Как перемещается воздух: Attention Required! | Cloudflare

Движение воздуха

Причины движения воздуха

Атмосферный воздух находится в постоянном и непрерывном движении. Движение воздуха может бытьь восходящим, при котором он поднимается вверх и нисходящим – воздух опускается вниз. Существует еще одно движение – горизонтальное.

Определение 1

Горизонтальное движение воздуха получило название ветер.

Движение воздуха зависит от атмосферного давления и температуры. Кроме этих основных причин на движение оказывает влияние трение о поверхность Земли, встреча с каким-либо препятствием, отклоняющая сила Кориолиса. В Северном полушарии, в связи с этой силой Кориолиса, воздушные потоки отклоняются вправо, в Южном полушарии – влево.

Замечание 1

Воздушный поток при этом всегда движется из области высокого давления в область низкого давления.

Любой ветер имеет своё направление, силу и скорость, которая зависит от давления. Если разность давления двух соседних территорий большая – скорость ветра будет возрастать. В среднем у поверхности Земли многолетняя скорость ветра достигает,$ 4-9$ м/с, иногда бывает, $15$ м/с. Штормовые ветры дуют со скоростью, до $30$ м/с, с порывами до $60$ м/с. Тропические ураганы доходят до $65$ м/с, а в порывах достигают – $120$ м/с.

Готовые работы на аналогичную тему

Помимо метров в секунду, километров в час скорость ветра измеряют ещё в баллах по шкале Бофорта от $0-13$. От скорости ветра зависит его сила, которая показывает динамическое давление воздушного потока на какую-либо поверхность. Измеряется сила ветра в килограммах на квадратный метр.

Сторона горизонта, с которой дует ветер, определяет его направление. Для обозначения его направления используется восемь основных румбов, т.е. четыре основных стороны горизонта и четыре промежуточных. Направление ветра будет связано с давлением и отклоняющей силой Кориолиса. По своему происхождению, значению и характеру ветры очень разнообразны.

Для умеренных широт характерны ветры западных направлений, потому что там господствует западный перенос воздушных масс – это северо-западные, западные и юго-западные ветры. В Северном и Южном полушариях данная область занимает обширные пространства. Ветры полярных областей дуют от полюсов на умеренные широты, т.е. к областям низкого давления. В Арктике северо-восточные ветры дуют по ходу часовой стрелки, а в Антарктике дуют юго-восточные ветры против хода часовой стрелки. Антарктические ветры отличаются большей скоростью и устойчивостью. В тропических широтах господствуют пассаты.

Постоянные ветры

Замечание 2

Постоянные ветры дуют в течение года в одном направлении из областей высокого в области низкого атмосферного давления. К ним относятся – пассаты, западные ветры, Арктические и Антарктические ветры.

Определение 2

Пассаты – это постоянные ветры тропических широт, дующие от 30 параллелей в сторону экватора.

Название этому постоянному ветру дали испанцы, назвав его «Viento de pasada», что означает «ветер, благоприятствующий переезду». Пассаты дуют со скоростью, $5-6$ м/с, и охватывают слой воздуха высотой $15-16$ км. С ними связаны мощные океанские течения – в Атлантическом океане Антильское течение и Бразильское, в Тихом океане Минданао и Восточно-Австралийское, Мозамбикское течение в Индийском океане. Область планеты, продуваемая пассатами, имеет своеобразный климат – в основном там преобладает малооблачная теплая погода с небольшим количеством осадков. На суше этот климат способствует формированию пустынь и полупустынь. В Северном полушарии пассаты направлены с северо-востока, а в Южном полушарии с юго-востока на экватор.

Определение 3

Западные ветры – это постоянные ветры умеренных широт, дующие от тропиков на 60-е параллели.

Тропический воздух нормализует температуру умеренных широт и делает её благоприятной для жизни людей. Умеренные широты являются местом встречи теплых и холодных воздушных масс. Теплые воздушные массы идут из тропиков, а холодные поступают из полярных областей. В результате их контакта образуются

циклоны и антициклоны. Сам умеренный пояс является областью пониженного давления, поэтому сюда приходят довольно сильные воздушные массы. Здесь господствует западный перенос воздушных масс, половина их образуется на севере, а другая половина образуется на востоке и все они дуют в одном западном направлении. В целом западные ветры смягчают погоду – лето будет прохладное с возможным дождем. Зима будет сопровождаться оттепелями и сильными снегопадами. Северный ветер принесет холод, а с южным ветром придет тепло. Менее предсказуем восточный ветер – он может быть как теплым, так и холодным, но большого количества осадков ни летом, ни зимой не будет.

Полярный тип климата образует два пояса –

арктический и антарктический. Полярные воздушные массы будут для этой области планеты постоянными в течение круглого года. Арктический полярный ветер достаточно сильный дует на умеренные широты по ходу часовой стрелки. Дует он только в южном направлении и приходит на северное побережье Евразии, Северной Америки. Вместе с этим ветром приходит резкое похолодание. В Южном полушарии полярный ветер называется Антарктическим и дует только на север против хода часовой стрелки, продвигаясь к умеренным широтам. Ветер очень сильный и холодный.

Сезонные ветры

Определение 4

Сезонными называются периодические ветры, направление которых изменяется по полугодиям.

Одним из таких ветров являются муссоны.

Определение 5

Муссоны – это ветры, меняющие свое направление в зависимости от времени года.

Муссоны устойчивы и охватывают огромные площади. Их устойчивость связана с распределением атмосферного давления в течение каждого сезона. Причиной возникновения муссонов является различное нагревание суши и воды в течение года, а это означает, что есть зимний

муссон и летний. Когда весной и осенью происходит смена муссонов, устойчивость режима ветра нарушается. Зимний муссон дует с суши на море, потому что в этот период материк холодный, значит, давление над ним будет высокое. Летом, когда суша прогревается, давление становится ниже и влажный воздух с океана перемещается на сушу — это летний муссон. Сухая малооблачная зимняя погода меняется летом на дождливую погоду.

В разных районах планеты характер циркуляции атмосферы будет разный. Это определяет различия в причинах и характере муссонов, поэтому различают внетропические и тропические муссоны.

Внетропические муссоны характерны для умеренных и полярных широт. Результатом их образования является разное давление над сушей и морем по сезонам года. Как правило, внетропические муссоны образуются на Дальнем Востоке, Северо-Восточном Китае, Корее.

Муссоны тропических широт обусловлены тем, что по сезонам года Северное и Южное полушария нагреваются и охлаждаются по-разному. Это приводит к тому, что по сезонам года зоны атмосферного давления относительно экватора смещаются в то полушарие, в котором в данное время лето и пассаты проникают именно туда. Режим пассатов заменяется для тропиков зимним муссоном. Подобной смене способствует западное течение воздуха в зоне низкого атмосферного давления на экваторе, которая смещается вместе с другими зонами. Тропические муссоны устойчивы в северной части Индийского океана.

На побережьях морей и океанов образуются ветры, получившие название бризы. Эти ветры имеют местное значение и днем дуют с моря на сушу, а ночью меняют свое направление на противоположное – с суши на море. В результате различают дневной и ночной бриз. Суша в дневное время нагревается быстрее, чем вода и над ней устанавливается низкое атмосферное давление. Над водой в этот же период давление будет выше, потому что она нагревается значительно медленнее. В результате воздух с моря начинает перемещаться на сушу. Ночью пониженное давление отмечается над водой, потому что она не успела еще охладиться, и воздух будет перемещаться с суши на море.

Береговой бриз незадолго до полудня сменится на морской, а вечером морской бриз станет береговым. Бризы могут образоваться по берегам больших озер, крупных водохранилищ, рек. От береговой линии они проникают на сушу на десятки километров и особенно часты в летний период при ясной и тихой погоде.

Какова причина движения воздуха в атмосфере

Основная причина движения воздуха в атмосфере — это перепады давления в слоях атмосферы, которых над землёй несколько. Внизу ощущается наибольшая плотность и насыщенность кислородом. При подъеме газообразного вещества в результате нагрева внизу происходит разрежение, которое стремится заполниться соседними слоями. Так ветры и ураганы возникают из-за дневных и вечерних перепадов температур.

Зачем нужен ветер?

Если бы отсутствовала причина движения воздуха в атмосфере, то жизнедеятельность любого организма прекратилась. Ветер помогает размножаться растениям, животным. Он перемещает облака и является движущей силой в круговороте воды на Земле. Благодаря смене климата происходит очищение местности от грязи, микроорганизмов.

Без пищи человек может выдержать около нескольких недель, без воды не более 3 дней, а без воздуха не более 10 минут. Все живое на Земле зависит от кислорода, перемещающегося вместе с воздушными массами. Непрерывность этого процесса поддерживается солнцем. Смена дня и ночи приводит к колебаниям температуры на поверхности планеты.

В атмосфере всегда происходит движение воздуха, давящего на поверхность Земли с давлением 1,033 г на миллиметр. Эту массу человек практически не ощущает, но при её горизонтальном перемещении мы воспринимает её как ветер. В жарких странах бриз является единственным облегчением от нарастающего пекла в пустыне и степях.

Как образуется ветер?

Основная причина движения воздуха в атмосфере — это смещение слоев под действием температуры. Физический процесс связан со свойствами газов: изменять свой объем, расширяться при нагревании и сужаться под действием холода.

Основная и дополнительная причина движения воздуха в атмосфере:

• Температурные перепады под влиянием солнца неравномерны. Это связано с формой планеты (в виде сферы). Одни участки Земли прогреваются меньше, другие больше. Создается разность атмосферного давления.
• Извержение вулканов резко повышает температуру воздуха.
• Нагрев атмосферы как результат жизнедеятельности человека: выбросы паров от автомобилей и промышленности повышают температуру на планете.
• Остывшие океаны и моря в ночное время вызывают движение воздуха.
• Взрыв атомной бомбы приводит к разрежению в атмосфере.

Механизм движения газообразных слоев на планете

Причиной движения воздуха в атмосфере является неравномерность температур. Нагретые от поверхности Земли слои поднимаются вверх, где плотность газообразного вещества повышается. Начинается хаотичный процесс перераспределения масс — ветер. Тепло постепенно отдается соседним молекулам, что приводит их тоже в колебательно-поступательное движение.

Причиной движения воздуха в атмосфере является взаимосвязь температуры и давления в газообразных веществах. Ветер продолжается до тех пор, пока не уравновесится исходное состояние слоев планеты. Но такое условие никогда не будет достигнуто, по причине следующих факторов:

• Вращательное и поступательное движение Земли вокруг Солнца.
• Неизбежная неравномерность прогреваемых участков планеты.
• Деятельность живых существ непосредственно влияет на состояние всей экосистемы.

Чтобы полностью исчез ветер, надо остановить планету, убрать все живое с поверхности и спрятать её в тень от Солнца. Такое состояние может произойти при полной гибели Земли, но прогнозы ученых пока утешительные: это ожидает человечество через миллионы лет.

Сильный морской ветер

Более сильное движение воздуха в атмосфере наблюдается на побережьях. Это связано с неравномерным прогревом почвы и воды. Менее нагреваются реки, моря, озера, океаны. Почва раскаляется моментально, отдавая тепло газообразному веществу над поверхностью.

Нагретый воздух резко устремляется вверх, а полученное разрежение стремится заполниться. А так как над водой плотность воздуха получается более высокой, то направление ветра образуется в сторону побережья. Такой эффект особенно хорошо ощущается в жарких странах в дневное время. Ночью весь процесс меняется, уже наблюдается движение воздуха в сторону моря — ночной бриз.

Вообще, бризом именуют ветер, меняющий направление за сутки два раза на противоположные направления. Аналогичными свойствами обладают муссоны, только они дуют в жаркое время года со стороны моря, а в холодные сезоны — в сторону суши.

Как определяют ветер?

