Эффект Кориолиса

Возникающие при вращении центробежные эффекты и эффект Кориолиса должны учитываться в уравнениях баланса сил и количеств движения. Эти соотношения, как и другие уравнения равновесия, затем подвергаются упрощениям для каждой конкретной задачи как в геометрическом отношении, так и путем введения некоторых дополнительных аппроксимаций. Многие встречающиеся на практике конкретные задачи могут получить то или иное частное описание. Приводимый ниже краткий обзор в основном касается одной конфигурации. Вращение происходит вокруг вертикальной оси с угловой скоростью й (рад/с), причем все граничные условия характеризуются осевой симметрией. В качестве координатной системы используются цилиндрические координаты л 0 и 2. Единственным учитываемым здесь изменением плотности является то, которое вызывает свободную конвекцию оно записывается в виде приближения Буссинеска Ар = рР( —(г), где г г — некоторая характерная температура. Таким образом, влияние на плотность разности давлений, обусловленной центробежными силами, в данном случае не учитывается. Такое допущение по поводу центробежных сил представляется вполне разумным, поскольку эти силы достаточно малы по сравнению с ускорением силы тяжести, т. е. Л <С 1, где [c.458]

Рис. 11.6. Распространение планетарных волн на сфере. Численные эксперименты из [281]. Показаны изолинии возмущений завихренности и отклонений от однородно вращающегося зонального течения (т. е. восточного потока с неизменной угловой скоростью вращения относительно земной оси), которые генерируются круглой горой с центром на 30° с. ш., 180° з. д. и радиусом,, равным 22,5° широты. Волны пересекаются экватор с севера на юг и наоборот, двигаясь вдоль траекторий лучей, которые искривлены из-за изменения параметра Кориолиса f с широтой. Хорошо виден эффект экваториального захвата. Из-за включенных в модель диссипативных факторов амплитуда волны на расстоянии уменьшается. (Из [281, рис. За].)

В первой из этих жидкостей форма слоев Экмана и эффекты Кориолиса играли важную роль. В более густом силиконовом масле гораздо более заметным оказалось влияние вязкости. Эксперименты проводились в диапазоне изменения параметров [c.461]

Чувствительным элементом расходомера является гнутая труба, которая приводится в движение электромагнитным полем, создаваемым катушкой, размещенной в центре изгиба трубы (рис. 18.4). Колебания трубы подобны колебаниям камертона и имеют амплитуду менее 1 мм и частоту 80 Гц. Жидкость, втекающая в трубу, приобретает вертикальную составляющую скорости. При движении трубы вверх жидкость, поступающая в трубу, получает ускорение вверх, тоща как сила инерции, естественно, действует вниз. Вытекающая из трубы жидкость приобретает вертикальную составляющую ускорения, направленную вниз. Сила инерции при этом действует вверх. Взаимное действие сил инерции на различные части трубы приводит к закручиванию трубы. Когда труба совершает движение вниз, она закручивается в противоположную сторону. Такой эффект закручивания носит название эффекта Кориолиса. Согласно второму закону Ньютона угол закручивания трубы будет прямо пропорционален массовому расходу жидкости. Значение расхода определяется с помощью электромагнит- [c.479]

Рассмотрим теперь эффекты вращения при условии, что они малы. Прежде всего должно существовать ускорение Кориолиса /мпг поперек канала, которое должно уравновешиваться малым наклоном поверхности. Таким образом, приближенная запись для /-составляющей уравнения движения имеет вид [c.76]

Как подчеркивалось ранее, вращение Земли решающим образом влияет на то, как атмосфера и океан реагируют на различные внешние возмущения. Динамический эффект создается ускорением Кориолиса, которое равно произведению параметра Кориолиса на горизонтальную составляющую скорости, и поэтому процессы приспособления обладают особыми свойствами, когда параметр Кориолиса обращается в нуль. В гл. 10 было показано, что при равенстве нулю одной из составляющих (вдольбереговой) ускорения Кориолиса возникают заметные эффекты. Особенно важный из них— существование береговых захваченных волн, способных быстро распространяться вдоль береговой линии. В этой главе будут изучаться особенные классы движений, существующие в окрестности экватора, где оба компонента кориолисова ускорения в уравнениях мелкой воды равны нулю. Оказывается, что экваториальная зона, как и береговая полоса, также является волноводом. [c.144]

Параметр Кориолиса f определен как в (7.4.1), но его производная р по направлению на север теперь входит в уравнение 11.2.8,. что и позволяет учесть эффекты кривизны Земли. [c.148]

