مراقبت از مو

جهت چرخش سیکلون. آنتی سیکلون ها چگونه ایجاد می شوند؟ نیروهای مگنوس و کوریولیس

پ. منتاشیان.

ما به انتشار نسخه ژورنالی مقاله P. N. Mantashyan "گردابها: از مولکول تا کهکشان" ادامه می دهیم (به "علم و زندگی شماره" مراجعه کنید). ما در مورد گردبادها و گردبادها صحبت خواهیم کرد - تشکیلات طبیعیبزرگ نیروی مخرب، مکانیسم وقوع آنها هنوز کاملاً مشخص نیست.

علم و زندگی // تصاویر

نقاشی از کتابی از فیزیکدان آمریکایی بنجامین فرانکلین که مکانیسم گردبادها را توضیح می دهد.

مریخ نورد Spirit کشف کرد که گردبادها در جو نازک مریخ رخ می دهند و از آنها عکس گرفت. عکس از سایت ناسا

گردبادهای غول پیکر و گردبادهایی که در دشت های جنوب ایالات متحده و چین رخ می دهند پدیده ای مهیب و بسیار خطرناک هستند.

علم و زندگی // تصاویر

یک گردباد می تواند به ارتفاع یک کیلومتر برسد و رأس خود را روی آن قرار دهد ابر رعد و برق.

یک گردباد در دریا ده ها تن آب را همراه با جانداران دریایی بالا می برد و می کشد و می تواند یک کشتی کوچک را بشکند و غرق کند. در عصر کشتی های بادبانی، آنها سعی می کردند یک گردباد را با شلیک توپ به سمت آن نابود کنند.

تصویر به وضوح نشان می دهد که گردباد در حال چرخش است و هوا، گرد و غبار و آب باران را به صورت مارپیچی می پیچد.

شهر کانزاس سیتی که توسط یک گردباد قدرتمند به ویرانه تبدیل شد.

نیروهایی که بر روی یک طوفان در جریان باد تجارت عمل می کنند.

قانون آمپر

کوریولیس روی یک میز گردان نیرو می دهد.

اثر مگنوس روی میز و در هوا.

حرکت هوای گرداب نه تنها در طوفان ها مشاهده می شود. گرداب هایی بزرگتر از طوفان وجود دارد - این گرداب ها و پادسیکلون ها هستند، بزرگترین گرداب های هوا در این سیاره. اندازه آنها به طور قابل توجهی از اندازه تایفون ها بیشتر است و می تواند به بیش از هزار کیلومتر قطر برسد. به یک معنا، اینها گردابهای ضد پا هستند: آنها تقریباً همه چیز را برعکس دارند. طوفان های نیمکره شمالی و جنوبی در همان جهت چرخش توفان های این نیمکره ها و پاد سیکلون ها در جهت مخالف می چرخند. یک طوفان آب و هوای نامساعد همراه با بارندگی را به همراه دارد، در حالی که یک طوفان، برعکس، هوای بدی را به همراه دارد، هوای آفتابی. طرح تشکیل یک طوفان بسیار ساده است - همه چیز با تعامل جبهه های جوی سرد و گرم شروع می شود. در این حالت، بخشی از جبهه گرم جوی به شکل نوعی "زبان" جوی به داخل جبهه سرد نفوذ می کند، در نتیجه هوای گرم، سبک تر، شروع به بالا رفتن می کند و در همان زمان دو فرآیند رخ می دهد. در مرحله اول، مولکول های بخار آب تحت تأثیر قرار می گیرند میدان مغناطیسیزمین شروع به چرخش می کند و تمام هوای بالارونده را به حرکت چرخشی می کشاند و یک گرداب هوایی غول پیکر را تشکیل می دهد (به شماره «علم و زندگی» مراجعه کنید). ثانیاً، هوای گرم بالا سرد می شود و بخار آب موجود در آن متراکم می شود و به ابرها تبدیل می شود که به صورت بارش به صورت باران، تگرگ یا برف می ریزند. چنین طوفانی می تواند آب و هوا را برای مدت چند روز تا دو تا سه هفته خراب کند. "فعالیت زندگی" آن با ورود بخش های جدیدی از هوای گرم مرطوب و تعامل آن با جبهه هوای سرد پشتیبانی می شود.

آنتی سیکلون ها با کاهش توده های هوا همراه هستند که به صورت آدیاباتیک هستند، یعنی بدون تبادل حرارت با محیط زیست، آنها را گرم کنید رطوبت نسبیسقوط می کند که منجر به تبخیر ابرهای موجود می شود. در همان زمان، به دلیل تعامل مولکول های آب با میدان مغناطیسی زمین، چرخش ضد سیکلون هوا رخ می دهد: در نیمکره شمالی - در جهت عقربه های ساعت، در نیمکره جنوبی - خلاف جهت عقربه های ساعت. پادسیکلون ها هوای پایدار را برای مدتی از چند روز تا دو تا سه هفته به همراه دارند.

ظاهراً مکانیسم‌های تشکیل طوفان‌ها، پادسیکلون‌ها و طوفان‌ها یکسان است و شدت انرژی ویژه (انرژی در واحد جرم) طوفان‌ها بسیار بیشتر از طوفان‌ها و پادسیکلون‌ها است، تنها به دلیل بیشتر بودن دمای بالاتوده های هوا که توسط تابش خورشیدی گرم می شوند.

گردبادها

از میان همه گرداب هایی که در طبیعت شکل می گیرند، اسرارآمیزترین گردبادها در واقع بخشی از یک ابر رعد و برق هستند. در ابتدا، در مرحله اول گردباد، چرخش فقط در قسمت پایین ابر رعد و برق قابل مشاهده است. سپس بخشی از این ابر به شکل یک قیف غول پیکر آویزان می شود که به طور فزاینده ای بلندتر می شود و در نهایت به سطح زمین یا آب می رسد. به نظر می رسد، همانطور که بود، یک تنه غول پیکر آویزان از یک ابر، که شامل حفره داخلیو دیوارها ارتفاع گردباد از صدها متر تا یک کیلومتر متغیر است و معمولاً برابر با فاصله کف ابر تا سطح زمین است. ویژگیحفره داخلی - کاهش فشار هوا در آن. این ویژگی یک گردباد منجر به این واقعیت می شود که حفره گردباد به عنوان نوعی پمپ عمل می کند که می تواند مقدار زیادی آب را از دریا یا دریاچه به همراه حیوانات و گیاهان بکشد و آنها را در فواصل قابل توجهی منتقل کند و پرتاب کند. آنها همراه با باران پایین می آیند. یک گردباد قادر به حمل بارهای بسیار بزرگ است - اتومبیل، گاری، کشتی های کوچک، ساختمان های کوچک و گاهی اوقات حتی افراد در آنها. یک گردباد قدرت مخرب غول پیکری دارد. هنگامی که با ساختمان ها، پل ها، خطوط برق و سایر زیرساخت ها تماس پیدا می کند، باعث تخریب عظیم می شود.

گردبادها دارای حداکثر شدت انرژی ویژه هستند که با مجذور سرعت جریان هوای گردابی متناسب است. بر اساس طبقه بندی هواشناسی، زمانی که سرعت باد در گرداب بسته از 17 متر بر ثانیه تجاوز نکند، به آن فرورفتگی گرمسیری می گویند، اما اگر سرعت باد از 33 متر بر ثانیه تجاوز نکند، طوفان استوایی است و اگر سرعت باد 34 متر بر ثانیه و بالاتر است، پس این در حال حاضر یک طوفان است. در طوفان های قدرتمند، سرعت باد می تواند بیش از 60 متر بر ثانیه باشد. در یک گردباد، به گفته نویسندگان مختلف، سرعت هوا می تواند از 100 تا 200 متر بر ثانیه برسد (برخی از نویسندگان به سرعت هوای مافوق صوت در گردباد - بیش از 340 متر بر ثانیه اشاره می کنند). اندازه گیری مستقیم سرعت جریان هوا در گردبادها در سطح فعلی توسعه فناوری عملا غیرممکن است. تمام دستگاه هایی که برای ثبت پارامترهای یک گردباد طراحی شده اند، در اولین تماس بی رحمانه توسط آنها شکسته می شوند. سرعت جریان در گردبادها با علائم غیرمستقیم، عمدتاً با تخریب آنها یا وزن بارهایی که حمل می کنند، ارزیابی می شود. علاوه بر این، ویژگی متمایزگردباد کلاسیک - وجود یک ابر رعد و برق توسعه یافته، نوعی باتری الکتریکی که شدت انرژی خاص گردباد را افزایش می دهد. برای درک مکانیسم ظهور و توسعه یک گردباد، اجازه دهید ابتدا ساختار یک ابر رعد و برق را در نظر بگیریم.

ابر طوفانی

در یک ابر رعد و برق معمولی، قسمت بالایی دارای بار مثبت و پایه دارای بار منفی است. به این معنا که یک خازن الکتریکی غول‌پیکر با اندازه‌های چند کیلومتری در هوا شناور است که توسط جریان‌های افزایشی پشتیبانی می‌شود. وجود چنین خازن به این واقعیت منجر می شود که در سطح زمین یا آبی که ابر روی آن قرار دارد، اثر الکتریکی آن ظاهر می شود - القاء شده است. بار الکتریکی، داشتن علامت مخالف علامت بار قاعده ابر، یعنی سطح زمین بار مثبت خواهد داشت.

به هر حال، آزمایش ایجاد بار الکتریکی القایی را می توان در خانه انجام داد. تکه های کوچک کاغذ را روی سطح میز قرار دهید، موهای خشک را با یک شانه پلاستیکی شانه کنید و شانه را به تکه های کاغذ پاشیده شده نزدیک کنید. همه آنها که از روی میز به بالا نگاه می کنند، با عجله به سمت شانه می روند و به آن می چسبند. نتیجه این آزمایش ساده را می توان خیلی ساده توضیح داد. شانه در اثر اصطکاک با مو، بار الکتریکی دریافت می‌کند و بر روی کاغذ باری با علامت مخالف ایجاد می‌کند که طبق قانون کولن، تکه‌های کاغذ را به سمت شانه جذب می‌کند.

در نزدیکی پایه یک ابر رعد و برق توسعه یافته، جریان قدرتمندی از هوای اشباع شده از رطوبت به سمت بالا وجود دارد. علاوه بر مولکول‌های آب دوقطبی، که شروع به چرخش در میدان مغناطیسی زمین می‌کنند، تکانه را به مولکول‌های هوای خنثی منتقل می‌کنند و آنها را به چرخش می‌کشند، یون‌های مثبت و الکترون‌های آزاد در جریان رو به بالا وجود دارند. آنها می توانند در نتیجه قرار گرفتن در معرض مولکول ها تشکیل شوند تابش خورشیدی، پس زمینه رادیواکتیو طبیعی منطقه و در مورد ابر رعد و برق به دلیل انرژی میدان الکتریکی بین قاعده ابر رعد و زمین (بار الکتریکی القایی را به خاطر بسپارید!). به هر حال، به دلیل بار مثبت القایی روی سطح زمین، تعداد یون های مثبت در جریان هوای بالارونده به طور قابل توجهی از تعداد یون های منفی بیشتر است. همه این ذرات باردار، تحت تأثیر جریان هوای بالارونده، به سمت قاعده ابر رعد و برق می‌روند. با این حال، سرعت عمودی ذرات مثبت و منفی در یک میدان الکتریکی متفاوت است. قدرت میدان را می توان با اختلاف پتانسیل بین قاعده ابر و سطح زمین تخمین زد - بر اساس اندازه گیری های محققان، چند ده میلیون ولت است که با ارتفاع قاعده ابر رعد و برق یک تا دو کیلومتر، قدرت میدان الکتریکی ده ها هزار ولت بر متر می دهد. این میدان یون های مثبت را شتاب می بخشد و یون ها و الکترون های منفی را به تاخیر می اندازد. بنابراین، در واحد زمان، بارهای مثبت بیشتری نسبت به بارهای منفی از سطح مقطع جریان رو به بالا عبور می کنند. به عبارت دیگر، بین سطح زمین و پایه ابر وجود خواهد داشت جریان الکتریکی، اگرچه درست تر است که در مورد تعداد زیادی از جریان های ابتدایی که متصل می شوند صحبت کنیم سطح زمینبا پایه ابر همه این جریان ها موازی هستند و در یک جهت جریان دارند.

واضح است که طبق قانون آمپر، آنها با یکدیگر تعامل خواهند داشت، یعنی جذب. از یک درس فیزیک مشخص شده است که نیروی جاذبه متقابل در واحد طول دو رسانا با جریان های الکتریکی که در یک جهت جریان دارند با حاصل ضرب نیروهای این جریان ها نسبت مستقیم و با فاصله بین هادی ها نسبت معکوس دارد.

جاذبه بین دو هادی الکتریکی ناشی از نیروهای لورنتس است. الکترون هایی که در داخل هر هادی حرکت می کنند تحت تأثیر میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان الکتریکی در هادی مجاور قرار می گیرند. آنها توسط نیروی لورنتس که در امتداد یک خط مستقیم که مرکز هادی ها را به هم وصل می کند هدایت می شوند. اما برای ایجاد نیروی جاذبه متقابل، حضور هادی ها کاملاً غیر ضروری است - خود جریان ها کافی است. به عنوان مثال، دو ذره در حال سکون که دارای بار الکتریکی یکسانی هستند، طبق قانون کولن یکدیگر را دفع می کنند، اما ذرات مشابهی که در یک جهت حرکت می کنند، جذب می شوند تا زمانی که نیروهای جاذبه و دافعه یکدیگر را متعادل کنند. به راحتی می توان فهمید که فاصله بین ذرات در موقعیت تعادل فقط به سرعت آنها بستگی دارد.

به دلیل جاذبه متقابل جریان های الکتریکی، ذرات باردار به سمت مرکز ابر رعد و برق هجوم می آورند و در طول مسیر با مولکول های خنثی الکتریکی تعامل می کنند و همچنین آنها را به مرکز ابر رعد و برق منتقل می کنند. سطح مقطع جریان صعودی چندین برابر کاهش می یابد و از آنجایی که جریان می چرخد، طبق قانون بقای تکانه زاویه ای، سرعت زاویه ای آن افزایش می یابد. همان چیزی که برای اسکیت‌بازی که روی یخ می‌چرخد، روی یخ می‌چرخد و آنها را به بدنش فشار می‌دهد و باعث می‌شود سرعت چرخش او به شدت افزایش یابد (نمونه‌ای از کتاب درسی از کتاب‌های درسی فیزیک که می‌توانیم آن را تماشا کنیم، برای جریان رو به بالا اتفاق می‌افتد). تلویزیون!). چنین افزایش شدیدی در سرعت چرخش هوا در یک گردباد با کاهش همزمان قطر آن منجر به افزایش متناظر در سرعت خطی باد می شود که همانطور که در بالا ذکر شد حتی می تواند از سرعت صوت نیز فراتر رود.

وجود یک ابر رعد و برق است که میدان الکتریکی آن ذرات باردار را با علامت جدا می کند، که منجر به این واقعیت می شود که سرعت جریان هوا در یک گردباد از سرعت جریان هوا در یک طوفان بیشتر می شود. به بیان تصویری، یک ابر رعد و برق به عنوان نوعی "عدسی الکتریکی" عمل می کند که در کانون آن انرژی جریان هوای مرطوب به سمت بالا متمرکز شده است که منجر به تشکیل یک گردباد می شود.

گرداب های کوچک

گرداب هایی نیز وجود دارد که مکانیسم تشکیل آنها به هیچ وجه با چرخش یک مولکول آب دوقطبی در یک میدان مغناطیسی مرتبط نیست. رایج ترین آنها شیاطین گرد و غبار هستند. آنها در مناطق بیابانی، استپی و کوهستانی تشکیل می شوند. از نظر اندازه آنها نسبت به گردبادهای کلاسیک پایین تر هستند ، ارتفاع آنها حدود 100-150 متر و قطر آنها چندین متر است. برای ایجاد شیاطین گرد و غبار یک شرط ضروریدشتی است بیابانی با گرمای خوب پس از تشکیل، چنین گردابی برای مدت بسیار کوتاهی وجود دارد، 10-20 دقیقه، تمام این مدت تحت تأثیر باد حرکت می کند. علیرغم این واقعیت که هوای بیابان تقریباً هیچ رطوبتی ندارد، حرکت چرخشی آن با تعامل بارهای اولیه با میدان مغناطیسی زمین تضمین می شود. بر فراز دشتی که به شدت توسط خورشید گرم می شود، جریان قدرتمندی از هوا به سمت بالا ایجاد می شود که برخی از مولکول های آن تحت تأثیر تابش خورشید و به ویژه قسمت فرابنفش آن یونیزه می شوند. فوتون‌های تابش خورشیدی، الکترون‌ها را از لایه‌های الکترونی بیرونی اتم‌های هوا خارج می‌کنند و جفت‌های یون مثبت و الکترون‌های آزاد را تشکیل می‌دهند. با توجه به اینکه الکترون ها و یون های مثبت دارای جرم های متفاوت با بارهای مساوی هستند، سهم آنها در ایجاد تکانه زاویه ای گرداب متفاوت است و جهت چرخش گرداب غبار با جهت چرخش یون های مثبت تعیین می شود. . چنین ستون چرخشی از هوای خشک در حین حرکت، گرد و غبار، ماسه و سنگریزه های کوچک را از سطح بیابان بلند می کند که به خودی خود هیچ نقشی در مکانیسم تشکیل گردباد ندارند، بلکه به عنوان نوعی گردباد هستند. نشانگر چرخش هوا

گرداب‌های هوا، که بسیار نادر هستند، نیز در ادبیات شرح داده شده‌اند. پدیده طبیعی. آنها در گرم ترین زمان روز در سواحل رودخانه ها یا دریاچه ها ظاهر می شوند. طول عمر چنین گرداب هایی کوتاه است. ظاهراً هم مولکول های آب و هم یون ها در گرم و هوای مرطوببه دلیل تابش خورشید

گرداب های آب بسیار خطرناک تر هستند که مکانیسم تشکیل آنها مشابه است. توضیحات حفظ شده است: «در ژوئیه 1949 در ایالت واشنگتن، در یک روز آفتابی گرم با آسمانی بدون ابر، ستون بلنداز پاشیدن آب فقط چند دقیقه وجود داشت، اما قدرت بالابری قابل توجهی داشت. با نزدیک شدن به ساحل رودخانه، یک قایق موتوری نسبتاً سنگین به طول حدود چهار متر را بلند کرد، آن را چند ده متر حمل کرد و با برخورد به زمین، آن را تکه تکه کرد. گرداب های آب در جاهایی که سطح آب به شدت توسط خورشید گرم می شود - در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری رایج است.

جریان هوای چرخشی می تواند در طول آتش سوزی های بزرگ رخ دهد. این گونه موارد در ادبیات شرح داده شده است. «در سال 1840، جنگل‌ها برای کشتزارها در ایالات متحده پاکسازی شدند. مقدار زیادی از چوب برس، شاخه ها و درختان در محوطه بزرگی ریخته شد. به آتش کشیده شدند. پس از مدتی، شعله‌های آتش‌های منفرد به هم چسبیده و ستونی از آتش را تشکیل می‌دهند که در پایین، به سمت بالا، به ارتفاع 50 تا 60 متر است. حتی بالاتر، دودی که به آسمان رفت، جایگزین آتش شد. گردباد آتش و دود با سرعت شگفت انگیزی می چرخید. منظره باشکوه و هولناک همراه بود صدای بلند، یادآور رعد و برق شدت گردباد به حدی بود که درختان بزرگ را به هوا برد و به کناری پرتاب کرد.»

بیایید روند آموزش را در نظر بگیریم گردباد آتشین. هنگامی که چوب می سوزد، گرما آزاد می شود که تا حدی به انرژی جنبشی جریان صعودی هوای گرم تبدیل می شود. با این حال، در طی احتراق فرآیند دیگری رخ می دهد - یونیزاسیون هوا و محصولات احتراق.

سوخت و اگرچه به طور کلی محصولات احتراق هوا و سوخت گرم شده از نظر الکتریکی خنثی هستند، یون های دارای بار مثبت و الکترون های آزاد در شعله تشکیل می شوند. حرکت هوای یونیزه شده در میدان مغناطیسی زمین به ناچار منجر به تشکیل یک گردباد آتشین خواهد شد.

من می خواهم توجه داشته باشم که حرکت هوای گردابی نه تنها در هنگام آتش سوزی های بزرگ اتفاق می افتد. D.V. Nalivkin در کتاب خود "تورنادو" این سؤالات را مطرح می کند: "ما قبلاً بیش از یک بار در مورد اسرار مرتبط با گرداب های کوچک بعدی صحبت کرده ایم، سعی کردیم بفهمیم که چرا همه گرداب ها می چرخند؟ سوالات دیگری نیز مطرح می شود. چرا وقتی کاه می سوزد، هوای گرم شده در یک خط مستقیم بالا نمی رود، بلکه به صورت مارپیچی بالا می رود و شروع به چرخیدن می کند. هوای گرم در بیابان نیز همین رفتار را دارد. چرا بدون هیچ گرد و غباری بالا نمی رود؟ همین اتفاق در مورد اسپری آب و پاشش وقتی هوای داغ روی سطح آب می‌آید، اتفاق می‌افتد.

گرداب هایی وجود دارند که در طول فوران های آتشفشانی به وجود می آیند. در ادبیات، آنها را گرداب های خاکستر می نامند - ابرهای خاکستری که توسط یک آتشفشان فوران می کنند در حرکت گرداب شرکت می کنند. مکانیسم تشکیل چنین گرداب هایی در طرح کلیمشابه مکانیسم تشکیل گردبادهای آتش.

حال ببینیم چه نیروهایی بر توفان ها در جو متلاطم زمین ما وارد می شوند.

نیروی کوریولیس

جسمی که در یک چارچوب مرجع در حال چرخش، به عنوان مثال، روی سطح یک دیسک یا توپ در حال چرخش حرکت می کند، تحت نیروی اینرسی به نام نیروی کوریولیس قرار دارد. این نیرو توسط حاصلضرب بردار تعیین می شود (شماره گذاری فرمول ها در قسمت اول مقاله شروع می شود)

F K = 2M[ VΩ], (20)

کجا م- وزن بدن؛ V بردار سرعت بدن است. Ω - بردار سرعت زاویه ای چرخش سیستم مرجع، در مورد کره زمین- سرعت زاویه ای چرخش زمین، و [VΩ] - حاصلضرب برداری آنها، که در شکل اسکالر به شکل زیر است:

F l = 2M | V | | Ω | sin α، که α زاویه بین بردارها است.

سرعت حرکت جسم روی سطح کره زمین را می توان به دو جزء تقسیم کرد. یکی از آنها در صفحه مماس بر توپ در نقطه ای که جسم قرار دارد قرار دارد، به عبارت دیگر جزء افقی سرعت: جزء دوم عمودی بر این صفحه عمود است. نیروی کوریولیس که بر یک جسم وارد می شود با سینوس عرض جغرافیایی محل آن متناسب است. جسمی که در امتداد یک نصف النهار در هر جهتی در نیمکره شمالی حرکت می کند، تحت تأثیر نیروی کوریولیس است که به سمت راست هدایت می شود. این نیرو است که باعث می شود سواحل راست رودخانه های نیمکره شمالی، صرف نظر از اینکه به سمت شمال یا جنوب جریان داشته باشند، از بین بروند. در نیمکره جنوبی، همان نیرو در حرکت به سمت چپ هدایت می‌شود و رودخانه‌هایی که در جهت نصف النهار جریان دارند، کرانه‌های چپ را می‌شویند. در جغرافیا به این پدیده قانون بیر می گویند. هنگامی که بستر رودخانه با جهت نصف النهار منطبق نیست، نیروی کوریولیس با کسینوس زاویه بین جهت جریان رودخانه و نصف النهار کمتر خواهد بود.

تقریباً تمام مطالعاتی که به شکل گیری طوفان ها، گردبادها، طوفان ها و انواع گرداب ها و همچنین حرکت بیشتر آنها اختصاص یافته است، نشان می دهد که این نیروی کوریولیس است که به عنوان علت اصلی وقوع آنها عمل می کند و مسیر حرکت آنها را تعیین می کند. حرکت در امتداد سطح زمین با این حال، اگر نیروی کوریولیس در ایجاد گردبادها، طوفان‌ها و طوفان‌ها نقش داشته باشد، در نیمکره شمالی چرخش راست در جهت عقربه‌های ساعت و در نیمکره جنوبی چرخش چپ، یعنی خلاف جهت عقربه‌های ساعت، خواهند داشت. اما طوفان ها، گردبادها و طوفان ها در نیمکره شمالی به سمت چپ، خلاف جهت عقربه های ساعت، و در نیمکره جنوبی - به سمت راست، در جهت عقربه های ساعت می چرخند. این کاملاً با جهت تأثیر نیروی کوریولیس مطابقت ندارد ، علاوه بر این ، مستقیماً مخالف آن است. همانطور که قبلا ذکر شد، بزرگی نیروی کوریولیس با سینوس عرض جغرافیایی متناسب است و بنابراین در قطب ها حداکثر و در استوا وجود ندارد. در نتیجه، اگر به ایجاد گرداب‌هایی در مقیاس‌های مختلف کمک می‌کرد، اغلب آنها در عرض های جغرافیایی قطبی، که کاملاً با داده های موجود در تضاد است.

بنابراین، تجزیه و تحلیل فوق به طور قانع کننده ای ثابت می کند که نیروی کوریولیس هیچ ارتباطی با روند شکل گیری تایفون ها، گردبادها، طوفان ها و انواع گرداب ها که مکانیسم های تشکیل آن در فصل های قبل مورد بحث قرار گرفت، ندارد.

اعتقاد بر این است که این نیروی کوریولیس است که مسیر حرکت آنها را تعیین می کند، به خصوص که در نیمکره شمالی طوفان ها، به عنوان سازندهای هواشناسی، در طول حرکت خود به سمت راست منحرف می شوند، و در نیمکره جنوبی - به سمت چپ، که مطابق با جهت است. عمل نیروی کوریولیس در این نیمکره ها. به نظر می رسد دلیل انحراف مسیر طوفان پیدا شده است - این نیروی کوریولیس است ، اما بیایید در نتیجه گیری عجله نکنیم. همانطور که در بالا ذکر شد، هنگامی که یک طوفان در امتداد سطح زمین حرکت می کند، یک نیروی کوریولیس به عنوان یک جسم منفرد، برابر با:

F к = 2MVΩ sin θ cos α، (21)

جایی که θ - عرض جغرافیاییطوفان؛ α زاویه بین بردار سرعت توفان به عنوان یک کل و نصف النهار است.

برای پیدا کردن دلیل واقعیانحرافات مسیر طوفان، بیایید سعی کنیم بزرگی نیروی کوریولیس را که بر روی طوفان اثر می‌گذارد تعیین کنیم و آن را با نیروی واقعی دیگر، همانطور که اکنون خواهیم دید، مقایسه کنیم.

