Почему ветер дует порывами?
…Почему ветер дует порывами, а не равномерно?..
а почему деревья качаются от ветра, а почему барханы образуются, а почему свисток свистит?..
А чем вам не нравятся вихри… “турбуляции” в грозовой туче.
…
Вода обтекающая доску лежащую поперек течения очень легко образует вихри, которые отрываются и утекают по течению. Точно такой же вихрь мог образоваться углом вашего дома или неровностью Земли (если человечьи сооружения вам не кажутся способными повлиять на ветер) с наветренной стороны.
Не нравятся мне вихри, объясняемые обтеканием препятствий, из-за того, что самые сильные ураганы в природе наблюдаются вовсе не в гористой местности.
Уже одного этого факта достаточно, чтобы препятствия отбросить как причину.
Вспоминаем тот же чайник, очень похоже на грозу, но никаких препятствий.
Более того, мы все знаем, что бывает равномерный сильный ветер, а бывает порывистый.
Если бы порывы объяснялись обтеканием препятствий, то равномерного ветра не могло бы быть вовсе.
На счет стационарности, и чайника. Представим себе что ветра как такового нет. Но греет солнышко и вот с кустика срывается пузырь и улетает вверх. Естесно свято место пусто не бывает, и на его место устремляется воздух из окружающего пространства. Так получается первый легкий порыв ветра. Ну а дальше больше, солнышко греет все жарче, пузыриков все больше, вот они уже сливаются в мощные столбы термиков где воздух прет вверх, а между ними холодный воздух прет вниз, на границе этих двух потоков возникают вихри которые отрываются и уносятся, кто вверх, кто вниз. А вы стоите посреди поля и ощущаете как равномерный ветерок от потоков периодически размешивается прилетающими вместе с ним вихрями,( которые образовались в следствии трения встречных потоков оторвались и принеслись с общим течением).
Как вам такой вариант событий?
Вот видюха, образование вихрей при обтекании объектов. Причем столб термика это тоже препятствие…
www.youtube.com/watch?v=2ghBUcQG1lQ&feature=relate…
Так, подождите, вас интересут как образуется грозовая турбулентрость и ураганы, или как образуются порывы?
Вот. Подробнее, наверно, только в ВУЗе. Я неосилилмногабукф, но про порывы там есть.
" Порывы ветра – другой пример этого эффекта. Причиной порывов служит вертикальная нестабильность в воздухе. Порывы – это просто большие «куски» ветра с высоты, которые брошены вниз, к земле. И поскольку они приходят сверху, где нет трения о землю, ветер в порывах сильнее и заходит вправо относительно ветра, сохраняя свое «верхнее» направление. Если коротко: когда приходит порыв ветра, он отворачивает вправо."
Причина ураганов - точно такое же столкновение воздушных масс, не с препятствиями, но с более медленными или встречными потоками - только в бОльших масштабах. А причина движения воздуха - перепад температуры - опять таки, тот же термик, только в бОльших масштабах. А чтоб смутить вас совсем - скажу, что в горах образуются порой очень сильные “сточные” ветры - пример - Новороссийский ветер бора.
ВВообще самая частая причина резких порывов, наблюдаемых “в повседневе” - это конвективные потоки под мощной, “грозовой” облачностью. Все знают, что перед грозой ветер резко усиливается, а потом, во время дождя, резко же стихает. Дык вот причина - периферия восходящего потока под грозой стремится увлечь за собой более медленные восходящие потоки, сталкивается с ними, тянет их - возникает турбуленция. Ну и плюс дождь, который напротив тянет воздушные массы вниз - “выдавливает” более теплую подушку под облаком на периферию, заставляя её “расползаться” в стороны - как брызги от упавшей капли.
Почему ветер дует порывами, а не равномерно?
Что же мешает ветру быть равномерным?
Насколько можно судить по “точности” прогнозов погоды (прости, Господи!)- атмосферные процессы не описываются такими простыми формулами, как в аэродинамике: например, происхождение и изменение глобального явления, как “Эль-ниньо” (атмосферный вихрь, вращающийся в определённую сторону и вдруг, ни с того ни с сего- начинающий крутиться обратно) сие великая тайна даже для метеорологов.