Цель этой книги состоит в том, чтобы понять природу процессов, протекающих в атмосфере и океане, и, в частности, определить закономерности, присущие процессу приспособления к силе тяжести при возникновении отклонений от равновесного состояния. В гл. И мы изучали особенности приспособления в экваториальной зоне. При этом было установлено, что очень существенную роль в ней играет изменение параметра Кориолиса по широте. Рассмотрим теперь этот эффект применительно к внетропическим районам. [c.225]

Квазигеострофическое приближение более детально рассмотрено в гл. 12, где учитываются также эффекты изменения параметра Кориолиса с широтой (бета-эффект), нелинейные эффекты й эффекты трения. Оказывается, что условием, прп котором можно пренебречь бета-эффектом для однородного потока со скоростью и над рельефом с горизонтальным масштабом I, является неравенство <( У/ 3) /2 из которого получается, что квазигеострофический режим, рассмотренный в разд. 8.8, охватывает диапазон и/ [ Ь С На широте в 45° этот диапазон характеризуется отношением наибольшего горизонтального масштаба к наименьшему, равным (700/0) , где и измеряется в метрах в секунду это довольно узкий интервал (отношение равно 8) для атмосферы, но весьма широкий (отношение равно 80) для океана, для которого получаем типичные значения между 1 и 80 км. [c.392]

Уравнения движения можно также решить, не прибегая к интегрированию по глубине. Полные трехмерные модели сложны и дорогостоящи в смысле затрат машинного времени (с.м., например, [211]). По этой причине большую популярность находят двухмерные модели. В последних в качестве одного измерения выступает глубина, а в качестве другого — одна из горизонтальных осей. Такие модели наиболее пригодны для озер с продольным потоком. Примером их может служить описанная Эдингером и Бучаком [141] усредненная в боковом направлении модель ЬАРМ, в которой уравнения движения записаны для двух измерений с учетом эффекта Кориолиса (лля больших озер). В модель закладываются коэффициенты горизонтальной и вертикальной турбулентной вязкости и диффузии (которые, следуя рейнольдсовской [c.120]

Источником движений морских вод являются атмосферные возмущения, которые движутся по его поверхности. Для баротропных движений эффекты изменения параметра Кориолиса с широтой оказываются существенными, если море достаточно глубоко (этот вопрос будет рассмотрен далее), в то же время для мелких морей (процессы в них обсуждаются в гл. 10) более важны эффекты боковых границ. Таким образом, вынужденные уравнения мелкой воды без учета границ применимы в основном ко внутренним (бароклинным) движениям. Так, Веронис [811 и Поллард [634] рассматривали реакцию океана на атмосферные возмущения конечной продолжительности, а А. И. Леонов и Ю. 3. Миропольский [447] — резонансно-возбужденные волны. Обзоры исследований механизмов генерации внутренних волн дали Торп [782] и Филлипс [627, разд. 6.9]. [c.42]

Перед исследованием динамики тропической зоны выводятся уравнения мелкой воды на сфере (как это делал Лаплас двести лет тому назад). При этом уравнения будут содержать эффекты изменений параметра Кориолиса. Принцип сохранения потенциальной завихренности по-прежнему справедлив, хотя величина //Я = 2I2 sin ф/Я для покоящейся жидкости не является постоянной (как в изучавшемся выше случае однородновращаю-щейся системы), а меняется по широте. Это имеет важные последствия для медленных процессов приспособления и для характера возможных состояний равновесия, проявляющиеся не только в тропиках, но и на других широтах. [c.144]

Важное свойство решений уравнения (11.6.1) состоит в эква-ториальном захвате. Другими словами, путь волн всегда лежит вдоль экваториального волновода. Эффект волновода целиком обусловлен изменением параметра Кориолиса с широтой, что можно видеть из (11.6.1). Для волны с фиксированными частотой (О и зональным вмновым числом к коэффициент при функции V в уравнении (1С6.1) на линии экватора может быть положительным, что приводит к волновым решениям. Однако с ростом у растет и абсолютная величина == у. Коэффициент при [c.158]