Основная причина движения воздуха в атмосфере — неравномерное распределение тепла. Правило верно при любых ситуациях в природе. Даже извержение вулкана сначала нагревает газообразные слои, а только потом поднимается ветер.

Проверить все процессы можно путем установки флюгеров, или, проще, флажков, чувствительных к потоку воздуха. Плоская форма свободно вращающегося устройства не дает ему находиться поперек ветра. Оно старается развернуться в направлении движения газообразного вещества.

Часто ветер ощущается телом, по облакам, по дыму печной трубы. Слабые его потоки заметить сложно, для этого требуется намочить палец, он будет мерзнуть с наветренной стороны. Также можно использовать легкий кусок материи или воздушный шарик, заполненный гелием, так флаг поднимается на мачтах.

Мощность ветра

Важна не только причина движения воздуха, но и его сила, определяемая по десятибалльной шкале:

• 0 баллов — скорость ветра в абсолютный штиль;
• до 3 — слабый или умеренный поток до 5 м/сек;
• от 4 до 6 — сильный ветер скорость около 12 м/сек;
• от 7 до 9 баллов — озвучивается штормовое предупреждение, скорость до 22 м/сек;
• от 8 до 12 баллов и выше — именуется ураганом, сносит даже крыши с домов, рушатся постройки.

Движение грозовых туч вызывает смешанные потоки воздуха. Встречный поток не способен преодолеть плотный барьер и устремляется вверх, пронизывая облака. Пройдя сгустки газообразных веществ, ветер спадает вниз.

Часто складываются условия, когда происходит закручивание потоков, постепенно усиливающихся подходящими ветрами. Торнадо набирает силу и скорость ветра становится такой, что в атмосферу легко может воспарить железнодорожный состав. Северная Америка является лидером по числу таких явлений в год. Смерчи становятся причиной миллионных убытков для населения, они уносят большое количество жизней.

Другие варианты образования ветра

Сильные ветры способны стереть с поверхности любые образования, даже горы. Единственным видом нетемпературной причины движения воздушных масс является взрывная волна. После срабатывания атомного заряда скорость движения газообразного вещества такова, что сносит многотонные конструкции, как пылинки.

Сильный поток атмосферного воздуха возникает при падении больших метеоритов или разломах земной коры. Аналогичные явления наблюдают во время цунами после подземных толчков. Таяние полярных льдов приводит к подобным состояниям в атмосфере.

Может ли ветер дуть сразу с двух сторон?

Ветер – явление привычное и естественное, но интересно разобраться, как он образуется и может ли дуть с разных сторон одновременно?

Учеными выделено множество разновидностей ветров, которые отличаются по скорости, силе, распространению, источнику возникновения и т.п. Основные критерии – это сила, продолжительность и направление. В метеорологических прогнозах можно часто услышать разные названия ветра. Например, порыв ветра – сильное перемещение воздуха в течение нескольких секунд. Шквал – сильный ветер, дующий на протяжении минуты. Также бывают бури, штормы, тайфуны, ураганы – все это названия ветров различной силы и продолжительности.

Из-за чего появляется ветер? Главная причина его образования – разница в атмосферном давлении. Поверхность земли нагревается неодинаково. Теплый воздух отличается меньшим весом, а холодный – более плотный и тяжелый. Ветер характеризуется направленностью потоков из области высокого давления в область низкого. Происходит это следующим образом. Возле земли воздух нагревается и поднимается вверх. Соответственно снижается давление на земной поверхности из-за уменьшения плотности воздуха. Нагретый воздух на высоте снова охлаждается, растекается, становится плотнее и опускается поблизости. Давление на поверхность земли возрастает. В результате этот охлажденный воздух перемещается в ту область, где только что был нагретый. Таким образом, из-за данной циркуляции появляется ветер. Чем существеннее разница в давлении, тем сильнее и быстрее ветер.

Интересный факт: отдельная разновидность ветра – бриз, возникающий на берегу водоема. Свое направление он меняет дважды в сутки. Дневной бриз дует по направлению от водоема к суше, а ночной – от берега к водоему. Здесь действует аналогичное правило с перепадом температуры и давления. Днем побережье сильнее нагревается, а ночью – быстрее охлаждается по сравнению с водой.

Также существуют постоянные ветры, называемые муссонами и пассатами. Возникают они аналогичным образом, но в более крупных масштабах. Муссоны – ветры, которые меняют направление дважды в год. Лучше всего они выражены в тропиках (в области Индийского океана). Над Евразийским континентом летом они движутся с океана в сторону суши. Зимой направление меняется в противоположную сторону.

Направление ветра

Направление является одним из основных параметров воздуха. В метеорологии в качестве направления ветра указывают азимут точки, откуда он дует. Например, если условно направить одну стрелку на север, а другую – на какой-либо предмет, то образовавшийся между ними угол и является азимутом. Для измерения направления ветра используют специальные приспособления – ветроуказатели, ветромеры, флюгеры и др. Ветер может дуть не только с двух сторон, но и со всех сторон одновременно. Это редкое, но вполне возможное явление. Ярким примером его является торнадо – атмосферный вихрь, который образуется в облаке и достигает поверхности земли. К слову, существует множество разновидностей подобных вихрей, которые могут образовываться и на поверхности, а затем подниматься вертикально.

Подобные явления возникают в местах, где происходит столкновение воздушных масс. В целом каждый поток воздуха имеет свое направление и скорость. Но когда такие потоки сталкиваются друг с другом, получается, что ветер дует с разных сторон одновременно. Чаще всего это происходит на участках со сложным рельефом, многоэтажной застройкой и т.п. Направление ветра меняется резко на небольшой территории, и образуются вихри из-за перепада давления.

Это копия статьи, находящейся по адресу https://masterokblog.ru/?p=59708.

Что такое фронтальный раздел воздушных масс? | Природа | Общество

Штормовые ветра и ливни, которые наблюдалось в Москве и Подмосковье в первые дни лета, вызвали образовавшиеся фронтальные разделы, а также вторичные фронты. Такая ситуация повышает риск взрывных, то есть сложно прогнозируемых процессов. Об этом РИА Новости рассказал научный руководитель Гидрометцентра Роман Вильфанд.

По словам метеоролога, еще более непредсказуемой ситуацию сделал циклон, который пришел в центр Европейской России с Черного моря.

Что такое фронтальный раздел воздушных масс?

По словам Вильфанда, фронтальные разделы разделяют воздушные массы с разными физическими свойствами и разной температурой. В частности, в столичном регионе в одной точке сошлись теплый и холодный фронты, из-за чего возникало их турбулентное перемешивание по горизонтали.

В метеорологии для этого явления также используют понятие «атмосферный фронт» (или просто «фронт»). Согласно определению Сергея Хромова (советский и российский ученый-метеоролог и климатолог, доктор географических наук, профессор), которое дано в Большой советской энциклопедии, атмосферные фронты представляют собой переходные зоны между воздушными массами в тропосфере, т. е. нижнем слое атмосферы.

Что такое воздушные массы и какие они бывают?

Воздушные массы — это части тропосферы, горизонтальные размеры которых составляют тысячи километров. Каждая из них обладает однородностью свойств и перемещается как целое. Воздушные массы движутся из одних областей Земли в другие, их свойства меняются, массы исчезают и формируются заново.

Свойства воздушных масс определяются географическими условиями их очагов (регион, где сформировалась масса). Очагом может стать обширный район с достаточно однородной подстилающей поверхностью: океаны в тропических широтах, арктические льды, массивы тайги, крупные пустыни и т. д. По положению очага Хромов выделяет четыре типа воздушных масс: арктический либо антарктический воздух (формируются в наиболее высоких широтах Земли), полярный, он же умеренный воздух (возникает во внетропических широтах), тропический воздух (приходит из тропических или субтропических широт) и экваториальный воздух (формируется в наиболее низких приэкваториальных широтах). Также в каждом типе выделяют морской и континентальный воздух.

Кроме того, ученые делят воздушные массы на холодные, теплые и местные. Холодные массы движутся на более теплую подстилающую поверхность и приносят с собой похолодание, теплые — наоборот. Местными называют воздушные массы, которые не меняют географическое положение в течение долгого времени.

Как выглядят атмосферные фронты?

Атмосферные фронты, как и сами воздушные массы, не видны обычному наблюдателю. Зона фронта намного уже, чем размеры разделяемых им воздушных масс. В пересечении с земной поверхностью она имеет ширину всего несколько десятков километров. Из-за того, что воздушные массы движутся, зона атмосферного фронта располагается наклонно к земной поверхности, при этом холодный воздух находится в виде очень пологого клина под теплым.

Почему возникают фронты?

Основная причина возникновения фронтов — это наличие систем движения в тропосфере, которые приводят к сближению воздушные массы, обладающие разной температурой. Атмосферные фронты чаще формируются в умеренных широтах, где между собой граничат основные воздушные массы тропосферы.

Как атмосферные фронты влияют на погоду?

Прохождение атмосферного фронта приводит к быстрому и резкому изменению погоды. Меняются характеристики ветра и атмосферное давление. Над фронтальными поверхностями возникают большие слоисто-дождевые и кучево-дождевые облака, которые дают осадки.

Между массами разных широтных зон с достаточно большими контрастами температуры возникают длинные, вытянутые на тысячи километров (преимущественно по широте) главные фронты: арктические, антарктические и полярные. На них образуются циклоны и антициклоны.

Как работает вентиляция и как распределяются потоки воздуха в квартире, где установлен бризер

Стандартная вытяжная вентиляция в любой квартире работает только при наличии притока свежего воздуха: при открытых окнах или если в квартире есть бризер. Как «отработанный» воздух покидает помещение? Как перемещаются воздушные массы внутри квартиры и как можно сделать этот процесс более эффективным, чтобы не образовывалось «мертвых зон»? Нужно ли после установки бризера менять двери или снабжать их переточными клапанами?

Основные принципы работы вентиляции

Подавляющее большинство жилых домов спроектированы и построены таким образом, что в квартирах вытяжная вентиляция находится, как правило, на кухне и в санузле.

Приток свежего воздуха должен составлять 30 м³/час на одного человека. Несмотря на довольно большой объем воздуха, который должен поступать в помещение в соответствие с теми же нормативами, фактически он будет поступать в помещение только через открытые окна. Других источников — не предусмотрено.

Установка приточного устройства в квартире является эффективным и простым решением этой проблемы, но сразу возникает вопрос: как будет работать вытяжная вентиляция?

Чтобы на него ответить, важно понимать общие принципы работы вытяжной вентиляции в квартирах обычных домов, не оснащенных сложными централизованными вентиляционными системами.

В среднестатистической квартире вентиляция работает следующим образом: свежий воздух поступает в квартиру через открытые окна или форточки, из жилой комнаты попадает в коридор и устремляется в санузел или на кухню.Если в квартире внешняя стена выходит на застекленную лоджию, свежий воздух поступает сначала на лоджию, потом в комнату, затем — в коридор, в санузел и на кухню. Если в квартире есть смежные комнаты — воздух может проходить и там, но это зависит от планировки.

Можно ли пробурить отверстие в соседнее помещение и не устанавливать второй бризер?

Перемещение воздушных масс сильно напоминает перемещение жидкости. Воздух так же формирует поток, перетекает из одного помещения в другое, обходит препятствия. Физика процесса практически одна и та же. Но здесь важно учитывать плотность. Все-таки газ и жидкость имеют разную плотность и в данном случае это критично.

Если смежные комнаты имеют посередине широкий дверной проем, воздух будет легко попадать из одного помещения в другое. Если же просто пробурить стандартный вентиляционный канал в смежной стене, свежий воздух не будет перетекать из одной комнаты в другую, как это происходило бы с водой, по принципу сообщающихся сосудов.

Если пробурить вентиляционное отверстие в стене между двумя смежными комнатами, свежий воздух не будет поступать из одной комнаты в другую.
Даже в минимально значимом объеме.

