Ким Померанец

Для метеорологических движений вращение Земли не проходит даром. И не только для метеорологических. Оно - вращение - обусловливает появление новой массовой силы, действующей на любое движение любых объектов - пешеходов, поездов, ракет, снарядов, течений рек и, конечно, воздушных потоков. Сила в какой-то мере таинственная, можно даже сказать, коварная. Пока объект неподвижен, она не дает о себе знать. Это видно из математического выражения этой силы, куда сомножителем входит скорость движения объекта. Объект в покое, его скорость - нулевая, и силы - нет, она затаилась. Формула силы не потребовала бы стольких слов, но, следуя принципу «без математики», не станем ее приводить. Она - формула - известна каждому школьнику, кажется, с 6-7 классов. Но и словесное определение этой силы также просто - она равна произведению четырех величин: коэффициента 2, угловой скорости вращения Земли (один полный оборот в радианах равен 6,28, в сутках содержится 86 400 секунд), синуса географической широты и скорости движения объекта. Формул писать не будем, но некоторые цифры и простейшие вычисления все же приведем. Удвоенная угловая скорость равна 0,000146 1/сек, синус широты Петербурга равен 0,866 (события происходят здесь), скорость движения равна 1,5 м/сек или почти 5,5 км/ч, что вполне под силу обычному здоровому петербуржцу. Получаем ускорение таинственной силы для скорости пешехода на нашей широте приблизительно: 0,00019 м/сек2. Величина, прямо скажем, мизерная. Пешеход такого ускорения не ощущает. Но для частиц воздуха она существенна и, главное, сравнима с другими силами.

Пора назвать изучаемую силу. Это - отклоняющая сила вращения Земли, или

кориолисова сила. Кориолис, Гюстав Гаспар (1792—1843), французский физик и инженер. В 1829 г. показал, что на относительное движение объекта влияет вращение системы отсчета. Разработал теорию относительного движения. В 1920- 1930-х гг. многие ученые - историки науки - доказывали, что влияние отклоняющей силы открыл еще в 1743 г. соотечественник Кориолиса, физик Клеро (1713—1865). Были предложения называть отклоняющую силу именем Клеро или, по крайней мере, силой Клеро- Кориолиса. Предложения не привились. Кроме того, отклоняющую силу вращения Земли иногда называют эффектом Кориолиса, поскольку в строгом физическом смысле этот феномен собственно силой не является.

Итак, на движение воздуха влияют две массовые силы: тяжести и кориолисова. Имеют место также поверхностные силы, действующие между частицами воздуха. Основной из них, приводящей в движение воздушные массы, является сила барического градиента. Она действует перпендикулярно - по нормали - к изобарам (линиям равного атмосферного давления), действует в сторону уменьшения давления и рассчитывается по разности давления в двух точках, деленной на расстояние между точками. Выражается в миллибарах или миллиметрах ртутного столба на 1 градус дуги меридиана (111,2 км) или, для простоты на 100 км. Имеет порядок 0,0001, сравнимый с силой Кориолиса, что очень важно.

Другая поверхностная сила - сила трения, возникающая между частицами или слоями воздуха, которые движутся с разными скоростями. Она пропорциональна изменению скорости по нормали к движению. Эта сила стремится затормозить потоки и сравнять скорости соседних слоев воздуха. Поскольку в атмосфере преобладают беспорядочные -турбулентные - движения больших объемов воздуха, взаимодействующих между собой, то сила трения способствует обретению потоками некой средней скорости. Силу трения называют также силой турбулентного трения или силой турбулентной вязкости. Понятно, что она особенно существенна в пограничном и приземном слоях атмосферы, где из-за различных свойств подстилающей поверхности наиболее выражены беспорядочность и различие скоростей движения. Интенсивность турбулентности изменяется в очень широких пределах, она в тысячи раз превышает интенсивность безвихревых -ламинарных - движений.

Наличием нескольких сил в атмосфере и множеством связей между ними объясняются прежде всего сложности изучения атмосферных процессов и трудности их предсказания. Астрономические явления, подверженные действию одной силы, изучаются и предсказываются проще и точнее, чем в метеорологии. Там, в престижном ныне космосе, властвует только сила всемирного тяготения. Там объекты представляются материальными точками. Там нет необходимости принимать гипотезу сплошной среды. Поэтому движения планет, лунные и солнечные затмения, расположение созвездий рассчитаны практически точно и на много-много лет вперед.