Так и порывистость ветра: определяется огромным количеством факторов, нам по большей части- неизвестных 😦
Сегодня отличная погода.
Почему ветер дует порывами, а не равномерно?
Ведь воздуха вокруг очень много, нагревается он довольно равномерно.
Уважаемый Вячеслав,
Все что помню из курса природоведения, спасибо Советской школе.
Во-первых, воздух, в отличии от воды, чрезвычайно легко сжимаемая среда. Этим мы постоянно пользуемся, например, шины автомобиля или велосипеда.
Во-вторых, “подстилающая поверхность” нашей планеты очень неоднородная, тут темная пахота или раскаленный асфальт, а там зеркало озера. Солнышко нагревает эту самую поверхность соответственно очень неравномерно, возникают термические потоки теплого воздуха вверх (теплый воздух легче), холодного вниз (он тяжелее). Чем выше скорость и температура, тем ниже давление. Поток перетекает из зоны высокого давления в зону низкого.
В-третьих, испарение воды - “воздух” это постоянно меняющаяся по составу и характеристикам смесь. Круговорот воды в природе, знаете ли…
Вывод. Воздушный Океан неоднороден во времени (день-ночь) и пространстве (вдоль, поперек, по высоте). Эта неоднородность проявляется, например, в порывах ветра, которые не позволили мне вчера днем полетать…
Всё вышесказанное совершенно правильно.
И про неравномерный нагрев воздуха и про его сжимаемость и про препятствия, и про неоднородности.
Непонятно главное - почему медленно текущие процессы неоднородного нагрева приводят в некоторых случаях к очень быстрым перемещениям воздуха.
Я уже несколько раз вспоминал про чайник, где плавнейший нагрев приводит к похожему явлению, которое объясняется тем, что неоднородности, начинающиеся точечено перехода воды в пар, расширяются из-за того, что в этих точках резко падает давление, из-за чего начинает переходить в пар прилегающий слой воды и образуются пузыри. ( Хотя при движении воды тоже происходят вихри от обтекания препятствий, они тоже движутся и отрываются, но это совсем другие процессы )
То есть при кипение воды ( лавинообразное появление и увеличение пузырей ) объясняется простейшим образом. И вода вообще не может перейти пар равномерно и однородно, или сразу во всём объёме.
Мне кажется, что есть какие-то аналогичные довольно простые простые объяснения бурного развития неоднородностей и для воздуха. ( Не связанные с его движением )
Просто о них пока никто не задумывался.
…Вчера буквально наблюдал альтернативное явление - ветер дул (деревья качались) в основном более - менее равномерно, но обозначилась полоса (метров 10 шириной), в которой сила ветра была явно выше, тоесть, неравномерность ветра не во времени, а в пространстве.
И вообще, в городе присутствуют “особо ветренные” места и целые районы…
что неоднородности, начинающиеся точечено перехода воды в пар, расширяются из-за того, что в этих точках резко падает давление, из-за чего начинает переходить в пар прилегающий слой воды и образуются пузыри.
Простите, а как это при падении давления образуются пузыри? Чайник что в вакуумный шкаф поместили? Насколько я помню школьный курс физики пузырьки появляются из за повышения давления пара, а схлопываются из за того что при отрыве прекращается поток тепла, а вода еще не достаточно прогрета в следсвтии чего пар внутри остывает, давлени падает и пузырек схлопывается.
Вода, как известно, переходит в пар тем лучше ( нужна меньшая температура ), чем меньше давление.
Из-за малюсеньких неравномерностей температуры образуется крошечный пузырёк, сначала только на неровностях стенок чайника, нагретых больше окружающей температуры, потом уже и в глубине воды.
Этот крошечный пузырёк состоит из пара. Пар, в отличии от воды, сжимаем, поэтому давление по стенкам пузырька меньше, чем в глубине воды. Именно из-за этого в пар начинает переходить вода, соприкасающаяся со стенками пузырька и он увеличивается.
Иначе пузырьки не увеличивались бы из крошечных в крупные.
Пар, в отличии от воды, сжимаем, поэтому давление по стенкам пузырька меньше, чем в глубине воды.
вы вообще понимаете о чем пишете?
что значит давление по стенкам пузырька меньше, чем в глубине воды?