Влияние изменения параметра Кориолиса с широтой на ход лучей не ограничено только областью низких широт. В частности, применительно к гравитационным волнам оно было исследовано в работе Андерсона и Гилла [19]. При этом член /2 o в уравнениях (11.7.6) и (11.7.7) мог считаться пренебрежимо малым. Если, например, в некотором небольшом диапазоне широт на достаточном удалении от экватора на океан внезапно начнет действовать однородное ветровое напряжение, то возникнут инерционные периодические колебания, которые были рассмотрены в разд. 9.3 на /-плоскости. Поскольку в соответствии с (11.7.6) энергия возмущения должна переноситься по меридиану на север или на юг, она не может остаться локализованной на широте своего зарождения. На рис. 11.3 этот эффект показан в предельном случае, когда изменения по х отсутствуют (т. е. e = О и применимым оказывается не соотношение (11.7.7), а первый вариант (11.7.6)). Решение для /-плоскости реализуется только на протяжении двух или трех периодов, после этого начинает сказываться распространение энергии к экватору. Позднее образуется картина движения энергии через экватор и обратно в виде группы волн, которая достаточно хорошо описывается лучерым уравнением dy/dt = gy. [c.160]

На рис. 11.15 представлены результаты моделирования этих эффектов [241]. До того, как начнут сказываться эффекты меридиональных границ, восточные ветры будут отгонять воду от экватора и вызывать таким образом апвеллинг. С подъемом термоклина развивается геострофическое течение, имеющее совпадающее с ветром направление. Геострофичность свойственна движениям даже на экваторе, где параметр Кориолиса становится нулевым. Это объясняется тем, что в пределе при у- 0 стационарный вариант решения (11.9.2) дает [c.185]

Важное свойство решений уравнения (11.6.1) состоит в эква-ториальном захвате. Другими словами, путь волн всегд1,а лежит вдоль экваториального волновода. Эффект волновода целиком обусловлен изменением параметра Кориолиса с широтой, что можно видеть из (11.6.1). Для волны с фиксированными частотой со и зональным волновым числом к коэффициент при функции V в уравнении (11.6.1) на линии экватора может быть положительным, что приводит к волновым решениям. Однако с ростом у растет и абсолютная величина = у. Коэффициент при V начинает уменьшаться, и в некоторой точке ( точке поворота или критической широте /с), определяемой соотношением [c.158]

На этом рисунке отчетливо проявилось сгуш ение линий тока к западной границе океана и разрежение их в восточных областях. Изогипсы уровня океана, вычисленные Стоммел ом для того же случая, изображены на рис. 67. Они также сгущаются на западе и разрежаются на востоке. Замечательное явление — бета-эффект — получило свое объяснение. Всегда после разгадки какого-то непонятного явления множеству читателей начинает казаться, что в сущности так оно и быть должно бессмертен прецедент колумбова яйца . Так и в данном случае многие читатели могут отметить, что асимметрию поля линий тока, поля изогипс, поля скоростей течений относительно среднего меридиана надо было бы ожидать, даже не производя выкладок Стоммела . Против такого заявления трудно возразить наличие кориолисовых сил порождает геострофические течения в воздушной и водной среде, которые в чистом виде всегда перпендикулярны к вектору, изображающему градиент давления в среде это относится к полю, в котором параметр Кориолисапостоянен если при перемещении из одной точки меридиана в другую меняется проекция угловой скорости вращения Земли на вертикаль — меняется параметр Кориолиса,— то тем самым вносится асимметрия кориолисова поля относительно средней параллели а эта асимметрия должна вносить асимметрию поля линий тока относительно перпендикулярной оси, т. е. относительно среднего меридиана. Как и на рис. 65, на рис. 67 видна (и притом усилившаяся) асимметрия изогипс относительно средней параллели. [c.121]

В результате трудоемких вычислений П. С. Линейкин построил теоретическую карту нулевой поверхности, изображенную на рис. 70. Как видим, между обеими картами (рис. 69 и 70), вычисленными двумя совершенно различными методами, имеется большое сходство. Оно нарушается лишь в северо-западном углу карт, т. е. в районе особо могцной циркуляции, созданной Гольфстримом. Выше в изложенных выкладках фигурировал коэффициент р, который учитывает уменьшение параметра Кориолиса при уменьшении широт ср места. Но нельзя ожидать столь же резкого р-эффекта в сложнейшем построении теоретической карты нулевой поверхности, каким он выявился на специализированной простой схеме Г. Стоммела (см. 21). С другой стороны, даже это различие между двумя картами (рис. 69 и 70) Линейкину удалось объяснить и почти полностью устранить. На этих, дополнительных, рассуждениях цитированного автора мы здесь не будем останавливаться, рекомендовав ознакомиться с ними в подлинной работе [35]. [c.128]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология