Рушійна сила баричного градієнта

Горизонтальний баричний градієнт – падіння тиску на одиницю відстані по направленню перпендикулярному ізобарі, в сторону пониження тиску. Горизонтальний баричний градієнт – сила, що приводить у рух маси повітря.

Виділимо на деякому рівні в атмосфері дві прямолінійні ізобари з тиском 1005 та 1000 мб, що розташовані в одній горизонтальній площині (рис. 14.4), та деякий об’єм повітря між цими ізобарами у вигляді куба з ребрами в 1см², дві бокові грані якого розташовані паралельно ізобарам.

Рис. 14.4 Рушійна сила баричного градієнта

Грані а і в мають однаковий тиск, тому що вони розташовані перпендикулярно ізобарам. Рівнодіюча сил F₂ і F₄, діючих на ці грані, дорівнює 0.

Рівнодіюча двох вертикальних сил F₅ і F₆, направлена вверх, урівноважується вагою виділеного нами об’єму повітря.

Грань d має тиск більший ніж грань c. Рівнодіюча сил F₁ і F₃, діюча на ці грані, дорівнює F₁ – F₃ та направлена в сторону направлення баричного градієнту. Результуюча цих сил і призводить до руху об’єму, що розглядається.

Проведемо ізобари, дотичні до граней c і d, та позначимо тиск на першій з них p, тоді на другу – тиск буде дорівнювати p+ê p/ên, де зміна тиску на відстані ên = 1см². Сила F₁ = p та F₃= p+ê p/ên. Рівнодіюча цих сил

F = F₁ – F₃ = p – (p+ê p/ên)= - ê p/ên. (14.1)

Ми знайшли силу, що діє на одиницю об’єму повітря. Розділив цю силу на масу в 1 см³, тобто на r (щільність), отримаємо величину сили баричного градієнту G, що діє на одиницю маси (1г)

G= - 1/r *ê p/ên. (14.2)

Сила G – рушійна сила баричного градієнту. Вона направлена перпендикулярно ізобарам у сторону зменшення тиску. ЇЇ розмірність

[G] = см³ дин / г см² см =см /сек².

Під впливом цієї сили повітряні частки починають рухатись у напрямку баричного градієнту. Але як тільки бере початок рух - починають діяти інші сили, а саме, відхиляюча сила обертання Землі та сила тертя.

9.4. Відхиляюча сила обертання Землі (сила Коріоліса)

У 1838р. Коріолісом було доведено, що будь-яке тіло, що рухається повздовж земної поверхні, намагається відхилитися в північній півкулі вправо, а в південній – вліво від первісного направлення свого руху. На обертаючій Землі всяке тіло або маса, що рухається відчуває так зване поворотне прискорення. Це прискорення називають відхиляючої силою Землі або силою Коріоліса. Вона не прискорює, не сповільнює рух, а змінює його напрямок.

Припустимо, що частки повітря (у північній півкулі) під дією сили баричного градієнту починають рухатись по меридіану SC (рис. 14.5). У направленні ав. Так як Земля обертається навколо осі з заходу на схід, меридіан SC через деякий час займе положення S₁C, а рухомі частки повітря перемістяться в в₁. Тому при положенні меридіану S₁C напрямок руху часток а₁в₁ залишається паралельним первісному їх напрямку ав. З рисунка видно, що потік повітря, що рухається відхиляється від меридіана, а значить від направлення баричного градієнта вправо. Аналогічно відбувається відхилення повітряних потоків вліво в південній півкулі. Можна довести, що сила Коріоліса діє не тільки в меридіанному напрямку, а й у будь-якому.

Рис. 14.5 Дія відхиляючої сили оберту Землі

Величина відхиляючої сили Землі А залежить від

- географічної широти j,

- швидкості потоку, що рухається n;

- кутової швидкості оберту Землі w.

Остання показує, на який кут повертається Земля навколо своєї вісі за 1сек. Її виражають у радіанах і вона дорівнює

w =2p /24*60*60 =7,29 10^-5 сек ^-1. (14.3)

Величина силі Коріоліса, що діє на одиницю маси, дорівнює

А =2 n w Sinj см/сек². (14.4)

З формули видно, що на полюсі (j =90⁰) відхиляюча сила оберту Землі А має максимальне значення. Зі зменшенням j величина А меншає та на екваторі (j =0⁰) дорівнює нулю. З підвищенням швидкості руху n, відхиляюча сила оберту також збільшується. Відхиляюча сила оберту Землі діє завжди в напрямку перпендикулярному до напрямку руху. Вона змінює тільки напрямок руху повітряного потоку, але не впливає на його швидкість. Прискорення, що утворює відхиляюча сила оберту Землі невелике. Так, наприклад, на широті 50⁰, при швидкості вітру 20 м/сек, А =0,22 см/сек².

Під впливом сили Коріоліса в північній півкулі праві береги річок розмиваються водою та стають крутішими, ніж ліві. Льоди в Арктиці під дією відхиляючої сили А рухаються не по напрямку вітру, а відхиляються від нього на 30-40⁰ вправо.

Дата добавления: 2014-01-04