Через сравнительно небольшое отверстие воздух из одного пространства в другое будет проходить только при наличии тяги. Тяга образуется при разнице температур. Это явление легко заметить, если вы откроете окно зимой — холодный воздух буквально врывается в комнату. Если же вы откроете окно в безветренный и жаркий летний день — никаких изменений с воздухом в квартире не произойдет.

По этому же принципу работают приточные клапаны типа КИВ. Внутри таких клапанов нет никакого специального механизма, который форсировал бы подачу воздуха механическим способом, как в бризерах и приточных комплексах.

Приточные клапаны не работают, когда температура воздуха на улице и в помещении примерно одинаковая и плохо работают, когда есть небольшие различия в температуре. Если же пробурить вентиляционное отверстие между двумя комнатами, в которых одинаковая температура воздуха, просто так воздух идти в это отверстие не будет.

В таком случае, чтобы воздух двигался, нужен поток. Если отверстие большое, сравнимое с открытым дверным проемом — поток воздуха от приточного устройства не дробится, а спокойно проходит в него. Чтобы воздух зашел в узкое отверстие, его нужно туда специально направлять.

Как оптимизировать воздухообмен в квартире

Чтобы воздух во всей квартире обновлялся постоянно, необходимо добиться того, чтобы он мог поступать из комнаты в коридор и затем — в канал стандартной вытяжной вентиляции, расположенный на кухне или в санузле.

Как мы уже говорили, в первую очередь, для этого нужно организовать приток.
Далее, под действием выталкивающих сил, свежий воздух вытесняет «отработанный» воздух с высокой концентрацией углекислого газа из помещения.

Бризер подает воздух комфортной вам температуры с определенной скоростью и давлением, как бы выталкивая его в комнату. Воздух продолжает движение вперед, в то время как прибор всё подает и подает новый воздух, создавая течение.

Воздух идет по тому же пути, что и при открытых окнах: от работающего бризера в коридор, затем в санузел и на кухню. Если в санузле стоит дверь, которая стоит вплотную к порогу, не образуя щели между полотном и полом — воздух будет уходить на кухню. И наоборот.

Воздухообмен в отдельно взятой комнате

   Уровень углекислого газа в помещении с закрытой дверью, при работающем бризере, конечно же, меньше. Скорее всего, датчик CO² находился в «мертвой зоне», когда дверь в комнату была открыта. Воздух проходил по комнате по траектории от прибора к выходу, не наполняя комнату.

Если дверь закрыта — сначала прибор заполняет свежим воздухом весь объем комнаты, и только затем свежий воздух покидает помещение через зазор между дверью и полом и щели в проеме.

Внутри самой комнаты, где установлен бризер, траектория перемещения воздуха зависит от того, какие препятствия встречаются на его пути. Это могут быть плотные гардины, шкафы и другая мебель, перегородки.

Лучше отодвинуть плотные занавески от прибора, чтобы воздух распространялся равномернее. Если бризер установлен за шкафом — поток сначала будет устремляться вверх, часть его будет отражаться от стены и идти в противоположную сторону, часть — идти над шкафом.

Очень важно учитывать, есть ли дверь в комнате, где установлен бризер? Какую функцию она выполняет? Дверь чаще открыта или закрыта? Есть ли пространство между полом и дверным полотном? Подробнее о дверях мы поговорим в следующей части статьи, где мы описываем механизм удаления «отработанного» воздуха.

Эти мелочи действительно влияют на результат, и их важно принять во внимание еще перед установкой бризера. В нашем видео подробно рассказано, как лучше выбрать место установки приточного устройства, чтобы воздухообмен был налажен оптимальным образом:

Удаление отработанного воздуха

Стандартные двери с зазором

Конечно, любое жилое помещение не герметично и воздух всегда найдет дорогу к вентиляционному каналу, так как это газ, пребывающий в постоянном движении.

На снимке тепловизора холодный воздух обозначен фиолетовым цветом.

Чаще всего, двери устанавливают с зазором от пола в 1-2 сантиметра. Этого достаточно для того, чтобы воздух из комнаты попадал в коридор: вспомните, как дует по ногам, если вы решили проветрить в одной из комнат, открыли там окно и закрыли дверь, чтобы не простудиться.

Если зазор между дверями в жилые комнаты, санузел и на кухню есть, то никаких дополнительных мер предпринимать не надо.

Почему? Посчитаем.

Впускное отверстие стандартного бризера с учетом слоя теплоизоляции составляет 90-100 мм. Для удобства будем использовать сантиметры, получается 9-10 см. Если взять за основу диаметр 10 см, то по формуле площади круга (S=πR²) получится:

(5 х 5 см) х 3,14=78,5 см²

Это поперечное сечение канала, от которого напрямую зависит объем проходящего через него воздуха. Если воздух сначала попадает в бризер через отверстие такого сечения, то и выходить из помещения он должен через отверстие не меньше этого сечения, то есть не менее 78,5 см². При этом неважно какой отверстие будет формы — круглой или какой-то другой.

Обычная ширина двери в комнатах — 70-80 см. Получается, что щель шириной в 1-1,2 см будет по площади поперечного сечения сопоставима с круглым каналом диаметром 100 мм. Если двери более узкие, например, 60 см в санузле, там потребуется зазор шириной в 2 сантиметра минимум.

Оптимальный размер щели под дверью для комнат — 10−12 мм или 1−1.2 см
Оптимальный размер щели под дверью для санузлов и кухонь — не менее 20 мм или не менее 2 см

Эти расчеты не означают, что через щель 1 см в окне при микропроветривании будет проходить 140 м³ воздуха. Эффективный воздухообмен через щель под дверью возможен только при активном нагнетании воздуха в помещение с помощью приточного устройства.

Двери с порогом и уплотнителями

Но бывают случаи, когда зазора между дверным полотном и полом нет. Например, в случае, когда очень важна звукоизоляция: в многокомнатных квартирах, где живут большие семьи или в коммунальных квартирах. Для этого часто устанавливают плотные двери с нижним порогом, которые надежно прилегают к коробкам, напоминая входные.

Некоторые используют двери со специальными порогами-невидимками или магнитными порогами: они обеспечивают плотное прилегание двери и хорошую звукоизоляцию. Порог встраивается в полотно и выдвигается только тогда, когда дверь закрыта.

В таких случаях ясно, что дверь прилегает к проему очень плотно и, если она закрыта, воздух из комнаты, где установлено приточное устройство, просто не сможет выйти. Иногда это вызывает опасения:

Чтобы эффективно удалять отработанный воздух из комнаты с плотными порогами или узким проемом между дверным полотном и полом (менее 1 см), мы рекомендуем установить переточные дверные клапаны. Клапаны имеют специальную конструкцию, благодаря которой сохраняются звукоизоляционные свойства двери.

Одним из таких решений являются клапаны Двервент — это не простые пластиковые решетки, которыми можно прикрыть вентиляционные отверстия, проделанные в двери. Это клапаны из металла и звукоизолирующих материалов, они имеют специальный шумопоглотитель, который защитит от посторонних звуков.

Цвета переточных клапанов тоже разные, можно подобрать нужный цвет из нескольких вариантов: хром, золото, белый, черный, бронза, коричневый. При необходимости, решетку довольно легко окрасить в нужный цвет самостоятельно.

Если этот вариант вам не подходит по тем или иным причинам, важно понимать, что бризер будет работать в любом случае. Воздух будет уходить медленнее и не так эффективно, но его движение все равно будет происходить намного активнее, чем в ситуации, когда притока воздуха просто нет.

Краткие правила идеальной вентиляции в квартире

Правило первое: в любом жилом помещении должен быть обязательно организован приток свежего воздуха из расчета минимум 30 м³/час на одного человека, в том числе — на одного ребенка.

Правило второе: каждая изолированная комната должна быть оснащена приточным устройством.

Правило третье: внутри отдельно взятой комнаты следует организовать пространство таким образом, чтобы у воздуха, идущего от бризера по максимально протяженной траектории от прибора к выходу из помещения, было минимум препятствий до выхода из комнаты: убрать плотные шторы от бризера, расположить бризер минимум в 20 сантиметрах от шкафа, если есть зонирование в виде перегородки — расположить приточное устройство по диагонали от перегородки, чтобы воздух от бризера не скапливался в огороженной зоне.

Правило четвертое: обеспечить возможность оттока «отработанного» воздуха из помещения, где стоит приточное устройство, для этого следует просто гарантировать минимальный зазор между межкомнатной дверью и полом равный 1-1.2 см при ширине двери 80-70 см, и от 2 см при ширине двери в 60 см.

Правило пятое: если важно сохранить звукоизоляцию, если в квартире установлены межкомнатные двери с высокими или скрытыми порогами, с уплотнителями — необходимо установить на двери переточные клапаны с шумопоглотителем.

Правило шестое: убедитесь, что ваш вентиляционный канал, шахты в который расположены на кухне и в санузле — не забит. Если при открытых окнах или работающих приточных устройствах к нему притягивается листок бумаги — все нормально. Никогда не используйте горящую спичку или пламя свечи, чтобы проверить работу вентиляционного канала, это может быть опасно.

Мы надеемся, эти сведения помогут вам организовать идеальную вентиляцию в вашей квартире, чтобы вы могли забыть о «спертом» воздухе, посторонних запахах и духоте.

Воздушные массы — урок. География, 7 класс.

Свойства воздуха изменяются от экватора к полюсам. Над различными территориями крупные объёмы воздуха отличаются друг от друга температурой, давлением, влажностью, прозрачностью или запыленностью и т. д.

Воздушные массы — это большие массы воздуха, формирующиеся над определённой территорией и обладающие относительно однородными свойствами.

Воздушные массы формируются и перемещаются как одно целое в общей циркуляции атмосферы. Площадь воздушных масс измеряется тысячами квадратных километров, а толщина их слоя достигает \(20\)–\(25\) км.

 

Воздушные массы бывают тёплыми и холодными. Тёплой является воздушная масса, которая движется на более холодную подстилающую поверхность. Холодная воздушная масса движется на более тёплую подстилающую поверхность.

 

Воздушные массы делятся на морские и континентальные. Морские воздушные массы  — влажные, так как формируются над океаном, а континентальные — сухие, они формируются над материком. При перемещении над поверхностью с иными свойствами воздушные массы нагреваются или остывают, увлажняются или становятся суше.

Воздушные массы сохраняют свои свойства над территорией, над которой они сформировались, и меняют свойства, оказавшись над территориями с другими свойствами.

Типы воздушных масс

 

Всего на Земле выделяют \(5\) типов воздушных масс: экваториальные, тропические, умеренные, арктические и антарктические. Все они, кроме экваториальных и антарктических, имеют морскую и континентальную разновидность.

 

Экваториальные воздушные массы формируются в экваториальных широтах. Они обладают довольно высокими температурами (\(+20\) °С) и высокой влажностью воздуха.

 

Тропические воздушные массы формируются в тропических широтах и отличаются очень высокой температурой. Континентальные отличаются низкой влажностью и сильной запыленностью, морские — высокой влажностью.

 

Умеренные воздушные массы формируются в умеренных широтах. Континентальные зимой холодные и сухие, летом — тёплые и влажные. Морские — прохладные и влажные.

 

Арктические (антарктические) воздушные массы формируются в полярных широтах. Они отличаются очень низкими температурами, сухостью и прозрачностью. Континентальные воздушные массы над льдами Антарктиды и Гренландии более сухие, чем морские.

Количество солнечного света и подстилающая поверхность определяют свойства воздушных масс.

Воздушно-капельные пути – Огонек № 7 (5503) от 26.02.2018

Вирусы могут перемещаться на сотни тысяч километров вместе с частичками пыли и каплями влаги. Означает ли это, что в любой момент смертоносные инфекции могут обрушиться нам на голову прямо с неба?

