«Загадки» природы

Ветры различаются по их направлению и скорости, или, как говорят, силе. Чтобы определить направление и силу ветра, применяют различные приборы. Один из этих приборов – флюгер. Вот как устроен один из простейших флюгеров (рис. 17). На высоком столбе вертикально закреплен стальной стержень. Сверху на него надета железная трубка, к которой прикреплены с одной стороны пластинки, а с другой – стерженек с металлическим шаром на конце. Это указатель направления ветра. Шар свободно вращается вместе с трубкой на вертикальном стержне и таким образом показывает направление ветра. Пластинки указателя всегда направлены в ту сторону, куда дует ветер, а стерженек с шаром – туда, откуда дует ветер.

Ветер может дуть со всех сторон горизонта – с юга, востока, севера и запада. Название ветру дается по той стороне части света, откуда ветер дует. Ветер, дующий с юга, называется южным, с северо-востока – северо- восточным и т. д. Чтобы точнее определять направление ветра, к нижней части вертикального стального стержня флюгера крепятся от четырех до восьми металлических прутьев (см. рис. 17); каждый из них указывает определенную сторону горизонта – север, юг, юго-запад и т. д.

Рис. 17. Схема устройства одного из простейших флюгеров.

На верхнем конце подвижной трубки флюгера укреплено приспособление, показывающее силу ветра. Оно состоит из железной рамы, к верхней части которой подвешена металлическая дощечка. Эта рама закреплена на трубке таким образом, что плоскость дощечки всегда перпендикулярна к направлению ветра. Если ветра нет, дощечка висит вертикально. Но как только начинает дуть ветер, она отклоняется в сторону, и тем больше, чем сильнее ветер.

Чтобы узнавать по дощечке, какой силы дует- ветер, сбоку у железной рамы имеется дуга, в которую вставлены восемь маленьких штифтов.

Силу ветра принято с обозначать в условных цифрах-баллах. Полное затишье, штиль – 0 баллов. Тихий ветер, со скоростью один метр в одну секунду, соответствует баллу. Дальше следует; легкий ветер (2–3 метра в секунду) – 2 балла; слабый – 3 балла; умеренный – 4 балла; свежий – 5; сильный – 6; крепкий – 7; очень крепкий – 8; шторм – 9; сильный шторм – 10; жестокий шторм – 11; ураган– 12.

Для наблюдения ветра в верхних слоях атмосферы применяют другие приборы, например, шары-пилоты. Это небольшие резиновые шары, наполненные легким газом – водородом. Они способны подниматься вверх на тридцать-сорок километров. Наблюдая с земли за их передвижением, можно определять как направление, так и скорость ветра на различных высотах.

Ветры в природе непостоянны. Наблюдая за погодой, можно видеть, что ветер очень часто меняет свою силу и направление. Бывает, что в течение трех-четырех часов ветер то стихнет совсем, то усилится. Чаще это происходит весной. Особенно капризны и изменчивы ветры мая. В течение месяца ветер приходит со всех сторон горизонта: с севера и юга, с запада и востока. Так бывает в большинстве областей нашей Родины, а также почти во всех странах Западной Европы. Только при внимательном изучении воздушных течений можно определить, какой ветер в том или ином районе является господствующим, то есть дует здесь чаще всего.

Но есть и такие места на земном шаре, где месяцами дует постоянный ветер в одном направлении, с одинаковой силой. Таковы, например, пассаты, ветры, дующие по обе стороны от экватора, и муссоны – сезонные ветры. Полгода они дуют в одном направлении, а полгода – в другом. Муссоны особенно часты по берегам Индийского и Тихого океанов, а также у берегов Восточной Азии.

Но каким образом и почему приходят в движение массы воздуха? Где и отчего рождается ветер?

Причина, вызывающая ветры, это – различное давление воздуха, или, как говорят, различное атмосферное давление в разных местах, находящихся на одной и той же высоте над уровнем моря.

Атмосферное давление сильно понижается в зависимости от высоты. Но и над самой поверхностью земли давление воздуха не бывает одинаковым и постоянным. В одном месте оно выше, в другом – ниже; сегодня в Москве давление понижается, а завтра, наоборот, начинает повышаться. И так происходит все время.

