Cosa significano ciclone e anticiclone? Pressione atmosferica di un ciclone e di un anticiclone

I cicloni e gli anticicloni sono giganteschi vortici d'aria, di diverse centinaia di chilometri di diametro, che si formano a causa della rotazione della terra e di temperature e pressioni atmosferiche irregolari.

C'è un mito secondo cui quando l'acqua esce da una vasca da bagno, l'imbuto gira in senso orario nell'emisfero settentrionale e in senso antiorario nell'emisfero meridionale. Questo non è del tutto vero, molti fattori influenzano la direzione dell'imbuto e la forza di Coriolis su tale scala è molto piccola, quindi l'imbuto nel lavandino può ruotare in qualsiasi direzione. L'ho controllato io stesso.

L'aria è distribuita in modo non uniforme sulla superficie terrestre, dando luogo a zone di alta e bassa pressione. Dalle zone di alta pressione, dove c'è abbondanza d'aria, scorre nelle zone di bassa pressione, dove c'è carenza. Nel linguaggio umano questo si chiama "vento".

Un ciclone è un imbuto inverso, è come capovolgere l’acqua che esce da un lavandino. Al suo centro c'è un polo di bassa pressione atmosferica, nel quale l'aria viene aspirata da tutti i lati e sale. A causa della forza di Coriolis, l'aria che fluisce verso l'imbuto gira in senso antiorario nell'emisfero settentrionale e in senso orario nell'emisfero meridionale.

All'interno di un ciclone è sempre nuvoloso perché attira le nuvole su di sé. Rotolano in discesa da aree con alta pressione atmosferica.

Il motivo del caldo dell'agosto 2010 è stato un potente anticiclone, che ha impedito all'aria fredda di raggiungere la parte europea della Russia, mentre ha attirato aria calda dall'Asia centrale.

Un anticiclone funziona al contrario. Al centro dell'anticiclone alta pressione, cioè c'è tantissima aria e si diffonde in tutte le direzioni, torcendosi nel senso opposto al ciclone: in senso orario nell'emisfero nord e in senso antiorario in quello sud. Se si mette la Coca-Cola in una cannuccia verso l'alto e poi la si rilascia, rifluirà nel bicchiere, più o meno la stessa cosa accade in un anticiclone, solo con l'aria e su scala continentale.

Durante l'anticiclone il cielo è sereno perché sposta le nuvole. In estate, durante l'anticiclone, fa caldo; le nuvole non interferiscono con il sole per riscaldare l'aria. In inverno invece il sole è basso e non riesce a riscaldare l'aria, ma non ci sono nuvole e non trattengono il calore, per cui in inverno durante l'anticiclone fa sempre gelo.

Un anticiclone è l'antipodo di un ciclone. La pressione atmosferica in questo vortice d'aria aumenta. Due flussi d'aria, incontrandosi, iniziano a intrecciarsi sotto forma di spirale. Solo negli anticicloni la pressione atmosferica aumenta avvicinandosi al centro. E proprio al centro l'aria comincia a scendere, formando correnti discendenti. Quindi le masse d'aria si dissipano e l'anticiclone svanisce gradualmente.

Perché si forma un anticiclone?

Gli anticicloni appaiono come in contrasto con i cicloni. Si creano correnti d'aria ascendenti che fuoriescono dal centro dei cicloni sovrappeso. E questi flussi cominciano a muoversi, ma nella direzione opposta. Allo stesso tempo, gli anticicloni sono molto più grandi dei loro "fratelli", poiché il loro diametro può raggiungere i 4mila chilometri.

Negli anticicloni apparsi nell'emisfero settentrionale il flusso d'aria ruota in senso orario, mentre in quelli che arrivano da sud il flusso ruota in senso antiorario.

Dove si formano gli anticicloni?

Gli anticicloni, come i cicloni, si formano solo su determinate aree di terreno, in determinate zone zone climatiche. Molto spesso hanno origine nelle vaste distese dell'Artico e dell'Antartico. Un'altra specie è originaria dei tropici.

Geograficamente, gli anticicloni sono più legati a determinate latitudini, quindi in meteorologia è consuetudine nominarli in base al luogo di formazione. Ad esempio, i meteorologi distinguono Azzorre e Bermuda, Siberia e Canada, Hawaii e Groenlandia. Si è notato che l'anticiclone che ha origine nell'Artico è molto più potente di quello antartico.

Segni di anticiclone

È molto semplice determinare che un anticiclone incombe su qualche parte del nostro pianeta. Qui regneranno tempo sereno, senza vento, cielo senza nuvole e un'assoluta assenza di precipitazioni. In estate gli anticicloni portano con sé un caldo soffocante e persino la siccità, che spesso provoca incendi boschivi. E in inverno questi turbini danno gelate forti e amare. Durante questo periodo si possono spesso osservare nebbie gelide.

Le conseguenze più catastrofiche sono considerate un anticiclone bloccante. Crea un'area stazionaria su una determinata area e non consente il passaggio delle correnti d'aria. Questo può durare 3-5 giorni, molto raramente più di mezzo mese. Di conseguenza, questa zona diventa insopportabilmente calda e secca. L'ultimo anticiclone bloccante di questo tipo è stato osservato nel 2012 in Siberia, dove ha dominato per tre mesi.

Un giorno mia sorella minore venne da me e mi chiese di aiutarla con un resoconto sui fenomeni naturali: cicloni e anticicloni. La mia gioia non conosceva limiti: avevano bisogno della mia conoscenze scolastiche! È arrivato anche il mio l'ora migliore!

Cos'è un ciclone

In poche parole, un ciclone è un vortice di dimensioni impressionanti, il cui diametro può raggiungere migliaia di chilometri. Come capisci, queste masse d'aria non si limitano a “passare”, ma hanno un certo impatto sugli strati inferiori dell'atmosfera. Se i meteorologi menzionano l'avvicinarsi di un ciclone, puoi star certo che pioverà, ventoso e tempo freddo.

Cosa aspettarsi da un anticiclone

Un anticiclone è l'esatto opposto di un ciclone. Puoi aspettarti giornate calde, soleggiate e quasi senza vento da questo fenomeno, ma funziona solo per estate. IN orario invernale Non dovresti aspettarti calore dall’anticiclone; porterà solo tempo gelido e soleggiato.

A differenza di un ciclone, questo vortice si muove in senso orario, che è la sua caratteristica distintiva.

Dal secolo scorso, questi fenomeni naturali hanno iniziato a ricevere i loro nomi: prima femminili, poi maschili. Ora chiunque può ricevere un vortice personalizzato. Come si suol dire, ogni capriccio è per i tuoi soldi!

Un ciclone tropicale è una delle tempeste più pericolose. Grazie a bassa pressione al centro si muove con una velocità enorme, che aumenta a causa della rotazione del pianeta. A seconda della velocità di questi cicloni, si dividono in diversi tipi. Ecco qui alcuni di loro:

depressioni ad una velocità fino a 17 metri al secondo;
uragani: la velocità supera i 39 metri al secondo;
tempeste - fino a 38 metri al secondo.

Hai sentito parlare dell'“occhio del ciclone”? Questo è il centro del ciclone, un'area con tempo completamente calmo, non importa quanto possa sembrare strano. Il diametro può raggiungere diversi chilometri.