Величественный хребет Сьерра-Невада расположен в Андалусии, на юге Пиренейского полуострова. В этих горах — самый южный горнолыжный курорт в Европе, но еще больше они славятся тем, что здесь проходит так называемый глобальный пояс пыли — ветра доносят сюда шлейф из самых пыльных областей Восточного полушария: западного побережья Северной Африки, Ближнего Востока, Центральной и Южной Азии, даже из Китая.

На высоте примерно 3 тысяч метров на пике Велета ученые из Университета Британской Колумбии (Канада) установили анализаторы — ловушки для пыли и аэрозоля — смеси газа, частичек пыли и пара. Их целью было посмотреть, в каком виде живые организмы — бактерии, грибы и вирусы — способны преодолевать большие расстояния «верхом» на пылевых частицах. Каково же было удивление ученых, когда они нашли не мертвых, а вполне себе живых и бодрых микробов. За день в сборник попали миллионы бактерий и примерно миллиард вирусов.

— Свыше 20 лет мы пытались понять, каким образом вирусы с одного континента перемещаются на другой,— говорит автор исследования Кертис Саттл.— Мы находили генетически идентичные вирусы в самых разных уголках планеты, и вот теперь загадка разгадана.

По словам соавтора исследования, специалиста по экологии микроорганизмов из Гранадского университета в Испании Исабель Рече, со временем это глобальное переселение микроорганизмов будет все более интенсивным: из-за изменения климата усиливается эрозия почв, растет количество ураганов.

По всей вероятности, после перемещения в пространстве бактерии и вирусы спускаются из верхних слоев атмосферы на поверхность земли с дождем и пылевыми бурями. То есть в буквальном смысле сыплются на нас с неба.

Новые горизонты

Пока ученые не могут сказать, какие именно вирусы попали к ним в «сети» в горах Испании, но, по предварительным оценкам, подавляющее большинство этой биомассы — бактериофаги, вирусы, которые разрушают бактерии. Но что, если среди них окажутся болезнетворные вирусы, способные вызвать эпидемии?

— Вопрос в том, выживет вирус в новых условиях или нет,— говорит Кертис Саттл.— Чаще всего это зависит от того, найдет ли он себе «хозяина» на новом месте.

Подозрение, однако, существует давно. Уже в 2001 году некоторые ученые объясняли вспышку ящура в Великобритании гигантской бурей на севере Африки, которая перенесла пыль, а вместе с ней и вирус ящура на тысячи миль к северу. Буря произошла всего за неделю до того, как были выявлены первые случаи заболевания в Британии.

А совсем недавно, осенью прошлого года, во время вспышки коронавируса MERS-CoV в Саудовской Аравии, врачи предупреждали, что инфекция может переноситься с порывами ветра: вирус разносят летучие мыши и крыланы, которые заражают верблюдов. Их испражнения впитываются в песок и пыль, а затем разносятся ветром. По этой причине россияне, которые планируют отправиться в эту страну, должны был

Как движется воздух, образуя ветры

Как движется воздух, образуя ветры

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ УКАЗАНИЯ СТРАНИЦЫ

КАК ВОЗДУХ ОБРАЗУЕТ ВЕТЕР

В. Райан 2005

Энергия ветра генерируется движущимся воздухом.Как солнце нагревает землю, воздух наверху тоже нагревается и поднимается. Тогда холодный воздух заменяет поднимающийся воздух. Это создает ветры, которые мы чувствуем чаще всего года. На схеме ниже показано, как работает эта система. Воздух имеет тенденцию нагреваться более быстрыми темпами над сушей, потому что земля удерживает его тепло. Над морем воздух нагревается медленнее, чем жар от солнца. медленно охлаждается холодной водой. Если вы посетите приморский или прибрежный в районе вы, вероятно, обнаружите, что погода более свежая или ветреная чем внутри страны.Это потому, что теплый воздух поднимается над землей, а холодный воздух над морем заменяет его.
На протяжении всей истории люди использовали преимущества сила ветра.Парусные суда использовались для путешествий вдоль и поперек реки, моря и озера. Например, викинги использовали длинные корабли с отплыть из Европы в Англию, Шотландию, Уэльс и Ирландию. Это также считали, что они путешествовали даже до Северной Америки, использование энергии ветра. Также известно, что китайцы более 1500 лет назад владели большим парусным спортом. судов и путешествовали до Африки. Трудно вспомнить время, когда люди не получали от силы ветра.
НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ИНДЕКСА ТЕХНОЛОГИЙ И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ СТРАНИЦА

,

Как работают самолеты | наука полета

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 16 июня 2019 г.

Мы считаем само собой разумеющимся, что можем летать с одной стороны света к другому за считанные часы, но сто лет назад этот удивительный способность летать по воздуху только что открылась. какой сделают ли братья Райт — пионеры механического полета возраст, в котором около 100 000 самолетов поднимаются в небо каждый день только в Соединенных Штатах? Конечно, они были бы поражены и тоже в восторге.Благодаря их успешным экспериментам с Самолет по праву признан одним из лучших изобретения всех времен. Давайте подробнее разберемся, как это работает!

Фото: Вам нужны большие крылья, чтобы поднять такой большой самолет, как этот C-17 Globemaster ВВС США. Ширина крыльев составляет 51,75 м (169 футов), что немного меньше длины корпуса самолета, составляющей 53 метра (174 фута). Максимальный взлетный вес составляет 265 352 кг (585 000 фунтов), что примерно соответствует 40 взрослым слонам! Фото Джереми Лока любезно предоставлено ВВС США.

Как летают самолеты?

Если вы когда-нибудь наблюдали взлет или прилет реактивного самолета земли, первое, что вы заметите, — это шум двигатели. Реактивные двигатели, представляющие собой длинные металлические трубы, непрерывно горящие. поток топлива и воздуха намного шумнее (и намного мощнее), чем традиционные винтовые двигатели. Вы можете подумать, что двигатели — это ключ к самолет летит, но вы ошибаетесь. Вещи могут летать довольно счастливо без двигателей, как планеры (самолеты без двигателей), бумажные самолетики, и действительно, летающие птицы охотно показывают нам.

На фото: на самолет в полете действуют четыре силы. Когда самолет летит горизонтально с постоянной скоростью, подъемная сила крыльев точно уравновешивает вес самолета, а тяга точно уравновешивает сопротивление. Однако во время взлета или когда самолет пытается подняться в небо (как показано здесь), тяга двигателей, толкающих самолет вперед, превышает сопротивление (сопротивление воздуха), тянущее его назад. Это создает подъемную силу, превышающую вес самолета, которая поднимает самолет выше в небо.Фото Натанаэля Каллона любезно предоставлено ВВС США.

Если вы пытаетесь понять, как летают самолеты, вам нужно ясно о разнице между двигателями и крыльями и они делают разные работы. Двигатели самолета предназначены для его движения вперед на большой скорости. Это заставляет воздух быстро обтекать крылья, которые отбрасывают воздух вниз к земле, создавая восходящую силу, называемую подъемной силой, которая преодолевает сопротивление самолета. вес и держит его в небе. Так что двигатели двигают самолет вперед, пока крылья двигают его вверх.

Фото: Третий закон движения Ньютона объясняет, как двигатели и крылья работают вместе, заставляя самолет двигаться по небу. Сила горячего выхлопного газа, вылетающего назад от реактивного двигателя, толкает самолет вперед. Это создает движущийся поток воздуха над крыльями. Крылья заставляют воздух опускаться, и это толкает самолет вверх. Фото Сэмюэля Роджерса (с добавленными аннотациями Expainthatstuff.com) любезно предоставлено ВВС США. Подробнее о том, как работают двигатели, читайте в нашей подробной статье о реактивных двигателях.

Как крылья создают подъемную силу?

Одним предложением крылья создают подъемную силу, изменяя направление и давление воздуха, который врезается в них, когда двигатели стреляют в них по небу.

Перепад давления

Хорошо, крылья — это ключ к тому, чтобы что-то летало, но как они работают? Крылья большинства самолетов имеют изогнутую верхнюю поверхность и более плоскую нижнюю поверхность, что делает форма поперечного сечения, называемая крылом (или крыло, если вы британцы):

Фото: крыло с аэродинамическим профилем обычно имеет изогнутую верхнюю поверхность и плоскую нижнюю поверхность.Это крыло самолета НАСА Centurion, работающего на солнечной энергии. Фото Тома Чиды любезно предоставлено Центром летных исследований Армстронга НАСА.

Во многих научных книгах и на веб-страницах вы найдете неверное объяснение того, как такой аэродинамический профиль создает подъемную силу. Это выглядит следующим образом: когда воздух движется по изогнутой верхней поверхности крыла, он должен пройти дальше на , чем воздух, который проходит под ним, поэтому он должен пройти на быстрее (чтобы преодолеть большее расстояние за то же время). Согласно принципу аэродинамики, названному Бернулли По закону, быстро движущийся воздух находится под более низким давлением, чем медленно движущийся воздух, поэтому давление над крылом ниже, чем давление под ним, и это создает подъемную силу, которая приводит самолет вверх.

Хотя это объяснение того, как работают крылья, часто повторяется, оно неверно: оно дает правильный ответ, но по совершенно неправильным причинам! Подумайте об этом на мгновение, и вы увидите, что, если бы это было правдой, акробатические самолеты не могли бы летать вверх ногами. Переворачивание самолета вызовет «опускание вниз», и он рухнет на землю. Более того, вполне возможно спроектировать самолеты с аэродинамическими профилями, которые являются симметричными (смотрящими прямо на крыло), и при этом они по-прежнему создают подъемную силу.Например, бумажные самолетики (и сделанные из тонкого бальзового дерева) создают подъемную силу, даже если у них плоские крылья.

« Популярное объяснение слова» лифт «- простое, быстрое, звучит логично и дает правильный ответ, но также вводит неправильные представления, использует бессмысленную физический аргумент и вводит в заблуждение уравнение Бернулли «.

Профессор Хольгер Бабинский, Кембриджский университет

Но стандартное объяснение подъемной силы проблематично и по другой важной причине: воздух, стреляющий над крылом, не должен идти в ногу с воздухом, идущим под ним, и ничто не говорит о том, что он должен проходить большее расстояние за то же самое. время.Представьте, что две молекулы воздуха прибывают в переднюю часть крыла и разделяются так, что одна взлетает вверх, а другая свистит прямо под днищем. Нет никаких причин, по которым эти две молекулы должны прибыть в заднюю часть крыла в одно и то же время: вместо этого они могут встретиться с другими молекулами воздуха. Этот недостаток в стандартном объяснении аэродинамического профиля получил техническое название «теория равного прохождения». Это просто причудливое название (неправильной) идеи о том, что воздушный поток разделяется на переднюю часть профиля и снова аккуратно встречается сзади.

Так каково настоящее объяснение? Когда изогнутое крыло с аэродинамическим профилем летит по небу, оно отклоняет воздух и изменяет давление воздуха над и под ним. Это интуитивно очевидно. Подумайте, каково это, когда вы медленно идете по плавательному бассейну и чувствуете силу воды, толкающей ваше тело: ваше тело отвлекает поток воды, когда он проталкивается через него, и крыло с аэродинамическим профилем делает то же самое (гораздо более драматично — потому что оно предназначено для этого). Когда самолет летит вперед, изогнутая верхняя часть крыла снижает давление воздуха прямо над ним, поэтому он движется вверх.

