О ветре

Сейчас мы поговорим о том, что такое ветер, потоки обтекания и термические потоки. С малых лет каждый из нас знает слово атмосферный воздух. Когда-то он казался нам невесомым, пустотой. Теперь мы знаем, что атмосферный воздух — это смесь газов, что каждый газ имеет массу. Некоторые из вас, наверно, даже назовут, какова масса 1 м3 атмосферного воздуха у поверхности земли — 1,293 кг. Но чтобы понять, почему птицы, которые тяжелее атмосферного воздуха, свободно парят в нем, почему это возможно и для планеров, которые не имеют ни винта, ни мотора, поговорим о том, что происходит в воздушном океане, подробнее.

Итак, мы уяснили, что у поверхности земли атмосферный воздух имеет определенную плотность (плотность — это масса единицы объема вещества). Но по мере удаления от земли атмосферный воздух становится более разреженным, менее плотным. На высоте 6000 м плотность атмосферного воздуха уже в два раза меньше, чем у земли.

Плотность — очень важное физическое свойство атмосферного воздуха. При полете благодаря плотности воздуха крылья птицы и самолета получают необходимую опору.

Атмосферный воздух окружает весь земной шар толстым слоем, толщина которого приблизительно равна 200 250 км. Этот слой называют атмосферой.

Как уже сказано, по мере удаления от поверхности земли плотность воздуха уменьшается. Изменяется и температура воздуха: она понижается примерно на 5—7° С на каждый километр высоты. Это понижение происходит приблизительно до высоты 12 000 м. Слой воздуха от земли до этой высоты называют тропосферой. Выше 12 км от земли начинается стратосфера. Ее температура почти постоянна. Зато после стратосферы она начинает резко понижаться.

Вы можете спросить: "Почему воздух не улетает в межпланетное пространство, а остается около земного шара?" Это происходит потому, что воздух, как всякое вещество или тело, имеющее массу, притягивается землей. Вследствие своей массы воздух производит давление на все находящиеся в нем тела. Это давление воздуха называется атмосферным. Можно легко обнаружить давление воздуха, проведя простой опыт. Возьмем стакан, наполним его до краев водой и прикроем листом бумаги, затем, придерживая листок ладонью, опрокинем стакан и отнимем руку: листок как бы прилипнет к краям стакана, и вода не выльется. Ей не даст вылиться давление воздуха снизу на листок.

Атмосферное давление, как и плотность, быстро уменьшается по мере поднятия на высоту: На высоте 6000 м давление воздуха почти в два раза меньше, чем на уровне моря. Но на одной и той же высоте давление воздуха не везде одинаково. Величина его зависит от температуры и влажности.

Давление воздуха, как и его плотность, играет очень важную роль при полете самолета, планера и летающих моделей.

Интересное о ветре. Воздух над земной поверхностью не находится в состоянии покоя, он всегда движется. Происходит это потому, что земная поверхность даже на сравнительно небольшой площади нагревается солнечными лучами неравномернопашня, например, значительно сильнее, чем луга, и много сильнее, чем водная поверхность. Еще интересное о ветре в том, что нижние слои воздуха находясь вблизи неравномерно нагретой земной поверхности, нагреваются тоже неравномерно. И когда теплый воздух, как более легкий, поднимется, например, над пашней вверх, то на его место луга или с водной поверхности поступит более холодный. Такое горизонтальное перемещение воздуха и называется ветром.

Другим примером местных, часто меняющихся воздушных течений являются ветры, дующие на морском побережье и вблизи него. Суша и воздух над сушей нагреваются днем обычно сильнее, чем море, поэтому днем ветер дует, как правило, с моря на сушу, а ночью — с суши на море. Эти местные ветры называют бризами. Интересное о ветре, что они наблюдаются регулярно, если, конечно, их не сбивают более мощные ветры, дующие издалека.

Кроме местных воздушных течений существуют более мощные и постоянные перемещения воздушных масс над поверхностью земного шара. Циркуляция атмосферы возникает от неравномерного нагревания земли в зависимости от географической долготы места у экватора сильнее, у полюсов слабее. В результате над всей земной поверхностью постоянно перемещаются воздушные массы и возникает циркуляция атмосферы, которая оказывает большое влияние и на погоду.

Теплый воздух, поднявшись вверх, где температура ниже, чем у земли, постепенно охлаждается там и затем опускается вниз, а на его место поступают новые массы теплого воздуха. Так образуются восходящие и нисходящие течения, то есть циркуляция атмосферы (рис. 38). Скорость вертикальных воздушных течений обычно незначительна и редко превышает 8—10 м/с; скорость же ветра достигает иногда 50 м/с. Скорость ветра в авиации измеряется метрами в секунду, в морском деле баллами, для ее определения служит прибор анемометр. Существует несколько конструкций анемометра, но в основе действия всех лежит давление воздушного потока на ту или иную часть прибора. Скорость ветра нетрудно приблизительно определить и без прибора, если руководствоваться признаками, которые возникают при действии ветра (табл. 1). (Шкала Бофорта для определения скорости ветра)

Шкала Бофорта для определения скорости ветра

Шкала Бофорта для определения скорости ветра.

Таблица 1

Шкала Бофорта

Обычно у поверхности земли свежий ветер дует неравномерно, скорость его то уменьшается, то увеличивается. Полное затишье в дневные часы бывает редко. В хорошую летнюю погоду свежий ветер обычно 3—5 м/с. Начиная с 8—9 ч утра свежий ветер усиливается и к 12— 14 часам достигает наибольшей силы. В это время хорошо запускать змея. К вечеру, примерно в 18—19 ч, свежий ветер заметно стихает. Полный штиль наблюдается в ранние утренние часы и перед заходом солнца. Но, к сожалению, эти ранние и вечерние часы не совсем удобны для запуска летающих моделей и воздушных шаров из-за росы.

Чем выше над землей, тем свежий ветер ровнее. На очень больших высотах свежий ветер почти не меняется, причем дует с огромными скоростями, которые у поверхности земли наблюдаются редко.

Кроме скорости свежего ветра большое значение для запуска и полета модели имеет структура потока, а также направление ветра, которое связано с погодой и бывает поэтому самым разнообразным. Однако для каждого района существуют господствующие ветры. Это обстоятельство следует учитывать при выборе места для запусков моделей.

Встречая на своем пути препятствия — строения, холмы, свежий ветер отклоняется, образуя потоки обтекания. Если он встречает на своем пути гору или склон большого холма, то перед ними возникает восходящий поток воздуха, который может быть использован для старта моделей планеров. Выбирать склон следует с плавной, пологой поверхностью. К тому же склон должен быть широким. Лучше, если перед склоном нет строений, а на склоне — деревьев и кустарников. Если есть, то у этого склона не может быть ровных и хороших восходящих потоков. Воздух, обтекая препятствия, будет образовывать завихрения (рис. 39).