Fino ad ora, l'umanità sta studiando gli elementi dello spazio. Questi venti sono anche associati a una delle scoperte. È stato scoperto un punto sulla superficie del gigante cosmico Giove, che in realtà si è rivelato essere un anticiclone.

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Ricordo di aver visto da bambino un cartone animato in cui i personaggi cercavano chi rovinava il tempo. Il nonno allora rise e disse che era tutta colpa sua ciclone, ma aiuterà a migliorarlo anticiclone.

Quando sono cresciuto, questa spiegazione non mi andava più bene, ma a scuola questo argomento veniva in qualche modo discusso di sfuggita e dovevo arrivare io stesso al fondo della verità. In molti libri questi processi vengono descritti in modo molto complesso, cercherò di spiegarlo più semplicemente, cosa sono un ciclone e un anticiclone, come influenzano il nostro clima.

Cos'è un ciclone e un anticiclone

Cominciamo con le definizioni, e l'immagine qui sotto ci aiuterà a capire l'effetto di questi fenomeni.

Un ciclone è un enorme vortice d'aria con bassa pressione nell'epicentro. Poiché il nostro paese è interamente nell'emisfero settentrionale, considereremo qui la sua azione. L'aria in questo vortice ruota in senso antiorario e sale. I cicloni sono diversi:

extratropicale e tropicale;
monocentro e multicentro;
mobile, sedentario, stazionario.

Un anticiclone è l'antipode completo di un ciclone. L'aria al suo interno circola dall'alto verso il basso in senso orario e al centro prevale una maggiore pressione.

L'influenza del ciclone e dell'anticiclone sul clima

Se in estate si sta avvicinando a noi ciclone, devo prepararmi al peggioramento del tempo. L'aria calda viene aspirata verso l'alto, si raffredda, si formano le nuvole e cadono le precipitazioni. Questo tempo continua non più di una settimana.

Durante un anticiclone sta succedendo è il contrario, l'aria qui si muove verso il basso, a seguito della quale la temperatura si riscalda e le nuvole scompaiono. Fuori sta diventando caldo e secco. Per un anticiclone ci sono seguendo i segnali:

tempo sereno, parzialmente nuvoloso;
assenza di vento o precipitazioni;
stabilità meteorologica.

La sua durata media è da 3 a 5 giorni.

Tuttavia, ci sono casi in cui l'anticiclone è rimasto in una determinata area fino a 2 mesi. Ciò è accaduto nel 2010, quando in tutta la Russia d’estate le foreste bruciavano a causa del caldo. Tuttavia in inverno l'anticiclone non porta bel tempo. Quando i meteorologi annunciano il suo avvicinarsi, dobbiamo prepararci a forti gelate sotto un cielo limpido e senza nuvole. Poi ci rallegriamo dell'arrivo ciclone, in questo caso diventa più caldo, le gelate amare si ritirano, la neve cade.

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Molto tempo fa avevo un'audiocassetta con la registrazione dell'album del gruppo hard rock di Magadan " Missione: Anticiclone" Non mi sono mai considerato un suo fan, ma la sola presenza della cassetta faceva storcere il naso davanti ai miei coetanei, perché molti non avevano nemmeno sentito parlare di un gruppo con quel nome. Tuttavia, più o meno nello stesso periodo, il gruppo jazz dichiarò ad alta voce "Le auto-oscillazioni frizionali come fattore di usura delle rotaie del tram" mi costrinsero a frenare il mio orgoglio. Avevamo anche l'aspirapolvere" Ciclone M" Naturalmente, il più perspicace dei lettori aveva già capito dove stavo andando con il mio caratteristico mistero e logica. Ok, l'ordine del giorno di oggi è... cicloni e anticicloni.

Cos'è un ciclone e un anticiclone

Ciclone- che vento. Un vento molto potente, si potrebbe anche dire - un vortice di proporzioni gigantesche averne uno caratteristica interessante - al suo centro la pressione atmosferica è inferiore rispetto alla periferia. Masse d'aria ciclone ruotare in senso antiorario nell'emisfero sopra l'equatore E senso orario - nel contrario. Nelle fotografie assomiglia un po' ad un ciclone galassia a spirale.

Cos'è un ciclone in termini di aeromeccanica? Questo massa “turbinata” dell'atmosfera a causa della rotazione della Terra e agisce come una sorta di catalizzatore Forza di Coriolis.

Cicloni Si distinguono le seguenti tipologie:

tropicale- secondo il loro nome, si formano alle latitudini tropicali, molto raramente al di fuori di essi e mai all'equatore. Si tratta di cicloni molto potenti (gli stessi” tempeste di polvere"con tempo sereno e senza vento all'epicentro).
extratropicale- sono nati in polari e latitudini temperate e, a differenza dei primi, sono caratterizzati da dimensioni enormi (fino a diverse migliaia di km) e da pressioni e velocità del vento relativamente basse.

A proposito, i primi nel corso del loro sviluppo possono facilmente trasformarsi in questi ultimi.

Esistono i cicloni non solo sulla Terra. Per esempio, piccolo punto nero nell'atmosfera di Nettuno- tipico ciclone alieno. Ecco quello famoso Grande Macchia Rossa Gioviana- Questo Anticiclone, di cui si parlerà di seguito.

Cos'è un anticiclone

È buffo, ma questo non è il contrario di un ciclone, o meglio, non il suo completo contrario. Sì, questa è la zona aumento della pressione atmosferica, con una distribuzione “concentrica” di questa pressione, e l'anticiclone circola “verso” il suo compagno, ma il meccanismo con cui si verificano è diverso.

Cos'è un ciclone e un anticiclone per l'uomo?

Ciclone per noi è innanzitutto:

tempo nuvoloso e ventoso;
quasi sempre precipitazione;
vento che cambia bruscamente.

Anticiclone ma indescrivibilmente più accomodante:

il tempo è sereno;
praticamente non c'è vento;
nessuna precipitazione osservata.

In estate anticiclone porta il caldo, incendi boschivi e formazione di smog. Ma in inverno è causa di forti gelate e brutte nebbie.

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Uno dei teoremi matematici che studiavamo all'università era in un linguaggio semplice sono chiamati "teorema della pettinatura del riccio". Dice che se vuoi "pettinare" un riccio raggomitolato in una palla, in ogni caso un ago rimarrà sporgente. Sono stato sorpreso di scoprire che una conseguenza inaspettata di questo teorema è esistenza nell'atmosfera di almeno uno ciclone o anticiclone.

Tali concetti opposti sono ciclone e anticiclone

In meteorologia esiste un concetto depressione. Questo termine è usato per riferirsi a zone di bassa pressione. Ci sono depressioni costanti, come equatoriale e subpolare. A depressione temporanea includere:

asiatico, incentrato sull'Afghanistan;
Estate australiana, che copre sia l'Indonesia che Nuova Guinea;
Aleutine centrato sulle isole con lo stesso nome;
islandese, grazie al quale Europa occidentale inverno mite.