Почему это происходит? Когда воздух течет по изогнутой верхней поверхности, его естественный наклон должен двигаться по прямой линии, но изгиб крыла тянет его назад и вниз. По этой причине воздух эффективно растягивается в больший объем — такое же количество молекул воздуха вынуждено занимать больше места — и это то, что снижает его давление. По совершенно противоположной причине давление воздуха под крылом увеличивается: продвигающееся крыло сжимает молекулы воздуха перед собой в меньшее пространство.Разница в давлении воздуха между верхней и нижней поверхностями вызывает большую разницу в скорости воздуха (а не наоборот, как в традиционной теории крыла). Разница в скорости (наблюдаемая в реальных экспериментах в аэродинамической трубе) намного больше, чем можно было бы предсказать из простой теории (равнопроходной). Таким образом, если две наши молекулы воздуха разделяются спереди, одна, проходящая через верх, попадает в хвостовой конец крыла намного быстрее, чем та, которая проходит под низом. Независимо от того, когда они прибудут, обе эти молекулы будут ускоряться на вниз на — и это помогает создать подъемную силу во втором важном направлении.

Как аэродинамические крылья создают подъемную силу № 1: аэродинамический профиль разделяет входящий воздух, снижает давление верхнего воздушного потока и ускоряет оба воздушных потока вниз. Когда воздух ускоряется вниз, крыло (и самолет) движутся вверх. Чем больше аэродинамический профиль отклоняет путь встречного воздуха, тем большую подъемную силу он создает.

Промывка вниз

Если вы когда-либо стояли рядом с вертолетом, вы точно знаете, как он остается в небе: он создает огромный поток воздуха, который уравновешивает его вес.Винты вертолетов очень похожи на профили самолетов, но вращаются по кругу, а не движутся вперед по прямой, как в самолетах. Даже в этом случае самолеты создают потоки воды точно так же, как вертолеты — просто мы этого не замечаем. Промывка вниз не так очевидна, но так же важна, как и с измельчителем.

Этот второй аспект создания подъемной силы понять намного проще, чем разницу давления, по крайней мере, для физика: согласно третьему закону движения Исаака Ньютона, если воздух создает восходящую силу к самолету, самолет должен давать (равный и противоположный) нисходящий сила в воздух.Таким образом, самолет также создает подъемную силу, используя свои крылья, чтобы толкать воздух за собой вниз. Это происходит потому, что крылья не совсем горизонтальны, как вы могли предположить, а очень немного наклонены назад. поэтому они попали в воздух под углом градусов атаки . Наклонные крылья толкают вниз как ускоренный воздушный поток (сверху над ними), так и более медленно движущийся воздушный поток (снизу), что создает подъемную силу. Поскольку изогнутая верхняя часть аэродинамического профиля отклоняет (толкает вниз) больше воздуха, чем более прямая нижняя часть (другими словами, значительно изменяет траекторию поступающего воздуха), она создает значительно большую подъемную силу.

Как крылья с аэродинамическим профилем создают подъемную силу № 2: Изогнутая форма крыла создает область низкого давления над ним (красный цвет), которая создает подъемную силу. Низкое давление заставляет воздух ускоряться над крылом, а изогнутая форма крыла (и более высокое давление воздуха значительно выше измененного воздушного потока) вынуждает этот воздух создавать мощный поток вниз, который также толкает самолет вверх. На этой анимации показано, как разные углы атаки (угол между крылом и набегающим воздухом) изменяют область низкого давления над крылом и подъемную силу, которую оно создает.Когда крыло плоское, его изогнутая верхняя поверхность создает умеренную область низкого давления и умеренную подъемную силу (красный). По мере увеличения угла атаки подъемная сила также резко увеличивается — до точки, когда увеличение сопротивления приводит к срыву самолета (см. Ниже). Если мы наклоним крыло вниз, мы создадим более низкое давление под ним, и самолет упадет. Основан на учебном фильме 1941 года «Аэродинамика», который стал общественным достоянием военного ведомства.

Вам может быть интересно, почему воздух вообще стекает за крыло?Почему, например, он не ударяется о переднюю часть крыла, не изгибается сверху, а затем не продолжает движение в горизонтальном направлении? Почему используется обратная промывка, а не просто горизонтальная «обратная промывка»? Вернемся к нашему предыдущему обсуждению давления: крыло снижает давление воздуха непосредственно над ним. Выше, намного выше самолета, воздух по-прежнему имеет нормальное давление, которое выше, чем давление воздуха непосредственно над крылом. Таким образом, воздух с нормальным давлением над крылом толкает воздух с более низким давлением непосредственно над ним, эффективно «разбрызгивая» воздух вниз и за крыло при обратной промывке.Другими словами, перепад давления, создаваемый крылом, и поток воздуха позади него — это не две отдельные вещи, а неотъемлемая часть одного и того же эффекта: крыло с наклонным аэродинамическим профилем создает перепад давления, который вызывает обратный поток, и это производит лифт.

Теперь мы видим, что крылья — это устройства, предназначенные для выталкивания воздуха вниз. Легко понять, почему самолеты с плоскими или симметричными крыльями (или перевернутые каскадерские самолеты) все еще могут безопасно летать. Пока крылья создают нисходящий поток воздуха, самолет будет испытывать равную и противоположную силу — подъемную силу — которая будет удерживать его в воздухе.Другими словами, перевернутый пилот создает определенный угол атаки, который создает достаточно низкое давление над крылом, чтобы удерживать самолет в воздухе.

Какой подъем вы можете сделать?

Как правило, воздух, проходящий через верх и низ крыла, очень точно следует изгибу поверхностей крыла — точно так же, как вы могли бы проследить за ним, если бы рисовали его контур ручкой. Но по мере увеличения угла атаки плавный воздушный поток за крылом начинает нарушаться и становится более турбулентным, что снижает подъемную силу.При определенном угле (обычно около 15 °, хотя он бывает разным) воздух больше не течет плавно вокруг крыла. Сильно увеличилось лобовое сопротивление, сильно уменьшилась подъемная сила, и говорят, что у самолета заглохло, . Это немного сбивающий с толку термин, потому что двигатели продолжают работать, а самолет продолжает лететь; срыв просто означает потерю подъемной силы.

Фото: Как самолет глохнет: вот крыло с аэродинамическим профилем в аэродинамической трубе, обращенное к набегающему воздуху под крутым углом атаки.Вы можете видеть линии наполненного дымом воздуха, приближающиеся справа и отклоняющиеся от крыла по мере того, как они движутся влево. Обычно линии воздушного потока очень точно повторяют форму (профиль) крыла. Здесь из-за большого угла атаки воздушный поток разделился за крылом, а турбулентность и сопротивление значительно увеличились. У летящего таким образом самолета произойдет внезапная потеря подъемной силы, которую мы называем «сваливанием». Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA в Лэнгли.

Самолеты могут летать без крыльев аэродинамической формы; вы узнаете это, если когда-либо делали бумажный самолетик — и это было доказано 17 декабря 1903 года братьями Райт.В их оригинальном патенте «Летающая машина» (патент США № 821393) ясно, что слегка наклоненные крылья (которые они называли «самолетами») являются ключевыми частями их изобретения. Их «самолетики» были просто кусками ткани, натянутыми на деревянный каркас; у них не было профиль крыловой (aerofoil). Райт понял, что угол атаки имеет решающее значение: «В летательных аппаратах того характера, к которому относится это изобретение, аппарат поддерживается в воздухе из-за контакта между воздухом и нижней поверхностью одного или нескольких самолетов, контакт -поверхность представлена ​​под небольшим углом падения к воздуху.»[Выделение добавлено]. Хотя Райт были блестящими учеными-экспериментаторами, важно помнить, что им не хватало наших современных знаний в области аэродинамики и полного понимания того, как именно работают крылья.

Неудивительно, что чем больше крылья, тем большую подъемную силу они создают: удвоение площади крыла (это плоская область, которую вы видите при взгляде сверху) удваивает как подъемную силу, так и сопротивление, которое оно создает. Вот почему гигантские самолеты (например, C-17 Globemaster в нашем верхнее фото) имеют гигантские крылья.Но маленькие крылья также могут создавать большую подъемную силу, если они двигаются достаточно быстро. Чтобы обеспечить дополнительную подъемную силу при взлете, у самолетов есть закрылки на крыльях, которые они могут выдвигать, чтобы опустить больше воздуха. Подъемная сила и сопротивление изменяются в зависимости от вашей скорости квадратных , поэтому, если самолет летит в два раза быстрее по отношению к набегающему воздуху, его крылья производят в четыре раз больше подъемной силы (и сопротивления). Вертолеты создают огромную подъемную силу, очень быстро вращая лопасти винта (по сути, тонкие крылья, вращающиеся по кругу).

Крыловые вихри

Теперь самолет не сбрасывает воздух за собой совершенно чисто. (Вы можете представить, например, что кто-то выталкивает большой ящик с воздухом из задней двери военного транспортера, так что он падает прямо вниз. Но это не совсем так!) Каждое крыло фактически посылает воздух вниз, создавая вращающийся vortex (своего рода мини-торнадо) сразу за ним. Это немного похоже на то, когда вы стоите на платформе на железнодорожной станции, и скоростной поезд мчится мимо, не останавливаясь, оставляя за собой то, что кажется огромным всасывающим вакуумом.В случае с самолетом вихрь имеет довольно сложную форму, и большая его часть движется вниз, но не все. Огромный поток воздуха движется вниз по центру, но некоторое количество воздуха на самом деле поднимается вверх по обе стороны от законцовок крыльев, уменьшая подъемную силу.

Фото: законы Ньютона заставляют самолеты летать: самолет создает восходящую силу (подъемную силу), толкая воздух вниз к земле. Как видно на этих фотографиях, воздух движется вниз не аккуратным потоком, а вихрем. Помимо прочего, вихрь влияет на то, насколько близко один самолет может лететь позади другого, и это особенно важно вблизи аэропортов, где постоянно движется множество самолетов, создавая сложные модели турбулентности в воздухе.Слева: цветной дым показывает вихри на крыльях реального самолета. Дым в центре движется вниз, но за кончики крыльев движется вверх. Справа: как вихрь появляется снизу. Белый дым демонстрирует тот же эффект в меньшем масштабе при испытании в аэродинамической трубе. Обе фотографии любезно предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли.

Как управляют самолеты?

Что такое рулевое управление?

Управлять чем угодно — от скейтборда или велосипеда до автомобиля. или гигантский реактивный самолет — означает, что вы меняете направление, в котором он движется.С научной точки зрения, изменение чего-то направление движения означает, что вы изменяете его скорость , то есть скорость, которую он имеет в определенном направлении. Четный если он движется с той же скоростью, если вы меняете направление движения, вы меняете скорость. Что-то менять Скорость (включая направление движения) означает, что вы ускоряете его на . Опять же, не имеет значения, останется ли скорость то же самое: изменение направления всегда означает изменение скорости и ускорения.Законы движения Ньютона говорят нам, что вы можете ускорить что-либо (изменить его скорость или направление движения) только с помощью силы — другими словами, толкать или тянуть его как-то. Короче говоря, если вы хотите управлять чем-то, вам нужно приложить силу к Это.

Фото: Управление самолетом по крутому крену. Фото Бена Блокера любезно предоставлено ВВС США.

Другой способ взглянуть на рулевое управление — подумать о нем как о том, чтобы что-то перестало двигаться по прямой и начало двигаться по кругу.Это означает, что вы должны дать ему то, что называется центростремительная сила. Вещи, которые движутся по кругу (или рулевого управления по кривой, которая является частью круга) всегда что-то действует на них, чтобы дать им центростремительную силу. Если вы ведете автомобиль на повороте, центростремительная сила создается за счет трения между четырьмя шинами и дорогой. Если вы едете по кривой на скорости, часть вашей центростремительной силы исходит от шин, а часть — от наклоняясь в изгиб. Если вы катаетесь на скейтборде, вы можете наклонить деку и наклониться, чтобы ваш вес помогал центростремительная сила.В каждом случае вы двигаетесь по кругу, потому что что-то обеспечивает центростремительную силу, которая тянет ваш путь от прямой до кривой.

Теоретически рулевое управление

Если вы находитесь в самолете, вы, очевидно, не соприкасаетесь с землей, поэтому откуда берется центростремительная сила? чтобы помочь тебе держаться по кругу? Точно так же, как велосипедист, наклоняющийся в поворот, самолет «наклоняется» в поворот. Рулевое управление включает крен , где самолет наклоняется в одну сторону, и одно крыло опускается ниже, чем другое.Самолет общий подъемник наклонен под углом, и, хотя большая часть подъемника все еще направлена ​​вверх, некоторые теперь действуют вбок. Это боком Часть подъемника обеспечивает центростремительную силу, которая заставляет самолет двигаться по кругу. Поскольку там меньше лифта действуя вверх, вес самолета меньше уравновешивается. Вот почему поворот самолета по кругу сделает он теряет подъемную силу и высоту (высоту), если пилот не делает что-то еще для компенсации, например, использует лифты (поверхности управления полетом в задней части самолета), чтобы увеличить угол атаки и, следовательно, снова поднять подъемную силу.

Иллюстрация: Когда самолет кренится, подъемная сила, создаваемая его крыльями, наклоняется под углом. Большая часть подъемной силы по-прежнему действует вверх, но некоторые наклоняются в одну сторону, создавая центростремительную силу, которая заставляет самолет вращаться по кругу. Чем круче угол крена, тем больше подъемная сила наклонена в сторону, тем меньше силы, направленной вверх, чтобы уравновесить вес, и тем больше потеря высоты (если пилот не компенсирует).

Рулевое управление на практике

В кабине есть рулевое управление, но это единственное, что у самолета общего с автомобилем.Как управлять чем-то, что летит по воздуху на высокой скорости? Просто! Вы заставляете воздушный поток проходить мимо крыльев с каждой стороны по-разному. Самолеты перемещаются вверх и вниз, поворачиваются из стороны в сторону и останавливаются комплексом Набор подвижных закрылков под названием , рулевые поверхности на передней и задней кромках крыльев и оперения. Они называются элеронами, рулями высоты, рулями направления, интерцепторами и воздушными тормозами. Теперь управлять самолетом очень сложно, и я не пишу здесь руководство для пилота: это всего лишь очень базовое введение в науку о силах и движении применительно к самолетам.Для простого обзора всех различных элементов управления плоскостью и как они работают, взгляните на статью Википедии о управляющих поверхностях. Основное введение в полет НАСА содержит хороший рисунок органы управления кабиной самолета и их использование для управления самолетом. Более подробную информацию вы найдете в официальном FAA. Справочник пилота по аэронавигационным знаниям (Глава 6 посвящена управлению полетом).

Один из способов понять управляющие поверхности — построить себе бумажный самолетик и поэкспериментировать. Первый, Постройте себе простой бумажный самолетик и убедитесь, что он летит по прямой.Затем отрежьте или разорвите заднюю часть крыльев, чтобы элероны. Наклоните их вверх и вниз и посмотрите, какой эффект они занимают разные должности. Наклоните один вверх и другой вниз и посмотрите, какая разница. Затем попробуйте сделать новый самолет с одним крылом больше другого (или тяжелее, добавив скрепки). Способ заставить бумажный самолетик поворачиваться — это заставить одно крыло генерировать большую подъемную силу, чем другое, — и вы можете сделать это разными способами!

Другие части самолета

Фото: Братья Райт очень научились летать, тщательно проверяя каждую особенность своих самолетов.Здесь они изображены во время одного из их первых полетов с двигателями 17 декабря 1903 года. Предоставлено NASA / Internet Archive.

Вот некоторые другие ключевые части самолетов:

• Топливные баки : Вам нужно топливо, чтобы привести самолет в действие — много. Airbus A380 вмещает более 310 000 литров (82 000 галлонов) топлива, что примерно в 25 000 раз больше, чем у обычного автомобиля! Топливо надежно упакован в огромные крылья самолета.
• Шасси : Самолеты взлетают и приземляются на прочные колеса и шины, которые быстро втягиваются в шасси (самолет днище) с помощью гидроцилиндров для уменьшения лобового сопротивления (сопротивления воздуха) при они в небе.
• Радио и радар : братьям Райт пришлось летать на своих новаторский самолет Китти Хок полностью на виду. Это не имело значения потому что он летел рядом с землей, оставался в воздухе всего 12 секунд, и не было другие самолеты, о которых нужно беспокоиться! В наши дни небо заполнено Самолеты, которые летают днем, ночью и в любую погоду. Радио, радары и спутниковые системы необходимы для навигации.
• Герметичные кабины : давление воздуха падает с высотой над поверхностью Земли — вот почему альпинистам необходимо использовать кислород цилиндры для достижения большой высоты.Вершина Эвереста — это чуть менее 9 км (5,5 миль) над уровнем моря, но реактивные самолеты обычно летали на большей высоте, чем эта, и летали военные самолеты почти в три раза выше! Вот почему у пассажирских самолетов есть герметичные кабины: те, в которые постоянно нагнетается нагретый воздух чтобы люди могли нормально дышать. Военные летчики избегают проблемы, ношение масок для лица и герметичных костюмов.

Благодарности

Я очень благодарен Стиву Носковичу за неоценимую помощь в уточнении и улучшении моего объяснения о том, как крылья создают подъемную силу.

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

• Руководство по аэронавтике для новичков: отличное введение в науку о полете (особенно для студентов) от Исследовательского центра NASA Glenn Research Center. Охватывает, как работают самолеты и двигатели, аэродинамические трубы, гиперзвук, аэродинамику, воздушные змеи и модели ракет.
• Документы Уилбура и Орвилла Райтов в Библиотеке Конгресса: довольно много интересных статей и фотографий Райтов доступны в Интернете.
• Летающая машина: оригинальный патент братьев Райт (подан 22 марта 1903 г. и выдан 22 мая 1906 г.) стоит прочитать, потому что он дает представление о полете собственными словами изобретателей. Поскольку в этом патенте описывается машина без двигателя, легко понять решающую важность крыльев в «летательной машине» — то, что мы склонны упускать из виду в эпоху реактивных двигателей!
• Справочник пилотов по аэронавигационным знаниям: Министерство транспорта США / Федеральное управление гражданской авиации, 2016 г. К сожалению, даже в этом официальном руководстве приводится неверное объяснение подъемной силы Бернулли / равнопроходного транспорта.

Книги

Для читателей постарше

Для младших читателей

• Летная школа: Как управлять самолетом, шаг за шагом, Ник Барнард. Thames and Hudon, 2012. Хорошо иллюстрированный 48-страничный обзор для детей 8–12 лет.
• Свидетель: Полет Эндрю Нахума. Дорлинг Киндерсли, 2011. Наглядное руководство по истории и технологиям, лежащим в основе самолетов и других летательных аппаратов.
• Воздушные и космические путешествия Криса Вудфорда. Факты в файле, 2004. Это одна из моих собственных книг, в которой рассказывается об истории полетов на воздушных шарах, самолетах и ​​космических ракетах.Подходит для детей от 10 до взрослых.

Статьи

• [PDF] Как работают крылья? профессора Хольгера Бабинского. Physics Education, Volume 38, Number 6, 2003. Более подробное объяснение того, почему традиционное объяснение Бернулли подъемной силы неверно, и альтернативное объяснение того, как на самом деле работают крылья.

Видео

• Воздушный поток через крыло и Как работают крылья: эти короткие научные фильмы Хольгера Бабинского показывают движение воздуха по аэродинамическому профилю (аэродинамическому профилю) при изменении угла атаки и доказывают, что классическое и простое объяснение Бернулли, основанное на равном времени прохождения, неверно.
• Как на самом деле работают крылья ?: Краткое изложение проекта Bloodhound SSC охватывает почти ту же тему, что и моя статья, но всего за полторы минуты!
• Как летают самолеты: длинное (18,5 минут) видео 1968 года от Федерального управления гражданской авиации, которое объясняет пилотам основы полета.
• Аэродинамика: Этот старый и крутой учебный фильм военного министерства США 1941 года объясняет теорию крыловых профилей и то, как они создают разную подъемную силу при изменении угла атаки.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2009, 2017. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Сохраните эту страницу на будущее или поделитесь ею, добавив в закладки:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2017) Самолеты. Получено с https://www.explainthatstuff.com/howplaneswork.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

,

Наука о волнах, как они движутся, как мы их используем

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 21 мая 2020 г.

Звук — без него практически невозможно представить мир. Это, вероятно, первое, что вы испытываете, когда просыпаетесь утром — когда вы слышите щебетание птиц или звук будильника. Звук наполняет наши дни волнением и смыслом, когда люди разговаривают с нами, когда мы слушаем музыку или когда мы слушаем интересные программы по радио и телевидению.Звук может быть последним, что вы слышите ночью, когда вы слушаете свое сердцебиение и постепенно погружаетесь в беззвучный мир сна. Звук завораживает — давайте подробнее рассмотрим, как он работает!

Фото: Звук — это энергия, которую мы слышим, создаваемая вибрирующими предметами. Фото Уильяма Р. Гудвина любезно предоставлено ВМС США.

Что такое звук?

Фото: Восприятие звуком: Свет плохо проходит через океанскую воду: более половины света, падающего на поверхность моря, поглощается в пределах первого метра воды; 100 м вниз, и остается только 1 процент поверхностного света.Во многом именно поэтому могучие существа полагаются на звук для общения и навигации. Киты, как известно, «разговаривают» друг с другом во всех океанских бассейнах, в то время как дельфины используют звук, как летучие мыши, для эхолокации. Фото Билла Томпсона любезно предоставлено Службой рыболовства и дикой природы США.

Звук — это энергия, производимая объектами при вибрации (быстро двигайтесь вперед и назад). Если вы ударите по барабану, вы заставите тугую кожу вибрировать с очень высокой скоростью (это настолько быстро, что вы обычно не сможете ее увидеть), заставляя вибрировать воздух вокруг нее.Когда воздух движется, он переносит энергию из барабана во всех направлениях. В конце концов, даже воздух внутри ваших ушей начинает вибрировать — и именно тогда вы начинаете воспринимать вибрирующий барабан как звук. Короче говоря, есть два разных аспекта звука: есть физический процесс , который производит звуковую энергию для начала и отправляет ее в воздух, и есть отдельный психологический процесс , который происходит внутри наших ушей и мозга, который преобразует входящую звуковую энергию в ощущения мы интерпретируем как шумы, речь и музыку.В этой статье мы просто сосредоточимся на физических аспектах звука.

Звук в некотором смысле похож на свет: он исходит от определенного источника (например, инструмента или шумной машины), так же как свет исходит от Солнца или лампочки. Но есть и очень важные различия между светом и звуком. Мы знаем, что свет может перемещаться через вакуум, потому что солнечный свет должен пройти через космический вакуум, чтобы достичь нас на Земле. Однако звук не может проходить через вакуум: ему всегда нужно через что-то проходить (известное как среда ), например, воздух, вода, стекло или металл.

Классический эксперимент Роберта Бойля

Первым, кто обнаружил, что звуку нужна среда, был блестящий английский ученый, известный как Роберт Бойль (1627–1691). Он провел классический эксперимент, который вы, наверное, проделали в школе: он установил звонок будильника, поместил его в большую стеклянную банку и, пока часы еще звонили, высосал весь воздух насосом. По мере того как воздух постепенно исчезал, звук стих, потому что в банке не было ничего, через что он мог бы пройти.

Иллюстрация: знаменитый эксперимент Роберта Бойля с будильником.

1. Поместите звонящий будильник в большой стеклянный шкаф с клапаном наверху. Закройте клапан, чтобы внутрь не попадал воздух.
2. Вы легко можете услышать звон часов, потому что звук проходит по воздуху в корпусе и стекле, прежде чем дойти до ваших ушей.
3. Включите вакуумный насос и удалите воздух из корпуса. По мере того, как корпус опорожняется, звенящие часы звучат все тише и тише, пока вы их почти не услышите.Когда в корпусе мало или совсем нет воздуха, звук не доносится до ушей.
4. Выключите насос. Пока часы продолжают звенеть, откройте вентиль в верхней части корпуса. Когда воздух устремится обратно, вы снова услышите звон часов. Зачем? Потому что, когда воздух снова находится внутри корпуса, есть среда, которая переносит звуковые волны от звонящих часов к вашим ушам.

