Geografsko okolje in problemi etnokulturne enotnosti starega juga

Poglavje 43. DRŽAVE JUGOVZHODNE AZIJE V ANTICI

Za jugovzhodno Azijo je značilen razgiban teren, ki se izmenjuje visoke gore, navadno preraščen z vlago tropski gozd, kjer tečejo majhne hitre gorske reke, z zamočvirjenimi dolinami velikih in srednje velikih rek. Visoke temperature in vlažnosti je bogastvo rastlinstva povzročilo povečano vlogo poljedelstva in nabiralništva ter razmeroma majhno vlogo lova in zlasti živinoreje. Tu so odkrili eno najstarejših naselbin ljudi, ki so se z njo ukvarjali že v 8. tisočletju pr. e. kmetijska proizvodnja (gojenje stročnic in melon). Tip gojenja riža, ki se je nato pojavil v neolitiku, je bil bolj ali manj enak za starodavno jugovzhodno Azijo, katere ozemlje, ki je imelo podobnosti v gospodarstvu in deloma v kulturnem in antropološkem videzu njenih prebivalcev, je bilo v starih časih nekoliko večje od zdaj je. Vključevala je dolini Xijiang in Yangtze z desnimi pritoki; njeno obrobje je bila dolina Gangesa, kjer še vedno živijo ljudstva, sorodna Mon-Kmerom. Glavna starodavna ljudstva jugovzhodne Azije so Avstroazijci (Mons, Kmeri in Tajci) v njenem celinskem delu in Avstronezijci (Malejci, Javanci itd.) v otoškem delu; skupaj se imenujejo avstrijska ljudstva. Najbolj razvite so bile avstroazijske

predel nižin Južne Indokine, kjer je že v 3. tisočletju pr. e. prebivalstvo je samostojno prešlo na izdelavo orodij iz bakra in kmalu - iz brona. To starodavno središče metalurgije je močno vplivalo na zahodno obrobje in na razvoj metalurgije v porečju Rumene reke. Toda do 2. tisočletja pr. e. gospodarski razvoj jugovzhodne Azije je začel zaostajati za razvojem sosednjih regij. Trd način velike reke Jugovzhodna Azija je tam oteževala ustvarjanje velikih namakalnih sistemov kot enega najpomembnejših pogojev za razvoj posebne kulture riža. Takšne sisteme so se naučili ustvarjati pozneje. Dolgo časa Majhne podeželske skupnosti, ki so se ukvarjale z gojenjem riža, so ostale glavna enota družbe.

Samo v poznih bronasta doba, med znamenito civilizacijo Dong Son iz 1. tisočletja pr. e.1,

v dolinah velikih in srednje velikih rek starodavne jugovzhodne Azije so nastala precej velika območja strnjenega kmetijskega prebivalstva, ki je postalo osnova zgodnja stanja. Razvoj pluga in kompleksne obrti je povzročil povečanje produktivnosti dela in kompleksnejšo socialno strukturo družbe. Pojavile so se utrjene naselbine in začele so nastajati prve države.

1 Ime po vietnamski vasi Dong Son, kjer so prvič izkopali grobišče te kulture. Njegovo središče je

Severni Vietnam.

Najstarejši pisni viri, pisani s svojevrstnimi hieroglifi, tipološko blizu zgodnjim zapisom zahodne Azije (čeprav so nastali več tisoč let kasneje), so bili odkriti šele nedavno in njihovo število je zanemarljivo. Dragocene informacije vsebujejo starodavna epigrafika v sanskrtu in zgodnjesrednjeveški napisi v jezikih ljudstev jugovzhodne Azije. Pomembno vlogo pri rekonstrukciji zgodovine tega območja igrajo zgodnjesrednjeveške kronike (vietska, monska itd.), pa tudi pričevanja starodavnih kitajskih, staroindjskih in starodavnih avtorjev.

Države, ki so nastale najprej med starodavnimi Avstroazijci in starodavnim Vietom, sorodne njim po jeziku, so se raztezale od zahodne Indokine preko sodobnega severnega Vietnama do spodnjega toka Jangceja. Med njimi je mogoče razlikovati štiri skupine držav: države severovzhodne Indokine in Severna obala

Južno (sodobno Južnokitajsko) morje; države južne Indokine; stanja starodavnih

Indonezijci na polotoku Malaka in arhipelagu; države osrednjega dela sev

Indokina in okolica severne regije, kjer živijo tajsko govoreča ljudstva.

Vzhodna Azija - pojem in vrste. Razvrstitev in značilnosti kategorije "Vzhodna Azija" 2017, 2018.

Sile, ki delujejo v atmosferi.

Sile, ki delujejo v ozračju, delimo na masne in površinske:

Masne ali volumetrične sile.

Masne sile vključujejo tiste sile, ki delujejo na vsak elementarni volumen zraka in se običajno izračunajo na enoto mase. Tej vključujejo:

Gravitacija predstavlja vektorsko vsoto dveh sil: sile gravitacija, usmerjena proti središču Zemlje, in centrifugalna sila, ki nastane zaradi vrtenja Zemlje okoli svoje osi in je usmerjena vzdolž polmera zemljepisnega kroga, ki poteka skozi obravnavano točko.

Coriolisova sila (odklonska sila zemeljskega vrtenja) je povezana z vrtenjem Zemlje okoli svoje osi in deluje na zračne delce, ki se gibljejo glede na Zemljo (na atmosferske zračne tokove). Coriolisova sila nastane kot posledica prenosnega rotacijskega gibanja Zemlje in hkratnega gibanja delcev zraka glede na zemeljsko površje.

Kje? - kotna hitrost vrtenje Zemlje.

S formulami za vektorsko analizo dobimo komponente Coriolisove sile vzdolž koordinatnih osi.

Površinske sile. Površinske sile vključujejo tiste sile, ki delujejo na stične površine plasti zraka.

Sila pritiska (barična gradientna sila) nastane zaradi neenakomerne porazdelitve tlaka. Vektor sile gradienta tlaka je določen z razmerjem

in njegove komponente, povezane z enoto mase, imajo vzdolž koordinatnih osi naslednjo obliko:

Sila trenja nastane pri gibanju zraka, ko imajo njegove različne prostornine drugačna hitrost gibanja. Če obravnavamo gibanje zraka kot gibanje viskozne tekočine, potem ko se dve sosednji plasti tekočine premikata z različne hitrosti, se med njimi razvijejo tangencialne sile notranjega trenja (tangencialne napetosti) ali viskozne sile. Komponente te sile vzdolž koordinatnih osi:

Kinematični koeficient turbulentne viskoznosti in - dinamični koeficient viskoznosti.

Enačba gibanja proste atmosfere

Kot je znano, se gostota snovi v fiziki uvede s prehodom na mejo: , kjer je v mehaniki kontinuum je treba razumeti kot m kot maso snovi, ki jo vsebuje prostornina W. Poglejmo, kako bo izgledal zakon ohranitve mase za poljubno gibajočo se prostornino zveznega medija, za katerega. Iz (1.12) potem sledi:

ali zaradi poljubnosti volumna W:

To enačbo imenujemo enačba kontinuitete (zveznosti).

Geostrofični veter

Najenostavnejši tip gibanja zraka, ki si ga lahko teoretično predstavljamo, je premočrtno enakomerno gibanje brez trenja. Takšno gibanje z odklonsko silo, različno od nič, imenujemo geostrofični veter.

Z geostrofalnim vetrom, razen gonilna sila gradient G = - 1/?*dp/dn, na zrak deluje tudi odklonska sila vrtenja Zemlje A = 2?*sin?*V. Ker se domneva, da je gibanje enakomerno, sta obe sili uravnoteženi, to je enaki po velikosti in usmerjeni nasprotno. Odklonska sila vrtenja Zemlje na severni polobli je usmerjena pravokotno na hitrost gibanja v desno. Iz tega sledi, da mora biti po velikosti enaka gradientna sila usmerjena pravokotno na hitrost v levo. In ker leži izobara pod pravim kotom na gradient, to pomeni, da geostrofični veter piha vzdolž izobare in na levi pušča nizek tlak (slika 4.21).

Slika 4.21. Geostrofični veter. G-- sila gradienta tlaka, A -- odklonska sila vrtenja Zemlje, V -- hitrost vetra.

IN Južna polobla, kjer je odklonska sila Zemljine rotacije usmerjena v levo, bi moral pihati geostrofični veter, ki pušča nizek pritisk na desni. Hitrost geostrofičnega vetra je mogoče enostavno najti tako, da zapišemo pogoj ravnotežja za delujoče sile, to je, da njihovo vsoto enačimo z nič. Dobimo

od koder po rešitvi enačbe najdemo za hitrost geostrofičnega vetra

To pomeni, da je hitrost geostrofičnega vetra neposredno sorazmerna z velikostjo samega gradienta tlaka. Večji kot je gradient, tj. gostejše so izobare, močnejši veter.

Nadomestimo v formulo (2) številčne vrednosti za gostoto zraka pri standardnih pogojih tlaka in temperature na morski gladini ter za kotno hitrost vrtenja Zemlje; Izrazimo hitrost vetra v metrih na sekundo, gradient tlaka pa v milibarih na 100 km. Nato dobimo formulo (2) v delovni obliki, primerni za določanje hitrosti geostrofičnega vetra (na morski gladini) iz velikosti gradienta.

Atmosfera ovija ves svet in pritiska na vsakega kvadratni meter površine. Posledično se na površju Zemlje in na kateri koli nadmorski višini na vsaki točki ustvari določen pritisk, t.j. tlačno polje ali barično polje. To polje lahko opišemo kot sistem površin enakega tlaka, tako imenovane izobarične površine, na primer: 1000 hPa, 850 hPa, 500 hPa, 200 hPa itd. Na morski gladini sečišča z izobaričnimi površinami tvorijo črte enakega tlaka - izobare.

Porazdelitev pritiska na zemeljski obli je zelo heterogena, spreminja se od točke do točke in se spreminja skozi čas. Heterogenost porazdelitve tlaka je razložena z neenakomerno porazdelitvijo zračnih mas znotraj vsakega stolpca atmosfere, kar je odvisno od porazdelitve temperature. Če v enem geografsko območje tlak je visok, v drugem pa nizek, potem se bo zrak premaknil iz območja več visok pritisk na območje več nizek pritisk. Poleg tega, večja kot je razlika v tlaku, tem večji pospešek pridobiva zrak. Razlika tlaka na enoto razdalje, ki je normalna na izobaro, se imenuje vodoravni gradient tlaka. Sicer pa je to sila, ki premika zrak. Poleg sile gradienta tlaka delujejo vztrajnostne sile (Coriolisove in centrifugalne sile), pa tudi sile trenja. Vsi zračni tokovi se upoštevajo glede na Zemljo, ki se vrti okoli svoje osi. Če se tega spomnite, lahko razumete, kako deluje Coriolisova sila (CF). linearna hitrost rotacija vsakega mirujočega telesa na Zemlji je enaka zmnožku kotne hitrosti vrtenja Zemlje si z razdaljo do osi vrtenja r, to je u = wr. Razmislimo o delovanju Coriolisove sile na primeru gibanja telesa enote mase po meridianu. Predpostavimo, da se 1 kg zraka na severni polobli nahaja na zemljepisni širini f in se začne gibati vzdolž poldnevnika proti severu s hitrostjo vetra V. Zaradi vztrajnosti bo ta kilogram zraka ohranil linearno vrtilno hitrost u, ki jo je imel na zemljepisni širini f. Zaradi premikanja proti severu bo na vedno višjih zemljepisnih širinah, kjer je razdalja do osi vrtenja Zemlje manjša in linearna hitrost vrtenja Zemlje manjša. Tako bo to telo napredovalo mirujoča telesa, ki se nahaja na istem poldnevniku, vendar na višjih zemljepisnih širinah, to pomeni, da bo opazovalec na Zemlji lahko opazil, da bo to telo pod vplivom neke sile odstopalo v desno. Ta sila je delovanje Coriolisove sile. Podobno sklepanje kaže, da bo na južni polobli tak kilogram zraka odstopal v levo od smeri gibanja. Velikost horizontalne komponente Coriolisove sile, ki deluje na 1 kg, je enaka SC = 2wVsin. Na severni polobli je usmerjena pravokotno na desno od hitrosti vetra V. Iz formule sledi, da če je. telo miruje, potem Coriolisove sile ni. Deluje le, ko se zrak giblje.

Na našem planetu sta sili horizontalnega tlačnega gradienta in Coriolisove sile istega reda, zato se pogosto skoraj uravnovesita. Takrat je pospešek zraka majhen in gibanje blizu premočrtnemu in enakomernemu. V tem primeru se zrak ne giblje vzdolž gradienta tlaka, temveč vzdolž izobare ali blizu nje, pri čemer na severni polobli ostane nizek tlak na levi.
Zračni tokovi v atmosferi imajo vrtinčno naravo: običajno so trajektorije zračnih delcev ukrivljene in delci se premikajo v nasprotni ali v smeri urinega kazalca. Pri tem gibanju na vsak kilogram zraka deluje centrifugalna sila V2/R, kjer je V hitrost vetra, R pa polmer ukrivljenosti trajektorije. V atmosferi je sila vedno manjša od sile gradienta tlaka. Sila trenja nastane med površjem Zemlje in zrakom, ki se giblje nad njo. Neravnine zemeljske površine ujamejo manjše količine zraka. Prenos količine zraka z nizko vodoravno hitrostjo navzgor z nižjih ravni upočasni gibanje zgornje plasti zrak. Tako se trenje proti zemeljski površini prenaša navzgor in postopoma slabi. Sila trenja upočasni hitrost vetra. Opazen je v plasti 1 - 1,5 km, ki jo imenujemo planetarna plast mejna plast. Veter se tu zaradi trenja odklanja od izobar proti nizkemu tlaku. Nad 1,5 km je vpliv trenja precejšen, zato višje plasti imenujemo prosta atmosfera.

Značilnosti manifestacije gravitacije v ozračju.

Gravitacija. Ena od masnih sil je sila gravitacije, ki deluje na kateri koli delček zraka, tako mirujočega kot gibljivega glede na Zemljo.

Gravitacijska sila g je vektorska vsota dveh sil: gravitacijske sile g, usmerjene proti središču Zemlje, in centrifugalne sile c, ki izhaja iz vrtenja Zemlje okoli svoje osi in je usmerjena vzdolž polmera Zemlje. širinski krog, ki poteka skozi zadevno točko (slika). Na sliki je nemogoče ohraniti pravilno razmerje velikosti teh dveh sil, saj je centrifugalna sila premajhna v primerjavi s silo gravitacije. Dejansko vrednost centrifugalni pospešek je določen z: kjer je - v 2 na prenosno hitrost, a rᵩ - oddaljenost delca od zemeljske osi.