قدرت مگنوس

طوفانی که توسط باد تجاری حرکت می کند تحت تأثیر نیرویی قرار می گیرد که تا آنجا که نویسنده می داند، هنوز توسط هیچ محققی در این زمینه مورد توجه قرار نگرفته است. این نیروی برهمکنش طوفان به عنوان یک جسم منفرد با جریان هوایی است که این طوفان را به حرکت در می آورد. اگر به تصویری که مسیر طوفان ها را نشان می دهد نگاه کنید، خواهید دید که آنها تحت تأثیر وزش مداوم از شرق به غرب حرکت می کنند. بادهای گرمسیری، بادهای تجاری که در اثر چرخش کره زمین شکل می گیرند. در عین حال، باد تجاری نه تنها طوفان را از شرق به غرب می برد. مهمترین چیز این است که یک تایفون واقع در باد تجاری تحت تأثیر نیرویی است که ناشی از تعامل جریان هوای خود تایفون با جریان هوای باد تجاری است.

اثر ظهور نیروی عرضی وارد بر جسمی که در جریانی از مایع یا گاز به آن برخورد می کند، توسط دانشمند آلمانی G. Magnus در سال 1852 کشف شد. این خود را در این واقعیت نشان می دهد که اگر یک استوانه دایره ای در حال چرخش حول یک جریان غیر چرخشی (لامینار) عمود بر محور خود جریان داشته باشد، در آن قسمت از استوانه که سرعت خطی سطح آن بر خلاف سرعت جریان مقابل است، یک ناحیه فشار بالا ظاهر می شود. و در طرف مقابل، جایی که جهت سرعت خطی سطح با سرعت جریان روبرو منطبق است، یک منطقه وجود دارد. فشار خون پایین. اختلاف فشار در طرف مقابل سیلندر باعث ایجاد نیروی مگنوس می شود.

مخترعان تلاش کرده اند تا از قدرت مگنوس استفاده کنند. کشتی طراحی، ثبت اختراع و ساخته شد که به جای بادبان، سیلندرهای عمودی که توسط موتورها می چرخیدند، روی آن نصب شد. راندمان چنین بادبان‌های استوانه‌ای دوار در برخی موارد حتی از بازده بادبان‌های معمولی نیز فراتر رفت. افکت مگنوس توسط بازیکنان فوتبال نیز استفاده می شود که می دانند اگر هنگام ضربه زدن به توپ، حرکت چرخشی به آن بدهند، مسیر پرواز آن منحنی می شود. با چنین ضربه ای که به آن "ورقه خشک" می گویند، می توانید توپ را تقریباً از گوشه زمین فوتبال که در راستای دروازه قرار دارد به سمت دروازه حریف بفرستید. بازیکنان والیبال، تنیس‌بازان و پینگ‌پنگ‌بازان نیز هنگام ضربه توپ را می‌چرخانند. در تمام موارد، حرکت یک توپ منحنی در طول یک مسیر پیچیده مشکلات زیادی را برای حریف ایجاد می کند.

با این حال، بیایید به طوفان برگردیم که توسط باد تجارت به حرکت درآمده است.

بادهای تجاری، ثابت جریان های هوا(بیش از ده ماه در سال دائما می دمد) در عرض های جغرافیایی گرمسیریاقیانوس ها، 11 درصد از مساحت خود را در نیمکره شمالی، و تا 20 درصد در نیمکره جنوبی را پوشش می دهند. جهت اصلی بادهای تجاری از شرق به غرب است، اما در ارتفاع 1-2 کیلومتری با بادهای نصف النهاری که به سمت استوا می وزند تکمیل می شوند. در نتیجه، در نیمکره شمالی بادهای تجاری به سمت جنوب غربی و در نیمکره جنوبی حرکت می کنند

به سمت شمال غربی. بادهای تجاری پس از اولین سفر کلمب (1492-1493) برای اروپاییان شناخته شد، زمانی که شرکت کنندگان آن از پایداری بادهای شدید شمال شرقی که کارول ها را از سواحل اسپانیا از طریق مناطق گرمسیری اقیانوس اطلس می برد شگفت زده شدند.

جرم غول پیکر این توفان را می توان به عنوان استوانه ای در نظر گرفت که در جریان هوای باد تجاری می چرخد. همانطور که قبلا ذکر شد، در نیمکره جنوبی آنها در جهت عقربه های ساعت و در نیمکره شمالی در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخند. بنابراین، به دلیل تعامل با جریان قدرتمند بادهای تجاری، طوفان ها در هر دو نیمکره شمالی و جنوبی از استوا دور می شوند - به ترتیب به سمت شمال و جنوب. این ماهیت حرکت آنها توسط مشاهدات هواشناسان به خوبی تأیید شده است.

(پایان در ادامه می آید.)

قانون آمپر

در سال 1920، فیزیکدان فرانسوی آنره ماری آمپر به طور تجربی پدیده جدیدی را کشف کرد - برهمکنش دو هادی با جریان. معلوم شد که دو هادی موازی بسته به جهت جریان در آنها جذب یا دفع می کنند. اگر جریان ها در یک جهت (موازی) جریان داشته باشند رساناها تمایل دارند به هم نزدیکتر شوند و اگر جریان ها در جهت مخالف (ضد موازی) جریان داشته باشند از یکدیگر دور می شوند. آمپر توانست این پدیده را به درستی توضیح دهد: برهمکنش میدان های مغناطیسی جریان ها رخ می دهد که توسط "قانون گیملت" تعیین می شود. اگر گیره ای در جهت جریان I پیچ شود، حرکت دسته آن جهت را نشان می دهد خطوط برقمیدان مغناطیسی H.

دو ذره باردار که به صورت موازی پرواز می کنند نیز جریان الکتریکی تشکیل می دهند. بنابراین، مسیرهای آنها بسته به علامت بار ذرات و جهت حرکت آنها همگرا یا واگرا خواهند شد.

هنگام طراحی سیم پیچ های الکتریکی با جریان بالا (سلونوئیدها) باید برهمکنش هادی ها در نظر گرفته شود - جریان های موازی که از چرخش آنها عبور می کنند نیروهای زیادی ایجاد می کنند که سیم پیچ را فشرده می کند. موارد شناخته شده ای وجود دارد که میله صاعقه ای ساخته شده از یک لوله، پس از برخورد صاعقه، به یک استوانه تبدیل می شود: توسط میدان های مغناطیسی جریان تخلیه صاعقه با نیروی صدها کیلو آمپر فشرده شده است.

بر اساس قانون آمپر، واحد استاندارد جریان در SI - آمپر (A) - ایجاد شد. استاندارد دولتی "واحدها" مقادیر فیزیکی” تعریف می کند:

آمپر برابر با شدت جریان است که هنگام عبور از دو هادی مستقیم موازی با طول بی‌نهایت و سطح مقطع بسیار ناچیز که در خلاء در فاصله 1 متری از یکدیگر قرار دارند، نیروی برهمکنشی برابر با 2 در قسمتی از هادی به طول 1 متر . 10 -7 N.

جزئیات برای کنجکاوها

نیروهای مگنوس و کوریولیس

اجازه دهید تأثیر نیروهای مگنوس و کوریولیس را بر گردباد مقایسه کنیم و آن را به اولین تقریب به شکل یک سیلندر هوای چرخشی که توسط باد تجاری به پرواز در می‌آید، تصور کنیم. بر چنین استوانه ای نیروی مگنوس برابر با:

F m = DrHV n V m / 2، (22)

که در آن D قطر طوفان است. ρ - تجارت چگالی هوای باد؛ H ارتفاع آن است. V n > - سرعت هوا در باد تجاری. V t - سرعت خطی هوا در یک طوفان. با تبدیل های ساده به دست می آوریم

Fm = R 2 HρωV n، - (23)

که در آن R شعاع طوفان است. ω سرعت زاویه ای چرخش طوفان است.

با فرض اولین تقریب که چگالی هوای باد تجاری برابر با چگالی هوا در طوفان است، به دست می آوریم.

M t = R 2 Hρ، - (24)

که در آن M t جرم طوفان است.

سپس (19) را می توان به صورت نوشتاری کرد

F m = M t ωV p - (25)

یا F m = M t V p V t / R. (26)

با تقسیم عبارت نیروی مگنوس بر عبارت (17) برای نیروی کوریولیس، به دست می آوریم

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

یا F m /F k = V t /2RΩ sinθ cosα (28)

با در نظر گرفتن اینکه با توجه به طبقه بندی بین المللیطوفان به عنوان یک طوفان استوایی در نظر گرفته می شود که در آن سرعت باد از 34 متر بر ثانیه تجاوز می کند. از آنجایی که مساعدترین عرض جغرافیایی برای تشکیل طوفان ها 16 o است، θ = 16 o را می گیریم و از آنجایی که بلافاصله پس از تشکیل آنها، طوفان ها تقریباً در طول مسیرهای عرضی حرکت می کنند، α = 80 o را خواهیم گرفت. بیایید شعاع یک طوفان متوسط را 150 کیلومتر در نظر بگیریم. با جایگزینی تمام داده ها در فرمول، دریافت می کنیم

F m / F k = 205. (29)

به عبارت دیگر، نیروی مگنوس دویست برابر بیشتر از نیروی کوریولیس است! بنابراین، واضح است که نیروی کوریولیس نه تنها با روند ایجاد طوفان، بلکه با تغییر مسیر آن نیز ارتباطی ندارد.

یک طوفان در باد تجاری تحت تأثیر دو نیرو قرار می گیرد - نیروی مگنوس فوق الذکر و نیروی فشار آیرودینامیکی باد تجاری روی طوفان که از یک معادله ساده می توان آن را پیدا کرد.

F d = KRHρV 2 p, - (30)

که در آن K ضریب درگ آیرودینامیکی تایفون است.

به راحتی می توان دید که حرکت طوفان توسط نیروی حاصله ایجاد می شود که مجموع نیروهای مگنوس و فشار آیرودینامیکی است که در زاویه p نسبت به جهت حرکت هوا در تجارت عمل می کند. باد مماس این زاویه را می توان از معادله بدست آورد

tgβ = F m / F d (31)

با جایگزینی عبارات (26) و (30) به (31)، پس از تبدیل های ساده به دست می آوریم

tgβ = V t / KV p، (32)

واضح است که نیروی حاصله F p که بر روی طوفان وارد می شود مماس بر مسیر حرکت آن خواهد بود و اگر جهت و سرعت باد تجاری مشخص باشد، محاسبه این نیرو با دقت کافی برای یک طوفان خاص امکان پذیر خواهد بود. بنابراین مسیر بعدی آن تعیین می شود که آسیب ناشی از آن را به حداقل می رساند. مسیر طوفان را می توان پیش بینی کرد روش گام به گام، در حالی که جهت احتمالی نیروی حاصله باید در هر نقطه از مسیر آن محاسبه شود.

در شکل برداری، عبارت (25) به شکل زیر است:

اف m = M [ωV p ]. (33)

به راحتی می توان فهمید که فرمول توصیف کننده نیروی مگنوس از نظر ساختاری با فرمول نیروی لورنتس یکسان است:

اف l = q .

با مقایسه و تجزیه و تحلیل این فرمول ها متوجه می شویم که شباهت ساختاری فرمول ها بسیار عمیق است. بنابراین، سمت چپ هر دو محصول برداری (M& #969; و q V) پارامترهای اجسام (توفان و ذره بنیادیو سمت راست ( V n و ب) - محیط (تجارت سرعت باد و القای میدان مغناطیسی).

تربیت بدنی

کوریولیس به یک بازیکن فشار می آورد

در یک سیستم مختصات دوار، به عنوان مثال در سطح کره زمین، قوانین نیوتن برآورده نمی شوند - چنین سیستم مختصاتی غیر اینرسی است. یک نیروی اینرسی اضافی در آن ظاهر می شود که به سرعت خطی بدن و سرعت زاویه ای سیستم بستگی دارد. عمود بر مسیر حرکت بدن (و سرعت آن) است و نیروی کوریولیس نامیده می شود که به نام مکانیک فرانسوی گوستاو گاسپارد کوریولیس (1792-1843) نامگذاری شده است که این نیروی اضافی را توضیح داده و محاسبه کرده است. نیرو به گونه ای هدایت می شود که برای همسو شدن با بردار سرعت باید در جهت چرخش سیستم با زاویه قائمه بچرخد.

با انجام دو آزمایش ساده می توانید ببینید که چگونه نیروی کوریولیس با استفاده از دستگاه ضبط برقی «کار می کند». برای انجام آنها، یک دایره از کاغذ یا مقوا ضخیم برش دهید و آن را روی دیسک قرار دهید. به عنوان یک سیستم مختصات دوار عمل خواهد کرد. بیایید فوراً یادداشت کنیم: دیسک پخش کننده در جهت عقربه های ساعت می چرخد و زمین در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخد. بنابراین، نیروها در مدل ما در جهت مخالف نیروهای مشاهده شده روی زمین در نیمکره ما هدایت خواهند شد.

1. دو پشته کتاب را در کنار پخش کننده، درست بالای بشقاب قرار دهید. یک خط کش یا میله مستقیم روی کتاب ها قرار دهید تا یکی از لبه های آن متناسب با قطر دیسک باشد. اگر با ثابت بودن دیسک، یک خط در امتداد میله با یک مداد نرم، از مرکز آن تا لبه بکشید، طبیعتاً صاف خواهد بود. اگر اکنون پخش کننده را شروع کنید و یک مداد در امتداد میله بکشید، یک مسیر منحنی به سمت چپ ترسیم می کند - کاملاً مطابق با قانون محاسبه شده توسط G. Coriolis.

2. یک اسلاید از پشته های کتاب بسازید و یک شیار کاغذ ضخیم در امتداد قطر دیسک به آن بچسبانید. اگر یک توپ کوچک را روی یک شیار روی یک دیسک ثابت بغلتانید، در امتداد قطر غلت می‌خورد. و روی یک دیسک چرخان به سمت چپ حرکت می کند (البته اگر اصطکاک هنگام غلتش کم باشد).

تربیت بدنی

اثر مگنوس روی میز و در هوا

1. یک استوانه کوچک را از کاغذ ضخیم به هم بچسبانید. یک دسته کتاب را در فاصله کمی از لبه میز قرار دهید و آن را با یک تخته به لبه میز وصل کنید. هنگامی که استوانه کاغذ روی اسلاید به دست می آید، می توانیم انتظار داشته باشیم که در امتداد سهمی از جدول حرکت کند. با این حال، در عوض، سیلندر به شدت مسیر خود را در جهت دیگر خم می کند و زیر میز پرواز می کند!

اگر قانون برنولی را به یاد بیاوریم، رفتار متناقض آن کاملاً قابل درک است: فشار داخلی در جریان گاز یا مایع کمتر می شود، سرعت جریان بیشتر می شود. بر اساس این پدیده است که به عنوان مثال، یک تفنگ اسپری کار می کند: فشار اتمسفر بالاتر مایع را با فشار کاهش یافته به جریان هوا فشار می دهد.

جالب اینجاست که جریان های انسانی نیز تا حدودی از قانون برنولی تبعیت می کنند. در مترو، در ورودی پله برقی، جایی که رفت و آمد دشوار است، مردم در یک جمعیت متراکم و به شدت فشرده جمع می شوند. و روی یک پله برقی با حرکت سریع آنها آزادانه می ایستند - "فشار داخلی" در جریان مسافران کاهش می یابد.

هنگامی که سیلندر می افتد و به چرخش ادامه می دهد، سرعت سمت راست آن از سرعت جریان هوای ورودی کم می شود و سرعت سمت چپ به آن اضافه می شود. سرعت نسبیجریان هوا در سمت چپ سیلندر بیشتر است و فشار در آن کمتر از سمت راست است. اختلاف فشار باعث می شود که سیلندر به طور ناگهانی مسیر خود را تغییر دهد و در زیر میز پرواز کند.

قوانین کوریولیس و مگنوس هنگام پرتاب موشک، شلیک دقیق در نظر گرفته می شود مسافت های طولانی، محاسبه توربین، ژیروسکوپ و غیره.

2. سیلندر کاغذ را با کاغذ یا نوار پارچه ای چندین دور بپیچید. اگر اکنون به شدت انتهای نوار را بکشید، استوانه را می چرخاند و در همان زمان آن را می دهد. حرکت رو به جلو. در نتیجه، تحت تأثیر نیروهای مگنوس، استوانه پرواز می کند و حلقه های موجود در هوا را توصیف می کند.

با توجه به محل شکل گیری آنها را تشخیص می دهند فرا گرمسیریو طوفان های استوایی. اولی ها به نوبه خود به جلویی و غیر پیشانی تقسیم می شوند. موارد غیر فرونتال معمولاً هم با گرمای ناهموار سطح زیرین (حرارتی) و هم با ظهور کانون محلی افت فشار (محلی) همراه هستند. به عنوان مثال، گرما اغلب در زمستان در دریای سیاه رخ می دهد، زمانی که نسبتا بدن آب گرم، هوایی که در بالای آن گرم می شود و کمتر متراکم می شود (فشار کاهش می یابد) با قاره سرد اطراف آن ترکیب می شود.

طوفان های پیشانی عمدتاً در جبهه های به اصطلاح اصلی تشکیل می شوند، یعنی جبهه های جوی که قطب شمال و معتدل، معتدل و استوایی، استوایی و استوایی را از هم جدا می کنند. توده های هوا، اول از همه با داشتن خواص کاملاً متفاوت - دماهای مختلفو رطوبت

در فرآیند جابجایی توده های هوای مجاور در امتداد یک جبهه با حرکت آهسته، زمانی که تحت تأثیر دلایل مختلف، تغییر ناهموار فشار رخ می دهد، خط مقدم به صورت موجی خم می شود. هوای گرم شروع به گوه شدن به هوای سرد و هوای سرد به هوای گرم می کند. بنابراین، گرم و جبهه های سرد. این پدیده فروتوژنز نامیده می شود.

مرحله اولیه توسعه سیکلون مرحله موج نامیده می شود. کاهش بیشتر فشار منجر به ظهور ایزوبارهای بسته در سطح زمین و ظهور یک گرداب سیکلونی می شود. این مرحله را مرحله سیکلون جوان می نامند. از آنجایی که یک جبهه سرد همیشه سریعتر از یک جبهه گرم حرکت می کند، با گذشت زمان به آن می رسد، بخش گرم باریک می شود، سپس جبهه ها بسته می شوند و انسداد رخ می دهد، یعنی. جداسازی توده هوای گرم (بخش گرم) از سطح زمین.