Как распространяется звук

Когда вы слышите звон будильника, вы слышите, как энергия совершает путешествие.Он запускается откуда-то внутри часов, путешествует по воздуху и через некоторое время попадает в ваши уши. Это немного похоже на волны, движущиеся по морю: они начинаются с того места, где ветер дует на воду (изначальный источник энергии, такой как звонок или зуммер внутри вашего будильника), перемещаются по поверхности океана ( это среда, которая позволяет волнам перемещаться), и, в конечном итоге, вымывается на пляже (подобно звукам, входящим в ваши уши). Если вы хотите узнать больше о том, как движутся морские волны, прочитайте нашу статью о науке о серфинге.

Иллюстрация: Сравнение звуковых и океанских волн. Вверху: Звуковые волны — это продольные волны: воздух движется вперед и назад по той же линии, что и волна, создавая чередующиеся модели сжатия и разрежения. Внизу: океанские волны — это поперечные волны: вода движется вперед и назад под прямым углом к ​​линии, по которой движется волна.

Есть одно принципиально важное различие между волнами, бьющимися о море, и звуковыми волнами, которые достигают наших ушей.Морские волны движутся как колебания вверх и вниз: вода движется вверх и вниз (фактически никуда не перемещаясь), когда энергия волны движется вперед. Такие волны называются поперечными волнами . Это просто означает, что вода колеблется под прямым углом к ​​направлению, в котором движется волна. Звуковые волны работают совершенно по-другому. Когда звуковая волна движется вперед, она заставляет воздух в одних местах сгущаться, а в других — распространяться. Это создает чередующийся узор из сжатых вместе областей (известных как сжатий, ) и растянутых областей (известных как разрежений, ).Другими словами, звук толкает и тянет воздух туда-сюда, а вода трясет его вверх-вниз. Водные волны сотрясают энергию по поверхности моря, а звуковые волны распространяют энергию по телу воздуха. Звуковые волны — это волны сжатия. Их также называют продольными волнами , потому что воздух колеблется на вдоль в том же направлении, что и волна.

Чтобы отчетливо представить себе разницу между поперечными и продольными волнами, взгляните на эти две маленькие анимации на Wikimedia Commons:

Наука о звуковых волнах

Если у вас когда-либо было свободное время, пока вы отдыхали на пляже, попробуйте понаблюдать за различными способами поведения волн.Вы заметите, что волны, движущиеся по воде, могут делать самые разные умные вещи, например, врезаться в стену и отражаться прямо назад с более или менее той же интенсивностью. Они также могут распространяться волнами, красться по пляжу и делать другие умные вещи. То, что здесь происходит с волнами на воде, на самом деле не имеет ничего общего с water : это просто поведение энергии, когда ее переносят волны. То же самое происходит с другими видами волн — со светом и звуком.

Вы можете отражать звуковую волну от чего-то так же, как свет отражается от зеркала, или волны воды отскакивают от морской стены и уходят обратно в море. Встаньте на некотором расстоянии от большой плоской стены и несколько раз хлопайте в ладоши. Почти сразу вы услышите призрачное повторение ваших хлопков, немного не в ногу с ним. То, что вы слышите, — это, конечно, звук , отражение , более известный как эхо: это звуковая энергия в вашем хлопке, которая направляется к стене, отскакивает назад и в конечном итоге попадает в ваши уши.Между звуком и эхом есть задержка, потому что требуется время, чтобы звук достиг стены и обратно (чем больше расстояние, тем дольше задержка).

Изображение: Отраженный звук чрезвычайно полезен для «наблюдения» под водой, где свет на самом деле не распространяется — это основная идея сонара. Вот изображение с гидролокатора бокового обзора (отраженный звук) лодки времен Второй мировой войны, потерпевшей крушение на морском дне. Фото любезно предоставлено Национальным управлением океанографии и атмосферы США и ВМС США.

Звуковые волны теряют энергию при движении. Вот почему мы можем только слышать вещи до сих пор, и почему в ветреные дни (когда ветер рассеивает свою энергию) звуки распространяются хуже, чем в спокойные. Во многом то же самое происходит с океанами. Чистые водные волны иногда могут преодолевать огромные расстояния через океан, но они также могут быть испорчены, когда шквалистая погода рассеивает их энергию на более короткие расстояния.

Звуковые волны во многом похожи на свет и волны на воде. Когда водяные волны, преодолевая большие расстояния через океан, обтекают мыс или залив, они распространяются по кругу, как рябь.Звуковые волны делают то же самое, поэтому мы можем слышать за углами. Представьте, что вы сидите в комнате рядом с коридором, а гораздо дальше по коридору есть такая же комната, где кто-то играет на трубе внутри. Звуковые волны исходят из трубы, распространяясь по мере продвижения. Они бегают по коридору, мчатся по нему, проносятся через дверной проем в вашу комнату и в конечном итоге достигают ваших ушей. Волны тенденции должны распространяться по мере движения и огибать углы, это называется дифракцией .

Шепчущие галереи и амфитеатры

Вам может показаться, что вы не услышите чей-то шепот, если они сидят подальше, но если они смогут заставить звук своего голоса отразиться от чего-то в ваших ушах, их голос будет распространяться намного дальше, чем обычно.

Если вы находитесь внутри здания с гигантским куполом, издаваемые вами звуки будут отражаться от изогнутой крыши, как лучи света, отражающиеся от зеркала. Здания, которые работают таким образом, иногда называют шепчущими галереями .Купол Капитолия США и знаменитый читальный зал Британского музея в Лондоне — два хорошо известных примера. Вы можете услышать тот же эффект на работе снаружи, когда вы сидите в естественно изогнутой области, называемой амфитеатром . Вы можете говорить обычным голосом и при этом быть очень отчетливо слышным на значительном расстоянии.

Фотографии: 1) Капитолий в Вашингтоне, округ Колумбия, имеет галерею шепота внутри купола. Фото любезно предоставлено архитектором Капитолия. 2) В этом амфитеатре в Ираке легко услышать, как люди разговаривают.Фото Джейсона Л. Андраде любезно предоставлено Корпус морской пехоты США.

Измерительные волны

Все звуковые волны одинаковы: они проходят через среду, заставляя атомы или молекулы колебаться взад и вперед. Но все звуковые волны тоже разные. Есть громкие и тихие звуки, высокий писк и низкий грохот, и даже два инструмента, играющие на одной и той же музыкальной ноте, будут создавать совершенно разные звуковые волны. Так что же происходит?

Энергия, производимая чем-то, когда оно вибрирует, производит звуковые волны, имеющие определенный образец.Каждая волна может быть большой или маленькой: большие звуковые волны имеют так называемую высокую амплитуду или интенсивности, и мы слышим их как более громкие звуки. Громкие звуки эквивалентны более крупным волнам, движущимся над морем (за исключением того, что, как вы помните, сверху вверху, воздух движется вперед и назад, а не вверх и вниз, как вода).

Помимо амплитуды, в звуковых волнах стоит отметить высоту звука, также называемую частотой . Певцы-сопрано издают звуковые волны с высоким тоном, в то время как бас-певцы создают волны с гораздо более низким тоном.Частота — это просто количество волн, которые что-то производит за одну секунду. Таким образом, певец-сопрано производит больше энергетических волн за одну секунду, чем бас-певец, а скрипка дает больше, чем контрабас.

Что такое амплитуда и частота

Это произведение показывает четыре волны, которые звучали бы по-разному. Если вы используете достаточно современный веб-сайт в браузере, вы можете сравнить их звучание, проиграв образцы ниже. (Если вы не видите аудиоклипы, попробуйте другой браузер.)

1. Верхняя волна представляет собой типичную звуковую волну, колеблющуюся с определенной амплитудой (ее высотой) и частотой (сколько пиков и впадин существует за определенный промежуток времени).

   Ваш браузер не поддерживает аудио элементы.

2. Эта волна имеет ту же частоту, что и первая волна (такое же количество пиков и впадин), но в два раза больше амплитуды (она вдвое выше). Звуковая волна, подобная этой, будет звучать громче, чем первая волна, но той же высоты.

   Ваш браузер не поддерживает аудио элементы.

3. Эта волна имеет половину частоты второй волны (половину количества пиков и впадин), но такую ​​же амплитуду (это точно такая же высота). Звуковая волна, подобная этой, будет звучать глубже (ниже), чем вторая волна, примерно так же громко, как вторая волна, и громче, чем первая волна.

   Ваш браузер не поддерживает аудио элементы.

4. Эта волна имеет в два раза частоту волн 1 и 2 и в четыре раза больше частоты волны 3, поэтому она будет звучать намного выше по высоте, чем другие волны.Он имеет ту же амплитуду, что и волны 2 и 3, поэтому будет звучать примерно так же громко.

   Ваш браузер не поддерживает аудио элементы.

Помните, однако, что звуковые волны во время движения выглядят иначе. Эти восходящие и нисходящие паттерны — это то, что вы увидите, если изучите сигналы звуковых волн с помощью осциллографа (разновидность электронной машины для рисования графиков). Звуковые волны распространяются по воздуху в виде сжатых сжатий и вытянутых разрежений. Они выглядят так только на осциллограмме.

Почему инструменты звучат иначе

Но вот загадка. Если скрипка и фортепиано издают звуковые волны одинаковой амплитуды и частоты, почему они звучат так по-разному? Если волны идентичны, почему два инструмента не звучат совершенно одинаково? Ответ в том, что волны не идентичны! Инструмент (или человеческий голос, если на то пошло) одновременно генерирует целую смесь разных волн. Есть базовая волна с определенной амплитудой и высотой тона, называемая основной , и вдобавок ко всему есть множество более высоких звуков, называемых гармониками, или обертонами.Каждая гармоника имеет частоту, которая точно в два, три, четыре или во много раз выше основной. Каждый инструмент создает уникальный образец основной частоты и гармоник, называемый тембром , (или качеством звука). Все эти волны складываются вместе, чтобы придать уникальную форму звуковой волне, создаваемой разными инструментами, и это одна из причин, почему они звучат по-разному. Другая причина заключается в том, что амплитуда волн, создаваемых конкретным инструментом, меняется уникальным образом с течением секунд.Звуки флейты воспроизводятся мгновенно и быстро затухают, в то время как звуки фортепиано нарастают дольше и затухают медленнее. Вы найдете более подробное объяснение этого в нашей статье о синтезаторах электронной музыки.

Скорость звука

Что мы имеем в виду, когда говорим о скорости звука? Теперь вы знаете, что звук переносит энергию в виде набора волн, и вы можете видеть, что скорость звука означает скорость, с которой движутся волны — скорость, с которой энергия перемещается между двумя местами.Когда мы говорим, что реактивный самолет «преодолевает звуковой барьер», мы имеем в виду, что он разгоняется так быстро, что догоняет невероятно интенсивные (то есть шумные) звуковые волны, которые издают его двигатели, создавая ужасный шум, называемый звуковой удар в процессе. Вот почему вы увидите, как над головой пролетит истребитель за секунду или две, прежде чем вы услышите злобный крик его реактивных двигателей.

Фото: Прорыв звукового барьера создает звуковой удар.Туман, который вы видите, который называется облаком конденсации, не обязательно вызван сверхзвуковым полетом самолета: он может возникать и на более низких скоростях. Это происходит потому, что влажный воздух конденсируется из-за ударных волн, создаваемых самолетом. Вы можете ожидать, что самолет сжимает воздух, когда он прорезается. Но генерируемые им ударные волны попеременно расширяют и сжимают воздух, вызывая как сжатия, так и разрежения. Эти разрежения вызывают очень низкое давление, и именно они заставляют влагу в воздухе конденсироваться, создавая облако, которое вы видите здесь.Фото Джона Гэя любезно предоставлено ВМС США.