Ker se zemlja vrti okoli svoje osi s konstantno kotno hitrostjo, kjer T*- dan, nato na daljavo rᵩ od osi je prenosna hitrost enaka w rᵩ,. Velikost rᵩ, je enako rᵩ= r cosᵩ ( r- oddaljenost delca od središča Zemlje). Ob upoštevanju vsega tega lahko formulo za centrifugalni pospešek zapišemo takole:

Kjer je w 2 = 7,297 10 -5 1/s kotna hitrost Zemljinega vrtenja; r- oddaljenost delca od središča zemlje, ᵩ - geografska širina.

Centrifugalna sila z zelo majhna v primerjavi s silo gravitacije g, in ko se približuje polu, se zmanjša na nič, gravitacijska sila g pa narašča z naraščajočo zemljepisno širino.

Delovanje gravitacije določa obliko gladine svetovnih oceanov in v veliki meri tudi obliko kopnega. Očitno v odsotnosti morski tokovi gladina morja mora biti povsod pravokotna na smer gravitacije (sicer bo tangencialna komponenta gravitacije začela premikati vodne delce). Takšne površine imenujemo ravne površine in približno predstavljajo vrtilne elipsoide, katerih mala os sovpada z osjo vrtenja Zemlje.

Tenzor elastične napetosti. Povezava z viskoznostjo.

Tenzor napetosti je tenzor drugega ranga, sestavljen iz devetih količin, ki predstavljajo mehanske napetosti v poljubna točka obremenjeno telo. Teh devet količin je zapisanih v obliki tabele, v kateri vzdolž glavne diagonale obstajajo normalne napetosti v treh medsebojno pravokotnih oseh, v drugih položajih pa tangencialne napetosti, ki delujejo na treh medsebojno pravokotnih ravninah.

Tenzor popolne mehanske napetosti elementarne prostornine telesa. Črka σ označuje normalne mehanske napetosti, tangentne napetosti pa črko τ.

Komponente napetostnega tenzorja v kartezični sistem koordinate (tj.) se vnesejo na naslednji način. Razmislite o neskončno majhni prostornini telesa (zveznega medija) v obliki pravokotni paralelopiped, katerih ploskve so pravokotne na koordinatne osi in imajo območja. Površinske sile delujejo na vsako stran paralelepipeda. Če projekcije teh sil na os označimo kot , potem so komponente tenzorja napetosti razmerje med projekcijami sile in površino obraza, na katero ta sila deluje:

Tukaj ni seštevanja po indeksu. Komponente , , , označene tudi kot , , so normalne napetosti in predstavljajo razmerje projekcije sile na normalo na obravnavano ploskev:

Komponente , , , označene tudi kot , so tangencialne napetosti, predstavljajo razmerje projekcije sile na tangentne smeri na zadevno ploskev:

Kdaj linearna teorija elastičnosti je tenzor napetosti simetričen (tako imenovani zakon parjenja tangencialnih napetosti).

Stopnja kontinuitete.

Enačba zveznosti, pogosto imenovana enačba zveznosti, je posebna oblika običajno pravo ohranjanje mase, ki ga je vzpostavil Lomonosov, specializirano za primer neprekinjenega medija.

Oglejmo si osnovno maso tekočine δm, polnjenje volumna δτ . Če sledimo gibanju delcev tekočine, ki sestavljajo dano prostornino tekočine, lahko invariantnost mase izrazimo z razmerjem
(1)

Ker
, potem iz (1) sledi, da
(2)

Če ta izraz zamenjamo v (2) in zmanjšamo za δτ, dobimo kontinuitetno enačbo

Enačbo kontinuitete je mogoče prevesti tudi v drugo obliko, primernejšo za nadaljnje zaključke. Za to bomo razkrili izraz za posamezen odvod gostote in za divergenco hitrosti

Ta oblika enačbe kontinuitete se najpogosteje uporablja v meteoroloških raziskavah.

Za nestisljivo tekočino ima enačba (4) obliko

Veljavnost tega razmerja je mogoče preveriti tudi neposredno, če se spomnimo fizikalnega pomena divergence hitrosti.

Navedimo še en izraz za enačbo kontinuitete v sferičnem koordinatnem sistemu (za izpeljavo je dovolj, da jo izrazimo v teh koordinatah)

13 Turbulenca v ozračju. Spremembe enačb

Zaradi neenakomerne porazdelitve tlaka v ozračju se njegove zračne mase gibljejo vodoravno, kar povzroča veter.

Hitrost in smer vetra se nenehno spreminjata. Povprečna hitrost vetra je 5-10 m/s, lahko pa doseže 50 m/s ali več. V višjih plasteh ozračja v reaktivni tokovi hitrost vetra lahko presega 100 m/s.

Gibanje zraka v ozračju je turbulentno. Bistvo pojava turbulence je v tem, da se v gmoti zraka med gibanjem oblikujejo vrtinčni tokovi. Ti vrtinci povzročajo kaotična nihanja v značilnostih premikajočih se zračnih mas, tj. njihova hitrost, smer, temperatura, tlak in gostota. Eden od virov turbulence je razlika v hitrosti vetra v sosednjih plasteh. Turbulenca je še posebej velika v spodnjih plasteh troposfere: v prizemni plasti na višini 50-100 m in v torni plasti, ki sega do višine 1000-1500 m. Turbulence, ki jih povzročajo razlike v hitrostih v sosednjih plasteh, imenujemo dinamične.

Poleg horizontalnih gibanj zračnih mas obstajajo tudi vertikalna gibanja v ozračju. Hitrosti vertikalnih premikov so bistveno nižje od horizontalnih. V normalnih pogojih se navpični premiki merijo v centimetrih na sekundo. Razvoj teh gibanj je povezan s prisotnostjo Arhimedove ali hidrostatične sile. Zrak, toplejši v bližini zemeljskega površja in zato manj gost kot okolje, se premika navzgor, hladnejši zrak pa potone namesto njega.

Navpično gibanje zraka imenujemo konvekcija. S šibkim razvojem ima konvekcija kaotičen turbulenten značaj. Z razvito konvekcijo se nad posameznimi območji segretega zemeljskega površja pojavljajo močni vzpenjajoči in padajoči zračni tokovi, ki dosežejo stratosfero. Padajoči tokovi so običajno manj intenzivni, vendar pokrivajo veliko večja območja.

Turbulentno mešanje je več deset in tisočkrat večje od molekularnega mešanja ali molekularne difuzije.

Turbulentna difuzija vodi do širjenja toplote in vlage v ozračju v navpični smeri. Posledica turbulence je prenos gibalne količine od zgoraj navzdol, kar vodi do neke izenačitve porazdelitve hitrosti vetra po višini. Količina gibanja je podana z

Kjer je m masa zraka, v je hitrost gibanja te mase.

Ker je v višjih plasteh atmosfere hitrost vetra večja kot ob zemeljskem površju, se pri mešanju zračne mase z večjimi hitrostmi premaknejo na nižje nivoje, kar povzroči turbulentno trenje.

Poleg glavnih sestavin sestava zraka vključuje spremenljive dele: vodno paro, ogljikov dioksid, ozon, pa tudi različne nečistoče, tj. najmanjša trdna snov in tekoči delci imenovani aerosoli. Količina katere koli snovi je označena z njeno specifično vsebnostjo s, tj. masni delež snovi.