Un tipo di depressione, ma solo visualizzazione mobile, è un ciclone. In altre parole, un ciclone è una depressione in movimento in cui l'aria ruota in un vortice attorno ad un centro con bassa pressione. Al contrario, un anticiclone lo è rotazione circolare del vento attorno ad una zona di alta pressione. A differenza di un ciclone, molto spesso un anticiclone sedentario per molto tempo rimane in un posto. Quindi, mi sono ricordato Teorema della pettinatura del riccio in un contesto del genere. Se la velocità del vento in ogni punto dell'atmosfera terrestre è indicata da una freccia nella direzione del vento, allora il teorema dice che da qualche parte la velocità sarà sicuramente zero. Ciò significa che il vento girerà attorno a questo punto per formare un ciclone o un anticiclone.

Sono diversi nei diversi emisferi: ciclone e anticiclone

Direzione rotazione del vento nei cicloni e negli anticicloni opposto nei diversi emisferi:

Inoltre, di recente ho letto che, a quanto pare, ci sono cicloni e anticicloni su altri pianeti, in particolare, su Giove e Nettuno. È vero, ci sono opinioni diverse riguardo alla loro classificazione.

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Guardo le previsioni del tempo quasi ogni giorno, quindi mi imbatto costantemente nei concetti di "ciclone" e "anticiclone". L'ho capito da solo molto tempo fa Con l'arrivo del ciclone si avrà un raffreddamento, mentre con l'arrivo dell'anticiclone si avrà un riscaldamento. Ma ho deciso di non soffermarmi su questa conoscenza minima in questo settore e di studiare questi fenomeni in modo più dettagliato.

Cos'è un ciclone e un anticiclone da un punto di vista scientifico

Un ciclone è un'area di bassa pressione in cui si verifica il movimento dell'aria a vortice.

Anticiclone: movimento a vortice masse d'aria ad alta pressione sanguigna.

Somiglianze tra ciclone e anticiclone

Credo che per capire meglio cosa sono un ciclone e un anticiclone sia necessario scoprire cosa hanno in comune e quali sono le differenze.

COSÌ, analogie:

Entrambi questi fenomeni lo sono vortice atmosferico che muove le masse d'aria.
Dimensioni. Il loro diametro varia da 300 km a 2000-3000 km.
Velocità di marcia ammonta a 30-50 chilometri all'ora(ad eccezione di alcuni anticicloni lenti).

Differenze tra ciclone e anticiclone

Per loro natura, questi due fenomeni sono completamente opposti tra loro.

Proprio di recente, prima dell'invenzione dei satelliti, i meteorologi non potevano nemmeno immaginarlo ogni anno atmosfera terrestre Si formano circa 150 cicloni e circa 60 anticicloni.

Ora gli scienziati conoscono non solo la loro quantità, ma anche il processo di formazione e l'impatto sulla Terra. Che tipo di fenomeni naturali sono questi? Come nascono e che ruolo svolgono nel clima terrestre?

Cos'è un ciclone?

Nella troposfera (strato atmosferico inferiore), i vortici atmosferici appaiono e scompaiono costantemente. Molti di loro sono piuttosto piccoli, ma alcuni sono di dimensioni enormi e raggiungono diverse migliaia di chilometri di diametro.

Se un tale vortice si muove in senso antiorario nell'emisfero settentrionale o in senso orario nell'emisfero meridionale, e si osserva un'area all'interno bassa pressione sanguigna, allora si chiama ciclone. Ha una colossale scorta di energia e porta al negativo eventi meteorologici come temporali, forti venti, burrasche.

A seconda del luogo in cui si formano, i cicloni vengono classificati come tropicali o extratropicali. I primi compaiono alle latitudini tropicali e sono di piccole dimensioni (diverse centinaia di chilometri di diametro). Al loro centro si trova solitamente un'area con un diametro di 20–25 km con tempo soleggiato, mentre ai bordi infuriano tempeste e venti.

I cicloni extratropicali, formati alle latitudini polari e temperate, raggiungono dimensioni gigantesche e contemporaneamente coprono grandi aree superficie terrestre. Sono chiamati diversamente in diverse aree: in America - tifone, in Asia - tifone e in Australia - willy-willy. Ogni potente ciclone riceve nome di battesimo, ad esempio Katrina, Sandy, Nancy.

Come si forma un ciclone?

La ragione del verificarsi dei cicloni risiede nella rotazione globo ed è associato alla forza di Coriolis, secondo la quale, quando si muovono in senso antiorario, i vortici vengono deviati a sinistra, e quando si muovono in senso orario vanno a destra. I cicloni si formano quando le masse d’aria calde equatoriali incontrano le correnti artiche secche. Quando si verifica una collisione, tra loro appare una barriera: un fronte atmosferico.

Nel tentativo di superare questo confine, i flussi freddi spingono da parte alcuni degli strati caldi e questi, a loro volta, si scontrano con le masse fredde che li seguono e iniziano a ruotare lungo una traiettoria ellissoidale. A poco a poco catturano gli strati d'aria circostanti, li trascinano nel loro movimento e si muovono lungo la superficie della Terra a velocità fino a 50 chilometri all'ora.

Cos'è un anticiclone?

Gli anticicloni, come suggerisce il nome, sono l'esatto opposto dei cicloni e portano determinati territori bel tempo.

Nella loro parte interna c'è un'area ipertensione, e la velocità varia da 30 a 40 chilometri orari a seconda dell'emisfero. Spesso gli anticicloni si librano in uno stato stazionario, mantenendo per lungo tempo nuvole basse, calma e mancanza di precipitazioni in una particolare regione.

IN estate gli anticicloni portano al caldo, in inverno, al contrario, a forti gelate. Si verificano a latitudini subpolari o subtropicali e quando si formano su una spessa copertura di ghiaccio (ad esempio in Antartide) diventano più pronunciati.

Gli anticicloni sono caratterizzati da forti sbalzi di temperatura durante il giorno, il che spiega la mancanza di precipitazioni, che, di regola, influenza la temperatura e rende la differenza di gradi non così evidente. A volte durante il loro movimento compaiono nebbie o strati di nubi sopra la superficie terrestre.

Come si sviluppano gli anticicloni?

Gli anticicloni hanno una struttura più complessa dei cicloni. Nell'emisfero settentrionale si muovono in senso orario, nell'emisfero meridionale in senso antiorario. La formazione degli anticicloni è causata dall'invasione delle correnti d'aria fredda in quelle più calde.

Di conseguenza, la pressione aumenta nell'area di collisione e si forma la cosiddetta cresta d'alta quota, sotto la quale inizia a formarsi un centro del vortice. Crescendo, gli anticicloni raggiungono dimensioni fino a diverse migliaia di chilometri di diametro e si spostano da ovest a est, deviando verso latitudini inferiori.

P. MANTASHYAN.

Continuiamo a pubblicare la versione rivista dell'articolo di P. N. Mantashyan "Vortexes: from the molecola to the Galaxy" (vedi "Science and Life No."). parleremo di tornado e tornado - formazioni naturali enorme potere distruttivo, il cui meccanismo non è ancora del tutto chiaro.

Scienza e vita // Illustrazioni

Un disegno tratto da un libro del fisico americano Benjamin Franklin, che spiega il meccanismo dei tornado.

Il rover Spirit ha scoperto che i tornado si verificano nella sottile atmosfera di Marte e li ha fotografati. Foto dal sito della NASA.

I tornado giganti e i tornado che si verificano nelle pianure degli Stati Uniti meridionali e della Cina sono un fenomeno formidabile e molto pericoloso.

Scienza e vita // Illustrazioni

Un tornado può raggiungere un chilometro di altezza, appoggiando il suo apice su una nube temporalesca.

Un tornado in mare solleva e attira decine di tonnellate di acqua insieme alla vita marina e può rompere e affondare una piccola nave. Nell'era velieri Hanno cercato di distruggere il tornado sparandogli con i cannoni.

L'immagine mostra chiaramente che il tornado ruota, attorcigliando aria, polvere e acqua piovana in una spirale.

La città di Kansas City, ridotta in rovina da un potente tornado.

Forze che agiscono su un tifone nel flusso degli alisei.

Legge di Ampere.

Forze di Coriolis su una piattaforma girevole.

Effetto Magnus in tavola e in aria.

Il movimento dell'aria a vortice si osserva non solo nei tifoni. Esistono vortici più grandi di un tifone: questi sono cicloni e anticicloni, i più grandi vortici d'aria del pianeta. Le loro dimensioni superano significativamente quelle dei tifoni e possono raggiungere più di mille chilometri di diametro. In un certo senso, questi sono vortici agli antipodi: hanno quasi tutto il contrario. I cicloni degli emisferi settentrionale e meridionale ruotano nella stessa direzione dei tifoni di questi emisferi e gli anticicloni ruotano nella direzione opposta. Un ciclone porta con sé tempo inclemente accompagnato da precipitazioni, mentre un anticiclone, al contrario, porta tempo sereno e soleggiato. Lo schema di formazione di un ciclone è abbastanza semplice: tutto inizia con l'interazione dei fronti atmosferici freddi e caldi. Allo stesso tempo, parte del caldo fronte atmosferico penetra all'interno dell'aria fredda sotto forma di una sorta di "lingua" atmosferica, a seguito della quale l'aria calda, più leggera, inizia a salire e allo stesso tempo si verificano due processi. In primo luogo, le molecole di vapore acqueo sotto l'influenza campo magnetico La terra inizia a ruotare e trascina tutta l'aria che sale in un movimento rotatorio, formando un gigantesco vortice d'aria (vedi “Scienza e Vita” n.). In secondo luogo, l'aria calda sopra si raffredda e il vapore acqueo in essa contenuto si condensa in nuvole, che cadono come precipitazioni sotto forma di pioggia, grandine o neve. Un ciclone di questo tipo può rovinare il tempo per un periodo che va da diversi giorni a due o tre settimane. La sua “attività vitale” è supportata dall'arrivo di nuove porzioni di aria calda umida e dalla sua interazione con il fronte d'aria fredda.

Gli anticicloni sono associati all'abbassamento delle masse d'aria, che sono adiabatiche, cioè senza scambio termico con ambiente, riscaldati, loro umidità relativa cade, che porta all'evaporazione delle nubi esistenti. Allo stesso tempo, a causa dell'interazione delle molecole d'acqua con il campo magnetico terrestre, si verifica la rotazione anticiclonica dell'aria: nell'emisfero settentrionale - in senso orario, nell'emisfero meridionale - in senso antiorario. Gli anticicloni portano con sé tempo stabile per un periodo che va da alcuni giorni a due o tre settimane.

Apparentemente i meccanismi di formazione dei cicloni, degli anticicloni e dei tifoni sono identici, e l’intensità energetica specifica (energia per unità di massa) dei tifoni è molto maggiore di quella dei cicloni e degli anticicloni, solo a causa della maggiore alta temperatura masse d'aria riscaldate dalla radiazione solare.

Tornado

Tra tutti i vortici che si formano in natura, i più misteriosi sono i tornado, infatti fanno parte di una nube temporalesca; Inizialmente, nella prima fase di un tornado, la rotazione è visibile solo nella parte inferiore della nube temporalesca. Poi una parte di questa nuvola pende sotto forma di un gigantesco imbuto, che diventa sempre più lungo e infine raggiunge la superficie della terra o dell'acqua. Appare un tronco gigante, appeso ad una nuvola, che consiste in una cavità interna e pareti. L'altezza di un tornado varia da centinaia di metri a un chilometro e solitamente è pari alla distanza dal fondo della nuvola alla superficie della terra. Caratteristica cavità interna: riduzione della pressione dell'aria al suo interno. Questa caratteristica del tornado porta al fatto che la cavità del tornado funge da sorta di pompa, che può aspirare un'enorme quantità di acqua dal mare o dal lago, insieme ad animali e piante, trasportarli su distanze considerevoli e gettarli giù insieme alla pioggia. Un tornado è in grado di trasportare carichi piuttosto grandi: automobili, carri, piccole navi, piccoli edifici e talvolta anche persone a bordo. Un tornado ha un potere distruttivo gigantesco. Quando entra in contatto con edifici, ponti, linee elettriche e altre infrastrutture, provoca enormi distruzioni.

I tornado hanno un'intensità energetica specifica massima, proporzionale al quadrato della velocità dei flussi d'aria del vortice. Secondo la classificazione meteorologica, quando la velocità del vento in un vortice chiuso non supera i 17 m/s, si parla di depressione tropicale, ma se la velocità del vento non supera i 33 m/s, allora è una tempesta tropicale, e se la velocità del vento è di 34 m/s e superiore, quindi questo è già un tifone. Nei tifoni potenti, la velocità del vento può superare i 60 m/s. In un tornado, secondo vari autori, la velocità dell'aria può raggiungere dai 100 ai 200 m/s (alcuni autori indicano una velocità dell'aria supersonica in un tornado - oltre 340 m/s). Le misurazioni dirette della velocità dei flussi d'aria nei tornado sono praticamente impossibili all'attuale livello di sviluppo tecnologico. Tutti i dispositivi progettati per registrare i parametri di un tornado vengono rotti senza pietà al primo contatto. La velocità dei flussi nei tornado è giudicata da segni indiretti, principalmente dalla distruzione che producono o dal peso dei carichi che trasportano. Oltretutto, caratteristica distintiva tornado classico: la presenza di una nuvola temporalesca sviluppata, una sorta di batteria elettrica che aumenta l'intensità energetica specifica del tornado. Per comprendere il meccanismo della comparsa e dello sviluppo di un tornado, consideriamo innanzitutto la struttura di una nube temporalesca.

NUVOLA TEMPORALESCA

In una tipica nube temporalesca, la parte superiore è carica positivamente e la base è carica negativamente. Cioè, un gigantesco condensatore elettrico delle dimensioni di molti chilometri fluttua nell'aria, sostenuto da correnti crescenti. La presenza di un tale condensatore porta al fatto che sulla superficie della terra o dell'acqua su cui si trova la nuvola appare la sua traccia elettrica - indotta carica elettrica, avente segno opposto al segno della carica della base della nuvola, cioè la superficie terrestre sarà caricata positivamente.

A proposito, l'esperimento sulla creazione di una carica elettrica indotta può essere effettuato a casa. Posizionare piccoli pezzi di carta sulla superficie del tavolo, pettinare i capelli asciutti con un pettine di plastica e avvicinare il pettine ai pezzi di carta cosparsi. Tutti loro, alzando lo sguardo dal tavolo, si precipiteranno al pettine e vi si atterranno. Il risultato di questo semplice esperimento può essere spiegato in modo molto semplice. Il pettine ha ricevuto una carica elettrica a causa dell'attrito con i capelli e induce una carica sul pezzo di carta segno opposto, che attrae pezzi di carta al pettine in piena conformità con la legge di Coulomb.