هنگامی که مسدود می شود، طوفان شروع به پر شدن می کند، جبهه های گرم و سرد محو می شوند و ناپدید می شوند. این پدیده نامیده می شود فرونتولیز. معمولاً در همان بخش از جبهه اصلی شرایط برای توسعه همزمان چندین طوفان (سری) ایجاد می شود که هر یک از آنها کمی در جنوب قبلی تشکیل می شود. سیکلون از لحظه وقوع خود شروع به حرکت در جهت جریان هوا در تروپوسفر میانی می کند. از آنجایی که انتقال کلی هوا در تروپوسفر از غرب به شرق انجام می شود، طوفان ها عمدتاً در این جهت با انحراف همزمان به سمت قطب ها حرکت می کنند، یعنی در نیمکره شمالی، طوفان ها عمدتاً در جهت شمال شرقی حرکت می کنند و در نیمکره جنوبی - در جهت جنوب شرقی

سرعت حرکت طوفان های فراگرمسیری در نیمکره شمالی به طور متوسط 30-40 کیلومتر در ساعت، در نیمکره جنوبی - 40-45 کیلومتر در ساعت است. پیش بینی حرکت طوفان ها برای بیش از 6 ساعت با استفاده از یک نقشه آب و هوا غیر قابل اعتماد تلقی می شود. بنابراین برای پیش بینی، مطالعه چند نقشه متوالی توصیه می شود. اعتقاد بر این است که طوفان جهت و سرعت حرکت خود را در 6 ساعت گذشته حفظ خواهد کرد. با این حال، تنها با یک کارت، می توانید بر اساس قوانین زیر مفروضات خاصی داشته باشید:

1. یک طوفان جوان تمایل دارد در امتداد باد موازی با ایزوبارهای بخش گرم با سرعت تقریباً ¾ سرعت باد در توده هوای سرد بلافاصله جلوتر از خط مقدم گرم حرکت کند.
2. طوفان ها تمایل دارند در جهت باد در اطراف پادسیکلون های بزرگ و مستقر حرکت کنند.
3. سیکلون مسدود شده به آرامی و به طور نامنظم در جهت حرکت می کند.
4. اگر یک طوفان بخش گرم بزرگی داشته باشد، به احتمال زیاد طوفان عمیق تر خواهد شد.
5. یک طوفان غیر پیشانی تمایل به حرکت در جهت قوی ترین باد دارد که در اطراف آن می چرخد (یعنی برای تعیین جهت حرکت چنین طوفانی، باید جهت باد را در محلی که ایزوبارها قرار دارند تعیین کرد. نزدیکترین به یکدیگر).
6. اگر در نقشه آب و هوا دو طوفان همسایه با مقادیر تقریباً مساوی فشار اتمسفر در مراکز آنها وجود داشته باشد، به احتمال زیاد در یک دایره حرکت می کنند که مرکز بین آنها در نیمکره شمالی - خلاف جهت عقربه های ساعت، در جنوب قرار دارد. نیمکره - در جهت عقربه های ساعت.

تشکیل و حرکت آنتی سیکلون ها

پادسیکلون ها از تاج امواج فوق بلند در همان جبهه های ثابت طوفان ها منشا می گیرند. یک پاد سیکلون معمولاً آخرین طوفان یک سری را دنبال می کند. افزایش فشار ناشی از ورود هوای سرد جلوتر از محور تاج موج است. جبهه های جوی را نمی توان در قسمت های مرکزی پاد سیکلون ها قرار داد. پاد سیکلون ها در روند توسعه خود سه مرحله را طی می کنند: منشاء، حداکثر توسعه و تخریب. آنها مناطق وسیعی از قاره ها یا اقیانوس ها (قطر 3000-4000 کیلومتر) را اشغال می کنند.

(53 بار بازدید شده، 1 بازدید امروز)

مدتی پیش، قبل از ظهور ماهواره های هواشناسی، دانشمندان حتی نمی توانستند تصور کنند که سالانه حدود صد و پنجاه طوفان و شصت پادسیکلون در جو زمین تشکیل می شود. پیش از این، بسیاری از طوفان ها ناشناخته بودند، زیرا آنها در مکان هایی به وجود آمدند که وجود نداشت ایستگاه های هواشناسی، که می تواند ظاهر آنها را ثبت کند.

در خود تروپوسفر لایه زیرینجو زمین، گرداب ها دائما ظاهر می شوند، توسعه می یابند و ناپدید می شوند. برخی از آنها آنقدر کوچک و غیرقابل توجه هستند که از کنار توجه ما عبور می کنند، برخی دیگر آنقدر در مقیاس بزرگ هستند و آنقدر بر آب و هوای زمین تأثیر می گذارند که نمی توان آنها را نادیده گرفت (در درجه اول این در مورد طوفان ها و پادسیکلون ها صدق می کند).

سیکلون ها مناطقی هستند فشار کمدر جو زمین که فشار در مرکز آن بسیار کمتر از محیط پیرامون است. برعکس، آنتی سیکلون ناحیه ای با فشار بالا است که به مرکز آن می رسد بالاترین عملکرد. در حالی که بر روی نیمکره شمالی، طوفان ها در خلاف جهت عقربه های ساعت حرکت می کنند و با اطاعت از نیروی کوریولیس، سعی می کنند به سمت راست حرکت کنند. در حالی که آنتی سیکلون در جهت عقربه های ساعت در جو حرکت می کند و به داخل منحرف می شود سمت چپ(در نیمکره جنوبی زمین همه چیز برعکس اتفاق می افتد).

علیرغم این واقعیت که طوفان ها و پاد سیکلون ها در ذات خود گرداب هایی کاملاً متضاد هستند ، آنها به شدت با یکدیگر مرتبط هستند: وقتی فشار در یک منطقه از زمین کاهش می یابد ، افزایش آن لزوماً در منطقه دیگر ثبت می شود. همچنین سیکلون ها و پادسیکلون ها مکانیسم مشترکی دارند که باعث حرکت جریان های هوا می شود: گرمای غیر یکنواخت قسمت های مختلف سطح و چرخش سیاره ما به دور محور خود.

سیکلون ها با هوای ابری و بارانی همراه با وزش باد شدید که به دلیل اختلاف فشار جوی بین مرکز گردباد و لبه های آن ایجاد می شود، مشخص می شوند.

برعکس، یک پاد سیکلون در تابستان با هوای گرم، بدون باد، نیمه ابری با بارش بسیار کم مشخص می شود، در حالی که در زمستان باعث هوای صاف اما بسیار سرد می شود.

حلقه مار

سیکلون ها (gr. "حلقه مار") گرداب های بزرگی هستند که قطر آنها اغلب به چندین هزار کیلومتر می رسد. آنها در عرض های جغرافیایی معتدل و قطبی تشکیل می شوند، زمانی که توده های هوای گرم از استوا با جریان های خشک و سردی که از قطب شمال (قطب جنوب) به سمت آنها حرکت می کنند، برخورد می کنند و مرزی را بین خود تشکیل می دهند که به آن جبهه جوی می گویند.

هوای سرد، در تلاش برای غلبه بر جریان هوای گرم باقی مانده در زیر، در برخی مناطق بخشی از لایه خود را به عقب می راند - و با توده های دنباله دار برخورد می کند. در نتیجه برخورد، فشار بین آنها افزایش می یابد و بخشی از هوای گرم که به عقب برگشته، تسلیم فشار می شود، به طرف منحرف می شود و یک چرخش بیضی شکل شروع می شود.

این گرداب شروع به گرفتن لایه های هوای مجاور خود می کند، آنها را به چرخش می کشاند و با سرعت 30 تا 50 کیلومتر در ساعت شروع به حرکت می کند، در حالی که مرکز سیکلون با سرعت کمتری نسبت به محیط اطراف خود حرکت می کند. در نتیجه، پس از مدتی قطر طوفان از 1 تا 3 هزار کیلومتر و ارتفاع آن از 2 تا 20 کیلومتر متغیر است.

در جایی که حرکت می کند، آب و هوا به شدت تغییر می کند، از آنجایی که مرکز سیکلون دارای فشار کم است، کمبود هوا در داخل آن وجود دارد و توده های هوای سرد شروع به جریان می کنند تا آن را جبران کنند. آنها هوای گرم را به سمت بالا جابجا می کنند، جایی که سرد می شود، و قطرات آب در آن متراکم می شوند و ابرهایی را تشکیل می دهند که بارش از آن می ریزد.

طول عمر گرداب معمولاً از چند روز تا چند هفته است، اما در برخی مناطق می تواند حدود یک سال طول بکشد: معمولاً این مناطق دارای فشار کم هستند (مثلاً طوفان های ایسلندی یا آلوتی). شایان ذکر است که برایمنطقه استوایی

جنوبی‌ترین طوفان استوایی، نزدیک‌تر از پنج درجه به خط استوا نیست و با قطر کمتر، اما سرعت باد بیشتر مشخص می‌شود که اغلب به یک طوفان تبدیل می‌شود. با توجه به منشأ آنها، انواعی از طوفان ها مانند طوفان معتدل و طوفان گرمسیری وجود دارد که طوفان های مرگبار ایجاد می کند.

