Типы волновых движений в атмосфере Стоячие волны Миска с обычной водой поставленная на крышку стиральной машины. В результате действия вибрации работающей машины на поверхности воды возникают стоячие волны, различные при разных режимах работы стиральной машины. Стоячие и бегущие волны СТОЯЧИЕ ВОЛНЫ, укладывающиеся вдоль круга широты. Широта показана тонкой линией, n – число полных волн, укладывающихся вдоль нее. Классификация по направлению распространения Уравнения динамики – общая база для описания атмосферных волн u u u u 1 p u v w l v 0 t x y z x v v v v 1 p u v w l u 0 t x y z y p g 0 z u v w u v w 0 t x y z x y z для замыкания - политропность атмосферы g R p T p0 T0 p T p0 0T0 p 1 dp d p 0 0 p dt dt g g R Звук –единственный вид продольных волн в атмосфере Любой предмет, совершающий возвратно-поступательные движения (камертон, струна рояля или гитары, наши голосовые связки и т.д.), вызывает в воздухе попеременное уменьшение или увеличение плотности. Движения одних молекул воздуха передаются другим молекулам, в результате чего в пространстве распространяются периодически повторяющиеся зоны увеличения и уменьшения плотности. Они-то и представляют собой звуковую волну Математическое и физическое описание звуковых волн u u 1 p p p u u 0 и u p 0 t x x t x x после ряда упрощений получается уравнение звуковых волн p 2 p' при p'( x,t ) Aei ( x ct ) u u p' x t x x 2 t p'( x,t ) 2 p'( x,t ) i p'( x,t ) i 2 p'( x,t ) 2 p' x x 2 p' i p' u p' i u c p' t x t 2 2 u c 2 p' u u p' i u c p' x t x t 2 подставив в исходное, получим 2 u c p' 2 p' Схема возбуждения одномерных звуковых волн в неподвижном воздухе откуда cu p u RT , где g g R Звуковые волны делятся: • • • • • • • • • слышимый звук - от - 20 Гц (17 м ) - до 20 000 Гц (17 мм); инфразвук ниже 20 Гц; ультразвук выше 20 000 Гц. Скорость звука зависит от упругих свойств среды и от температуры, например: в воздухе V = 331 м/с ( при t=0оС) и V= 3317 м/с (при t=10 С); в воде V = 1400 м/с: в стали V=5000 м/с. Звук, издаваемый гармонически колеблющимся телом, называется музыкальным тоном. Звуковые волны не имеют дисперсии в атмосфере, их фазовая скорость совпадает с групповой, поэтому они распространяются без изменения формы волновых пакетов. Именно поэтому мы различаем звуки, а не погружены в хаос из шумов. Полезные факты Не путать высоту, т. е. тон звука, с силой его! Высота звука зависит от частоты колебаний. А сила – от амплитуды Звуковой барьер Перед головной частью образуется уплотнение воздуха. От этого уплотнения расходится во все стороны головная волна. Позади летящего снаряда образуется зона разреженного воздуха: пустота, которую оставил позади себя снаряд, вытолкнувший частицы воздуха, еще не успевает заполниться Гравитационные волны – представляют в атмосфере вертикально поперечные волны Так как большая глубина, жидкости лежит слева от линии А, то масса, находящаяся над некоторой точкой, расположенной левее А, и лежащая на заданной горизонтальной поверхности, будет больше, чем лежащая на той же горизонтальной поверхности масса, находящаяся над точкой, расположенной правее А. Тогда в течение следующего очень короткого промежутка времени At жидкость по всей линии А будет двигаться. направо, тогда как жидкость по всей линии В будет все еще неподвижна. Таким образом, первоначальная деформация поверхности раздела распространится направо от А и по симметрии налево от А'. Описание гравитационных волн на поверхности скачка плотности (например, вода-воздух) g 1,2 p p 0 используем формулу: z x 1,2 x z 1,2 x ( z ) ( z ) f ( x,z ) f ( x,z )dx dx f ( x, ) f ( x, ) z z z z ( z ) ( z ) 1 H тогда получим при ,и h( x ) 2 1 H h( x ) градиент в форме: 0 2 h u u u g 1 2 0 t x x 1 p h g 1 2 x x u w u 0 h wz h( t,x ) 0 x z x h' u' u' h' h' h' u g 1 2 0 и u H 0 t x x t x x 1 h'( x,t ) Aei ( x ct ) , при c u gH 1 2 1 Подветренные горные волны и чечевицеобразные облака Облачные улицы (нижний неустойчивый слой покрыт сильной инверсией) А теперь перейдем к волнам Россби • О лабораторных экспериментах: • http://paoc.mit.edu/labweb/experiments.ht m Как волны Россби выглядят на картах Вертикальный разрез части волны Россби Следы невиданных…. (чудеса из Интернета) «Фотография сделана вечером, в начале одиннадцатого. На грунтовой дороге между 2 полями (одно пашня, другое - пшеница). Место достаточно безлюдное. Гуляла там с собакой и решила сделать фотографию на память. Вот, что из этого получилось. Что это или кто это - пусть каждый решает сам для себя, но могу сказать точно, что это не животное, не птица, не насекомое, иначе бы и я, и, тем более, моя собака среагировали на них».