Давление в пузырьке равно давлению окружающей его воды. Ни больше, ни меньше. Увеличивается пузырек за счет испарения воды которая его окружает. Поскольку Р и T= const значит будет увеличиваться объем.
После отрыва пузырька от нагревающей поверхности пузырек продолжает увеличиваться, вода продолжает переходить в пар не потому что давление вдруг меньше становится. А потому что Т воды выше Т кипения, поэтому есть энергия для продолжения парообразования, поэтому пузырек и становится больше, ну и +уменьшение гидростатического давления при подъеме вверх (но оно столь мизерно в чайнике что его и не стоит рассматривать). Есть общее заблуждение что Т кипящей воды равна Т парообразования. На самом деле кипящая вода чуть чуть перегрета. И вот это тепло и идет на парообразование внутри пузырька.
Это значит, что должна быть причина, по которой пузырьки увеличиваются путём успарения воды на их границах.
А вы рассматриваете всё чересчур упрощённо, как будто там всё равномерно.
Если бы было по-вашему, когда темратура и давление одинаковы во всём объёме воды, то пузырьков воообще бы не было, вода переходила бы в пар сразу вся.
Однако реально вода кипит не так.
Как раз из-за крошечных неравномерностей температур и давлений.
Вода естественно прогрета неравномерно (это если в чайнике). Естественно что есть зоны образования пузырьков, такие зоны это твердые частицы в воде, неровности на стенках тары и завихрения от конвекционных потоков. Если взят чистую воду, дестилированную например. То ее можно нагреть в чистой стеклянной таре гораздо выше чем 100 гр. и она не закипит! Т.к. пузырикам неначем образоваться. Такой фокус довольно таки часто прокатывает даже с обычной водой, которую греют в микроволновке(когда прогрев идет равномерно, по всему объему)! Никогда не замечали? Ставишь кружку с водой микроволновку запускаешь минут на N открываешь достаешь, а с нее пар валит, о горяченькая, ставишь на стол, ложечку кофе тудысь ап. А она как закипит! Да еще и пол стола зальет 😃 А то и еще хуже может быть, только вы кружку приподняли что бы вынуть из микроволновки, а она как забурлит и все вам на руку!
В жизни реально перегреть воду что бы она вся сразу в пар просто не реально, и все из за этих примесей да неровностей.
ЗЫ
Надо будет найти прозрачную кастрюльку засунуть в микроволновку и посмотреть как там образуются пузырьки когда она все же закипает…
ЗЫЫ
Только что провел эксперимент! Взял чайничек стеклянный от кофеварки, налил туда около литра кипятка(для ускорения дела), и сунул в микроволновку. Вода простояла там 10 минут! И так и не закипела! Были небольшие пузырики где-то по краям, еще проскакивали крупные бульки, но кипением это назвать было нельзя. Мне надоело, я достал ее и сыпанул щепотку соли! Она конечно не испарилась вся за секунду 😃 Но закипела как положено! Кипела секунд 5, потом соль растворилась, я добавил еще чуток и она снова закипела, но уже не так бурно и быстро успокоилась.
ЗЫЫЫ
Я уже собирался снимать видео 😃 Но вовремя глянул на ютюб 😃
Вот вода из микроволновки
И вот тоже любопытный.
Ох, Вячеслав, накликали Вы своим вопросом бурю! Или грозу… Теперь материала для анализа и размышлений москвичам прибавится…
Турболентность - вещь случайная, поэтому порывы ветра могут происходить и хаотически и систематически (за кокой-то промежуток времени). Зависит от многих условий.
Струйке дыма от сигары в помещении без сквозняков ничто не мешает спокойно подниматься вверх. А нет, завихряться начинает! Рейнольдс однако…
полагаю это связанно еще с таким эффектом как неравномерный нагрев обьектов солнцем.
ваш дом с одной стороны нагревается, а с другой находится в тени, соответственно термики при этом возникающие и отрывающиеся пузырями воздуха будут вытеснять постоянный ветер дующий сверху то вниз то вверх, вызывая такие вот порывы.
На обратной стороне здания - будет такой же но с отрицательным знаком эффект, связанным с падением охладившегося воздуха скорее всего имеющего постоянную горизонтальную скорость и падающим следом за препятствием (домом).
