¿Por qué hay viento? ¿Qué fuerza impulsa el aire a moverse? Este es un problema muy complejo y generalmente hay 4 fuerzas que deben considerarse. Estas son la fuerza del gradiente de presión, la fuerza de desviación geostrófica, la fuerza centrífuga de inercia y la fuerza de fricción. Tienen un efecto sobre el movimiento del aire, es decir, sobre la dirección y velocidad del viento, y el viento es el resultado de sus efectos combinados.
(1) La fuerza del gradiente de presión se debe a la distribución desigual de la presión del aire. El aire fluye desde lugares con alta presión hacia lugares con baja presión. "El agua fluye hacia lugares más bajos", y lo mismo ocurre. por aire. Debido a la diferencia de presión alta y baja, se forma una fuerza entre ellos. Cuanto mayor es la diferencia de presión del aire, mayor es esta fuerza. Al igual que un objeto que rueda por una escalera, cuanto más alta y empinada es la escalera, más rápido rueda el objeto. Por lo tanto, esta fuerza se llama fuerza de gradiente de presión. Obviamente, la magnitud de la fuerza del gradiente de presión del aire es directamente proporcional al gradiente de presión del aire e inversamente proporcional a la densidad del aire. La dirección de la fuerza es de alta presión a baja presión bajo las condiciones estándar de temperatura y presión de una temperatura atmosférica. de 0°C y una presión atmosférica de 1013,25 hPa. La densidad del aire es 1,293 kg/metro cúbico. En este momento, si hay un gradiente de presión de 100 Pa/grado ecuatorial, se puede generar una fuerza de gradiente de presión de 7×104 Newtons/kg. No subestimes esta fuerza, mientras pasa un cierto tiempo, puede generar una gran velocidad. Por ejemplo, después de 3 horas, la velocidad del viento se puede aumentar de cero a 7,6 metros/segundo; si continúa durante 10 horas, la velocidad del viento se puede aumentar a 25 metros/segundo. Esto muestra que la fuerza del gradiente de presión es la fuerza impulsora detrás de la formación del viento. Sin embargo, de hecho, después de que el aire comienza a moverse, habrá otras fuerzas para equilibrar la fuerza del gradiente de presión del aire para lograr un movimiento de velocidad constante del aire. Por lo tanto, aunque un gradiente de presión relativamente pequeño puede provocar una gran velocidad del viento, el equilibrio mutuo de varias fuerzas hace imposible que la velocidad del viento aumente infinitamente.
(2) En nuestra Tierra, la velocidad de rotación de la Tierra es muy rápida, 464 metros por segundo. Una rotación son 40074,25 kilómetros, que son 80148,50 kilómetros en millas. Es realmente digno de su nombre. ochenta mil millas por día." Bajo la influencia de una rotación de tan alta velocidad, inevitablemente afectará el movimiento de los objetos en la Tierra. En el hemisferio norte, los objetos en movimiento a menudo producen una fuerza que desvía el objeto hacia la derecha en su dirección de avance debido a la rotación de la Tierra. Esta fuerza es causada por la rotación de la Tierra, por lo que se llama fuerza de desviación geostrófica. En el hemisferio sur, la acción de la fuerza de desviación geostrófica hace que los objetos en movimiento se desvíen hacia la izquierda en dirección hacia adelante.
La fuerza de deflexión geostrófica es una fuerza de inercia, que se genera por la rotación de la tierra, por lo tanto, sólo puede manifestarse cuando el objeto está en movimiento, y su dirección es siempre perpendicular a la dirección del mismo. Velocidad instantánea del objeto en movimiento. La fuerza de desviación geostrófica solo cambia la dirección del movimiento del objeto, pero no cambia la velocidad del movimiento del objeto.
La generación de fuerza de desviación geostrófica requiere tres condiciones: ① la rotación de la tierra; ② el movimiento de los objetos; ③ la dirección del movimiento del objeto se cruza con la rotación de la tierra. Dos o tres condiciones son indispensables. Sólo existen las dos primeras condiciones pero no la tercera, es decir, cuando la dirección del movimiento es paralela al eje de la Tierra, como el viento del sur y el viento del norte en el ecuador, no habrá. desviación. El movimiento vertical en las regiones polares no se desviará. Estas condiciones y características nos son muy útiles para comprender el papel de la fuerza de desviación geostrófica.
(3) Otro resultado de la rotación de la Tierra es la fuerza centrífuga producida por los objetos. Se puede saber por la física que la fuerza centrífuga siempre está en el plano del círculo de latitud, y la dirección es hacia afuera del eje de la Tierra a lo largo del radio de curvatura del círculo de latitud, y el tamaño de la fuerza es proporcional al cuadrado de la velocidad lineal del objeto en movimiento e inversamente proporcional al radio de curvatura. La fuerza centrífuga, al igual que la fuerza de desviación geostrófica, es una fuerza de inercia. Solo puede cambiar la dirección del movimiento pero no puede cambiar la velocidad del movimiento, por lo que también se la llama fuerza centrífuga de inercia. La fuerza centrífuga de inercia suele ser menor que la fuerza de desviación geostrófica. Sin embargo, en latitudes bajas, o cuando la velocidad del movimiento del aire es muy grande y la relación de curvatura es pequeña, también puede alcanzar un valor mayor y exceder la fuerza de deflexión geostrófica.
(4) El movimiento turbulento del aire puede ser diferente entre las capas superior e inferior, con diferentes direcciones y diferentes velocidades, en este caso puede producirse fricción, lo que se denomina fricción interna. Cuanto más fuerte es la turbulencia, mayor es la fricción interna. También se producirá fricción entre el movimiento del aire cerca del suelo y la superficie del suelo, lo que se denomina fricción externa.
Es la resistencia de la superficie del suelo al movimiento del aire. La dirección es opuesta a la dirección del movimiento del aire y se desvía hacia un lado aproximadamente 35°. El tamaño es proporcional a la velocidad del movimiento del aire y al coeficiente de fricción. La fricción interna y la fricción externa se denominan colectivamente fricción, lo que reduce la velocidad del movimiento del aire y hace que la dirección se desvíe hacia un lado. Cuanto mayor es la fricción, mayor es la desviación. El ángulo de desviación en el océano es menor, de unos 10°. El ángulo de desviación en tierra puede alcanzar unos 35°. El tamaño de la fuerza de fricción está relacionado con la altura. La fuerza de fricción es mayor entre 30 y 50 metros cerca de la capa del suelo y ya no es significativa entre 1000 y 2000 metros. Entonces, por debajo de esta altura, se llama capa de fricción y por encima se llama atmósfera libre.
De las fuerzas anteriores se puede ver que solo la fuerza del gradiente de presión del aire puede hacer que el aire se mueva desde un estado estático y es la fuerza inicial para el movimiento del aire. Otras fuerzas sólo pueden cambiar la dirección o la velocidad del movimiento del aire y ocurren sólo cuando el aire ya se está moviendo, pero no son la fuerza inicial para el movimiento del aire.