Воздушные качели
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Мореплаватели уже давно отметили у западного побережья Африки интересное явление: после ночного затишья скорость ветра начинает с утра нарастать, достигает максимума после полудня и падает до нуля к ночи. Нечто подобное наблюдается в самый разгар лета у крымских берегов Черного и Азовского морей: среди дня здесь нередко поднимается настоящий шторм; судам запрещается входить в порты. К ночи же ветер полностью прекращается.
Исследователи, работавшие в Черноморском отделении Морского гидрофизического института, установили, что в Крыму штормовые ветры возникают из-за неравномерного прогревания моря и берега: летом к середине дня над сушей воздух расширяется и создается зона более низкого давления, чем над прохладной водной поверхностью. В результате этого возникает резкий перепад давлений между «морским» и «материковым» воздухом. Разность же давлений вызывает, как известно, ветер.
Таким же образом могут быть объяснены и ветры, возникающие в Атлантическом океане. Но в обоих случаях — и в Крыму, и в Атлантике — оставалось невыясненным главное: от чего зависит столь необычная сила ветра. Расчеты, основанные на разности давлений, дают значительно меньшие скорости ветра.
Автор этой статьи подробно исследовал схему таких воздушных потоков. Исследование показало, что воздушные массы, выведенные из состояния покоя, не сразу успокаиваются и долгое время колеблются с периодом, равным у полюсов земли 12 часам. По мере уменьшения широты частота собственных колебаний воздушных масс возрастает, и у берегов Африки, где отмечаются штормовые ветры в дневные часы, период их колебаний оказывается в точности равным одним суткам.
Из повседневного опыта мы знаем, что маятник или, например, качели можно сильно раскачать, если воздействовать на них даже незначительными усилиями. Нужно только, чтобы ритм воздействующей силы совпал с частотой собственных колебаний качелей. У берегов Африки такими «качелями» с периодом колебания в 24 часа является воздух, а воздействующей силой с таким же ритмом — суточные перепады давлений. Расчеты показали, что «воздушные качели» раскачиваются с большой силой суточными колебаниями давлений и довольно далеко от западного побережья Африки, в частности, у берегов Крыма.
Надо отметить, что при неполном совпадении периода собственных колебаний воздушных масс и периода колебаний возмущающих сил, возникает более сложная картина, чем описанные дневные штормы. У черноморских и азовских моряков есть примета: «Если летний шторм не стих к концу третьего дня, то он продлится еще три дня: если не стихнет и тогда, то затянется еще на три дня» и т. д. Удалось доказать, что этот трехдневный цикл не случаен: он зависит от соотношения ритма возмущающих сил, порождающих ветер, и от свойств воздушных масс, движение которых и называют ветром…