В поле порывы будут скорее всего возникать из-за отрыва пузырей теплого воздуха и оттеснения холодного но дующего с постоянной скоростью вниз.
Для проверки этой теории нужно померять температуру воздуха каким либо быстрым термометром - я бы для этой цели воспользовался инфракрасным термометром направленным на зеркальную пленку с одной стороны покрашенную в черный. зеркальная сторона чтобы не сильно грелась от солнца. Черная - чтобы дать работать термометру.
температура порыва должна быть ниже средней температуры воздуха.
еще вариант - это повесить яркие шелковые нитки или полоски на некоторой высоте - и смотреть в каком на самом деле направлении дует ветер, горизонтальном, или присутствуют вертикальные составляющие.
Я хочу понять, как, почему и отчего образовался.
Ну дык читать теорию устойчивости для начала. Атмосфера весьма и весьма нелиненая система а потому.
почему медленно текущие процессы неоднородного нагрева приводят в некоторых случаях к очень быстрым перемещениям воздуха
Очень даже понятно почему. Само собой понятно в научном смысле этого слова когда можно желающему на пальцах изложить механизм, построить модель и показать все характерные картины, а понятно в бытовом - никого ведь не удивляет что ПЛАВНОЕ изменение глубины при приближении к берегу приводит не к плавному росту высоты и скорости волны а весьма нелинейному изменению ее формы сопровождающегося опрокидыванием гребня - и ничего никто не удивляется сидят себе любуются на сию бифуркацию. Всем все понятно так и должно быть, а студенты соотвествуюшей специальности это еще и в формулах могут расписать на зачете 😃. Атмосфера еще более нелинейная среда да еще не постоянного состава (водичка испаряется конденсируется и т.д. а это огого какие масштабы энергий). Так что НЕ УДИВИТЕЛЬНО.
Для затравки погуглить - Неустойчивость Рэлея — Тейлора.
Этот вариант проявления бифуркации при плавном изменении параметра не обьяснение порывов ветра - но материал для критического отношения к обьяснениям “все плавно менялось а потому какак дуууунет - вот те странно господи”.
При плавном изменении параметра нелинейнася система вполне может из устойчивой, стать устойчивой в малом, а там глядиш и просто не устойчивой вовсе. И ничего удивительного в этом нет.
Можете еще погуглить “стохастическиое усиление” тоже дело с атмосферой и нелинейностью связанное - маленькие изменения “казалось бы” неспособные ни к чему привести или изменить и “на тебе”.
В том-то и дело, что плавные изменения тут не при чём.
Это хорошо показали эксперименты с водой в микроволновке, которые провёл Brandvik.
Когда в равномерно нагретую воду оказалось достаточно насыпать соли, чтобы получить модель урагана.
То есть получить точки резкого изменения температуры, с которых начинается лавинообразный процесс.
Следовательно, и в атмосфере то же самое.
Осталость только понять, что там является такой солью 😁
ПЛАВНОЕ изменение глубины при приближении к берегу приводит не к плавному росту высоты и скорости волны а весьма нелинейному изменению ее формы сопровождающегося опрокидыванием гребня
Это явление не имеет отношения к рассматриваемому вопросу, потому что происходит всегда. То есть те же студенты из вашего примера, записывающие формулы, не напишут их разными.
Обтекание крыла - стационарный процесс.
И даже вихри, при этом образующиеся, никак не могут быть аналогией порывов ветра.
Стационарный он в системе координат связанной с крылом. А в земной системе координат это очень нестационарный процесс. Не было самолета, воздух спокоен. Пролетел самолет, накрутил вихрей и они начинают изменяться во времени. Как то наблюдал как через некоторое время после после пролета Ту-134 на малой высоте (под глиссадой я находился), начинал осыпаться иней с деревьев. Это доходили до земли возмущения от пролетевшего самолета.
Я маленький планер над склоном гоняю. Кругом деревья, здания, кусты, заборы. И чем больше наблюдаю за ветром тем сложнее картинка складывается. Пока не летал все было значительно понятней. В книгах по моделизму ветер дующий на склон обязательно поднимает модель. На практике прямо над склоном может вдруг просадить со скоростью 5 метров в секунду. Или ни с того ни с сего от самой земли поднять с большой скоростью метров на 150, где теоретически не должно быть влияния склона.