2.Особенности проявления силы тяжести в атмосфере.

Сила тяжести. Одной из массовых сил является сила тяжести действующая на любую как неподвижную, так и на движущуюся относительно Земли частицу воздуха.

Сила тяжести g представляет собой векторную сумму двух сил: силы земного притяжения g, направленной к центру Земли, и центробежной силы с, возникающей от вращения Земли во­круг своей оси и направленной по радиусу широтного круга, проходящего через рассматриваемую точку (рис). На рисунке невозможно выдержать правильное соотно­шение величин этих двух сил, так как центробежная сила слишком мала тяжести по сравнению с силой. Действительно, величина центробежного ускорения определяется: где — v²_пер переносная скорость, a rᵩ — расстояние частицы до зем­ной оси.

Так как земля вращается вокруг своей оси с постоянной угло­вой скоростью где Т* — сутки, то на расстоянии rᵩ от оси переносная скорость равна wrᵩ,. Величина же rᵩ, равна rᵩ = r cosᵩ (r — расстояние частицы от центра земли). Учитывая все это, фор­мулу для центробежного ускорения можем написать так:

, где w² = 7,297 • 10^-5 1/с - угловая скорость вращения Земли; r — расстояние частицы от центра земли, ᵩ - географическая широта.

Центробежная сила с очень мала по сравнению с силой земного притяжения g , и по ме­ре приближения к полюсу она уменьшается до нуля, а сила тяжести g с увеличением широты увеличивается.

Действие силы тяжести определяет форму поверхности миро­вого океана и в большой мере также форму поверхности суши. Очевидно, что при отсутствии морских течений поверхность моря должна быть всюду перпендикулярна к направлению силы тяжести (иначе касательная составляющая силы тяжести начнет перемещать водные частицы). Такие поверхности называется поверхностями уровня и приближенно представляют собой эллипсоиды вращения, малая ось которых совпадает с осью вращения земли.

3.Особенности проявления силы Кориолиса в атмосфере.

Отклоняющая сила вращения Земли (сила Кориолиса). Другой массовой силой являет­ся отклоняющее действие вращения Земли или так называемая сила Кориолиса, которая действует на движущиеся относительно Земли частицы воздуха, т.е. на воздушные течения в атмосфере. Сила Кориолиса возникает в результате переносного вращательного движения Земли во­круг своей оси и одновременного движения частиц воздуха относительно земной поверхности.

Вследствие суточного вращения Земли направление воздушных течений в атмосфере по отношению к земной поверхности изменяется, движущиеся частицы воздуха получают относи­тельно Земли дополнительное поворотное, так называемое, корнолисово ускорение. (Ускорение силы Кориолиса, испытываемое движущейся частицей воздуха, определяется двумя факторами: разностью абсолютных величин и разностью направлений линейной скорости вращательного движения различных точек земной поверхности, над которыми проходит данная частица воздуха.)

Величина силы Кориолиса зависит от угловой скорости вращения Земли и относительной скорости движения частицы воздуха. Напомним, что частица, вращаю­щаяся вместе с землей (переносное движение) и одновременно имеющая некоторую скорость V относительно земли, испытывает, кроме центростремительного ускорения , и относительного ускорения dV/dt, еще ускорения от следующих причин:

а) различия переносных скоростей в пунктах, которые пересе­кает частица в своем относительном движении,

б) изменения направления относительной скорости (поворота траектории), вызываемого переносным движением.

Каждое из этих ускорений равно векторному произведению угловой скорости вращения на относи­тельную скорость. При этом вектор угловой скорости направлен вдоль оси вращении в сторону, с которой вращение предполагается происходящим против часовой стрелки (для случая вращения земли — к северному полюсу).

Сумма этих двух ускорений представляет собой ускорение Кориолиса. Переменив знак (переходим от ускорения к силе по прин­ципу Даламбера), получаем для отклоняющей силы вращения зем­ли К, отнесенной к единице массы воз­духа, выражение

Проектируя векторное произведение на оси декартовой системы координат, находим со­ставляющие силы Кориолиса по осям координат:

Если начало системы координат взять на поверхности Земли, ось х направить на восток, ось у - на север, ось z - вертикально вверх, то проекции угловой скорости вращения Земли будут равны: