Блакитна планета ...
Ця тема повинна була з'явиться на сайті однієї з перших. адже літаки і вертольоти - атмосферні літальні апарати. Атмосфера Землі - їх, так би мовити, місце існування :-). А фізичні властивості повітря якраз і визначають якість цього існування :-). Тобто це одна з основ. І про основу завжди пишуть спочатку. Але зрозумів я про це тільки зараз. Однак краще, як відомо, пізно, ніж ніколи ... Торкнемося цього питання, в нетрі і непотрібні складності проте не залазячи :-).
Отже ... Атмосфера Землі. Це газова оболонка нашої блакитної планети. Таку назву всім відомо. А чому блакитна? Просто тому, що «блакитна» (а також синя і фіолетова) складова сонячного світла (спектра) найбільш добре розсіюється в атмосфері, фарбуючи її тим самим в блакитно-синюваті, іноді з відтінком фіолетового тону (в сонячний день, звичайно :-)) .
Склад атмосфери Землі.
Склад атмосфери досить широкий. Перераховувати в тексті всі складові не буду, для цього є хороша іллюстрація.Состав всіх цих газів практично постійний, за винятком вуглекислого газу (СО2). Крім того в атмосфері обов'язково міститься вода у вигляді пари, суспензії крапель або кристалів льоду. Кількість води постійно і залежить від температури і, в меншій мірі, від тиску повітря. Крім того атмосфера Землі (особливо нинішня) містить і певну кількість я б сказав «всякої гидоти» :-). Це SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, крім того є там пари ртуті Hg. Правда все це знаходиться там в невеликих кількостях, слава богу :-).
Атмосферу Землі прийнято ділити на декілька наступних один за одним по висоті над поверхнею зон.
Перша, найближча до землі - це тропосфера. Це найнижчий і, так би мовити, основний шар для життєдіяльності різного виду. У ньому міститься 80% маси всього атмосферного повітря (хоча за обсягом вона становить всього близько 1% всієї атмосфери) і близько 90% всієї атмосферної води. Основна маса всіх вітрів, хмар, дощів і снігів 🙂 - звідти. Тропосфера простягається до висот близько 18 км в тропічних широтах і до 10 км в полярних. Температура повітря в ній падає з підйомом на висоту приблизно 0,65º на кожні 100 м.
Атмосферні зони.
Зона друга - стратосфера. Треба сказати, що між тропосферою і стратосферой виділяють ще одну вузьку зону - тропопаузу. У ній припиняється падіння температури з висотою. Тропопауза має середню товщину 1,5 2 км, але межі її нечіткі і тропосфера часто перекриває стратосферу.
Так ось стратосфера має висоту в середньому від 12 км до 50 км. Температура в ній до 25 км залишається незмінною (близько -57ºС), потім десь до 40 км підвищується приблизно до 0ºС і далі до 50 км залишається незмінною. Стратосфера - відносно спокійна частина атмосфери землі. Несприятливі погодні умови в ній практично відсутні. Саме в стратосфері розташовується знаменитий озоновий шар на висотах від 15-20 км до 55-60 км.
Далі слідує невеликий прикордонний шар стратопауза, температура в якій зберігається близько 0ºС, і потім наступна зона мезосфера. Вона простягається до висот 80-90 км, і в ній температура падає приблизно до 80ºС. У мезосфері зазвичай стають видні дрібні метеори, які починають в ній світитися і там же згоряють.
Наступний вузький проміжок - мезопауза і за нею зона термосфера. Її висота - до 700-800 км. Тут температура знову починає підвищуватися і на висотах близько 300 км може досягати величин порядку 1200 º. Далі вона залишається постійною. Усередині термосфери до висоти близько 400 км розташована іоносфера. Тут повітря сильно іонізоване через вплив сонячної радіації і володіє великою електропровідністю.
Наступна і, вобщем-то, остання зона - екзосфера. Це так звана зона розсіювання. Тут в основному присутня дуже сильно розріджений водень і гелій (з переважанням водню). На висотах близько 3000 км екзосфера переходить в бліжнекосміческій вакуум.
Ось приблизно десь так. Чому приблизно? Тому що шари ці досить умовні. Можуть бути різні зміни висоти, складу газів, води, величини температури, іонізації і так далі. Крім того існує ще чимало термінів, що визначають будову і стан атмосфери землі.
Наприклад гомосфера і гетеросферу. У першій атмосферні гази добре перемішані, і їх склад досить однорідний. Друга розташована вище першої і такого перемішування там вже практично немає. Гази в ній розділяє гравітація. Кордон між цими шарами розташована на висоті 120 км, і називається вона турбопаузи.
З термінами мабуть покінчимо, але обов'язково ще додам, що умовно прийнято вважати, що межа атмосфери розташована на висоті 100 км над рівнем моря. Ця межа називається Лінія Кармана.
Додам ще дві картинки для ілюстрації будови атмосфери. Перша, правда, на німецькому, але зате повна і досить легка в розумінні :-). Її можна збільшити і добре розглянути. Друга показує зміну температури атмосфери з висотою.
Будова атмосфери Землі.
Зміна температури повітря з висотою.
Сучасні пілотовані орбітальні космічні апарати літають на висотах близько 300-400 км. Однак це вже не авіація, хоча область, звичайно, в певному сенсі близькоспоріднених, і ми про неї ще неодмінно поговоримо :-).
Зона авіації - це тропосфера. Сучасні атмосферні літальні апарати можуть літати і в нижніх шарах стратосфери. Наприклад практична стеля МІГ-25РБ - 23000 м.
Політ в стратосфері.
І саме фізичні властивості повітря тропосфери визначають яким буде політ, наскільки буде ефективна система управління літака, як буде впливати на нього турбулентність в атмосфері, як будуть працювати двигуни.
Перше основне властивість - це температура повітря. У газодинаміці вона може визначатися за шкалою Цельсія або Кельвіна.
Температура t1 на заданій висоті Н за шкалою Цельсія визначається:
t1 = t- 6,5Н, де t - температура повітря у землі.
Температура за шкалою Кельвіна називається абсолютною температурою, нуль за цією шкалою - це абсолютний нуль. При абсолютному нулі припиняється тепловий рух молекул. Абсолютний нуль за шкалою Кельвіна відповідає -273º за шкалою Цельсія.
Відповідно температура Т на висоті Н за шкалою Кельвіна визначається:
T = 273K + t - 6,5H
Тиск повітря. Атмосферний тиск вимірюється в паскалях (Н / м2), в старій системі вимірювання в атмосферах (атм.). Існує ще таке поняття як барометричний тиск. Це тиск, виміряний в міліметрах ртутного стовпа за допомогою ртутного барометра. Барометричний тиск (тиск на рівні моря) рівне 760 мм рт. ст. називається стандартним. У фізиці 1 атм. як раз і дорівнює 760 мм рт.ст.
Щільність повітря. У аеродинаміці найчастіше користуються таким поняттям, як масова щільність повітря. Це маса повітря в 1 м3 обсягу. Щільність повітря з висотою змінюється, повітря стає розрідженим.
Вологість повітря . Показує кількість води, що знаходиться в повітрі. Існує поняття «відносна вологість». Це відношення маси водяної пари до максимально можливої при даній температурі. Поняття 0%, тобто коли повітря зовсім сухий може існувати вобщем-то тільки в лабораторії. З іншого боку 100% -ва вологість цілком реальна. Це означає, що повітря ввібрав в себе всю воду, яку міг увібрати. Щось типу абсолютно «повної губки». Висока відносна вологість знижує щільність повітря, а мала, відповідно підвищує.
У зв'язку з тим, що польоти літаків відбуваються при різних атмосферних умовах, то і їх польотні і аеродинамічні параметри на одному режимі польоту можуть бути різними. Тому для правильної оцінки цих параметрів введена Міжнародна стандартна атмосфера (МСА). Вона показує зміну стану повітря з підйомом на висоту.
За основні прийняті параметри стану повітря при нульовій вологості:
тиск P = 760 мм рт. ст. (101,3 кПа);
температура t = + 15 ° C (288 К);
масова щільність ρ = 1,225 kg / m3;
Для МСА прийнято (як уже було сказано вище :-)), що температура падає в тропосфері на 0,65º на кожні 100 метрів висоти.
Стандартна атмосфера (приклад до 10000 м).
Таблиці МСА використовуються під час градуювання пілотажно-навігаційних приладів, а також для штурманських і інженерних розрахунків.
Фізичні властивості повітря включають в себе також такі поняття як інертність, в'язкість і стисливість.
Інертність - властивість повітря, що характеризує його здатність чинити опір зміні стану спокою або рівномірного прямолінійного руху. Мірою інертності є масова щільність повітря. Чим вона вища, тим вище інертність і сила опору середовища при русі в ній літака.
В'язкість. Визначає опір тертя об повітря при русі літака.
Стисливість визначає зміна щільності повітря при зміні тиску. На малих швидкостях руху літального апарату (до 450 км / год) зміни тиску при обтіканні його повітряним потоком не відбувається, але при великих швидкостях починає проявлятися ефект стисливості. Особливо позначається його вплив на сверхзвуке. Це окрема область аеродинаміки і тема для окремої статті :-).
Ну ось здається поки все ... Пора закінчити це злегка нудновато перерахування, без якого проте не обійтися :-). Атмосфера Землі, її параметри, фізичні властивості повітря також важливі для літального апарату, як і параметри самого апарату, і про них не можна було не згадати.
Поки, до наступних зустрічей і більш цікавих тем 🙂 ...
PS На солодке пропоную подивитися ролик знятий з кабіни Спаркі МІГ-25ПУ при його польоті в стратосферу. Знімав, мабуть, турист, у якого є гроші для таких польотів :-). Знято в основному все через лобове скло. Зверніть увагу на колір неба ...
No related posts.
А чому блакитна?Чому приблизно?