Различное давление воздуха вызывает движение огромных воздушных масс. Чем сильнее сжат воздух, то есть чем больше это давление, тем сильнее он стремится расшириться, раздаться во все стороны. Но куда воздух может расширяться, когда он окружает всю Землю? А туда, где воздуха меньше, где давление его ниже. Так и «текут» всегда воздушные массы из мест с большим давлением воздуха в те места, где атмосферное давление меньше. И чем больше разность этих давлений в каких-либо соседних областях, тем стремительнее происходит между ними передвижение воздушных масс, тем сильнее там дует ветер. Вот почему рождается на земле ветер, и вот почему он так различен по своей силе – от легкого ветерка до урагана.

Отчего же, однако, меняется на земле давление воздуха?

Попробуйте сделать такой опыт. Опустите горлышко холодной пустой бутылки в воду, а бутылку подогрейте. Как только стекло бутылки немного нагреется, из нее через воду выйдет несколько пузырьков. Это свидетельствует о том, что нагретый воздух всегда стремится расшириться. В нашем опыте воздух нагрелся от теплых стенок бутылки. Но стоит только воздуху расшириться, как плотность его уменьшится, и он начнет вытесняться вверх со старого места более холодным, более тяжелым, плотным воздухом. Расширившийся воздух всплывает вверх, как всплывает в воде масло.

Когда топится печь, используется именно это свойство воздуха. В топке воздух нагревается и с силой устремляется в трубу – кверху. Его место занимает другой, холодный воздух, идущий из комнаты. Создается всем известная «тяга».

Так и в природе. Лишь только где-либо воздух нагрелся сильнее, чем в соседнем месте, он тут же всплывает вверх, его начинает вытеснять находящийся рядом более холодный и тяжелый воздух. Таким путем и образуются воздушные течения, возникает ветер.

Нагревается воздух везде по-разному, и вот почему. Тепло, идущее от Солнца, почти не согревает воздуха; оно все доходит до поверхности земли и нагревает ее. От нагретой земной поверхности нагревается и находящийся над ней воздух.

Выйдите в мартовский солнечный день на улицу. В эти дни Солнце начинает пригревать уже по-весеннему. Хотя термометр еще показывает два-три градуса мороза, с крыш домов уже капает вода. Это солнечные лучи нагрели края крыши и она растопила часть снега. Если на солнечной стороне вы притронетесь рукой к стене деревянного дома, то почувствуете, что она теплая.

В летнее время, вероятно, каждый наблюдал, как в жаркий безветренный день вдали, на горизонте, все предметы как бы дрожат. Это объясняется тем, что большие массы теплого воздуха, получив тепло от земной поверхности, согретой Солнцем, беспрерывно поднимаются вверх.

Сама же поверхность земли нагревается Солнцем различно. Объясняется это тем, что поверхность земного шара состоит из самых различных участков: лесов, степей, водных пространств, песка, камня. Все эти участки нагреваются неодинаково. Вот, например, рядом лежат луг и пашня. Что из них нагреется сильнее? Конечно, пашня. Черная земля всегда поглощает больше тепла, чем зеленая трава.

Рис. 18. Упрощенная схема возникновения местного ветра.

От различно нагретых участков земли по-разному нагреваются и массы воздуха над ними. В том месте, где воздух сильно нагрелся, например над степью, он расширится, давление его уменьшится, и сюда со стороны леса хлынут воздушные потоки, подует ветер (рис. 18). Такие местные ветерки можно наблюдать часто летом. В жаркий день вдруг из ближнего леса потянет прохладой.

Воздух над степью, как более легкий, будет вытесняться кверху притекающим лесным воздухом и увеличивать давление в верхних слоях атмосферы. Как только воздушный поток устремится из леса в степь, давление остающегося в лесу воздуха будет падать. Но ведь на нижние слои воздуха всегда давят верхние слои. Поэтому место уходящего в степь воздуха будут сразу же занимать воздушные массы, опускающиеся из более высоких слоев воздуха. Высокое давление лесного воздуха будет постоянно поддерживаться притекающим с вышины холодным воздухом. Но зато там, вверху над лесом, давление падает. И тогда сюда потечет воздушный ноток из верхних слоев воздуха, лежащих над степью. Таким образом, вверху образуется ветер с направлением, противоположным наземному ветру, дующему из леса.