Атмосферада әрекет ететін күштер: салмақтық және беткейлік

Атмосферада әрекет етуші күштер екіге бөлінеді: шынайы ж/е инерциялық күштер. Жердің айналу нәтижесінде пайда болатын инерциялық күштерге кариолис ж/е ортадан тебу күші жатады. Егер бұрыштық жылдамдықпен айналып тұрған жер бетінде жылдамдықпен қозғалып тұрған ауа бөлшегі бар болса, онда оған кариолис күші әсер етеді. ( _k) 1. Кариолис күші ( _k) жердегі тасымалданатын айналушы қозғалыстар ж/е жер бетіне қатысты ауа бөлшегінің бір уақытта қозғалуы нәтижесінде пайда болады ж/е ол тек бағытына тәуелсіз айналып тұрған жердегі кез-келген қозғалыс бейімделген инерция эффектісін береді. _k=-2( * )

2. Ортадан тебу күші ауаның қисық сызық бойымен қозғалысы кезінде п.б. ортадан тебу күші траектория қисығының радиусы бойымен ортадан траектория доғасы жағына бағытталады. Бірлік ауа массасы үшін ортадан тебу күші мынаған тең: С=

r-траектория қисығының радиусы Бұл күштерден басқа үздіксіз ортада әрекет етуші күш/ді салмақтық н/е беткейлік деп ажыратуға болады. Салмақтық күштер ортаның құрылымына н/е өзара әрекет етуші бөлшек/дің арасындағы түйісуге тәуелді емес. Бұл күштер вакуумда оқшауланған дене/ге де әсер ете береді.

Атм/да салмақтық күштер болып жердің тартылыс күші табылады.

= * ( ) =- *

M және m – жер ауа бөлшегінің масса/ы;

R – осы 2 салмақтың арасындағы арақашықтық;

Жердің ортасына қарай радиус бойымен бағытталған бірлік вектор.

Жердің тартылыс күші әрқашанда ортадан тебу күшімен бірігеді. Екі күштің векторлық қосындысы:

= - * + Rcosφ =g

g-бірлік салмаққа түсетін ауырлық күші н/е еркін түсу үдеуі. Ол төмен қарай бағытталған.

Ендік өскен сайын ортадан тебу күші азаяды, ал ауырлық күшінің үдеуі өседі. Атмосферада беткейлік күштер болып, қысым және үйкеліс кернеуі табылады.Қысым беткейге перпендикуляр бағытталған және ол қозғалатын немесе қозғалмайтын сұйықтықта болады.Ал үйкеліс кернеуі беткейге жанама бойымен бағытталған және ол тек сұйықтық қозғалған кезде ғана п.б.

15. Жердің тартылыс күші, ауырлық күші туралы жазыңыз.

Атмосферада әрекет етуші күштер екіге бөлінеді: шынайы ж/е инерциялық күштер. Жердің айналу нәтижесінде пайда болатын инерциялық күштерге кариолис ж/е ортадан тебу күші жатады. Егер бұрыштық жылдамдықпен айналып тұрған жер бетінде жылдамдықпен қозғалып тұрған ауа бөлшегі бар болса, онда оған кариолис күші әсер етеді. ( _k) 1. Кариолис күші ( _k) жердегі тасымалданатын айналушы қозғалыстар ж/е жер бетіне қатысты ауа бөлшегінің бір уақытта қозғалуы нәтижесінде пайда болады ж/е ол тек бағытына тәуелсіз айналып тұрған жердегі кез-келген қозғалыс бейімделген инерция эффектісін береді. _k=-2( * )

2. Ортадан тебу күші ауаның қисық сызық бойымен қозғалысы кезінде п.б. ортадан тебу күші траектория қисығының радиусы бойымен ортадан траектория доғасы жағына бағытталады. Бірлік ауа массасы үшін ортадан тебу күші мынаған тең: С=

r-траектория қисығының радиусы Бұл күштерден басқа үздіксіз ортада әрекет етуші күш/ді салмақтық н/е беткейлік деп ажыратуға болады. Салмақтық күштер ортаның құрылымына н/е өзара әрекет етуші бөлшек/дің арасындағы түйісуге тәуелді емес. Бұл күштер вакуумда оқшауланған дене/ге де әсер ете береді.

Атм/да салмақтық күштер болып жердің тартылыс күші табылады.

= * ( ) =- *

M және m – жер ауа бөлшегінің масса/ы;

R – осы 2 салмақтың арасындағы арақашықтық;

Жердің ортасына қарай радиус бойымен бағытталған бірлік вектор.

Жердің тартылыс күші әрқашанда ортадан тебу күшімен бірігеді. Екі күштің векторлық қосындысы:

= - * + Rcosφ =g

g-бірлік салмаққа түсетін ауырлық күші н/е еркін түсу үдеуі. Ол төмен қарай бағытталған.

Ендік өскен сайын ортадан тебу күші азаяды, ал ауырлық күшінің үдеуі өседі. Атмосферада беткейлік күштер болып, қысым және үйкеліс кернеуі табылады.Қысым беткейге перпендикуляр бағытталған және ол қозғалатын немесе қозғалмайтын сұйықтықта болады.Ал үйкеліс кернеуі беткейге жанама бойымен бағытталған және ол тек сұйықтық қозғалған кезде ғана п.б.

16. Қысым градиенті күшіне толық сипаттама беріңіз.

Желдің п.б. нег. себепкері жербеті үстінде атм. қысымының әртүрлі таралуы бірлік қашықтықтағы ауа қысымының айырмашылығын горизонтальді қысым градиенті д.а. Қысым град/ң күші ауа массасын қозғалттатын күш б.т , яғни жел тудырады. Бұл күштің арқасында ауа массасы қысымы төмен жаққа қарай ағады.

Бірлік ауа массасына әсер ететін градиенттік күш қысым градиентін ауа тығыздығына бөлгенге тең:

_a=- =

- =G – горизонтальді қысым градиенті ρ - Ауа тығыздығы

Қысым град/і күшінің координаттардың көлденең ж/е верт/ді осьтері б/ша құраушы/сы мынаған тең:

= - ; - ; - =g

= - = ; = - gradP =

«-»таңбасы қысымның матем/қ градиентіне қарсы яғни жоғ. қысымнан төмен қысымға бағытталғанын көрсетеді, ал матем/қ градиент қарастырылатын шаманың максимальді өсу жағына қарай бағытталған.

Атм/да әрекет ететін күш/ді сипаттау үшін қозғалыстарсанының өзгеру заңын, яғни Ньютонның ІІ-заңын қолданады.

Қозғалыстар сан/ның өзгеруі бекітілген қозғалу күшіне пропорциональді ж\е осы күш әсер ететін түзудің бағытымен жүреді. Бұл заң келесі теңдеумен өрнектеледі.

=- gradP - 2 + + D ; = 7,29 *

Бұл теңдеу гидродинамикада қозғалыс теңдеуі д.а.

Жел жылд. Векторы;

t - Уақыт;

ρ - Тығыздық;

P - Қысым;

- Жер айналымының бұрыштық жылд/қ векторы;

- Ауырлық күшінің векторы;

D - Атм/да әрекет ететін шашырау күшінің векторы.

Теңдеудің оң жағында бірлік массалы ауаның көлемінің үдеуін сипаттайтын күш жазылған. Бұл салмақтық күштер: ауырлық күші ж/е жер айналымының ауытқу күші не Кариолис күші және беткейлік күштер, қысым градиентінің күші (- gradP)

Бұл теңдеудегі dv/dt векторы бірлік массалы қозғалатын бөлшектің инерциялық күшін 1/ρ *gradp векторы жеке орналасқан нүктелердегі қысым шамаларының айырмашылықтарының әсерінен болатын күшті береді. Ал g векторы жердің гравитациялық күшін және оның айналуының әсерінен болатын ортадан тебу күштерін сипаттайды, ал 2ωV жердің өз осінен ω бұрыштық жылдамдығымен байланысқан күштің барын немесе болмауын сипаттайды.

Қозғалыс сандарының өзгеру заңынан басқа салмақтық сақталу заңы қолданылады. Бұл заңда материя пайда болмайды және жоғалмайтыны туралы айтылады. Бұл заң үздіксіздік теңдеуімен сипатталады.

∂ ρ/∂t + div (ρ V )=0

Қозғалыс және үздіксіздік теңдеулері гидродинамикада кеңінен қолданылады. Сондықтан олар гидротермодинамика теңдеулері ретінде белгілі бір теорияның пайда болуымен байланысқан атмосфералық процестерді талдау үшін энергияның сақталу заңы қолданылады. Бұл заңда энергия пайда болмайды не жойылмайтыны туралы айтылған.

Метеорологиялық процесстерге қатысты физиканың бұл заңы жылу ағының теңдеуі түрінде жазылады:

dT/dt – γ_a/g ρ* dp/dt= ε/c_p

c_p – тұрақты қысым жағдайындағы ауаның жылусыйымдылығы

ε – бірлік көлемге келетін энергия ағыны

Одан басқа күй теңдеуі қолданылады : P = RT

Гидродинамика және термодинамика теңдеулерін тікбұрышты декарттық координаттар жүйесінде жазамыз:

z

y

x

Бұл жүйеде А векторының коорд/дың осьтеріне түсірілген 3 проекциясы бар:А_Х, А_у, А_z

векторының проекциялары = U; = ν ; = арқылы белгілейміз. Ал gradP проекцияларын белгілейміз.

Векторлық талдаудың формулаларын қолдану арқылы Кориолис күшінің 2 компаненттері үшін келесі өрнектерді жазамыз. 2 - 2 2 - 2 2 - 2

Өте үлкен дәлдікпен ауырлық күші жердің радиусы бойымен оның ортасына қарай бағытталғаны туралы айтуға болады, яғни бұл күштің О_х ж/е О_у осьтеріне түсірілген проекциялары 0-ге тең.

Шашыранды күштердің компаненттері үшін өрнектерді жазу өте қиын қысқа мерзімге болжау есептерінде ол мынаған тең:

= * ; = * ; = * ;

μ - турбулентті тұтқырлық коэф/і

Жоғарыда айтылғандарды ескеріле отырып мынаны жазамыз:

= + U + +

Div(ρ ) = + + – кез келген субстанция

Бұл термодинамиканың негізгі теңдеулері деп аталады:

=- - 2ωcosφ + 2ωsinφ + * ;

= - + 2ωsinφ U + * ;

= - – g + 2ωcosφ U + * ;

+ + + = 0 ;

+ U + + - ( +U + + ) =ε ;