Vicino alla base di una nuvola temporalesca sviluppata, c'è un potente flusso verso l'alto di aria satura di umidità. Oltre al dipolo delle molecole d’acqua, che iniziano a ruotare nel campo magnetico terrestre, trasmettendo momento alle molecole d’aria neutre, trascinandole in rotazione, ci sono ioni positivi ed elettroni liberi nel flusso verso l’alto. Possono formarsi a seguito dell'esposizione a molecole radiazione solare, il fondo radioattivo naturale della zona e, nel caso di una nube temporalesca, dovuto all'energia campo elettrico tra la base di una nube temporalesca e il suolo (ricordate la carica elettrica indotta!). A proposito, a causa della carica positiva indotta sulla superficie terrestre, il numero di ioni positivi nel flusso d'aria che sale supera significativamente il numero di ioni negativi. Tutte queste particelle cariche, sotto l'influenza del flusso d'aria crescente, si precipitano alla base della nube temporalesca. Tuttavia, le velocità verticali di positivo e particelle negative in un campo elettrico sono diversi. L'intensità del campo può essere stimata dalla differenza potenziale tra la base della nuvola e la superficie della terra - secondo le misurazioni dei ricercatori, è di diverse decine di milioni di volt, che, con un'altezza della base della nube temporalesca di da uno a due chilometri, fornisce un'intensità del campo elettrico di decine di migliaia di volt al metro. Questo campo accelererà gli ioni positivi e ritarderà gli ioni negativi e gli elettroni. Pertanto, per unità di tempo, attraverso la sezione trasversale del flusso ascendente passeranno più cariche positive rispetto a quelle negative. In altre parole, tra la superficie terrestre e la base della nube ci sarà elettricità, anche se sarebbe più corretto parlare di un numero enorme di correnti elementari che si collegano superficie terrestre con la base della nuvola. Tutte queste correnti sono parallele e scorrono nella stessa direzione.

È chiaro che, secondo la legge di Ampere, interagiranno tra loro, cioè si attrarranno. Dal corso di fisica è noto che la forza di reciproca attrazione per unità di lunghezza di due conduttori con correnti elettriche che scorrono nella stessa direzione è direttamente proporzionale al prodotto delle forze di queste correnti e inversamente proporzionale alla distanza tra i conduttori.

L'attrazione tra due conduttori elettrici è dovuta alle forze di Lorentz. Gli elettroni che si muovono all'interno di ciascun conduttore sono influenzati dal campo magnetico creato dalla corrente elettrica nel conduttore adiacente. Su di essi agisce la forza di Lorentz, diretta lungo una linea retta che collega i centri dei conduttori. Ma perché si crei la forza dell'attrazione reciproca, la presenza di conduttori è del tutto superflua: sono sufficienti le correnti stesse. Ad esempio, due particelle in quiete che hanno la stessa carica elettrica si respingono secondo la legge di Coulomb, ma le stesse particelle che si muovono nella stessa direzione si attraggono finché le forze di attrazione e repulsione si bilanciano tra loro. È facile vedere che la distanza tra le particelle nella posizione di equilibrio dipende solo dalla loro velocità.

A causa dell'attrazione reciproca delle correnti elettriche, le particelle cariche si precipitano al centro della nube temporalesca, interagendo lungo il percorso con molecole elettricamente neutre e spostandole anche al centro della nube temporalesca. L'area della sezione trasversale del flusso ascendente diminuirà più volte e poiché il flusso ruota, secondo la legge di conservazione del momento angolare, la sua velocità angolare aumenterà. Al flusso ascendente accadrà la stessa cosa che ad una pattinatrice artistica che, girando sul ghiaccio con le braccia tese, le preme contro il corpo, facendo aumentare bruscamente la sua velocità di rotazione (un esempio da manuale tratto dai libri di fisica che possiamo guardare su TV!). Un aumento così brusco della velocità di rotazione dell'aria in un tornado con una diminuzione simultanea del suo diametro porterà ad un corrispondente aumento della velocità lineare del vento, che, come accennato in precedenza, può persino superare la velocità del suono.

È la presenza di una nube temporalesca, il cui campo elettrico separa le particelle cariche in base al segno, che porta al fatto che la velocità dei flussi d'aria in un tornado supera la velocità dei flussi d'aria in un tifone. In senso figurato, una nube temporalesca funge da sorta di “lente elettrica”, nel cui centro si concentra l'energia di un flusso ascendente di aria umida, che porta alla formazione di un tornado.

PICCOLI VORTICI

Esistono anche vortici, il cui meccanismo di formazione non è in alcun modo collegato alla rotazione di una molecola d'acqua dipolare in un campo magnetico. I più comuni tra loro sono i diavoli della polvere. Si formano nelle zone desertiche, steppiche e montuose. Sono di dimensioni inferiori ai classici tornado, la loro altezza è di circa 100-150 metri e il loro diametro è di diversi metri. Per creare diavoli di polvere una condizione necessariaè una pianura deserta e ben riscaldata. Una volta formato, un tale vortice esiste per un tempo piuttosto breve, 10-20 minuti, e per tutto questo tempo si muove sotto l'influenza del vento. Nonostante il fatto che l'aria del deserto non contenga praticamente umidità, il suo movimento rotatorio è assicurato dall'interazione delle cariche elementari con il campo magnetico terrestre. Sopra una pianura fortemente riscaldata dal sole si forma un potente flusso d'aria ascendente, alcune delle cui molecole, sotto l'influenza della radiazione solare e soprattutto della sua parte ultravioletta, vengono ionizzate. I fotoni della radiazione solare vengono espulsi dall'esterno gusci elettronici elettroni degli atomi d'aria, formando così coppie di ioni positivi ed elettroni liberi. A causa del fatto che gli elettroni e gli ioni positivi hanno significativamente masse diverse a parità di carica, il loro contributo alla creazione del momento angolare del vortice è diverso e il senso di rotazione del vortice di polvere è determinato dal senso di rotazione degli ioni positivi. Una colonna così rotante di aria secca, mentre si muove, solleva polvere, sabbia e piccoli ciottoli dalla superficie del deserto, che di per sé non svolgono alcun ruolo nel meccanismo di formazione dei vortici di polvere, ma servono come una sorta di indicatore di rotazione dell'aria.

In letteratura sono descritti anche i vortici d'aria, che sono piuttosto rari. un fenomeno naturale. Appaiono durante le ore calde della giornata sulle rive di fiumi o laghi. La vita di tali vortici è breve; appaiono inaspettatamente e scompaiono altrettanto improvvisamente. A quanto pare, alla loro creazione contribuiscono sia le molecole d'acqua che gli ioni formati nell'aria calda e umida a causa della radiazione solare.

Molto più pericolosi sono i vortici d'acqua, il cui meccanismo di formazione è simile. La descrizione è stata conservata: “Nel luglio 1949, nello stato di Washington, in una calda giornata di sole sotto un cielo senza nuvole, un'alta colonna di spruzzi d'acqua apparve sulla superficie del lago. Esisteva solo per pochi minuti, ma aveva un potere di sollevamento significativo. Avvicinandosi alla riva del fiume, sollevò una barca a motore piuttosto pesante lunga circa quattro metri, la trasportò per diverse decine di metri e, colpendo il suolo, la fece a pezzi. I vortici d'acqua sono più comuni dove la superficie dell'acqua è fortemente riscaldata dal sole, nelle zone tropicali e subtropicali."

Durante gli incendi di grandi dimensioni possono verificarsi flussi d'aria vorticosi. Tali casi sono descritti in letteratura; ne presentiamo uno. “Nel 1840, negli Stati Uniti le foreste furono abbattute per far posto ai campi. Un'enorme quantità di sottobosco, rami e alberi furono scaricati in una grande radura. Sono stati dati alle fiamme. Dopo qualche tempo, le fiamme dei singoli fuochi si unirono, formando una colonna di fuoco, larga nella parte inferiore, appuntita nella parte superiore, alta 50-60 metri. Ancora più in alto, il fuoco fu sostituito dal fumo che salì alto nel cielo. Il vortice di fuoco e fumo ruotava con una velocità sorprendente. Lo spettacolo maestoso e terrificante era accompagnato da un forte rumore, che ricordava il tuono. La forza della tromba d’aria era così grande che sollevò in aria grandi alberi e li scaraventò da parte”.

Consideriamo il processo di formazione di un tornado di fuoco. Quando la legna brucia, viene rilasciato calore, che viene parzialmente convertito in energia cinetica un flusso d'aria riscaldata verso l'alto. Tuttavia, durante la combustione si verifica un altro processo: la ionizzazione dell'aria e dei prodotti della combustione.

carburante. E sebbene in generale l'aria riscaldata e i prodotti della combustione del carburante siano elettricamente neutri, nella fiamma si formano ioni con carica positiva ed elettroni liberi. Il movimento dell'aria ionizzata nel campo magnetico terrestre porterà inevitabilmente alla formazione di un tornado di fuoco.

Vorrei sottolineare che il movimento dell'aria a vortice si verifica non solo durante grandi incendi. Nel suo libro “Tornadoes” D.V. Nalivkin pone le domande: “Abbiamo già parlato più di una volta dei misteri associati ai vortici di piccola dimensione, abbiamo cercato di capire perché tutti i vortici ruotano? Sorgono anche altre domande. Perché, quando la paglia brucia, l'aria riscaldata non sale in linea retta, ma a spirale e comincia a girare. L'aria calda si comporta allo stesso modo nel deserto. Perché non sale senza polvere? La stessa cosa accade con gli spruzzi d’acqua e gli spruzzi quando l’aria calda scorre sulla superficie dell’acqua”.

Ci sono vortici che si formano durante le eruzioni vulcaniche, ad esempio sono stati osservati sul Vesuvio; In letteratura sono chiamati vortici di cenere: le nuvole di cenere eruttate da un vulcano partecipano al movimento del vortice. Il meccanismo per la formazione di tali vortici è in termini generali simile al meccanismo per la formazione dei tornado di fuoco.

Vediamo ora quali forze agiscono sui tifoni nella turbolenta atmosfera della nostra Terra.

FORZA DI CORIOLIS

Un corpo che si muove in un sistema di riferimento rotante, ad esempio sulla superficie di un disco o di una palla rotante, è soggetto a una forza inerziale chiamata forza di Coriolis. Questa forza è determinata dal prodotto vettoriale (la numerazione delle formule inizia nella prima parte dell'articolo)

FK =2M[ VΩ], (20)

Dove M- massa corporea; V è il vettore velocità del corpo; Ω è il vettore della velocità angolare di rotazione del sistema di riferimento, nel caso del globo - la velocità angolare di rotazione della Terra, e [VΩ] - il loro prodotto vettoriale, che in forma scalare si presenta così:

F l = 2M | V| | Ω | sin α, dove α è l'angolo tra i vettori.

La velocità di un corpo che si muove sulla superficie del globo può essere scomposta in due componenti. Una di queste giace su un piano tangente alla palla nel punto in cui si trova il corpo, cioè la componente orizzontale della velocità: la seconda componente verticale è perpendicolare a questo piano. La forza di Coriolis che agisce su un corpo è proporzionale al seno della latitudine geografica della sua ubicazione. Un corpo che si muove lungo un meridiano in qualsiasi direzione nell'emisfero settentrionale è soggetto nel suo movimento alla forza di Coriolis diretta verso destra. È questa forza che fa spazzare via le rive destre dei fiumi Emisfero nord, indipendentemente dal fatto che scorrano verso nord o verso sud. IN Emisfero sud la stessa forza è diretta a sinistra nel movimento e i fiumi che scorrono in direzione meridionale spazzano via le rive sinistre. In geografia questo fenomeno è chiamato legge di Beer. Quando il letto del fiume non coincide con la direzione meridionale, la forza di Coriolis sarà inferiore al coseno dell'angolo formato dalla direzione del flusso del fiume al meridiano.

Quasi tutti gli studi dedicati alla formazione di tifoni, tornado, cicloni e tutti i tipi di vortici, nonché al loro ulteriore movimento, indicano che è la forza di Coriolis che funge da causa principale del loro verificarsi e che stabilisce la traiettoria del loro movimento lungo la superficie della Terra. Tuttavia, se la forza di Coriolis fosse coinvolta nella creazione di tornado, tifoni e cicloni, allora nell'emisfero settentrionale avrebbero una rotazione destra, in senso orario, e nell'emisfero meridionale, una rotazione sinistra, cioè in senso antiorario. Ma i tifoni, i tornado e i cicloni nell'emisfero settentrionale ruotano a sinistra, in senso antiorario, e nell'emisfero meridionale, a destra, in senso orario. Ciò non corrisponde assolutamente alla direzione di influenza della forza di Coriolis, inoltre è direttamente opposta ad essa. Come già accennato, l'entità della forza di Coriolis è proporzionale al seno della latitudine geografica e, quindi, è massima ai poli ed assente all'equatore. Di conseguenza, se contribuisse alla creazione di vortici di diverse scale, apparirebbero molto spesso alle latitudini polari, il che contraddice completamente i dati disponibili.

Pertanto, l'analisi di cui sopra dimostra in modo convincente che la forza di Coriolis non ha nulla a che fare con il processo di formazione di tifoni, tornado, cicloni e tutti i tipi di vortici, i cui meccanismi di formazione sono stati discussi nei capitoli precedenti.

Si ritiene che sia la forza di Coriolis a determinare le loro traiettorie, soprattutto perché nell'emisfero settentrionale i tifoni, come formazioni meteorologiche, deviano verso destra durante il loro movimento, e nell'emisfero meridionale - a sinistra, che corrisponde alla direzione di azione della forza di Coriolis in questi emisferi. Sembrerebbe che la ragione della deviazione delle traiettorie dei tifoni sia stata trovata: questa è la forza di Coriolis, ma non affrettiamoci alle conclusioni. Come accennato in precedenza, quando un tifone si muove lungo la superficie della Terra, su di esso agirà, come un unico oggetto, una forza di Coriolis, pari a:

F ê = 2MVΩ sin θ cos α, (21)

dove θ - latitudine geografica tifone; α è l'angolo tra il vettore velocità del tifone nel suo insieme e il meridiano.

