a pozitív ionok száma jelentősen meghaladja a negatív ionok számát. Mindezek a töltött részecskék egy felszálló légáram hatására egy zivatarfelhő tövébe rohannak. Azonban a pozitív és negatív részecskék függőleges sebessége elektromos térben eltérő. A térerősség a felhő alapja és a föld felszíne közötti potenciálkülönbségből becsülhető - kutatói mérések szerint több tízmillió volt, ami egy zivatarfelhő alapmagasságával. egy-két kilométeres elektromos térerősséget ad méterenként több tízezer voltra. Ez a mező felgyorsítja a pozitív ionokat, és lelassítja a negatív ionokat és elektronokat. Ezért egy időegység alatt több pozitív töltés fog áthaladni a felfelé irányuló áramlás keresztmetszetén, mint negatív. Más szavakkal, elektromos áram fog megjelenni a földfelszín és a felhő alapja között, bár helyesebb lenne nagyszámú elemi áramról beszélni. a Föld felszíne a felhő aljával. Mindezek az áramok párhuzamosak és ugyanabban az irányban áramlanak.

Nyilvánvaló, hogy Ampère törvénye szerint kölcsönhatásba lépnek egymással, nevezetesen vonzódni fognak. A fizika során ismeretes, hogy két, azonos irányú elektromos árammal áramló vezető egységnyi hosszúságú kölcsönös vonzási ereje egyenesen arányos ezen áramok erőinek szorzatával és fordítottan arányos a vezetők közötti távolsággal. .

Két elektromos vezető vonzása a Lorentz-erőknek köszönhető. Az egyes vezetők belsejében mozgó elektronokra a szomszédos vezetőben lévő elektromos áram által létrehozott mágneses tér hat. A vezetők középpontjait összekötő egyenes vonal mentén irányított Lorentz-erő hat rájuk. De a kölcsönös vonzóerő megjelenéséhez a vezetők jelenléte teljesen opcionális - maguk az áramok is elegendőek. Például két nyugvó, azonos elektromos töltésű részecske taszítja egymást a Coulomb-törvény szerint, de az azonos irányba mozgó részecskék addig vonzzák egymást, amíg a vonzás és a taszítás erői kiegyenlítik egymást. Könnyen belátható, hogy az egyensúlyi helyzetben lévő részecskék távolsága csak a sebességüktől függ.

Az elektromos áramok kölcsönös vonzása miatt a töltött részecskék a zivatarfelhő közepébe rohannak, és útközben kölcsönhatásba lépnek az elektromosan semleges molekulákkal, és azokat is a zivatarfelhő közepébe mozgatják. A felszálló áramlás keresztmetszete hányszorosára csökken, és mivel az áramlás forog, akkor a lendület megmaradásának törvénye szerint a szögsebessége nő. A felfelé irányuló áramlásnál ugyanaz fog történni, mint egy műkorcsolyázónál, aki a jégen pörögve kinyújtott karokkal a testéhez szorítja azokat, amitől a forgási sebessége meredeken megnő (tankönyvpélda fizika tankönyvekből, hogy mi nézhető a tévében!). A levegő forgási sebességének ilyen meredek növekedése egy tornádóban az átmérőjének egyidejű csökkenésével a szél lineáris sebességének növekedéséhez vezet, amely, mint fentebb említettük, akár a hangsebességet is meghaladhatja.

Ez egy zivatarfelhő jelenléte, elektromos mező amely elválasztja a töltött részecskéket előjelben, ahhoz vezet, hogy a légáramlás sebessége tornádóban meghaladja a tájfun légáramlási sebességét. Képletesen szólva a zivatarfelhő egyfajta "elektromos lencseként" szolgál, amelynek fókuszában a nedves levegő felfelé áramló energiája koncentrálódik, ami tornádó megjelenéséhez vezet.

KIS örvény

Vannak olyan örvények is, amelyek kialakulásának mechanizmusa semmiképpen nem kapcsolódik a dipólus vízmolekula mágneses térben való forgásához. Közülük a leggyakoribbak a porörvények. Sivatagi, sztyepp- és hegyvidéki területeken alakulnak ki. Méretüket tekintve elmaradnak a klasszikus tornádóktól, magasságuk körülbelül 100-150 méter, átmérőjük pedig több méter. A porörvény kialakulásához sivatagi, jól fűtött síkság szükséges feltétel. A kialakulás után egy ilyen örvény meglehetősen rövid ideig, 10-20 percig létezik, és ez idő alatt a szél hatása alatt mozog. Annak ellenére, hogy a sivatagi levegő gyakorlatilag nem tartalmaz nedvességet, forgó mozgását az elemi töltések és a Föld mágneses mezőjének kölcsönhatása biztosítja. A nap által erősen felmelegített síkság felett erőteljesen felfelé áramlik a levegő, melynek molekulái a napsugárzás hatására, és különösen annak ultraibolya része ionizálódnak. A napsugárzás fotonjai kiütik az elektronokat a levegőatomok külső elektronhéjából, így pozitív ionok és szabad elektronok párjai jönnek létre. Tekintettel arra, hogy az elektronok és a pozitív ionok tömege jelentősen eltérő azonos töltés mellett, az örvény szögimpulzusának létrehozásához való hozzájárulásuk eltérő, és a porörvény forgásirányát a pozitív forgásiránya határozza meg. ionok. Egy ilyen forgó száraz levegőoszlop mozgása során port, homokot és apró kavicsokat emel ki a sivatag felszínéről, amelyek önmagukban nem játszanak szerepet a poros forgószél kialakulásának mechanizmusában, hanem egyfajta indikátorként szolgálnak. a levegő forgása.

A szakirodalom a légörvényeket is leírja, ami meglehetősen ritka természeti jelenség. A forró napszakban fordulnak elő a folyók vagy tavak partján. Az ilyen örvények élettartama rövid, váratlanul jelennek meg, és ugyanolyan hirtelen tűnnek el. Nyilvánvalóan mind a vízmolekulák, mind a napsugárzás hatására meleg és párás levegőben keletkező ionok hozzájárulnak a létrejöttükhöz.

Sokkal veszélyesebbek a vízörvények, amelyek kialakulásának mechanizmusa hasonló. A leírás fennmaradt: „1949 júliusában Washington államban egy meleg napsütéses napon, felhőtlen égbolttal egy magas vízpermetoszlop emelkedett a tó felszínén. Csak néhány percig létezett, de jelentős emelőerővel bírt. A folyóparthoz közeledve egy meglehetősen nehéz, körülbelül négy méter hosszú motorcsónakot felemelt, több tíz méterrel elmozdította, majd a földet érve darabokra törte. A vízörvények leggyakrabban ott fordulnak elő, ahol a víz felszínét erősen felmelegíti a nap – a trópusi és szubtrópusi övezetekben.

Nagy tüzek esetén levegő örvénylése fordulhat elő. Ilyen eseteket ismertet a szakirodalom, ezek közül mutatunk be egyet. „1840-ben az Egyesült Államokban erdőket irtottak ki szántóföldi célokra. Hatalmas mennyiségű bozót, ágak és fák halmoztak fel egy nagy tisztáson. Felgyújtották őket. Egy idő után az egyes máglyák lángjai összehúzódtak, alul széles, felül kiélezett, 50-60 méter magas tüzes oszlopot alkotva. Még magasabban a tűz füstnek adta át helyét, amely magasan az égbe szállt. A tűzfüst forgószél elképesztő sebességgel forgott. A fenséges és félelmetes látványt hangos, mennydörgésre emlékeztető zaj kísérte. A forgószél ereje akkora volt, hogy felemelkedett a levegőbe, és félredobta a nagy fákat.

Tekintsük a tüzes tornádó kialakulásának folyamatát. Fa égetésekor hő szabadul fel, amely részben a felmelegített levegő felfelé irányuló áramlásának mozgási energiájává alakul. Az égés során azonban egy másik folyamat is bekövetkezik - a levegő és az égéstermékek ionizációja.

üzemanyag. És bár általában a felmelegített levegő és az üzemanyag égéstermékei elektromosan semlegesek, a lángban pozitív töltésű ionok és szabad elektronok keletkeznek. Az ionizált levegő mozgása a Föld mágneses mezőjében elkerülhetetlenül tüzes tornádó kialakulásához vezet.

Szeretném megjegyezni, hogy a levegő örvényes mozgása nem csak nagy tüzek esetén fordul elő. D.V. Nalivkin Tornádók című könyvében kérdéseket tesz fel: „Nem egyszer beszéltünk már az alacsony dimenziós örvényekkel kapcsolatos rejtvényekről, próbáltuk megérteni, miért forog az összes örvény? Vannak más kérdések is. Miért, amikor a szalma ég, a felmelegített levegő nem egyenes vonalban, hanem spirálban emelkedik fel, és forogni kezd. A forró levegő ugyanúgy viselkedik a sivatagban. Miért nem megy fel por nélkül? Ugyanez történik a párával és a permettel, amikor forró levegő söpör végig a víz felszínén.”

Vannak forgószelek, amelyek vulkánkitörések során keletkeznek, ezeket például a Vezúv felett figyelték meg. Az irodalomban hamuörvénynek nevezik őket – a vulkán által kitört hamufelhők részt vesznek az örvénymozgásban. Az ilyen forgószelek kialakulásának mechanizmusa általában hasonló a tűzörvények kialakulásának mechanizmusához.

Lássuk most, milyen erők hatnak a tájfunokra Földünk nyugtalan légkörében.

CORIOLIS EREJE

Egy tehetetlenségi erő, az úgynevezett Coriolis-erő hat egy forgó vonatkoztatási rendszerben mozgó testre, például egy forgó korong vagy labda felületére. Ezt az erőt a vektorszorzat határozza meg (a képletek számozása a cikk első részében kezdődik)

F K = 2M[ VΩ], (20)

Ahol M- testtömeg; V - testsebesség vektor; Ω - a vonatkoztatási rendszer forgási szögsebességének vektora, abban az esetben a földgömb- a Föld forgásának szögsebessége, és [VΩ] - vektorszorzatuk, amely skaláris formában így néz ki:

F l \u003d 2M | v | | Ω | sin α, ahol α a vektorok közötti szög.

A földgömb felszínén mozgó test sebessége két komponensre bontható. Az egyik a golyót érintő síkban fekszik azon a ponton, ahol a test található, más szóval a sebesség vízszintes összetevője: a második, a függőleges komponens merőleges erre a síkra. A testre ható Coriolis-erő arányos elhelyezkedése földrajzi szélességének szinuszával. Az északi féltekén bármely irányban a meridián mentén mozgó testre a Coriolis-erő hat, amely mozgás közben jobbra irányul. Ez az az erő, amely az északi félteke folyóinak jobb partját mossa el, függetlenül attól, hogy északra vagy délre folynak. A déli féltekén mozgás közben ugyanez az erő balra irányul, és a meridionális irányban folyó folyók elmossák a bal partokat. A földrajzban ezt a jelenséget Baer-törvénynek nevezik. Ha a meder nincs egy vonalban a meridián irányával, a Coriolis-erő kisebb lesz a folyó áramlási iránya és a meridián közötti szög koszinuszával.

Szinte minden tájfunok, tornádók, ciklonok és mindenféle forgószelek kialakulásával, valamint azok további mozgásával foglalkozó tanulmányok azt mutatják, hogy a Coriolis-erő az előfordulásuk kiváltó oka, és ő határozza meg a légörvény pályáját. mozgásuk a Föld felszínén. Ha azonban a Coriolis-erő részt vett a tornádók, tájfunok és ciklonok létrehozásában, akkor az északi féltekén jobbra - az óramutató járásával megegyezően, a délen - balra, azaz ellen. De az északi félteke tájfunjai, tornádói és ciklonjai balra, az óramutató járásával ellentétes irányban, a déli féltekén pedig jobbra, az óramutató járásával megegyezően forognak. Ez abszolút nem felel meg a Coriolis-erő hatásának irányának, sőt, egyenesen ellentétes vele. Mint már említettük, a Coriolis-erő nagysága arányos a földrajzi szélesség szinuszával, ezért a pólusokon a legnagyobb, az egyenlítőn pedig hiányzik. Következésképpen, ha hozzájárulna a különböző léptékű örvények létrejöttéhez, azok leggyakrabban a poláris szélességi körökben jelennének meg, ami teljesen ellentmond a rendelkezésre álló adatoknak.

A fenti elemzés tehát meggyőzően bizonyítja, hogy a Coriolis-erőnek semmi köze a tájfunok, tornádók, ciklonok és mindenféle örvények kialakulásához, amelyek kialakulásának mechanizmusairól az előző fejezetekben volt szó.

Úgy gondolják, hogy a Coriolis-erő határozza meg a pályájukat, különösen mivel az északi féltekén a tájfunok, mint meteorológiai képződmények, mozgásuk során jobbra, délen pedig balra térnek el, ami megfelel az iránynak. a Coriolis-erő ezeken a féltekéken. Úgy tűnik, hogy megtalálták a tájfunok pályáinak eltérésének okát - ez a Coriolis-erő, de ne rohanjunk a következtetésekkel. Ahogy fentebb említettük, amikor egy tájfun a Föld felszínén mozog, egyetlen objektumként a Coriolis-erő hatni fog rá:

F c = 2MVΩ sin θ cos α, (21)

ahol θ - földrajzi szélesség tájfun α a tájfun egészének sebességvektora és a meridián közötti szög.

Ahhoz, hogy megtudjuk a tájfun pályáinak eltérésének valódi okát, próbáljuk meg meghatározni a tájfunra ható Coriolis-erő értékét, és összehasonlítani egy másik, amint látni fogjuk, valósabb erővel.

MAGNUS EREJE

A passzátszél által mozgatott tájfunra olyan erő hat, amelyet a szerző tudomása szerint még egyetlen kutató sem vett figyelembe ebben az összefüggésben. Ez a tájfun, mint egyetlen tárgy kölcsönhatási ereje a tájfunt mozgató légáramlással. Ha megnézi a tájfunok pályáját ábrázoló ábrát, láthatja, hogy a folyamatos fújás hatására keletről nyugatra haladnak. trópusi szelek, passzátszelek, amelyek a földgömb forgása miatt keletkeznek. A passzátszél ugyanakkor nemcsak keletről nyugatra viszi a tájfunt. A leglényegesebb, hogy a passzátszél tájfunjára olyan erő hat, amely a tájfun légáramainak és a passzátszél légáramainak kölcsönhatásából ered.

A ráeső folyadék- vagy gázáramban forgó testre ható keresztirányú erő fellépésének hatását G. Magnus német tudós fedezte fel 1852-ben. Ez abban nyilvánul meg, hogy ha egy forgó körhenger a tengelyére merőlegesen forgó (lamináris) áramlás körül áramlik, akkor a hengernek abban a részében, ahol felületének lineáris sebessége ellentétes a szembejövő áramlás sebességével, egy megnövekedett nyomású terület keletkezik. És az ellenkező oldalon, ahol a felület lineáris sebességének iránya egybeesik a szembejövő áramlás sebességével, van egy alacsony nyomású terület. A henger ellentétes oldalán lévő nyomáskülönbség Magnus-erő kialakulásához vezet.

A feltalálók kísérleteket tettek Magnus erejének felhasználására. Olyan hajót terveztek, szabadalmaztattak és építettek, amelyre vitorlák helyett függőleges hengereket szereltek fel, amelyeket hajtóművek forgatnak. Az ilyen forgó hengeres "vitorlák" hatékonysága egyes esetekben még a hagyományos vitorlák hatékonyságát is meghaladta. A Magnus-effektust olyan futballisták is használják, akik tudják, hogy ha a labdának ütés közben forgó mozgást adunk, akkor a repülési pályája görbe vonalú lesz. Egy ilyen ütéssel, amit "száraz levélnek" neveznek, szinte a futballpálya sarkából lehet a labdát az ellenfél kapujába küldeni, ami egy vonalban van a kapuval. Elütéskor a labdát röplabdázók, teniszezők és pingpongozók csavarják. Az örvénylő labda összetett pályán történő mozgása minden esetben sok problémát okoz az ellenfélnek.

Térjünk azonban vissza a passzátszél által megmozgatott tájfunhoz.

Az óceánok trópusi szélességein a passzátszelek, a stabil légáramlatok (évente több mint tíz hónapig folyamatosan fújnak), területük 11 százalékát borítják az északi féltekén, a déli pedig akár 20 százalékát is. A passzátszelek fő iránya keletről nyugatra, de 1-2 kilométeres magasságban kiegészülnek az egyenlítő felé fújó meridionális szelek. Ennek eredményeként az északi féltekén a passzátszelek délnyugatra, a déli

Északnyugatra. A passzátszelek Kolumbusz első expedíciója (1492-1493) után váltak ismertté az európaiak előtt, amikor résztvevőit lenyűgözte az erős északkeleti szelek stabilitása, amelyek Spanyolország partjairól karavellákat szállítottak az Atlanti-óceán trópusi vidékein.

A tájfun gigantikus tömegét passzátszélben forgó hengernek tekinthetjük. Mint már említettük, a déli féltekén az óramutató járásával megegyező, az északi féltekén pedig azzal ellentétes irányban forognak. Ezért a passzátszél erőteljes áramlásával való kölcsönhatás miatt a tájfunok mind az északi, mind a déli féltekén eltérnek az egyenlítőtől - északra, illetve délre. Mozgásuk ilyen jellegét jól megerősítik a meteorológusok megfigyelései.

(A vége következik.)

Ampere törvénye

1920-ban Henre Marie Ampère francia fizikus kísérleti úton felfedezett egy új jelenséget - két vezető kölcsönhatását az árammal. Kiderült, hogy két párhuzamos vezetéket vonz vagy taszít a bennük lévő áram irányától függően. A vezetők hajlamosak közeledni egymáshoz, ha az áramok azonos irányú (párhuzamos) folynak, és távolodnak egymástól, ha az áramok ellentétes irányúak (antipárhuzamos). Ampère helyesen tudta megmagyarázni ezt a jelenséget: létezik az áramok mágneses mezőinek kölcsönhatása, amelyet a „gyertyán szabálya” határoz meg. Ha a karmantyút az I áram irányába csavarjuk be, a fogantyújának mozgása a H mágneses erővonalak irányát jelzi.

Két párhuzamosan repülő töltött részecske szintén elektromos áramot képez. Ezért pályájuk a részecsketöltés előjelétől és mozgásuk irányától függően konvergálni vagy eltérni fog.

A nagyáramú elektromos tekercsek (szolenoidok) tervezésénél figyelembe kell venni a vezetők kölcsönhatását - a menetükön átfolyó párhuzamos áramok nagy erőket hoznak létre, amelyek összenyomják a tekercset. Vannak esetek, amikor egy csőből készült villámhárító egy villámcsapás után hengerré alakult: a villámkisülési áram mágneses mezői több száz kiloamperes erővel összenyomják.

Az Ampère-törvény alapján az áramerősség szabványos mértékegysége SI-ben van beállítva - amper (A). A "fizikai mennyiségek egységei" állami szabvány meghatározza:

„Egy amper egyenlő azzal az áramerősséggel, amely két párhuzamos, végtelen hosszúságú és elhanyagolható keresztmetszeti területű, vákuumban egymástól 1 m távolságra elhelyezkedő egyenes vonalú vezetőn áthaladva 2-vel egyenlő kölcsönhatási erőt okozna. . 10-7 N".

Részletek a kíváncsiskodóknak

MAGNUS ÉS CORIOLIS ERŐI

Hasonlítsuk össze a Magnus- és a Coriolis-erők hatását egy tájfunra, első közelítésként a passzátszél által körbeáramló forgó léghenger formájában. Az ilyen hengerre ható Magnus-erő egyenlő:

F m = DρHV n V m / 2, (22)

ahol D a tájfun átmérője; ρ a passzátszél levegősűrűsége; H a magassága; V n > - légsebesség passzátszélben; V t - lineáris légsebesség tájfunban. Egyszerű átalakításokkal azt kapjuk

Fм = R 2 HρωV n , - (23)

ahol R a tájfun sugara; ω a tájfun szögsebessége.

Feltételezve az első közelítésben, hogy a passzát levegő sűrűsége megegyezik a tájfun levegősűrűségével, megkapjuk

M t \u003d R 2 Hρ, - (24)

ahol M t a tájfun tömege.

Ekkor a (19) így írható fel

F m \u003d M t ωV p - (25)

vagy F m \u003d M t V p V t / R. (26)

Ha a Magnus-erő kifejezését elosztjuk a Coriolis-erő (17) kifejezésével, megkapjuk

F m / F k \u003d M t V p V t / 2RMV p Ω sinθ cosα (27)

vagy F m / F k \u003d V t / 2RΩ sinθ cosα (28)

Figyelembe véve, hogy szerint nemzetközi osztályozás A trópusi ciklont tájfunnak tekintjük, amelyben a szél sebessége meghaladja a 34 m / s-t, ezt a legkisebb értéket vesszük a számításokhoz. Mivel a tájfunok kialakulásának legkedvezőbb földrajzi szélessége 16 o, ezért θ = 16 o-t veszünk, és mivel közvetlenül a tájfunok kialakulása után szinte szélességi pályák mentén mozognak, α = 80 o-t veszünk. Egy közepes méretű tájfun sugara 150 kilométer. Az összes adatot behelyettesítve a képletbe, azt kapjuk

F m / F k \u003d 205. (29)

Más szavakkal, Magnus ereje kétszázszor haladja meg Coriolis erejét! Így egyértelmű, hogy a Coriolis-erőnek nincs köze nemcsak a tájfun létrehozásának folyamatához, hanem a pályájának megváltoztatásához sem.

A passzátszél tájfunjára két erő hat – a fent említett Magnus-erő és a passzát szél aerodinamikai nyomásereje a tájfunra, ami egy egyszerű egyenletből megállapítható.

F d \u003d KRHρV 2 p, - (30)

ahol K a tájfun légellenállási együtthatója.

Könnyen belátható, hogy a tájfun mozgását az eredő erő hatása határozza meg, amely a Magnus-erők és az aerodinamikai nyomás összege, amely p szöget zár be a levegő mozgásának irányával. passzátszél. Ennek a szögnek az érintője megtalálható az egyenletből

tgβ = F m /F d. (31)

A (26) és (30) kifejezéseket (31) behelyettesítve egyszerű transzformációk után megkapjuk

tgβ = V t /KV p, (32)

Nyilvánvaló, hogy a tájfunra ható F p erő érinti a pályáját, és ha ismert a passzátszél iránya és sebessége, akkor ezt az erőt kellő pontossággal ki lehet számítani egy adott tájfunra. így meghatározza további pályáját, ami minimalizálja az általuk okozott károkat. A tájfun pályája előre megjósolható lépésről lépésre módszer, míg pályájának minden pontjában ki kell számítani a keletkező erő valószínű irányát.

Vektor formában a (25) kifejezés így néz ki:

F m=M [ωV n ]. (33)

Könnyen belátható, hogy a Magnus-erőt leíró képlet szerkezetileg megegyezik a Lorentz-erőképlettel:

F l = q .

Ezeket a képleteket összehasonlítva és elemezve azt látjuk, hogy a képletek szerkezeti hasonlósága elég mély. Így mindkét vektorszorzat bal részei (M& #969; és q V) jellemzi az objektumok paramétereit (tájfun és elemi részecske), és a megfelelő részeket ( V n és B) - környezetek (passzátszél sebessége és mágneses mező indukciója).

Fizpraktikum

CORIOLIS A JÁTÉKOSRA ERŐLT

Egy forgó koordinátarendszerben például a földgömb felszínén Newton törvényei nem teljesülnek – az ilyen koordinátarendszer nem tehetetlen. Egy további tehetetlenségi erő jelenik meg benne, amely a test lineáris sebességétől és a rendszer szögsebességétől függ. Ez merőleges a test röppályájára (és sebességére), és Coriolis-erőnek nevezik Gustave Gaspard Coriolis (1792-1843) francia szerelő után, aki elmagyarázta és kiszámította ezt a többleterőt. Az erőt úgy irányítják, hogy a sebességvektorral való egybeeséshez derékszögben kell elforgatni a rendszer forgási irányába.

Két egyszerű kísérlet felállításával megtekintheti, hogyan „működik” a Coriolis-erő egy elektromos lemezjátszó segítségével. Ezek végrehajtásához vágjon ki egy kört vastag papírból vagy kartonból, és helyezze a lemezre. Forgó koordináta-rendszerként fog szolgálni. Rögtön jegyezzük meg: a játékos korongja az óramutató járásával megegyezően forog, a Föld pedig ellene. Ezért a modellünkben szereplő erők a Földön megfigyeltekkel ellentétes irányba fognak irányulni a féltekénkben.

1. Helyezzen két köteg könyvet a lejátszó mellé, közvetlenül a lemeze fölé. Helyezzen vonalzót vagy egyenes rudat a könyvekre úgy, hogy annak egyik széle a korong átmérőjére essen. Ha egy rögzített lemezzel egy vonalat húzunk a rúd mentén puha ceruzával, annak közepétől a széléig, akkor természetesen egyenes lesz. Ha most elindítjuk a játékost, és egy ceruzát rajzolunk a rúd mentén, az egy görbe vonalú pályát fog rajzolni balra, teljes összhangban a G. Coriolis által kiszámított törvényekkel.

2. Építsen egy csúszdát könyvhalomból, és ragasszon rá egy vastag papírhornyot ragasztószalaggal a lemez átmérője mentén. Ha egy kis golyót görgetünk a csúszda mentén egy rögzített korongra, akkor az átmérője mentén gördül. Egy forgó korongon pedig balra fog menni (kivéve persze, ha a gördülés közbeni súrlódás kicsi).

Fizpraktikum

A MAGNUS HATÁS AZ ASZTALRA ÉS A LEVEGŐBEN

1. Ragasszon ki egy kis hengert vastag papírból. Helyezzen egy köteg könyvet az asztal széléhez, és csatlakoztassa az asztal széléhez egy deszkával. Amikor a papírhenger legördül a kapott tárgylemezen, ésszerűen elvárhatjuk, hogy egy parabola mentén elmozduljon az asztaltól. Ehelyett azonban a henger élesen a másik irányba kanyarítja a pályát és az asztal alá repül!

Paradox viselkedése teljesen érthető, ha felidézzük Bernoulli törvényét: a gáz- vagy folyadékáramban a belső nyomás minél kisebb, annál nagyobb az áramlási sebesség. E jelenség alapján működik például a szórópisztoly: a magasabb légköri nyomás csökkentett nyomású légáramba préseli a folyadékot.

Érdekes módon bizonyos mértékig az emberi áramlások is engedelmeskednek Bernoulli törvényének. A metróban, a mozgólépcső bejáratánál, ahol nehézkes a forgalom, sűrű, erősen sűrített tömegben gyűlnek össze az emberek. A gyorsan mozgó mozgólépcsőn pedig szabadon állnak - az utasok áramlásában lecsökken a „belső nyomás”.

Amikor a henger leesik, tovább forog, a sebessége jobb oldal kivonjuk a szembejövő légáramlás sebességéből, és hozzáadjuk a bal oldali sebességet. A relatív légáramlási sebesség a hengertől balra nagyobb, a nyomás pedig kisebb, mint jobbra. A nyomáskülönbség hatására a henger hirtelen megváltoztatja a pályáját, és az asztal alá repül.

Coriolis és Magnus törvényeit figyelembe veszik a rakéták kilövésénél, a nagy távolságra történő pontos lövöldözésnél, a turbinák, giroszkópok stb.

2. Tekerje be többször a papírhengert papírral vagy textilszalaggal. Ha most élesen meghúzza a szalag végét, az letekeríti a hengert, és egyúttal transzlációs mozgást ad neki. Ennek eredményeként Magnus erőinek hatására a henger repülni fog, leírva a levegőben lévő holt hurkokat.