2 февраля 2008 года

Вопросы для повторения:
Кто, когда и где совершил первый полёт на самолёте, сколько он длился?
Почему воздух, обтекающий крыло, создаёт подъёмную силу?
Как зависит подъёмная сила крыла от угла атаки?
Как зависит подъёмная сила крыла от его площади, плотности воздуха и его скорости?
Как закон Бернулли позволяет определить направление подъёмной силы у закрученного мяча?
Что играет роль движущей силы у планера?

Атмосфера - воздушное одеало Земли

Земля
Слои атмосферы
тропосфера
стратосфера
озоновый слой
мезосфера
ионосфера

Тропосфера - (от греческого тропос - поворот, движение) - слой атмосферы, где
находится больше 90 % всех газов атмосферы, необходимых для жизни и почти отсутствует ионизирующее излучение,
происходят все явления, определяющие погоду,
температура падает на 6,5 градусов с подъёмом на каждый км (с +17 до -52оС), а давление до 1/10 от давления на уровне моря,
воздушные массы могут двигаться вверх и вниз; в более высоких слоях слои атмосферы двигаются только горизонтально,
сверху тропосферы находится тонкий (1-2 км) слой, где всегда дуют ветры на восток
Почему тропосфера кончается на высоте 15 км?
Слои атмосферы
тропосфера

Как изменяется давление воздуха с высотой ?
Ответ: уменьшается. А почему?
Ответ: газ притягивается к Земле.
По какому закону уменьшается давление с высотой?

Как уменьшается давление воздуха с высотой ?

Как распределены в атмосфере
лёгкие и тяжёлые газы
Сравним водород и азот
Лёгкие газы со временем покидают тропосферу

Как изменяется температура воздуха с высотой ?
Ответ: понижается до -52 ОС при подъёме на высоту 15 км.
Ответ: мы находимся под влиянием двух источников теплоты - Солнца и Земли. Приближение к Солнцу на 10 км не увеличивает падающего на нас потока тепла, так как расстояние до него очень велико, а такое же удаление от Земли - значительно уменьшает поток тепла от Земли.
А почему? Ведь к Солнцу-то ближе!

Как изменяется температура воздуха
с высотой ?
озоновый
слой
?
сгорают метеориты
?
ионы отражают радиоволны
нагревается УФ

Газовый состав атмосферы Земли
Всегда ли состав атмосферы был таким?

Как атмосфера стала такой, какой она есть?
Земля образовалась 5 миллиардов лет тому назад
в течение первых 500 миллионов лет из глубин остываюшей Земли извергались газы:
Н2, N2, NH3, СН4, СО2 и пары воды.
кислорода в первоначальной атмосфере Земли
не было

4 миллиарда лет тому назад Земля стала остывать, а пары воды - конденсироваться в водоёмы
3,5 миллиарда лет тому назад первые фото-синтезирующие (сине-зелёные) водоросли стали производить кислород из воды и СО2
под действием излучения Солнца из кислорода образовывался озон О3, который стал УФ-щитом Земли
концентрация кислорода в атмосфере стала расти, а СО2 и водяных паров - падать
легкие газы (Н2, СН4 и NH3) улетучились в космос
Как атмосфера стала такой, какой она есть?

Как атмосфера стала такой, какой она есть?

Почему дуют ветры?
Как Земля движется вокруг Солнца
Как называтся положения Земли на орбите,
показанные на рисунке (начиная с крайне правого)?
зимнее солнцестояние
летнее солнцестояние
весеннее равноденствие
осеннее равноденствие

Ответ: потому что поверхность Земли неодинаково нагревается Солнцем.
приполярные области излучают тепла в космос больше, чем получают от Солнца, а
экваториальные излучают меньше, чем получают, становясь источниками энергии ветров, дующих от экватора к полюсу.
Почему дуют ветры?

земля
экватор
тёплый воздух над экватором поднимается вверх,
поднимаясь, воздух охлаждается,
начинается конденсация водяных паров,
воздух опять начинает нагреваться и подниматься,
НАВЕРХУ образуется область ВЫСОКОГО давления
Почему дуют ветры?
В
Н

земля
экватор
НАВЕРХУ образуется область ВЫСОКОГО давления,
поднявшийся воздух движется к холодным полюсам, охлаждаясь, он становится тяжелее и опускается,
начиная двигаться вдоль земли к экватору.
Почему дуют ветры (продолжение)?
Неужели, ветры могут дуть только вдоль меридиан?
Мы забыли, что Земля вертится!
ячейка Хэдли (1735)

Как дуют ветры на вращающейся Земле
самобразование: закон сохранения момента импульса (параграф 7.6-7.9 “Механика”, Мякишев)
Что произойдёт, если вращающийся на диске опустит руки?
Ответ: станет вращаться быстрее
Куда “потянет” человека, стоящего в центре большого вращающегося диска, если он направится к его краю?
Ответ: сила инерции станет его толкать в сторону, противоположную вращению диска и
называется эта сила -
силой Кориолиса
Закон сохранения момента импульса

Как дуют ветры на вращающейся Земле
Куда будут толкать силы инерции вращающейся Земли воздушные массы, двигающиеся от северного тропика к экватору в нижних слоях атмосферы?
Ответ: на запад, и мы называем эти ветры северо- восточными пассатами (от нем. Passat - ветер)
Воздушные массы, двигающиеся от южного тропика к экватору будут отклоняться...
Ответ: тоже на запад, и называются юго-восточными пассатами

Как дуют ветры на вращающейся Земле,
вблизи экватора
направление пассатов
Англичане называют эти ветры “trade winds” - торговыми ветрами

Как дуют ветры на вращающейся Земле

на восток в Северном полушарии и
в Южном,
поэтому из Москвы в Новосибирск лететь на час меньше, чем обратно
В верхних слоях тропосферы (10 км) ветры дуют:

Откуда берётся энергия дующих ветров?
Ответ: из тепла, которое выделяется при конденсации пара, поднимающегося на высоту.
Откуда берётся пар в воздухе?
Ответ: Солнце превращает часть воды на Земле в пар.
Вывод: пар служит громадным запасником энергии на Земле, конденсация которого определяет погоду на ней.

Сколько энергии появляется при конденсации водяного пара?
Ответ: 2,26 МДж/кг (удельная теплота парообразования)
Много это или мало?
Посчитайте, сколько выделится тепла при конденсации пара, содержащегося в 1 кубическом километре воздуха, если его парциальное давление составляет 5 % (R=8,3 Дж/моль/оК; Т=300 оК, Р=100000 Па).
Ответ: 0,8.1014 Дж -
половина энергии АТОМНОЙ БОМБЫ, сброшенной на Хиросиму!!!

Ураганы, циклоны и тайфуны - атмосферные бомбы, определяющие погоду на Земле
Закручены против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой - в Южном

Ураганы, циклоны и тайфуны - атмосферные бомбы, определяющие погоду на Земле
ураган Эндрю 23-25 августа 1992 года
вблизи “глаза”

Ураганы, циклоны и тайфуны - атмосферные бомбы, определяющие погоду на Земле
Размеры ураганов могут достигать тысяч километров, а скорость воздуха в них - 300 км/час

Ураганы, циклоны и тайфуны - атмосферные бомбы, определяющие погоду на Земле
В
Н
тёплые слои
холодные слои
океан
ураган

Ураганы, циклоны и тайфуны - атмосферные бомбы, определяющие погоду на Земле
последствия ураганов

Чтобы вызвать дождь из проплывающих мимо облаков:
надо в облаках, насышенных парами воды, создавать “ядра” конденсации
ядра конденсации - это микрочастицы, к которым “прилипают” находящиеся рядом молекулы воды
когда размеры капель увеличиваются до 1 мм, они выпадают на землю в виде дождя, преодолевая движение восходящих потоков теплого воздуха

Как бороться с засухой?
Распыление:
сухого льда или
йодата серебра, или
микроскопических частиц гигроскопичных солей

до распыления
после распыления
Дождь начинается, когда размер капли > 1 мм
Как бороться с засухой?