Дэннис Пегин - Понять небо

СОСТАВ ВОЗДУХА

Атмосфера представляет собой смесь газов, водяного пара и аэрозолей, то есть твердых и жидких примесей (пыли, продуктов конденсации и кристаллизации, продуктов горения, частиц морской соли и т. д.). Объем основных газов составляет: азота 78 %, кислорода 21 %, аргона 0,93 %, углекислого газа 0,03 % на долю других (неона, гелия, криптона, ксенона, озона) приходится менее 0,01 %. Пары воды — сильно меняющийся по количеству компонент воздуха. Их может быть от 0 (сухой воздух) до 4–5 % веса (насыщенный воздух). Как мы увидим позже, пар — очень важная часть атмосферы, существенно влияющая на погодные процессы; без пара не может быть ни облаков, ни дождя. Все пары воды, которые находятся в атмосфере, концентрируются в тропосфере. В воздух пар попадает из водоёмов на земле и поднимается вверх вертикальными потоками воздуха, высота подъема которых ограничена тропосферой. 90 % всех паров воды сосредоточено до высоты 5 500 м.

Загрязняющие примеси, в том числе дым, пыль, частицы солей и промышленные выбросы, очень важны, они работают как конденсирующие частицы (ядра конденсации), благодаря которым образуются облака. Облака очень интересны для пилотов, они помогают найти восходящие потоки и, в основном, дают нам ключ к разгадке атмосферных процессов (подробнее в главе 3 ). Облака и примеси могут создавать некоторые проблемы в наших полетах.

СВОЙСТВА ВОЗДУХА

В воздухе различное давление по высотам, и от этого зависят его плотность и состав. Плотность существенно влияет на наши полеты. Три особенности определяют плотность воздуха: температура, давление и наличие водяных паров. Два главных фактора управляют всеми процессами в атмосфере: силы гравитации и солнечный прогрев. Далее мы увидим: насколько они важны. Давайте вместе разберемся, что мы знаем о процессах, протекающих в воздухе.

Молекулы газа прыгают друг относительно друга, примерно так же, как гиперактивные дети при обещании шоколадной диеты. Всё это происходит с ними по той причине, что соударяются между собой и отскакивают они абсолютно хаотично. Если молекулы наталкиваются на твердое тело, они оставляют некоторое количество энергии и нагревают его. Фактически это обмен энергии, который мы воспринимаем как тепло. Чем быстрее движутся молекулы, тем больше энергии они отдают твердому телу и тем выше температура газа. Теперь мы знаем, что температура — это просто состояние молекул газа.

Нетрудно представить, что если мы увеличиваем энергию газа, его температура поднимается, молекулы двигаются более энергично, словно хотят расшириться, то есть большее количество соударений между собой и твердыми телами. Также мы можем заметить, что если часть газа расширить, то будет несколько прохладней, потому что меньшее количество молекул в том же объёме, а значит меньшее количество соударений друг с другом и с граничащими твёрдыми телами. Напротив, если мы сожмем газ, то температура повысится (рис. 2).

Понимание этого очень важно для пилотов, совершающих парящие полёты.

Рис. 2. Состояние воздуха

ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУХА

Мы все ежедневно находимся под некоторым давлением — атмосферным. Фактически на уровне моря каждый испытывает давление 1,03 кг/см, что составляет около 200 тонн на человека средних размеров. Конечно, воздействие воздуха одинаково со всех сторон, поэтому мы не замечаем давления, если оно не меняется очень быстро.

Мы можем думать о давлении как просто о мере веса воздуха на нас. Этот вес возникает от действия гравитационных сил притяжения, действующих на воздушные массы. На уровне моря кубический метр воздуха весит примерно 1,22 кг, а это значит, что в комнате средних размеров (6 м х 3 м) воздуха около 55 кг. Учитывая как высоко распространяется атмосфера, можно объяснить величину давления на дне этого воздушного океана. Тогда становится понятно влияние высоты на давление. Чем больше высота, тем меньше давление и наоборот. Мы также знаем, что результатом большего давления есть большая плотность воздуха.

Измеряется давление барометром, который представляет собой герметически закрытую полость с низким давлением внутри. Когда атмосферное давление увеличивается, мембрана прогибается внутрь и если уменьшается — наружу. Мембрана связана с указателем (рис. 3).

… "скан" без рисунка…

Рис. 3. Барометры

Другой тип барометра использует трубку, один конец которой погружен в сосуд с ртутью, а другой герметично закрыт. В трубке низкое давление. Ртуть двигается вверх и вниз по трубке и показывает изменение давления. В англоговорящих странах атмосферное давление указывается в дюймах ртутного столба, милибарах. На картах погоды в гектопаскалях (гекто-паскаль — единица измерения атмосферного давления, выраженная в единицах силы — динах; 1 гПа = 1000 дин/см 2; 1 гПа = 1 мб; 1 гПа = 0,75 мм рт. ст.).