V procesu turbulentne izmenjave zraka se vsaka snov širi v smeri, v kateri se zmanjšuje. Spremembo snovi na enoto razdalje imenujemo njen gradient. V atmosferi se običajno opazi zmanjšanje snovi v smeri od spodaj navzgor.

Kvantitativna značilnost turbulentne izmenjave je tok snovi, tj. količina snovi, ki se prenese skozi enoto površine na enoto časa.

V skladu s teorijo mora snov, ki se prenaša v procesu turbulentne izmenjave, izpolnjevati naslednje pogoje.

1. Količina snovi v posameznem delcu zraka med njegovim gibanjem, dokler se ne pomeša z okoliškim zrakom, mora ostati nespremenjena.

2. Pri mešanju dveh mas zraka mora ostati skupaj snovi.

3. Snov mora biti pasivna primesa, tj. ne vplivajo na turbulentno gibanje.

Pod temi pogoji je pretok snovi sorazmeren z gradientom masni delež snovi. V primeru vertikalnega transporta snovi lahko njen tok izrazimo s formulo Sв = -А* dS/dZ, kjer je Sв vertikalni transport snovi, -dS/dZ vertikalni gradient snovi, A je koeficient turbulentne izmenjave, odvisen od atmosferskih razmer in narave podležečih površin.

Turbulentnega prenosa toplote v ozračju je več kompleksna narava. Zaradi stisljivosti zraka in adiabatnih sprememb njegove temperature, ki se nenehno pojavljajo v njegovi debelini, smeri prenosa toplote ni mogoče oceniti s smerjo temperaturnega gradienta. Pri suhem adiabatnem procesu je preostala značilnost toplotnega stanja zračne mase njena potencialna temperatura.

14. Skalar, vektor, tenzorske količine

Skalarna količina(iz latinščine scalaris - stopničasto) v fiziki - količina, katere vsako vrednost je mogoče izraziti z eno realno številko. To pomeni, da je skalarna količina določena le s svojo vrednostjo, v nasprotju z vektorjem, ki ima poleg vrednosti tudi smer. Skalarne količine vključujejo dolžino, površino, čas, temperaturo itd.

Vektorska količina- količina se imenuje vektor (vektor), če jo določata dva elementa različne narave: algebrski element- število, ki označuje dolžino vektorja in je skalar, ter geometrijski element, ki označuje smer vektorja.

Vektorske količine so označene z ustreznimi črkami s puščico na vrhu ali krepko. Primeri vektorskih fizikalnih količin:

sila; hitrost; utrip.

Vektorji so predstavljeni z usmerjenimi segmenti. Začetek vektorja je točka, kjer se začne usmerjen segment (točka A na sliki 1), konec vektorja je točka, v kateri se konča puščica (točka B na sliki 1).

Tenzorske količine- predmeti linearna algebra, linearno preoblikovanje elementov enega linearni prostor v elemente drugega. Posebni primeri tenzorjev so skalarji, vektorji, bilinearne oblike in tako naprej. Izraz "tenzor" se pogosto skrajšuje tudi za izraz "tenzorsko polje", ki je preučevanje tenzorskega računa. Številne tenzorske količine, katerih tenzorski rang je 2, so določene z enačbo oblike, kjer sta in dve vektorski fizikalni količini, povezane s preobrazbo. Primeri: vztrajnostni tenzor; tenzor efektivne mase; tenzor dielektrične konstante.

15. Teorija podobnosti. Lestvica.

Doktrina fizikalnega raziskovanja. pojavov, ki temeljijo na konceptu fizikalnega. podobnost. Dva fizična pojavi so podobni, če je mogoče iz številčnih vrednosti značilnosti enega pojava dobiti številčne vrednosti značilnosti drugega pojava s preprosto pretvorbo, ki je podobna prehodu iz enega sistema enot meritev drugemu. Za kateri koli niz podobnih pojavov imajo vse ustrezne brezdimenzijske karakteristike (brezdimenzijske kombinacije dimenzijskih količin) enako numerično vrednost. Velja tudi obratni sklep, tj. če so vse ustrezne brezdimenzijske značilnosti za dva pojava enake, potem sta si ta pojava fizikalno podobna.

Dimenzijska analiza in dimenzijska analiza sta med seboj tesno povezani in tvorita osnovo za poskuse z modeli. Pri tovrstnih poskusih preučevanje določenega pojava v naravi nadomestimo s preučevanjem podobnega pojava na modelu manjšega ali večjega merila (običajno v posebnih laboratorijskih pogojih).

Po vzpostavitvi sistema parametrov, ki opredeljujejo izbrani razred pojavov, se vzpostavijo pogoji za podobnost dveh pojavov. Namreč, naj bo pojav določen z neodvisnimi parametri, od katerih so nekateri lahko brezrazsežni. Naj nadalje razsežnosti opredeljujočih spremenljivk in fizikalnih. konstante so izražene preko dimenzij k teh parametrov z neodvisnimi dimenzijami (). Potem je iz n količin možno sestaviti le n-k neodvisnih brezdimenzijskih kombinacij. Vse želene brezdimenzionalne značilnosti pojava lahko obravnavamo kot funkcije teh n-k neodvisnih brezdimenzionalnih kombinacij, sestavljenih iz definirajočih parametrov. Med vsemi brezdimenzionalnimi količinami, ki jih sestavljajo določujoče značilnosti pojava, je vedno mogoče navesti določeno bazo, to je sistem brezdimenzionalnih količin, ki določajo vse ostale.

Razred pojavov, ki ga določa ustrezna navedba problema, vsebuje pojave, ki so na splošno med seboj različni. Identifikacija podrazreda podobnih pojavov iz njega se izvede z naslednjim pogojem.

Za podobnost dveh pojavov je potrebno in zadostno, da so numerične vrednosti brezdimenzionalnih kombinacij, sestavljenih iz popolnega seznama definirajočih parametrov, ki tvorijo osnovo, v teh dveh pojavih enake. Pogoji za stalnost baze abstraktnih parametrov, sestavljenih iz dane vrednosti, ki definira pojav, imenovan. merila podobnosti. V hidrodinamiki so najpomembnejši kriteriji podobnosti Reynoldsovo število, ki označuje razmerje med vztrajnostnimi silami in viskoznimi silami, Machovo število, ki upošteva stisljivost plina, in Froudovo število, ki označuje razmerje med vztrajnostnimi silami. in gravitacijske sile. Glavna merila za podobnost procesov prenosa toplote med tekočino (plinom) in aerodinamičnim telesom so: Prandtlovo število, ki označuje termodinamiko. stanje okolja; Nusseltova številka, ki označuje intenzivnost konvektivne izmenjave toplote med površino telesa in tokom tekočine (plina); Pecletovo število, ki označuje razmerje med konvektivnimi in molekularnimi procesi prenosa toplote v tekočinah; Stantonovo število, ki označuje intenzivnost disipacije energije v toku tekočine ali plina. Za porazdelitev toplote v trdnem telesu je merilo podobnosti Fourierjevo število, ki označuje hitrost spreminjanja toplotnih pogojev v okolju in hitrost prestrukturiranja temperaturnega polja v telesu ter Biotovo število, ki določa naravo ujemanja med temperaturnimi pogoji okolja in porazdelitvijo temperature v telesu. V procesih, ki se skozi čas spreminjajo, so glavna merila podobnosti, ki označujejo podobnost procesov skozi čas, merila homohronije. V problemih aerohidromehanike se ta kriterij imenuje. Stroukhalya v številu. Kriterij mehanske podobnosti gibanje je Newtonovo število. Pri proučevanju elastičnih deformacij je kriterij podobnosti Poissonovo razmerje. Če so izpolnjeni pogoji podobnosti, potem za dejansko Za izračun vseh karakteristik in situ z uporabo podatkov o dimenzijskih karakteristikah na modelu je potrebno poznati prehodne lestvice za vse relevantne količine. Če je pojav določen s parametri, od katerih ima k neodvisne dimenzije, potem so lahko za količine z neodvisnimi dimenzijami prehodne lestvice poljubne in jih je treba nastaviti ob upoštevanju pogojev problema, v poskusih pa ob upoštevanju eksperimentalnih pogoji. Prehodne lestvice za vse ostale dimenzijske veličine dobimo iz formul, ki izražajo dimenzije vsake dimenzijske veličine preko dimenzij k veličin z neodvisnimi dimenzijami, za katere so lestvice predlagane s pogoji eksperimenta in postavitvijo problema.

Na primer, pri problemu enakomernega toka nestisljive viskozne tekočine okoli telesa so vse brezdimenzijske količine, ki označujejo gibanje kot celoto, določene s tremi parametri: koti a, b (smer translacijske hitrosti telesa glede na njegova površina) in Reynoldsovo število R. Fizikalni pogoji. podobnosti - kriteriji podobnosti - predstavljajo relacije:

Homohrono število. Primer uporabe

Kriteriji podobnosti so brezrazsežna števila, sestavljena iz dimenzionalnih fizičnih. količine, ki določajo obravnavano fizikalno. pojav. Vsak fizični količina je izdelek številčna vrednost na mersko enoto in je tako vedno odvisna od izbire sistema merskih enot. Vrednosti kriterija podobnosti niso odvisne od merskih enot. Enakost vseh kriterijev iste vrste za dve fizični pojavi (procesi) ali sistemi – potrebni in zadosten pogoj fizično podobnosti teh sistemov.

Homokronijsko število označuje nestacionarnost procesa gibanja in se uporablja pri preučevanju prenosa toplote v nestacionarnih (na primer pulzirajočih) tokovih. Eulerjevo število določa podobnost tlačnih polj. V nekaterih sistemih je to število funkcija Reynoldsovega števila z eno vrednostjo.

VT/L=But, kjer je V karakteristična hitrost, T karakteristični čas spremembe procesa, L karakteristična linearna velikost.

Strouhalovo število je posebna vrsta kriterija homohronije, ki se uporablja v hidroaeromehaniki.

Homohrono število Ho in Fourierjevo število Fo sta odločilni kriteriji za nestacionarni procesi. Število ali Fourierjev kriterij je eden od kriterijev za podobnost nestacionarnih toplotnih procesov. Označuje razmerje med hitrostjo spremembe toplotnih pogojev v okolju in hitrostjo prestrukturiranja temperaturnega polja znotraj obravnavanega sistema (telesa), ki je odvisno od velikosti telesa in koeficienta njegove toplotne difuznosti:

kjer je a = l/rc - koeficient toplotne difuzije, (l - koeficient toplotne prevodnosti, r - gostota, c - Specifična toplota), l je značilna linearna velikost telesa, t0 je značilen čas spremembe zunanjih pogojev.

Ker so merila, ki vzpostavljajo razmerje med stopnjami razvoja različne učinke, se imenujejo kriteriji homokronosti, je Fourierjevo število kriterij za homokronost toplotnih procesov, tj. povezuje čase različnih učinkov.

Froudova številka. Primer uporabe

Froudovo število () ali Froudov kriterij je eno od meril za podobnost gibanja tekočin in plinov in je brezdimenzijska količina. Uporablja se v primerih, ko je vpliv zunanjih sil pomemben. Uvedel William Froude leta 1870.

Froudovo število v hidrodinamiki

Froudovo število označuje razmerje med vztrajnostno silo in zunanja sila, v polju katerega poteka gibanje, ki deluje na elementarni volumen tekočine ali plina:

kjer je v značilna lestvica hitrosti, g je pospešek, ki označuje delovanje zunanje sile, L je značilna velikost območja, v katerem se upošteva tok.

Na primer, če upoštevamo tok tekočine v cevi v gravitacijskem polju, potem vrednost g razumemo kot pospešek prostega pada, vrednost v je hitrost toka, L pa lahko vzamemo kot dolžino cevi. ali njegov premer.

V ladjedelništvu se uporablja druga različica Froudovega števila - koren zgoraj omenjenega hidrodinamičnega Froudovega števila.

Froudovo število omogoča primerjavo pogojev valovanja za ladje različnih velikosti. Pri plovilih z velikim izpodrivom je Froudovo število običajno 0,2–0,3, pri majhnih plovilih za skobljanje pa je običajno večje od 1, vendar je običajno izbrano v območju 2–3.

Froudovo število se uporablja tudi pri modeliranju vodnih tokov v odprtih kanalih in testiranju modelov hidravličnih objektov.

Froudovo število pri prenosu toplote

Pri prenosu toplote Froudov kriterij označuje tudi razmerje med vztrajnostno silo in gravitacijsko silo, vendar se izraža drugače:

g - pospešek prostega pada,

l- določanje (značilne) velikosti,

w je pretok tekočine ali plina.

kako večje število Fr, manjši je vpliv gravitacije na lastnosti gibanja.

L(10 2 – 2 10 6 m) in hitrost V g v= 1,5 * 10 -5 m2 / s, za merila podobnosti dobimo naslednje vrednosti zgornje in spodnje meje možne vrednosti Froudove številke:

Zgornja meja 50 2 /10*10 22 =2,5

Spodnja meja 10/2*7*10 -5 *2*10 6 =4*10 -2

Število odstopanj od geostrofičnosti. Primer uporabe

V-karakteristična hitrost, L-karakteristična velikost, ω-kotna hitrost

Višje kot je število De, tem manj vpliva rotacijska odklonska sila na gibanje

pri velike vrednostištevilke De o lastnostih gibanja velik vpliv imeti si-

vztrajnostne črte, določene s konvektivnim členom v enačbah gibanja.

Upoštevanje intervalov menjave dolžine L(10 2 – 2 10 6 m) in hitrost V(10 - 50 m/s) in približno ob g≈ 10 m/s 2, ω =7*10 -5 1/s in v= 1,5*10 -5 m2/s, za merila podobnosti dobimo naslednje vrednosti zgornje in spodnje meje možnih vrednosti:

Zgornja meja 50/2*7*10 -5 *10 2 =4*10 3

Spodnja meja 10*10 2 /1,5*10 -5 =7*10 7

Eulerjevo število. Primer uporabe

Eulerjevo število (Eu) je brezdimenzijski koeficient, ki se pojavi v Navier-Stokesovih enačbah in opisuje razmerje med tlačnimi silami na prostorninsko enoto tekočine (ali plina) in vztrajnostnimi silami.

kjer je ρ gostota, Δр razlika tlaka, porabljena za premagovanje hidravličnega upora, v hitrost.

Reynoldsovo število. Primer uporabe.

Reynoldsovo število– enega od kriterijev podobnosti (brezdimenzijske količine, ki označujejo razmerja razne sile, ki deluje v tekočini (plinu).

Reynoldsovo število se uporablja v dinamiki, preden zvok teče (teče s hitrostjo, nižjo od hitrosti zvoka) in je določeno s formulo kjer je U hitrost toka, L je značilna linearna velikost toka. (to je lahko navpična dimenzija H ali vodoravna dimenzija L, odvisno od posebnosti obravnavanega toka in potrebe po ločevanju linearnih dimenzij navpično in vodoravno), v m je kinematična viskoznost tekočine (tradicionalno (pri upoštevanju laminarne) tokov) pod tem vrednost razumemo kot molekulsko viskoznost, vendar v meteorologiji, kjer preučujemo turbulentne tokove, najpogosteje pomeni "turbulenten" analog ) . Reynoldsovo število (imenovano po angleškem fiziku Osbornu Reynoldsu) označuje razmerje med vztrajnostnimi silami in silami trenja v toku tekočine. Dokaj pogosto se uporabljajo tudi druge formulacije Reynoldsovega števila, npr. kjer je razlika v hitrosti toka na mejah obravnavanega območja, - gradient

hitrost v tekoči plasti, ki jo obravnavamo. Najpogosteje uporabljeno Reynoldsovo število je

pri preučevanju vzorcev gibanja tekočin in plinov v kanalih brez vrtenja.

Višji kot je Re, manj viskozna sila vpliva na lastnosti gibanja.

Vrednost Reynoldsovega števila pri kat. laminarni tok se spremeni v turbulentni, imenujemo kritično Reynoldsovo število. Če , potem tok poteka v laminarnem načinu, in če , potem lahko pride do turbulence. Fizično to pomeni, da sile trenja z naraščajočimi vztrajnostnimi silami ne more ohraniti dinamičnega ravnovesja, značilnega za laminarni tok, in popusti nova oblika dinamično ravnotežje, pri kat. struktura tokov postane odvisna od časa.

Število Re se uporablja v hidravliki (npr. izračun hidravličnega radija cevi in ​​kanalov).

21. Določitev in interno določena merila. Primeri.

Merila podobnosti so razdeljena v 2 skupini:

a) Kriteriji podobnosti, ki vsebujejo definirajoče parametre, tj. zunanje določene značilne količine in fizikalne konstante. Fizikalni konstanti tekočine sta značilna gostota in kinematični koeficient viskoznosti. Med odločilnimi parametri sta tudi kotna hitrost vrtenja Zemlje in gravitacijski pospešek.

Prisotnost teh meril nalaga dodatni pogoji na zunanje določene vrednote. Gibanje bo namreč podobno le takrat, ko bodo zunanje določene količine hkrati zadoščale kriterijem, ki so oblikovani iz enačb gibanja in iz robnih pogojev. Z drugimi besedami, vsak tak kriterij omejuje možnost izvajanja podobnih gibov in je zato odločilen.

b) Kriteriji podobnosti, ki vsebujejo vsaj eno od interno določenih količin, pojavov. nedefinirajoča. Če so izpolnjeni vsi pogoji. podobnosti, ki izhajajo iz definiranja kriterijev in robnih pogojev, potem so ti kriteriji nujno izpolnjeni za celoten razred podobnih gibanj.

Ko je torej za posamezen primer določeno ustrezno brezdimenzionalno število, je nedoločitveni kriterij razmerje, ki povezuje karakteristične vrednosti.

Pri izračunu števila opredelitvenih kriterijev je treba upoštevati enega pomembno pravilo– kriterije je treba pripeljati do takšne oblike, da se vsaka interno določena vrednost pojavlja samo v enem izmed njih. Očitno je to vedno mogoče doseči z množenjem ali deljenjem meril, ki vsebujejo. enako interno določeno količino. Če se to pravilo ne upošteva, potem ni mogoče najti zaključkov o tem, katera merila. Seveda je ni mogoče določiti.

Da pojasnim definicijo. in nedoločen merila podobnosti, bomo analizirali nekaj vprašanj, povezanih z modeliranjem toka enakomernega zračnega toka okoli gorovja. Usmerimo os X v smeri nemotenega toka, os z navpično in naj bo stran od niza u=u(z), v=0, w=0. Višino ovire v točki s koordinatama x, y opisuje enačba z=h(x,y) pri x>0.

Potem bo pogoj "lepljenja" zapisan kot:

Iz teh robnih pogojev sledi, da je pri modeliranju gibanja potrebno. reproducirajo profil kamninske gmote v določenih specifičnih razmerjih

in tok, ki se približuje oviri, tj. Vrednosti L in V v izhodišču. primer pojava od zunaj določena.

Iz tega sledi, da bodo od 5 kriterijev brezdimenzijske podobnosti odločilni trije - sovpadanje Froudovega in Reynoldsovega števila ter odklon vetra od geostrofičnega.

Če na primer nastavite določeno značilno velikost modela, bo razmerje L 1 / L 2 znana vrednost, potem bodo merila za določanje enaka tri števila - Fr, Re, De. Sovpadanje števil But bo izvedeno samodejno, ker je v primeru enakomernega gibanja obdobje enako neskončnosti, potem od tu ni mogoče potegniti novih zaključkov.

Sovpadanje števil Eu v v tem primeru vodi do zelo pomembnega rezultata. Če iz izkušenj določimo razliko tlaka med dvema točkama modela, potem lahko razliko tlaka na ustreznih točkah med naravnim tokom najdemo iz razmerja

Posledično neopredelitveni kriterij daje pravila za pretvorbo rezultatov poskusa v resničnost. Opozoriti je treba, da se takšno razmerje kriterijev, ko so Fg, Re, De določujoči kriteriji, Ho in Eu pa nedefinirajoča, pojavlja v zelo številnih problemih. hidromehanika. Vendar pa se pri številnih meteoroloških težavah izkaže, da vrednost L ni zunaj, ampak notranje določena z velikostjo. To vodi do radikalne spremembe kriterijev opredeljevanja podobnosti.

Točkovni produkt vektorjev. Primer na oddelku za meteorologijo.

Skalarni produkt- operacija na dveh vektorjih, katere rezultat je število (skalar), ki ni odvisno od koordinatnega sistema in označuje dolžine vektorjev faktorjev in kot med njimi. Ta operacija ustreza množenju dolžina dani vektor A na projekcija drug vektor b na dani vektor A.

Navzkrižni produkt vektorjev. Primer v dinamiki. meteorologija

Če za določanje fizikalne količine. Poleg številčne vrednosti je treba navesti smer v prostoru; takšne količine imenujemo vektorji.

Vektorski produkt AxB dveh vektorjev je vektor C = A*B (sl.), usmerjen pravokotno na ravnino vektorjev faktorjev v smeri, iz katere poteka rotacija od prvega faktorja do drugega za manjši kot v nasprotni smeri urnega kazalca in enak velikosti na površino paralelograma, zgrajenega na teh vektorjih, tj. |C|=|A*B|=ABsin(A,B)

Definiran je navzkrižni produkt vektorjev naslednje pogoje:

1). Vektorski modul |C| je enak ABsin(A,B), kjer je (A,B) kot med vektorjema A in B;

2). Vektor |C| pravokotno na vsakega od vektorjev A in B;

3). Smer vektorja |С| ustreza "pravilu" desna roka" To pomeni, da če vektorji A, B in |C| pripeljal do splošni začetek, potem vektor |C| je treba usmeriti po navodilih sredinec desna roka, katere palec je usmerjen vzdolž prvega faktorja (to je vzdolž vektorja A), kazalec pa vzdolž drugega (to je vzdolž vektorja B).

Vektorski produkt je odvisen od vrstnega reda faktorjev, in sicer: .

Nujni in zadostni pogoj za vzporednost vektorjev ima obliko: A*B=0.

Če je sistem koordinatnih osi pravi in ​​sta vektorja A in B v tem sistemu določena s svojimi koordinatami:

, ,

to vektorski izdelek vektor A v vektor B je določen s formulo

Ali C=A*B=(A 1 i 1 +A 2 i 2 +A 3 i 3)*(B 1 i 1 +B 2 i 2 +B 3 i 3)=i 1 (A 2 B 3 -A 3 B 2)+i 2 (A 3 B 1 -A 1 B 3)+i 3 (A 1 B 2 -A 2 B 1)

Primer v dinamični meteorologiji:

Takšni vektorji, katerih smer je dogovorjeno določena in ki ob zamenjavi spremenijo smer pravi sistem koordinate na levi se imenujejo aksialne, na primer moment sile in kotna hitrost. Vektorji, katerih smer je določena fizični pomen in ki ob spremembi koordinatnega sistema ne spremenijo svoje smeri, imenujemo polarne, na primer sila in hitrost.

24. Koncept tenzorja. Primer v dinamiki. meteorologija

Tenzor(iz lat. tenzus, "napeto") je objekt linearne algebre, ki linearno transformira elemente enega linearnega prostora v elemente drugega. Posebni primeri tenzorjev so skalarji, vektorji, bilinearne oblike itd.

Skalar ali tenzor ranga nič - fizikalna količina, povsem določljiv v katerem koli koordinatni sistem eno število (ali funkcija), ki se ob spremembi prostorskega koordinatnega sistema ne spremeni. Skalar ima eno komponento.

Torej, če je φ vrednost skalarja v enem koordinatnem sistemu in φ" v drugem, potem je φ"=φ.

Če bi bila narava zračnih tokov odvisna samo od toplotne nehomogenosti zemeljske površine in zračnih mas, bi bil veter določen z vodoravnim gradientom tlaka in gibanje zraka bi potekalo vzdolž tega gradienta od visokega tlaka do nizkega. V tem primeru bi bila hitrost vetra obratno sorazmerna z razdaljo med črtami enakega tlaka, to je izobarami. Manjša kot je razdalja med izobarami, večji je gradient tlaka in s tem hitrost vetra.

Sila gradienta tlaka. V teoretični meteorologiji so sile običajno povezane z enoto mase. Da bi torej izrazili silo gradienta tlaka, ki deluje na enoto mase, je treba vrednost gradienta tlaka deliti z gostoto zraka. Nato številčna vrednost sile gradienta tlaka(G) bo določen z izrazom:

kjer je ρ gostota zraka, dρ/ dn– gradient tlaka.

Pod vplivom sile gradienta tlaka (barični gradient) nastane veter. To pomeni, da če na določenem območju nastane presežek zračne mase (visok tlak), mora ta odtekati v območje s pomanjkanjem zraka (nizek tlak). Ta odtok je močnejši, čim večja je tlačna razlika.

Torej glavni gonilna sila pojav gibanja zraka je barični gradient. Če bi na delce zraka delovala le sila baričnega gradienta, bi se njihovo gibanje vedno dogajalo v smeri tega gradienta, kot tok vode z višje ravni na nižjo. V resnici se to ne zgodi.

V velikih procesih je toplotni vzrok zračnih tokov kombiniran z delovanjem številnih drugih dejavnikov, ki bistveno otežujejo kroženje ozračja. Zato sta tako monsunsko kot medlatitudinalno kroženje zaradi delovanja številnih sil in vrtinčne narave atmosferskega kroženja neprimerno bolj kompleksna.

Odklonska sila Zemljine rotacije. Spremembe smeri in hitrosti zračnih tokov povzroča predvsem odklonska sila Zemljine rotacije ali, kot ji običajno rečemo, Coriolisova sila. Pojav te sile je povezan z vrtenjem Zemlje okoli svoje osi. Pod vplivom Coriolisove sile veter ne piha vzdolž gradienta tlaka, to je od visokega tlaka do nizkega, ampak odstopa od njega na severni polobli v desno, na južni polobli - v levo.

V diagramu (slika 29, A) Nazorno je prikazano, kako odklonska sila vrtenja Zemlje vpliva na spremembo smeri gibanja zraka, ki se je začelo vzdolž tlačnega gradienta s postopoma naraščajočo hitrostjo. Vpliv drugih sil tu ni upoštevan.

Predpostavimo, da se pod vplivom sile gradienta tlaka delec zraka (označen s krogom) začne premikati v smeri gradienta (G). V prvem trenutku, takoj ko se pojavi hitrost V 1 bo prišlo do pospeška odklonske sile vrtenja Zemlje A 1 usmerjena pravokotno in v desno glede na hitrost V 1 . Pod vplivom tega pospeška se delec ne bo premikal vzdolž gradienta, ampak bo odstopal v desno; v naslednjem trenutku bo hitrost zračnega delca postala enaka V 2 . Toda hkrati se bo Coriolisova sila spremenila v A 2. Pod vplivom tega rotacijskega pospeška se bo hitrost zračnega delca še naprej spreminjala in postala enaka V 3 . Coriolisova sila se ne bo počasi spreminjala, itd. Posledično se tlačna sila in odklonska sila Zemljine rotacije uravnovesita in gibanje delca zraka se pojavi vzdolž izobar. Učinek Coriolisove sile narašča z večanjem hitrosti in širine delcev. Opredeljen je z izrazom:

kjer je ω kotna hitrost, φ geografska širina, V- hitrost gibanja.

Pospešek odklonske sile vrtenja Zemlje se meri v količinah od nič na ekvatorju do 2ωV na polu.

Geostrofični veter. Najenostavnejša vrsta gibanja je premo in enakomerno gibanje brez trenja. V meteorologiji se imenuje geostrofični veter. Vendar je takšno gibanje dovoljeno le teoretično. Pri geostrofičnem vetru se predpostavlja, da poleg gradientne sile (G) na zrak deluje le odklonska sila Zemljine rotacije. (A). Ko je gibanje enakomerno, sta obe sili, ki delujeta v nasprotnih smereh, uravnoteženi in geostrofični veter je usmerjen vzdolž izobar (slika 29, b). V tem primeru je na severni polobli nizek pritisk na levi, na južni pa na desni.

Ko sta sili tlačnega gradienta in odklonska sila Zemljine rotacije v ravnovesju, bo njuna vsota enaka nič. To je izraženo z naslednjim razmerjem:

od koder dobimo, da je hitrost geostrofičnega vetra

Iz tega sledi, da je hitrost geostrofičnega vetra premo sorazmerna z velikostjo horizontalnega tlačnega gradienta. Zato, čim gostejše so izobare na zemljevidih ​​tlaka, tem močnejši je veter. Čeprav v dejanskih atmosferskih razmerah čisto geostrofični veter skoraj nikoli ni opazen, opazovanja kažejo, da na nadmorski višini približno 1 km in zgoraj se premikanje zraka pojavi približno vzdolž izobar, z rahlimi odstopanji zaradi drugih razlogov. Zato v praktično delo Namesto pravega vetra se uporablja tudi geostrofični veter. Poleg sile gradienta tlaka in Coriolisove sile na gibanje zraka vplivata sila trenja in centrifugalna sila.

Sila trenja. Sila trenja je vedno usmerjena v nasprotno smer od gibanja in je sorazmerna s hitrostjo. Z zmanjšanjem hitrosti zračnih tokov jih odkloni levo od izobar, gibanje pa ne poteka vzdolž izobar, temveč pod določenim kotom do njih, od visokega tlaka do nizkega. Skozi turbulentno mešanje zraka, se vpliv trenja prenaša na prekrivne plasti, do približno 1 km nad površjem zemlje.

Vpliv trenja na smer in hitrost gibanja zraka je prikazan na diagramu (slika 30, a). Diagram prikazuje tlačno polje in gibanje zraka pod vplivom sile gradienta tlaka, odklonske sile vrtenja Zemlje in trenja. Pod vplivom Coriolisove sile se zrak giblje ne vzdolž gradienta tlaka G, ampak pravokotno nanj, to je vzdolž izobar. Dejanski veter je prikazan s puščico B, sila trenja T nekoliko vstran od smeri vetra. Coriolisova sila je prikazana pravokotno na dejanski veter s puščico TO. Kot lahko vidimo, kot med dejanskim vetrom IN in sila trenja T je večji od 90°, in kot med dejanskim vetrom B in silo gradienta tlaka G manj kot 90°. Ker je sila gradienta pravokotna na izobare, se izkaže, da je dejanski veter odklonjen levo od izobare. Velikost kota med izobaro in smerjo dejanskega vetra je odvisna od stopnje hrapavosti zemeljske površine. Odklon se pojavi levo od izobare, običajno pod kotom 20-30°. Nad kopnim je trenje večje kot nad morjem, pri površju zemlje je vpliv trenja največji, z višino pa se zmanjšuje. Na višini približno 1 km učinek sile trenja skoraj preneha.

Centrifugalna sila. Če so izobare ukrivljene, tj. Imajo na primer obliko elipse ali kroga, potem gibanje

zrak ima učinek centrifugalna sila. To je vztrajnostna sila, ki je usmerjena od središča proti obodu vzdolž polmera ukrivljenosti poti gibanja zraka. Pod vplivom centrifugalne sile (brez trenja) se premika vzdolž izobar. Ob prisotnosti trenja veter piha pod kotom na izobare v smeri nizkega tlaka. Velikost centrifugalne sile določimo iz enačbe

Kje V - hitrost zraka (hitrost vetra), r - polmer ukrivljenosti njegove poti.

Če predpostavimo, da se gibanje zraka dogaja v krogu, bo njegova hitrost na kateri koli točki poti usmerjena tangencialno na krog (slika 30, b in c). Kot izhaja iz tega diagrama, Coriolisova sila (A) usmerjen (na severni polobli) pod pravim kotom radialno na desno od hitrosti vetra( V). Centrifugalna sila (C) je usmerjena iz središča ciklona in anticiklona na njuno obrobje, gradientna sila pa (G) bilance geometrijska vsota prvi dve sili in leži na polmeru kroga. Vse tri sile so v tem primeru povezane z enačbo

Kje r - polmer ukrivljenosti izobar.

Iz te enačbe sledi, da je veter usmerjen pravokotno na tlačni gradient. to poseben primer vetrovi s krožnimi izobarami v ciklonskem sistemu. Ta veter se imenujegradient.

Na severni polobli v ciklonskem sistemu (sl. 31, b) sila gradienta tlaka je usmerjena proti njegovemu središču, centrifugalna in Coriolisova sila, ki jo uravnavata, pa sta v nasprotna stran. V primeru anticiklona (sl. 30, c) je Coriolisova sila usmerjena proti njegovemu središču, centrifugalna sila in sila gradienta tlaka pa sta v nasprotni smeri in uravnavata prvo.

Enačba gradienta vetra v primeru anticiklona ima naslednjo obliko:

Na južni polobli, kjer je odklonska sila Zemljine rotacije usmerjena v levo od hitrosti zraka, se gradientni veter odkloni od gradienta tlaka v levo. Zato je na južni polobli veter v ciklonu usmerjen v smeri urinega kazalca, v anticiklonu pa v nasprotni smeri urinega kazalca.

Zunaj vpliva sile trenja, torej nad 1 km, Veter se po smeri in hitrosti približuje gradientnemu vetru. Razlika med dejanskim in gradientnim vetrom je običajno majhna. Vendar imajo ta majhna odstopanja dejanskega vetra od gradientnega vetra pomembno vlogo pri spreminjanju atmosferskega tlaka.

Zračni tlak je določen z njegovo maso v atmosferskem stolpcu s presekom, enako ena območje. Ko se zrak giblje neenakomerno zaradi sprememb v njegovem toplotne lastnosti in aktivne sile pride do zmanjšanja ali povečanja mase zraka v stolpcu in s tem do zmanjšanja ali povečanja atmosferskega tlaka.

Glavni dejavnik pri spreminjanju tlačnega polja (tlačnega polja) je odstopanje dejanskega vetra od gradientnega (na višinah). Ko smer in hitrost dejanskega vetra ustrezata gradientnemu, pride do povečanja ali zmanjšanja zračne mase in spremembe tlaka ter lahko nastanejo in se razvijejo atmosferski vrtinci - cikloni in anticikloni (glej spodaj).

Odkloni vetra so pomembni na območjih konvergence zračnih tokov v troposferi in z veliko ukrivljenostjo premikajočih se zračnih tokov.

Tlačno polje. Struktura tlačnega polja, oz tlačno polje Vzdušje je kar pestro. V zunajtropskih zemljepisnih širinah, blizu zemeljske površine in v višinah, lahko vedno najdete velike ali razmeroma majhne ciklone in anticiklone, korita, grebene in sedla.

Cikloni so največji atmosferski vrtinci z nizkim tlakom v središču. Gibanje zraka v njihovem sistemu na severni polobli poteka v nasprotni smeri urinega kazalca. Anticikloni so vrtinci z visokim pritiskom v središču. Gibanje zraka v njihovem sistemu na severni polobli poteka v smeri urinega kazalca.

Na južni polobli je v obeh sistemih kroženje zraka obratno, to pomeni, da vetrovi v ciklonu pihajo v smeri urinega kazalca, v anticiklonu pa v nasprotni smeri urinega kazalca. Greben je območje visokega tlaka, ki se razteza od osrednjega dela anticiklona z anticiklonalnim cirkulacijskim sistemom. Korito je območje nizkega tlaka, ki se razprostira od osrednjega dela ciklona s ciklonskim krožnim sistemom. Sedlo je oblika razbremenitve tlaka med dvema ciklonoma in dvema anticiklonoma, ki se nahajata navzkrižno.

Slika 31 prikazuje tlačno polje na površini zemlje z vetrovnim sistemom. Poleg dveh ciklonov in dveh anticiklonov so tu korita, grebeni in sedlo. Smer vetra je prikazana s puščicami, hitrost pa z repom. Večja kot je razdalja med izobarami, manjša je hitrost vetra in manjše je perje. Ta slika izobar in vetra je sprejeta na vremenskih kartah (glej spodaj).

Struktura tlačnega polja na zemeljski obli je raznolika in kompleksna. Zato je režim zračnih tokov različen pozimi in poleti, na površju zemlje in v višinah, nad celinami in nad oceani, da ne omenjamo velike spremenljivosti v srednjih in visokih zemljepisnih širinah od dneva do dneva. Običajno zemljevidi povprečnega mesečnega tlaka in vetra prikazujejo samo prevladujoč prenos zračnih mas v mesecu in skrivajo številne zanimive značilnosti atmosferskih procesov, ki so razkriti na dnevnih vremenskih kartah.