Per scoprirlo il vero motivo deviazioni delle traiettorie del tifone, proviamo a determinare l'entità della forza di Coriolis che agisce sul tifone e confrontiamola con un'altra forza, come vedremo ora, più reale.

IL POTERE DI MAGNUS

Un tifone mosso dagli alisei sarà colpito da una forza che, per quanto ne sa l’autore, non è stata ancora considerata da nessun ricercatore in questo contesto. Questa è la forza di interazione del tifone, come oggetto unico, con il flusso d'aria che muove questo tifone. Se guardi l'immagine raffigurante le traiettorie dei tifoni, diventerà chiaro che si muovono da est a ovest sotto l'influenza di venti tropicali che soffiano costantemente, alisei, che si formano a causa della rotazione del globo. Allo stesso tempo, gli alisei non trasportano solo il tifone da est a ovest. La cosa più importante è che un tifone situato nell'aliseo risente di una forza causata dall'interazione dei flussi d'aria del tifone stesso con il flusso d'aria dell'aliseo.

L'effetto dell'emergere di una forza trasversale che agisce su un corpo rotante in un flusso di liquido o gas che lo colpisce fu scoperto dallo scienziato tedesco G. Magnus nel 1852. Si manifesta nel fatto che se un cilindro circolare rotante scorre attorno ad un flusso irrotazionale (laminare) perpendicolare al suo asse, allora in quella parte del cilindro dove la velocità lineare della sua superficie è opposta alla velocità del flusso in arrivo, un appare una zona di alta pressione. E dal lato opposto, dove la direzione della velocità lineare della superficie coincide con la velocità del flusso in arrivo, si trova una zona di bassa pressione. La differenza di pressione sui lati opposti del cilindro dà origine alla forza di Magnus.

Gli inventori hanno tentato di sfruttare il potere di Magnus. Fu progettata, brevettata e costruita una nave sulla quale, al posto delle vele, furono installati cilindri verticali ruotati da motori. L’efficienza di tali “vele” cilindriche rotanti in alcuni casi superava addirittura l’efficienza delle vele convenzionali. L'effetto Magnus viene utilizzato anche dai calciatori che sanno che se, quando colpiscono la palla, le danno un movimento rotatorio, la sua traiettoria di volo diventerà curvilinea. Questo tiro, chiamato “foglio asciutto”, può mandare la palla nella porta avversaria quasi da un angolo campo da calcio situato sulla stessa linea dell'obiettivo. Anche i giocatori di pallavolo, i giocatori di tennis e i giocatori di ping-pong fanno girare la palla quando vengono colpiti. In tutti i casi, il movimento di una palla curva lungo una traiettoria complessa crea non pochi problemi all'avversario.

Ma torniamo al tifone mosso dall'aliseo.

Gli alisei, correnti d'aria stabili (che soffiano costantemente per più di dieci mesi all'anno) alle latitudini tropicali degli oceani, coprono l'11% della loro area nell'emisfero settentrionale e fino al 20% nell'emisfero meridionale. La direzione principale degli alisei va da est a ovest, ma ad un'altitudine di 1-2 chilometri sono integrati dai venti meridionali che soffiano verso l'equatore. Di conseguenza, nell’emisfero settentrionale gli alisei si spostano verso sud-ovest e nell’emisfero meridionale

A nord-ovest. Gli alisei divennero noti agli europei dopo la prima spedizione di Colombo (1492-1493), quando i suoi partecipanti rimasero stupiti dalla stabilità dei forti venti nordorientali che trasportavano caravelle dalla costa della Spagna attraverso le regioni tropicali dell'Atlantico.

La massa gigantesca del tifone può essere considerata come un cilindro che ruota nel flusso d'aria dell'aliseo. Come già accennato, nell'emisfero australe ruotano in senso orario, mentre nell'emisfero settentrionale ruotano in senso antiorario. Pertanto, a causa dell'interazione con il potente flusso degli alisei, i tifoni sia nell'emisfero settentrionale che in quello meridionale deviano dall'equatore, rispettivamente verso nord e sud. Questa natura del loro movimento è ben confermata dalle osservazioni dei meteorologi.

(Segue il finale.)

LEGGE DI AMPERE

Nel 1920, il fisico francese Anre Marie Ampere scoprì sperimentalmente un nuovo fenomeno: l'interazione di due conduttori con la corrente. Si è scoperto che due conduttori paralleli si attraggono o si respingono a seconda della direzione della corrente al loro interno. I conduttori tendono ad avvicinarsi se le correnti scorrono nella stessa direzione (parallelamente) e ad allontanarsi se le correnti scorrono dentro direzioni opposte(antiparallelo). Ampere è riuscito a spiegare correttamente questo fenomeno: si verifica l'interazione dei campi magnetici delle correnti, che è determinata dalla "regola del succhiello". Se il succhiello viene avvitato nella direzione della corrente I, il movimento della sua impugnatura indicherà la direzione delle linee del campo magnetico H.

Anche due particelle cariche che viaggiano in parallelo formano una corrente elettrica. Pertanto, le loro traiettorie convergeranno o divergeranno a seconda del segno della carica delle particelle e della direzione del loro movimento.

L'interazione dei conduttori deve essere presa in considerazione quando si progettano bobine elettriche ad alta corrente (solenoidi) - correnti parallele, scorrendo lungo i loro giri, creano grandi forze comprimendo la bobina. Sono noti casi in cui un parafulmine costituito da un tubo, dopo un fulmine, si è trasformato in un cilindro: è stato compresso dai campi magnetici di una corrente di scarica di fulmine con una forza di centinaia di kiloampere.

Sulla base della legge di Ampere, è stata stabilita l'unità standard della corrente nel SI - ampere (A). "Unità" standard statali quantità fisiche" dà la definizione:

"Ampere uguale alla forza corrente che, attraversando due conduttori diritti paralleli di lunghezza infinita e sezione trascurabile, posti nel vuoto a distanza di 1 m l'uno dall'altro, provocherebbe una forza di interazione pari a 2 su una sezione del conduttore 1 metro di lunghezza . 10-7N.”

Dettagli per i curiosi

FORZE DI MAGNUS E DI CORIOLIS

Confrontiamo l'effetto delle forze di Magnus e di Coriolis sul tifone, immaginandolo in prima approssimazione sotto forma di un cilindro d'aria rotante sospinto dall'aliseo. Su tale cilindro agisce una forza di Magnus pari a:

F m = DρHV n V m / 2, (22)

dove D è il diametro del tifone; ρ - densità dell'aria degli alisei; H è la sua altezza; V n > - velocità dell'aria negli alisei; V t - velocità lineare dell'aria in un tifone. Con semplici trasformazioni otteniamo

Fm = R 2 HρωV n, - (23)

dove R è il raggio del tifone; ω è la velocità angolare di rotazione del tifone.

Assumendo in prima approssimazione che la densità dell'aria dell'aliseo sia uguale alla densità dell'aria del tifone, otteniamo

Mt = R2Hρ, - (24)

dove M t è la massa del tifone.

Allora la (19) può essere scritta come

F m = M t ωV p - (25)

oppure F m = M t V p V t / R. (26)

Dividendo l'espressione della forza di Magnus per l'espressione (17) della forza di Coriolis, otteniamo

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

oppure F m /F k = V t /2RΩ sinθ cosα (28)

Considerando che secondo la classificazione internazionale un tifone è considerato un ciclone tropicale in cui la velocità del vento supera i 34 m/s, nei nostri calcoli prenderemo in considerazione questo valore più piccolo. Poiché la latitudine geografica più favorevole alla formazione dei tifoni è 16 o, prenderemo θ = 16 o e, poiché subito dopo la loro formazione i tifoni si muovono quasi lungo traiettorie latitudinali, prenderemo α = 80 o. Supponiamo che il raggio di un tifone di medie dimensioni sia di 150 chilometri. Sostituendo tutti i dati nella formula, otteniamo

Fm / Fk = 205. (29)

In altre parole, la forza di Magnus è duecento volte maggiore della forza di Coriolis! Pertanto, è chiaro che la forza di Coriolis non ha nulla a che fare non solo con il processo di creazione di un tifone, ma anche con il cambiamento della sua traiettoria.

Un tifone nell'aliseo sarà influenzato da due forze: la già citata forza di Magnus e la forza della pressione aerodinamica dell'aliseo sul tifone, che può essere trovata da una semplice equazione

F d = KRHρV 2 p, - (30)

dove K è il coefficiente di resistenza aerodinamica del tifone.

È facile vedere che il movimento del tifone sarà dovuto all'azione della forza risultante, che è la somma delle forze di Magnus e della pressione aerodinamica, che agirà con un angolo p rispetto alla direzione del movimento dell'aria nel commercio. vento. La tangente di questo angolo può essere trovata dall'equazione

tgβ = Fm /Fd (31)

Sostituendo le espressioni (26) e (30) in (31), dopo semplici trasformazioni otteniamo

tgβ = V t /KV p, (32)

È chiaro che la forza risultante F p che agisce sul tifone sarà tangente alla sua traiettoria e, se si conoscono la direzione e la velocità dell'aliseo, sarà possibile calcolare questa forza con sufficiente precisione per un tifone specifico, determinando così la sua ulteriore traiettoria, che minimizzerà il danno da essa causato. È possibile prevedere il percorso del tifone metodo passo dopo passo, mentre la probabile direzione della forza risultante dovrà essere calcolata in ogni punto della sua traiettoria.

In forma vettoriale, l'espressione (25) assomiglia a questa:

F m = m [ωVp]. (33)

È facile vedere che la formula che descrive la forza di Magnus è strutturalmente identica alla formula per la forza di Lorentz:

F l = q .

Confrontando e analizzando queste formule, notiamo che la somiglianza strutturale delle formule è piuttosto profonda. Pertanto, i lati sinistri di entrambi i prodotti vettoriali (M& #969; e q V) caratterizzano i parametri degli oggetti (tifone e particella elementare) e i lati destri ( V n e B) - ambiente (velocità degli alisei e induzione del campo magnetico).

Allenamento fisico

CORIOLIS FORZA SUL GIOCATORE

In un sistema di coordinate rotante, ad esempio sulla superficie del globo, le leggi di Newton non sono soddisfatte: tale sistema di coordinate non è inerziale. In esso appare un'ulteriore forza inerziale, che dipende dalla velocità lineare del corpo e dalla velocità angolare del sistema. È perpendicolare alla traiettoria del corpo (e alla sua velocità) ed è chiamata forza di Coriolis, dal nome del meccanico francese Gustav Gaspard Coriolis (1792-1843), che spiegò e calcolò questa forza aggiuntiva. La forza è diretta in modo tale che per allinearsi con il vettore velocità, deve essere ruotata ad angolo retto nella direzione di rotazione del sistema.

Puoi vedere come “funziona” la forza di Coriolis utilizzando un giradischi elettrico eseguendo due semplici esperimenti. Per realizzarli, ritaglia un cerchio da carta spessa o cartone e posizionalo sul disco. Servirà come sistema di coordinate rotanti. Prendiamo subito nota: il disco del giocatore ruota in senso orario e la Terra ruota in senso antiorario. Pertanto, le forze nel nostro modello saranno dirette nella direzione opposta a quelle osservate sulla Terra nel nostro emisfero.

1. Posiziona due pile di libri accanto al lettore, appena sopra il piatto. Posiziona un righello o una barra dritta sui libri in modo che uno dei suoi bordi si adatti al diametro del disco. Se, con il disco fermo, tracci una linea lungo la barra con una matita morbida, dal centro verso il bordo, allora sarà naturalmente dritta. Se ora avvii il lettore e tracci una matita lungo la barra, questa disegnerà una traiettoria curva che va verso sinistra - in pieno accordo con la legge calcolata da G. Coriolis.

2. Costruisci una diapositiva da pile di libri e fissa su di essa una scanalatura di carta spessa orientata lungo il diametro del disco. Se fai rotolare una pallina lungo una scanalatura su un disco stazionario, rotolerà lungo il diametro. E su un disco rotante si sposterà a sinistra (se, ovviamente, l'attrito quando rotola è piccolo).

Allenamento fisico

L'EFFETTO MAGNUS IN TAVOLA E NELL'ARIA

1. Incolla insieme un piccolo cilindro di carta spessa. Posiziona una pila di libri non lontano dal bordo del tavolo e collegala al bordo del tavolo con un'asse. Quando il cilindro di carta rotola lungo la diapositiva risultante, possiamo aspettarci che si muova lungo una parabola lontano dal tavolo. Tuttavia, invece, il cilindro piegherà bruscamente la sua traiettoria nella direzione opposta e volerà sotto il tavolo!

Il suo comportamento paradossale è abbastanza comprensibile se ricordiamo la legge di Bernoulli: la pressione interna in un flusso di gas o liquido diminuisce quanto maggiore è la velocità del flusso. È sulla base di questo fenomeno che funziona, ad esempio, una pistola a spruzzo: una maggiore pressione atmosferica comprime il liquido in un flusso d'aria a pressione ridotta.

È interessante notare che anche i flussi umani obbediscono in una certa misura alla legge di Bernoulli. Nella metropolitana, all'ingresso della scala mobile, dove il traffico è difficile, le persone si radunano in una folla densa e compatta. E stanno liberamente su una scala mobile in rapido movimento: la "pressione interna" nel flusso dei passeggeri diminuisce.

Quando il cilindro cade e continua a ruotare, la velocità del suo lato destro viene sottratta dalla velocità del flusso d'aria in arrivo e ad essa viene aggiunta la velocità del lato sinistro. La velocità relativa del flusso d'aria a sinistra del cilindro è maggiore e la pressione al suo interno è inferiore a quella a destra. La differenza di pressione fa sì che il cilindro cambi bruscamente la sua traiettoria e voli sotto il tavolo.

Le leggi di Coriolis e Magnus vengono prese in considerazione quando si lanciano razzi, si spara con precisione su lunghe distanze, si calcolano turbine, giroscopi, ecc.

2. Avvolgere più volte il cilindro di carta con carta o nastro tessile. Se ora tiri con decisione l'estremità del nastro, questo farà girare il cilindro e allo stesso tempo gli darà movimento in avanti. Di conseguenza, sotto l’influenza delle forze di Magnus, il cilindro volerà, descrivendo dei giri nell’aria.