گرداب های عرض های جغرافیایی استوایی

در دهه 1970، طوفان استوایی Bhola به بنگلادش رسید. با وجود اینکه سرعت و شدت باد کم بود و تنها در رده سوم (از پنج) طوفان قرار گرفت. مقدار زیادیبا بارش باران بر روی زمین، رودخانه گنگ از سواحل خود طغیان کرد و تقریباً تمام جزایر را زیر آب گرفت و همه سکونتگاه ها را از روی زمین دور کرد.

عواقب آن فاجعه بار بود: در طول فاجعه گسترده، از سیصد تا پانصد هزار نفر جان باختند.

یک طوفان گرمسیری بسیار خطرناک تر از گردابی است که از عرض های جغرافیایی معتدل ایجاد می شود: در جایی شکل می گیرد که دمای سطح اقیانوس کمتر از 26 درجه نباشد و تفاوت بین نشانگرهای دماهوا بیش از دو درجه است، در نتیجه تبخیر افزایش می یابد، رطوبت هوا افزایش می یابد، که به افزایش عمودی توده های هوا کمک می کند.

بنابراین، کشش بسیار قوی ظاهر می‌شود و حجم‌های جدیدی از هوا را جذب می‌کند که در بالای سطح اقیانوس گرم شده و رطوبت به دست آورده است. چرخش سیاره ما حول محور خود باعث برخاستن هوا حرکت گرداب مانند یک گردباد می شود که با سرعت بسیار زیاد شروع به چرخش می کند و اغلب به طوفان هایی با نیروی وحشتناک تبدیل می شود.

یک طوفان گرمسیری فقط بر روی سطح اقیانوس بین 5-20 درجه شمالی و عرض های جغرافیایی جنوبی، و هنگامی که در خشکی قرار می گیرد، به سرعت محو می شود. ابعاد آن معمولاً کوچک است: قطر به ندرت از 250 کیلومتر تجاوز می کند، اما فشار در مرکز سیکلون بسیار کم است (هرچه کمتر باشد، باد سریعتر حرکت می کند، بنابراین حرکت طوفان ها معمولاً از 10 تا 30 متر بر ثانیه است. و وزش باد از 100 متر بر ثانیه تجاوز می کند. طبیعتاً هر طوفان گرمسیری مرگ را با خود به همراه نمی آورد.

چهار نوع از این گرداب وجود دارد:

اختلال - با سرعتی بیش از 17 متر بر ثانیه حرکت می کند.
افسردگی - حرکت سیکلون از 17 تا 20 متر بر ثانیه است.
طوفان - مرکز طوفان با سرعت حداکثر 38 متر بر ثانیه حرکت می کند.
طوفان - یک طوفان استوایی با سرعت بیش از 39 متر بر ثانیه حرکت می کند.

مرکز این نوع طوفان با پدیده ای به نام "چشم طوفان" مشخص می شود - منطقه ای از آب و هوای آرام. قطر آن معمولاً حدود 30 کیلومتر است، اما اگر یک طوفان گرمسیری مخرب باشد، می تواند تا هفتاد کیلومتر برسد. در داخل چشم طوفان، توده های هوا بیشتر است دمای گرمو رطوبت کمتری نسبت به بقیه گرداب.

آرامش غالباً در مرز حاکم می شود ، بارندگی ناگهان متوقف می شود ، آسمان صاف می شود ، باد ضعیف می شود ، در نتیجه مردم را فریب می دهند که با تصمیم گیری در مورد گذشتن از خطر ، استراحت می کنند و اقدامات احتیاطی را فراموش می کنند. از آنجایی که یک طوفان گرمسیری همیشه از اقیانوس حرکت می کند، حرکت می کند امواج عظیم، که با سقوط در ساحل ، همه چیز را از مسیر دور می کند.

دانشمندان به طور فزاینده ای این واقعیت را ثبت می کنند که هر سال طوفان استوایی خطرناک تر می شود و فعالیت آن به طور مداوم در حال افزایش است (این به دلیل گرم شدن کره زمین). بنابراین، این طوفان‌ها نه تنها در عرض‌های جغرافیایی گرمسیری یافت می‌شوند، بلکه در یک زمان غیر معمول از سال برای آنها به اروپا می‌رسند: آنها معمولاً در اواخر تابستان / اوایل پاییز تشکیل می‌شوند و هرگز در بهار رخ نمی‌دهند.

بنابراین، در دسامبر 1999، فرانسه، سوئیس، آلمان و بریتانیا توسط طوفان لوتار مورد اصابت قرار گرفتند، به طوری که هواشناسان حتی نمی توانند ظاهر آن را پیش بینی کنند، زیرا سنسورها یا از مقیاس خارج شده اند یا کار نمی کنند. "لوتار" علت مرگ بیش از هفتاد نفر (عمدتا قربانی تصادفات جاده ای و سقوط درختان) شد و فقط در آلمان حدود 40 هزار هکتار جنگل در چند دقیقه از بین رفت.

آنتی سیکلون ها

آنتی سیکلون گردابی است که در مرکز آن قرار دارد فشار خون بالا، در حاشیه - کاهش یافته است. زمانی که توده‌های هوای سرد به لایه‌های گرم‌تر حمله می‌کنند، در لایه‌های پایینی جو زمین تشکیل می‌شود. پاد سیکلون در عرض های جغرافیایی نیمه گرمسیری و نیمه قطبی رخ می دهد و سرعت حرکت آن حدود 30 کیلومتر در ساعت است.

پادسیکلون برعکس طوفان است: هوا در آن بالا نمی رود، بلکه پایین می آید. با عدم وجود رطوبت مشخص می شود. یک آنتی سیکلون با هوای خشک، صاف و بدون باد، گرم در تابستان و یخبندان در زمستان مشخص می شود. نوسانات قابل توجه دما در طول روز نیز مشخص است (تفاوت به ویژه در قاره ها شدید است: به عنوان مثال، در سیبری حدود 25 درجه است). این با کمبود بارندگی توضیح داده می شود، که معمولاً باعث می شود تفاوت دما کمتر قابل توجه باشد.

نام گرداب ها

در اواسط قرن گذشته، نام‌های آنتی‌سیکلون‌ها و طوفان‌ها شروع شد: این امر هنگام تبادل اطلاعات در مورد طوفان‌ها و حرکت‌های طوفان در جو بسیار راحت‌تر بود، زیرا باعث جلوگیری از سردرگمی و کاهش تعداد خطاها پشت هر نام یک طوفان و پادسیکلون، داده‌های پنهانی درباره گرداب تا مختصات آن در لایه پایینی جو وجود داشت.

قبل از اینکه قبول کنی تصمیم نهاییتعداد کافی پیشنهاد در مورد نام این یا آن طوفان و ضد گردباد در نظر گرفته شد: پیشنهاد شد که آنها با اعداد، حروف الفبا، نام پرندگان، حیوانات و غیره تعیین شوند. این بسیار راحت و راحت بود و موثر است که پس از مدتی همه طوفان ها و پاد سیکلون ها نام گرفتند (در ابتدا آنها ماده بودند و در اواخر دهه هفتاد گرداب های استوایی شروع به نامگذاری مردانه کردند).

از سال 2002، سرویسی ظاهر شد که به هر کسی که می‌خواهد یک طوفان یا آنتی‌سیکلون را با نام خود نامگذاری کند، ارائه می‌کند.لذت ارزان نیست: قیمت استاندارد برای یک طوفان که به نام مشتری نامگذاری می شود 199 یورو است و یک آنتی سیکلون 299 یورو هزینه دارد، زیرا پادسیکلون کمتر رخ می دهد.

سیکلون یا آنتی سیکلون شکل گردابی خاصی از گردش جوی است.

سیکلون ناحیه ایزوباریک بسته با فشار کم در مرکز و افزایش فشار از مرکز به سمت حاشیه سیکلون است.

پادسیکلون یک ناحیه همسان بسته است با فشار خون بالادر مرکز و کاهش فشار از مرکز به حاشیه آنتی سیکلون.

توسط منطقه عرضیشکل گیری سیکلون ها به دو دسته فراگرمسیری و گرمسیری و پاد سیکلون ها به برون گرمسیری و نیمه گرمسیری تقسیم می شوند.

سیکلون ها و پادسیکلون ها بر اساس منطقه ای که از آنجا منشأ می گیرند یا وارد منطقه می شوند نام گذاری می شوند. به عنوان مثال، طوفان سیبری، طوفان مدیترانه و غیره.

قطر طوفان حدود 1000 کیلومتر است. عمق طوفان های فراگرمسیری (یعنی فشار در مرکز) از 950 تا 1050 مگابایت است. بادهای نزدیک به سطح زمین در نیمکره شمالی، گرداب را در خلاف جهت عقربه‌های ساعت معکوس می‌کنند، زیرا باد به سمت فشار کم هدایت می‌شود. دما در طوفان های جوان به طور نابرابر توزیع شده است. با توسعه طوفان، دما یکنواخت می شود. ابری و بارش در قسمت مرکزی طوفان مشاهده می شود. بنابراین، هوا معمولا در هنگام طوفان بد است. در قسمت مرکزی توده های هوا از غرب به شرق حرکت می کنند. سرعت حرکت 30-50 کیلومتر در ساعت است. در نیمکره شمالی، هوا در خلاف جهت عقربه های ساعت حرکت می کند، نیمکره جنوبی- در جهت عقربه های ساعت

قطر پاد سیکلون حدود 2000 کیلومتر است. فشار در مرکز آنتی سیکلون 1020-1030 mb است، گاهی اوقات می تواند به 1070 mb برسد. در یک پاد سیکلون، باد در نیمکره شمالی، گرداب را در جهت عقربه های ساعت می چرخاند. در قسمت مرکزی پادسیکلون هوا معمولاً نیمه ابری است. در نیمکره شمالی، هوا در جهت عقربه های ساعت حرکت می کند، در نیمکره جنوبی - خلاف جهت عقربه های ساعت.

سیکلون ها و آنتی سیکلون ها به دو دسته تقسیم می شوند ثابت (که با سرعت کمتر از 5 کیلومتر در ساعت حرکت می کنند) بی تحرک (سرعت سفر 5-10 کیلومتر بر ساعت) و متحرک (سرعت سفر بیش از 10 کیلومتر در ساعت).

پیدایش، توسعه و حرکت سیکلون ها و پادسیکلون ها را فعالیت سیکلونی می گویند. این یک حلقه مهم در گردش عمومی جو است. مشخص است که مقدار زیادی انرژی حرارتی در منطقه گرمسیری زمین و در آن انباشته می شود مناطق قطبیمصرف گرما بیش از تامین آن از خورشید است. به همین دلیل به دلیل عرضه نامناسب تابش خورشیدیدر سطح زمین و جذب آن در نواحی معین، شیب دمایی زیاد هوا به دست می آید. این باعث تشکیل جبهه می شود.

سیکلون ها و آنتی سیکلون ها می توانند باشند جلویی (به دست آمده در جبهه ها) و غیر پیشانی . طوفان‌های غیر پیشانی شامل طوفان‌های گرمسیری و حرارتی هستند که در تابستان روی خشکی و زمانی که هوا به شدت از سطح زیرین گرم می‌شود، رخ می‌دهند. پادسیکلون های غیر پیشانی در زمستان بیشتر در قاره هایی که به شدت سرد شده اند تشکیل می شوند.

طوفان های خارج از حاره در بیشتر موارد فرونتال هستند. آنتی سیکلون های فرونتال خارج گرمسیری معمولاً در هوای سرد تشکیل می شوند و در پشت جبهه سرد به سمت عقب گردبادها حرکت می کنند.

در تکامل طوفان های فرونتال خارج گرمسیری، به طور معمول سه مرحله از هم متمایز می شوند:

- مرحله ظهور . شرط اولیه برای ظهور یک گردباد، حرکت توده های هوا در دو طرف جبهه در جهت مخالف یا در یک جهت است، اما با در سرعت های مختلف. با چنین حرکتی از توده های هوا در قسمتی از یک جبهه مستقیم، خط مقدم ابتدا به شکل موج خم می شود. جریان هوا در نقطه مبدا موج یک گرداب را تشکیل می دهد: بخشی از هوای سرد در زیر هوای گرم شروع به گوه شدن می کند و بخشی از آن هوای گرمدر امتداد یک سطح شیبدار روی هوای سرد جریان می یابد. با چنین حرکتی از توده های هوا در یک جبهه ثابت، دو بخش متحرک ایجاد می شود: جبهه سرد و گرم که دائماً در حال افزایش هستند. ظاهر حرکت گردابهوا با کاهش فشار در یک منطقه کوچک همراه است که محدود به نقشه سینوپتیکیک ایزوبار بسته، مضربی از 5 hPa;

- مرحله طوفان جوان . مشخصه آن تشکیل یک بخش گرم کاملاً مشخص از یک طوفان است که بین یک جبهه سرد و گرم و یک سیستم از چندین ایزوبار بسته قرار دارد. از آنجایی که سرعت جبهه سرد بیشتر از سرعت جبهه گرم است، پس از مدتی بخش گرم باریک می شود که با کاهش بیشتر فشار در مرکز سیکلون همراه است.

- مرحله حداکثر توسعه یک سیکلون . افت فشار در قسمت مرکزی آن متوقف می شود، بخش گرم باریک می شود و جبهه های سرد ثانویه در قسمت عقب ظاهر می شوند. در این مرحله از توسعه، سیستم ابری سیکلون شکل مارپیچی مشخصی پیدا می کند و مارپیچ های ابری جبهه گرم و سرد بسته می شوند (انسداد). انسداد بیشتر سیکلون منجر به جابجایی هوای گرم به سمت بالا و ناپدید شدن جبهه های گرم و سرد جداگانه موجود می شود. در نزدیکی سطح زمین، پر از هوای سرد است که در روند تکامل بیشتر سیکلون، به سمت بالا گسترش می یابد. توده هوا افزایش می یابد، بنابراین فشار در مرکز سیکلون افزایش می یابد.

- مرحله پر کردن . در این مرحله از توسعه طوفان، جبهه انسداد تار می شود، زیرا طوفان از هوای تقریباً همگن تشکیل شده است، سیستم های ابری تخریب می شوند، درجه حرارت افقی و گرادیان فشار به طور قابل توجهی کاهش می یابد، سرعت باد به شدت کاهش می یابد و در نهایت، طوفان به عنوان یک فشار مستقل ناپدید می شود. این سیستم در نزدیکی زمین است، اگرچه در ارتفاع می توان آن را برای مدتی ردیابی کرد.

وجود یک سیکلون از ابتدای انسداد تا ناپدید شدن کامل آن در نقشه سینوپتیک در 3-4 روز رخ می دهد.

در کودکی، با گوش دادن به پیش بینی هواشناسی، از عباراتی مانند "یک قدرتمند طوفان" در تصور من، طوفان به عنوان نوعی حشره بزرگ و وحشتناک به تصویر کشیده شد. ظاهراً جایی در مورد سیکلوپ شنیدم و این دو کلمه شبیه به هم در هم آمیختند و هیولای افسانه ای را در ذهن کودک ایجاد کردند که هر از چند گاهی به کشوری بدبخت "نزدیک" می شود.

البته بزرگتر که شدم متوجه این موضوع شدم طوفان ها و پادسیکلون ها با آب و هوا ارتباط دارند، اما دقیقاً چگونه - این برای مدت طولانی برای من یک راز باقی مانده بود.

سیکلون و آنتی سیکلون: چیست؟

طوفان ها و پادسیکلون ها معمولا در درس های جغرافیا آموزش داده می شوند. اما بنا به دلایلی در نتیجه توضیحات معلم و کتاب درسی شفاف سازی نمی شود. شاید بتوانم بهتر عمل کنم؟

بنابراین، و سیکلون و آنتی سیکلون گرداب های هوایی عظیم چند کیلومتری هستند که در آنها هوا به صورت دایره ای حرکت می کند. آنها کاملا متفاوت رفتار می کنند. در یک گردباد، هوا از مرکز به سمت بیرون، در نیمکره شمالی در خلاف جهت عقربه های ساعت و در نیمکره جنوبی در جهت عقربه های ساعت می چرخد (به راحتی می توان فرض کرد که در یک پادسیکلون همه چیز دقیقا برعکس اتفاق می افتد). فشار اتمسفردر یک طوفان همیشه کاهش می یابد(چه کسی می تواند حدس بزند که وضعیت فشار در آنتی سیکلون چگونه است؟)

طرح یک طوفان و آنتی سیکلون

شر طوفان ها همیشه بادهای شدید، طوفان، باران، رعد و برق را به همراه دارندو سایر مشکلات آب و هوایی اما با ورود پادسیکلون هوای خوب بدون باد و نیمه ابری آغاز می شود.

طوفان ها و آنتی سیکلون ها چگونه تشکیل می شوند؟

بنابراین، می‌دانید که طوفان‌ها و پادسیکلون‌ها تلاطم‌های هوا هستند. اما چگونه و چرا ظاهر می شوند؟ برای پاسخ به این سوال، باید مفهوم " را درک کنید. جبهه جوی».

دو منطقه همسایه را تصور کنید که در یکی از آنها الف هوای گرم، و در دیگری - سرد. به مکان هایی که توده های هوای سرد و گرم به هم می رسند می گویند جبهه های جوی .

وقتی توده‌های هوای سرد و گرم به هم می‌رسند، با هم ترکیب نمی‌شوند، اما به نظر می‌رسد که با یکدیگر می‌جنگند و «دیوار به دیوار» را فشار می‌دهند و در نتیجه یک مارپیچ ایجاد می‌شود. اینگونه است که گرداب های هوا (یا جوی) ایجاد می شوند.

طوفان ها و آنتی سیکلون ها چگونه متولد می شوند.

طوفان های استوایی

هم طوفان ها و هم پادسیکلون ها معمولاً در آن رخ می دهند مکان های خاصکره زمین. بنابراین، پاد سیکلون ها اغلب بر فراز قطب شمال و قطب جنوب ظاهر می شوند. اما سیکلون ها دوست دارند در مناطق استوایی شکل بگیرند.برای پدیده های گرمسیری، به دلیل مخرب بودن خاص آنها، آنها حتی با نام های ویژه ای آمدند: