Создание области пониженного давления
В газовой среде (сжимаемой жидкости) возможно формирование областей повышенного или пониженного давления. Для восстановления равновесия газ стремится перераспределиться и начинает двигаться из области повышенного давления в область пониженного. При этом движении он увлекает находящиеся в нем объекты. Одним из способов создания области пониженного давления является формирование газового ламинарного потока (струи). Убедиться в этом легко, если попытаться продуть струю воздуха между двумя листами бумаги. Чем сильнее струя, тем сильнее будут притягиваться листы друг к другу. Если же продувать две струи навстречу друг другу, то между листами бумаги возникнет область повышенного давления и они начнут отталкиваться друг от друга. Таким образом, возникает эффект возникновения между листами бумаги сил притяжения или отталкивания. Главной же причиной возникновения этих газодинамических сил является появление области повышенного или пониженного давления. Направление действия таких сил перпендикулярно направлению ламинарного потока.
Рисунок 1 . Продувка газа между листами бумаги (из книги Антонова В.М. )
Аналогичные эффекты способны создавать вихревые струи газа. Одна вихревая струя создает в окружающем пространстве область пониженного давления. Две вихревые струи, направленные навстречу друг другу , создают в окружающем пространстве область повышенного давления .
Рисунок 2. Создание вихрями областей пониженного или повышенного давления
Газовая вихревая струя имеет тенденцию превращаться в газовую трубку с явно выраженными стенками. Линейные размеры трубки вдоль оси вращения обычно намного больше диаметра трубки. Чем больше скорость стенок, тем большей энергией они обладают. В атмосфере Земли калиброванными газовыми трубками являются самые разрушительные вихри — смерчи с диаметром стенок около 10 метров. Их стенки вращаются со звуковой скоростью. Это подтверждается экспериментальными наблюдениями и теоретическими расчетами, выполненными в 1936 году Кастериным.
Рисунок 3. Взаимодействие объектов, вращающихся в газовой среде
Области пониженного или повышенного давления могут создаваться между двумя вращающимися телами. Вращающиеся объекты увлекают во вращение и окружающие их слои газа. Между двумя вращающимися в противоположные стороны объектами возникает общая струя газа. Она способствует понижению давления в пространстве между объектами, в результате чего между ними возникает дополнительная сила притяжения. Чем больше скорость вращения объектов, тем больше сила притяжения. Между двумя вращающимися в одну сторону объектами увлеченные во вращение потоки газа направлены встречно друг другу . Это способствует повышению давления в пространстве между объектами, в результате чего между ними возникает сила отталкивания . Чем больше скорость вращения объектов, тем больше сила отталкивания. Газодинамические силы подобного вида сонаправлены или противоположно направлены силе гравитации. То есть, они либо усиливают, либо уменьшают гравитационный эффект. Поэтому, газодинамические силы, возникающие между вращающимися телами, еще можно называть гравидинамическими силами. В обычных условиях действие этих сил настолько пренебрежительно мало, что ими можно пренебречь при расчетах. Однако, величина гравидинамических сил возрастает с увеличением скорости вращения и после достижения некой критической скорости начинает превышать величину гравитационных сил. При таких параметрах пренебрегать этими силами никак нельзя. Особый интерес вызывает то, что под действием гравидинамических сил тела могут не только притягиваться, но и отталкиваться друг от друга. Механизм возникновения гравидинамических сил не сможет проявиться, если вокруг вращающегося тела отсутствует среда. В данной монографии в качестве среды рассматривается только газообразная среда. Вращающее тело увлекает во вращение окружающую среду с помощью механического перераспределения импульсов между телом и хаотически сталкивающимися с ним частицами среды.
Рисунок 4 . Воздействие вращающегося тела на окрестные тела
Кроме гравидинамических сил притяжения и гравидинамических сил отталкивания существует еще третий тип — гравидинамические силы смещения. Направление их действия перпендикулярно направлению действия гравидинамических сил первого и второго типа . Причина их проявления в том, что увлекаемая во вращение вращающаяся среда воздействует и на окрестные тела, увлекая их во вращение вокруг вращающегося тела.
Удобнее всего проводить эксперименты с двумя вращающимися шарами одинакового размера. В этом случае отпадают побочные эффекты, связанные с несимметричностью тел. Если направление вращения шаров одинаково, то между шарами возникнет сила отталкивания, которая немного отодвинет шары друг от друга. Одновременно с этим начнется вращение шаров вокруг общего центра масс. Объяснение подобного явления довольно простое. Во всем виновата газовая среда, окружающая шары. Каждый вращающий шар увлекает во вращение окружающую газовую среду. А вращающаяся среда воздействует на другой шар — работают гравидинамические силы смещения . При очень большой скорости вращения для наблюдателя система вращающихся вокруг общего центра шаров примет вид сплошного тора.
Рисунок 5. Взаимодействие вращающихся в одну сторону сфероидов
Если направление вращения быстровращающихся шаров разное, то, при сближении их до некоторого критического расстояния, начнется самопроизвольное сближение до полного контакта, с увеличением скорости вращения. Для усиления эффекта можно увеличить поверхность шаров (сделать вмятины и углубления). Эффект объясняется одинаковым направлением вращения соприкасающихся поверхностей. Между шарами образуется направленный поток среды, уменьшающий давление на поверхность шаров. Возникает сила притяжения, многократно превышающая силу гравитации. Одновременно с притяжением будет наблюдаться еще один эффект. Оба шара приобретут поступательную скорость в одном направлении. Это вихрь газа вокруг одного шара толкает другой шар (и наоборот). То есть, действие гравидинамических сил смещения имеет одно направление.
Рисунок 6 . Взаимодействие вращающихся в разные стороны сфероидов
Если вращение одного шара остановить и привести в спокойное состояние, а второй шар продолжать раскручивать, то возникнет новое явление. Спокойный шар начнет вращаться вокруг собственной оси и начнет двигаться вокруг быстровращающегося шара. Вращаться шар начнет в направлении, противоположном вращению быстровращающегося шара.
Рисунок 7 . Взаимодействие вращающегося и не вращающегося сфероидов
Добавление дыма в окружающий установку воздух позволит обнаружить вихри воздуха вокруг шаров. Форма вихрей и размеры будут постепенно изменяться при медленном сближении вращающихся шаров.
Рисунок 8 . Дисковая система, вид с экватора и с полюса
Если массивное вращающееся тело имеет форму шара, то чем ближе к экватору, тем большее воздействие оказывает вовлеченная во вращение среда. Действием гравидинамических сил можно пренебречь уже за пределами плоскостей, параллельных плоскости экватора, ограничивающих вращающее тело. Наибольшему воздействию подвергаются тела, непосредственно находящиеся в плоскости экватора вращающегося тела. В этой плоскости наибольшая скорость вращения окружающей среды. Следствием увеличения скорости является уменьшение давления. Стекающий в область пониженного давления газ увлекает за собой и находящиеся в нем пыль и мелкие тела. Таким образом, комбинированное действие гравидинамических и гравитационных сил приводит к тому, что вся совокупность газа, пыли и мелких тел группируются в дисковую спутниковую систему в плоскости экватора массивного быстро вращающегося тела.
Рисунок 9. Исправление наклона орбиты вновь захваченного в систему тела
Гравитационное поле центрального массивного вращающегося тела может захватить в сферу своего влияния новые мелкие тела. Первоначально орбита такого тела может быть наклонена к плоскости диска . Но орбита постепенно будет смещаться и совместится с плоскостью диска по причине действия стекающего к экватору газа.
Рисунок 10 . Линейные скорости объектов с разным расстоянием от вращающегося тела
Окружающая вращающее тело газовая среда не может вращаться по законам твердого тела, так как слои газа не имеют жесткого сцепления между собой. Поэтому, чем дальше слой газа от поверхности тела, тем меньше его скорость вращения. То же самое будет и со скоростью увлекаемых во вращение объектов- спутников, плавающих в газовороте.
Рисунок 11 . Появление собственного вращения у окрестных тел
Так как разные слои газа вращаются с разной скоростью, то на любое тело, находящееся в экваториальной плоскости быстро вращающегося тела, будет воздействовать вращающий момент сил, который будет отталкивать спутник от центрального тела и поворачивать. Чем ближе к центральному вращающемуся телу и чем больше диаметр спутника, тем больше вращающий момент. В результате чего окрестное тело начнет вращаться в сторону, противоположную вращению центрального тела.
Прямо противоположные эффекты будут наблюдаться в случае формирования центрального тела и его спутников из единого газопылевого вихря. В этом случае срабатывает закон сохранения момента вращения. Момент вращения родительского облака достанется по наследству слипшимся из пыли телам.
Рисунок 12 . Вращение тел, сформировавшихся из единого газопылевого облака
Расстояние спутника от центрального тела будет определяться балансом между гравитационной силой притяжения и суммой отталкивающих сил (центробежной и гравидинамической). При установлении баланса сил на окрестное тело-спутник будет воздействовать только вращающиеся слои газа. Спутник будет плыть в этих слоях подобно щепке в реке, по стационарной круговой орбите, не приближаясь и не удаляясь от центрального тела.Спутники, также как и материнское тело, будут притягивать пыль из материнского газопылевого вихря. Уменьшение радиуса вращения пыли и падение на спутник есть причина тенденции к увеличению момента вращения спутника. С другой стороны, должна действовать противоположная сила, связанная с вращением материнского тела, пытающая сменить знак момента вращения.
Подытожим, что в результате эффекта вращения между телами появляются новые силы (смещения, притяжения и отталкивания), отсутствующие между невращающимися телами. Величина этих сил зависит от скорости вращения. В дальнейшем будем назвать такие силы гравидинамическими силами .
Источник
Источник
Воздушные массы постоянно циркулируют в атмосфере. Их названия соответственны тому месту на карте, где они были образованы. Воздушные массы бывают континентальные (образовываются над сушей) и морские (образовываются над водной поверхностью). Они оказывают давление на поверхность земли и на всех населяющих ее существ. Это воздействие имеет разную силу. Область пониженного давления в атмосфере – это шторм или циклон. Однако это касается измерений на поверхности, соотносимой с уровнем моря. В горах областью пониженного давления характеризуется нормальное состояние атмосферы. Это обычное явление здесь.
Атмосферное давление
Область пониженного давления в атмосфере – это относительный показатель.
Его следует рассматривать как параметр, измеряемый над уровнем моря. Нормальным считается в этом случае величина 765 мм ртутного столба. Чем больше высота производимых измерений, тем формирующиеся области атмосферного давления становятся ниже. На границе снежных шапок в горах этот показатель считается нормальным при значении 350 мм ртутного столба.
Благодаря этому понятие областей пониженного атмосферного давления рассматривается с точки зрения показателя и окружающих воздушных масс. Для каждой местности, где были они сформированы, определяют характерные особенности, влияющие на циркуляцию. Определение погоды в том или ином регионе всегда соотносится с исследованиями всех природных явлений, возникающих в регионе.
Циркуляция воздуха
Образование областей пониженного атмосферного давления воздуха связано с процессом его циркуляции.
Она происходит из-за наклона земной оси и неоднородности прогрева планеты на экваторе и полюсах.
Область пониженного атмосферного давления воздуха формируется благодаря высоким температурам на экваторе. Он при нагреве расширяется и поднимается вверх. А учитывая тот факт, что на полюсах происходит обратное действие и возникает повышенное давление, происходит циркуляция воздушных масс.
Причем, если в одной области образовывается низкое давление, то в другой обязательно будет формироваться повышенное.
Определение циклона
Область пониженного давления в атмосфере – это циклон. Он проявляется в виде шторма или даже смерча. В центре циклона давление значительно ниже, чем по краям.
Если он образовался в северном полушарии, движение воздушных масс будет совершаться против циркуляции часовой стрелки. В южной стороне планеты – наоборот. Сила Кориолиса двигает циклон вправо, а в южном – влево.
Область пониженного атмосферного давления, где формируется смерч или шторм, располагается изначально над водной поверхностью. Поэтому такое явление природы приносит с собой дождливую, облачную погоду. Частые порывы ветра вызваны разницей давления в центре и периферии циклона. Область пониженного атмосферного давления воздуха формируется с летними дождями и похолоданием, а зимой – оттепелями и снегопадами. Воздух при этом движется от края циклона к его центру, где он поднимается и охлаждается.
Механизм образования
Вихрь циклона принято называть «кольцом змеи». Его диаметр порой достигает нескольких тысяч километров.
Область пониженного давления воздуха формируется в умеренных широтах. Это происходит при столкновении теплых влажных воздушных потоков со стороны экватора с холодными сухими потоками с полюсов. Между этими противоположностями появляется граница, называемая фронтом. Холодный воздух немного оттесняет теплый слой. Его массы сталкиваются между собой. Начинается эллипсоидное движение. Захватывая близлежащие слои воздуха, циклон движется со скоростью до 50 км/ч. Периферия вращается быстрее, чем центр. В зависимости от расположения возникновения, случаются порой очень сильные шторма. Они несут разрушения порой невообразимых масштабов. Область пониженного давления в атмосфере – это смерч. В его центре наблюдается недостаток воздуха. Холодные ветра восполняют его. Теплые воздушные потоки вытесняется вверх, остывает, а влага конденсируется в виде осадков. Продолжительность жизни шторма разная и зависит от географии местности.
Тропический вихрь
Вихри тропических широт гораздо сильнее образующихся в умеренных широтах циклонов.
В районе 5-20 градусов южной и северной широты над поверхностью океана возникают подобные природные явления. Там, где формируется область пониженного атмосферного давления, происходит движение воздушных масс. Однако в тропических циклонах оно порой очень велико. Достигает 10-30 м/с. Центр его называют «глаз бури». Здесь наблюдается тихая погода. Чем он шире, тем разрушительнее буря. Обычно «глаз бури» составляет 30 км, но бывает, доходит до 70 км. Глобальное потепление приводит к увеличению мощи циклонов тропических широт. Конечно, встречаются и незначительные по силе подобные погодные явления. Однако мощные штормы и ураганы порой доходят до Европейских стран, Америки, где оставляют колоссальные разрушения с многочисленными жертвами.
Виды циклонов
Область пониженного атмосферного давления воздуха бывает различной силы. Различают 4 типа циклонов:
- Возмущение, которое характеризуется движением воздуха со скоростью не более 17 м/с.
- Депрессия – скорость находится в диапазоне 17-20 м/с.
- Штормом называю циклон, центр которого движется до 38 м/с.
- Если движение «глаза бури» превышает 39 м/с, это уже ураган.
Это общепринятая классификация. Природа порой подбрасывает человечеству «сюрпризы» в виде непредвиденных по силе в нехарактерных широтах бурь. Например, в 1999 г. Западню Европу потряс мощный ураган «Лотарь». Метеорологи его не смогли предвидеть, так как его чудовищная сила привела к зашкаливанию датчиков. Некоторые из них даже не сработали.
Более 70 человек погибли из-за разбушевавшейся стихии.
Наименование вихрей
Чтоб избежать путаницы в определении метеорологами циклонов, область пониженного атмосферного давления начали называть каждый своим именем. Они отражали все его параметры, координаты и скорость передвижения. Было предложено именовать их цифрами и буквами, названиями птиц и животных. Очень популярным было называть циклоны женскими именами. Это было удобно и эффективно. Однако в конце 70-х и мужские имена стали применяться для таких целей. Подобная система позволила избежать ошибок и путаницы при обмене информацией о приближающемся шторме.
Ознакомившись с представленной выше информацией, можно прийти к выводу, что область пониженного давления – это циклон. Он приносит с собой влажную, пасмурную погоду. По силе различают как незначительные возмущения, так и ужасающие ураганы. Они могут принести как незначительные ухудшения погоды, так и крайне большие разрушения. Разобравшись в механизме их возникновения, можно понять, почему с каждым годом наблюдается рост сильных бурь и смерчей, которые порой появляются в совершенно непредвиденных для них областях. К этому приводит глобальное потепление, вызванное деятельностью человека на планете.
Источник
Как известно, любое, самое выстуженное помещение можно нагреть. Достаточно только затопить печку. Холодный воздух над горячей печкой нагреется, станет легче, поднимется вверх, а на его место придет воздух холодный, еще не прогретый. В помещении начинается циркуляция воздуха, и довольно скоро становится тепло. Была бы только печка хорошая да топлива в достатке.
Если считать Землю большим домом человечества, то печка у нас хорошая. Это – Солнце. Топлива там на ближайший миллион лет хватит. И обогревает Солнце нашу Землю очень интенсивно, однако, не равномерно. Там, где его лучи падают на земную поверхность отвесно, она нагревается сильнее. Там же, где солнечные лучи падают на Землю под углом, поверхность Земли прохладнее. Почему? Потому что во втором случае, на единицу земной поверхности падает меньше солнечной энергии. Поэтому на Земле сильнее всего нагреваются экваториальные области, а холоднее всего – на полюсах.
Итак, в некоторых местах нашей глобальной «избушки» гораздо жарче, чем в других. А в некоторых – вообще ледник.
Как известно, природа не терпит неравенства. По крайней мере, неравенства температур. Согласно фундаментальному закону, который называется вторым началом термодинамики, в замкнутой системе (а такой в определенной степени можно считать нашу планету) обязательно возникнут процессы, которые будут способствовать выравниванию температур. Помните, за счет чего обогревается комната, где топится печка? За счет циркуляции воздуха. Воздуха у нас на Земле хватает. Неравенство температур на экваторе и на полюсах нашей планеты поддерживает постоянную циркуляцию воздушных масс. Которая, собственно, и определяет погоду.
В экваториальных и тропических районах воздух от соприкосновения с нагретой поверхностью суши или океана нагревается и поднимается вверх. За счет этого давление здесь всегда пониженное. Из мест, где температура ниже сюда устремляется более холодный воздух. Возникает ветер. За счет вращения Земли эти ветры в северном полушарии закручиваются против часовой стрелки, а в южном – по часовой (если смотреть сверху). Таким образом, возникает большая и устойчивая «воздушная вихревая труба», по которой теплый воздух уходит вверх, на высоту 9 – 12 километров. Здесь, на границе тропосферы (так сказать, под потолком, нашего глобального жилища) воздух начинает перемещаться в сторону полюсов.
Такой устойчивый вихрь, возникающий вокруг области пониженного атмосферного давления, называется «циклон». Слово это происходит от древнегреческого слова «кюклон», «вращающийся». На фотографиях со спутников циклон выглядит огромной облачной спиралью. Сильные ветры, закручивающиеся вокруг «вихревой трубы» в своем движении несут в область пониженного атмосферного движения облака. А в центре циклона влажный воздух, поднимаясь вверх, охлаждается, собирается в облака, которые проливаются сильными дождями.
Холодный же воздух в свою очередь движется от полюсов в более теплые места. Подняться в верхние слои атмосферы он не может и как бы «ползет» по поверхности земли в разные стороны. Из-за вращения Земли «разлетающиеся» от центра ветры закручиваются по часовой стрелке, то есть в направлении, противоположном движению воздушных масс в циклоне. Поэтому воздушные массы, возникающие над холодными местами, принято называть антициклонами. Поскольку воздух в центре антициклона имеет невысокую влажность, здесь всегда стоит ясная и сухая погода.
Встреча циклонов с антициклонами происходит в средних широтах (в районе 30 градусов северной или южной широты). Взаимодействие циклонов и антициклонов, теплых и холодных воздушных масс, определяет все «чудеса» погоды, которые пытаются предсказать синоптики.
Опубликовано на сайте Топавтор
Полезные ссылки:
Источник