Скорость звука в воздухе (на уровне моря) составляет около 1220 км / ч (760 миль в час или 340 метров в секунду). По сравнению со световыми волнами, звуковые волны движутся со скоростью улитки — примерно в миллион раз медленнее. Вы видите молнию гораздо раньше, чем слышите ее, потому что световые волны достигают вас практически мгновенно, а звуковым волнам требуется около 5 секунд, чтобы покрыть каждые 1,6 км (1 милю).

Почему в одних вещах звук идет быстрее, чем в других?

Что касается «скорости звука», следует отметить то, что на самом деле ее не существует.Звук распространяется с различными скоростями в твердых телах, жидкостях и газах. Обычно это происходит быстрее в твердых телах, чем в жидкостях, и в жидкостях, чем в газах: например, в стали он проходит примерно в 15 раз быстрее, чем в воздухе, и примерно в четыре раза быстрее в воде, чем в воздухе. Вот почему киты используют звук для связи на таких больших расстояниях и почему подводные лодки используют SONAR (звуковая навигация и определение расстояния; звуковая навигационная система, аналогичная радару, только с использованием звуковых волн вместо радиоволн).Это также одна из причин, почему очень трудно понять, откуда исходит шум лодочного двигателя, если вы плаваете в море.

Диаграмма: Обычно звук распространяется быстрее в твердых телах (справа), чем в жидкостях (в центре) или газах (слева) … но есть исключения!

Звук распространяется с разной скоростью в разных газах — и может распространяться с разной скоростью даже в одном и том же газе. Скорость его движения на конкретном газе зависит от газа, а не от звука. Таким образом, громкий это звук или тихий звук, высокий или низкий звук, на самом деле не имеет никакого значения для его скорости: амплитуда и частота не имеют значения.Важны два свойства самого газа: его температура и тяжесть его молекул (его «молекулярная масса»). Таким образом, звук распространяется намного быстрее в теплом воздухе у земли, чем, например, в более холодном воздухе выше. А в газообразном гелии он движется примерно в три раза быстрее, чем в обычном воздухе, потому что гелий имеет гораздо более легкие молекулы. Вот почему люди, которые вдыхают гелий, говорят забавными голосами: звуковые волны, которые заставляют их голоса распространяться быстрее, с большей частотой. (Звук идет еще быстрее в водороде, который снова легче гелия.)

Но почему звук быстрее в твердых телах, чем в газах? Разве я не сказал, что в более легких газах он идет быстрее, чем в более тяжелых, что должно предполагать, что в твердых телах (которые намного плотнее газов) оно будет идти намного медленнее. Причина проста в том, что звук в твердом теле и в газе распространяется совершенно по-разному. Как мы уже видели, звук перемещается за счет сжатия и растяжения газов, таких как воздух. Но с твердыми телами все обстоит иначе, их невозможно раздавить и растянуть одинаково.Там, где молекулы в газе могут подпрыгивать назад и вперед, чтобы переносить звуковую энергию в волнах давления, атомы или молекулы в твердых телах по существу заблокированы на месте. Когда звук проникает в твердые тела, его колебания с высокой скоростью переносятся «своего рода» частицами, называемыми фононами. Как именно это происходит, выходит далеко за рамки этой простой вводной статьи. Просто подумайте о фононах, переносящих звуковые волны через твердое тело примерно аналогично тому, как молекулы переносят их через газ, часто намного быстрее.Как разные газы переносят звук с разной скоростью, так и скорость звука сильно различается от одного твердого тела к другому. Он примерно в 80 раз быстрее в стали, чем, например, в резине, и в два с половиной раза быстрее в алмазе, чем в стали!

Как измерить скорость звука

Если вы хотите измерить скорость звука, эхо — это простой способ сделать это. Вам понадобится рулетка хорошего размера и секундомер. Встаньте примерно в 100 метрах от большой стены. Тщательно измерьте расстояние, удвойте его и запишите.Теперь хлопните 20 раз, прислушайтесь к эхо, хлопните снова, как только услышите его, и продолжайте так делать. Измерьте общее время от самого первого хлопка до самого последнего эхо. За это время звук прошел в общей сложности 20 × 2 × 100 м (или расстояние между вами и стеной), что составляет около 4000 м (4 км). Чтобы найти скорость звука, разделите общее расстояние на общее время, которое вы измерили (которое, чтобы дать вам приблизительное представление, должно составлять примерно 12 секунд для такого расстояния). Это должно дать вам скорость звука в метрах в секунду (что-то вроде 340 метров в секунду), которую вы затем можете преобразовать в любые другие единицы, которые вам нравятся.Если ваши измерения сильно отклоняются, попробуйте встать подальше от стены или хлопните больше раз, чтобы увеличить расстояние.

Звук на практике

Фото: Музыкальный звук, возможно, является величайшим изобретением человечества. Этот превосходный Steinway рояль датируется 1876 годом и находится в удивительной галерее Национального фонда. Загородный дом Lanhydrock в Корнуолле, Англия.

Звук — чрезвычайно важная часть жизни на Земле. Большинство животных прислушиваются к звукам — вещам, которые сигнализируют о возможности есть или быть съеденными.Многие существа также обмениваются значимыми звуками, чтобы общаться с представителями одного вида или предупреждать хищников и соперников. Люди развили эту способность в разговорной речи (как способ обмена информацией) и музыке (по сути, в звуковую систему для передачи эмоций).

Мы также разработали множество различных звуковых технологий. Мы изобрели музыкальные инструменты, которые могут воспроизводить огромное количество различных музыкальных звуков, от простых барабанов и перкуссионных инструментов до сложных электронных синтезаторов, которые могут генерировать любой звук, который вы только можете себе представить.Мы можем записывать звуки на такие вещи, как компакт-диски, или с помощью новых технологий, таких как MP3 (звуковые файлы, хранящиеся в сильно сжатой форме на компьютерах). Мы также можем использовать очень высокочастотные звуки, известные как ультразвук, для всего, от чистки искусственных зубов до изучения развития ребенка в утробе матери. Мы даже научили компьютеры слушать наши произнесенные слова и превращать их в письменный язык с помощью программного обеспечения для распознавания голоса — что вполне уместно, именно так я сегодня написал для вас эту статью!

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

• Explore Sound: всеобъемлющий образовательный сайт от Акустического общества Америки с мероприятиями для студентов всех возрастов.
• Звуковые волны: отличная коллекция интерактивных уроков естествознания из Университета Солфорда, в которой объясняется, что такое звуковые волны и как они себя ведут.

Книги

Учебные книги для младших читателей

• Звук Анджелы Ройстон. Raintree, 2017. Базовое введение в звуки и музыкальные звуки, включая простые упражнения. Возраст 7–9.
• Звук (Наука в мгновение ока) Джорджии Амсон-Брэдшоу. Франклин Уоттс / Hachette, 2017.Эта книга наполнена простыми фактами, экспериментами и викторинами; визуально захватывающий дизайн понравится неохотным читателям. Также для детей от 7 до 9 лет.
• Экспериментируя с проектами Sound Science Роберт Гарднер. Enslow Publishers, 2013. Всестороннее 120-страничное введение, в котором подробно рассматривается наука о звуке, с множеством практических проектов и мероприятий (включая приветственное освещение того, как проводить контролируемые эксперименты с использованием научного метода). Возраст 9–12 лет.
• Крутая наука: эксперименты со звуком и слухом Криса Вудфорда.Gareth Stevens Inc, 2010. Одна из моих собственных книг, это краткое введение в звук через практическую деятельность для детей 9–12 лет.

Научно-популярное

Учебники

• Справочник по акустике Ф. Альтона Эвереста и Кена Польмана. McGraw-Hill Education, 2015. Исчерпывающий справочник для студентов и профессионалов в области звукового дизайна.
• «Наука звука» Томаса Д. Россинга, Пола А. Уиллера и Ф. Ричарда Мура. Пирсон, 2013.Один из самых популярных текстов для студентов бакалавриата.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены.Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Сохраните эту страницу на будущее или поделитесь ею, добавив в закладки:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2009/2019) Звук. Получено с https://www.explainthatstuff.com/sound.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

,

Как образуются ураганы? | Космическое пространство НАСА — Наука НАСА для детей

Ураган Фран. Снимок сделан по спутниковым данным GOES.

Ураганы — самые сильные штормы на Земле. Люди называют эти штормы другими названиями, такими как тайфуны или циклоны, в зависимости от того, где они происходят. Научный термин для всех этих штормов — , тропический циклон . Ураганами называют только тропические циклоны, которые образуются над Атлантическим океаном или восточной частью Тихого океана.«

Как бы они ни назывались, все тропические циклоны образуются одинаково.

Тропические циклоны похожи на гигантские двигатели, использующие в качестве топлива теплый влажный воздух. Поэтому они образуются только над теплыми водами океана у экватора. Теплый влажный воздух над океаном поднимается вверх от поверхности. Поскольку этот воздух движется вверх и от поверхности, у поверхности остается меньше воздуха. Другой способ сказать то же самое — теплый воздух поднимается вверх, вызывая область с более низким давлением воздуха внизу.

Кучево-дождевое облако. У тропического циклона их так много, что они образуют огромные круглые полосы.

Воздух из окружающих областей с более высоким давлением воздуха попадает в область низкого давления. Затем этот «новый» воздух становится теплым и влажным и тоже поднимается вверх. По мере того, как теплый воздух продолжает подниматься, окружающий воздух кружится, чтобы занять его место. По мере того как теплый влажный воздух поднимается и остывает, вода в воздухе образует облака. Вся система облаков и ветра вращается и растет, питаясь теплом океана и испаряющейся с поверхности водой.

Штормы, образующиеся к северу от экватора, вращаются против часовой стрелки. Штормы к югу от экватора вращаются по часовой стрелке. Это различие связано с вращением Земли вокруг своей оси.

По мере того как штормовая система вращается все быстрее и быстрее, в центре формируется глаз. Он очень спокойный и ясный, с очень низким давлением воздуха. Воздух с более высоким давлением сверху попадает в глаза.

Если бы вы могли разрезать тропический циклон, это выглядело бы примерно так.Маленькие красные стрелки показывают теплый влажный воздух, поднимающийся с поверхности океана и образующий полосы вокруг глаз. Синие стрелки показывают, как прохладный сухой воздух опускается в глаза и между полосами облаков. Большие красные стрелки показывают вращение восходящих полос облаков.

Когда скорость ветра во вращающемся шторме достигает 39 миль в час, шторм называют «тропическим штормом». А когда скорость ветра достигает 74 миль в час, шторм официально называют «тропическим циклоном» или ураганом.

Тропические циклоны обычно ослабевают при попадании на сушу, потому что они больше не «подпитываются» энергией из теплых океанских вод.Однако они часто уходят далеко вглубь суши, сбрасывая много дюймов дождя и нанося много повреждений ветру, прежде чем полностью вымрут.

Категории тропических циклонов:

Категория	Скорость ветра (миль / ч)	Урон при выходе на берег	Storm Surge (фут)
1	74-95	Минимальная	4-5
2	96-110	Умеренный	6-8
3	111-129	Расширенный	9-12
4	130-156	Экстремальный	13-18
5	157 и выше	Катастрофическое	19+

Два спутника GOES следят за ураганами далеко над поверхностью Земли — если быть точным, на высоте 22 300 миль! (Узнайте больше об этом виде орбиты.)

Эти спутники, построенные НАСА и управляемые Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA), спасают жизни, помогая синоптикам предсказывать и предупреждать людей, где и когда эти сильные штормы обрушатся на землю.

Ресурсы для преподавателей

Наш мир: что такое ураган?
Реальный мир: Охотники за ураганами
Взгляд НАСА на экстремальную погоду

,