Почему ветер дует порывами?
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.