1. 首頁 > 生活百科 > >

空氣運動的起動力是什么

知識百科動力空氣

為什么會有風?空氣在什么力量的推動下才發生運動?這是一個非常復雜的問題，通常有四種力是必考慮的 。這就是：氣壓梯度力、地轉偏向力、摩擦力和慣性離心力 。它們對空氣運動，即對風的方向和速度都有作用，風是它們綜合作用的結果 。
為什么會有風?
氣壓梯度力是由于氣壓分布不均勻，空氣就從氣壓高的地方向氣壓低的地方流動，“水往低處流”，空氣也是這樣 。因為高、低壓差，使得它們之間形成一種力，氣壓差越大，這種力也就越大 。就像物體從樓梯上滾下來，樓梯越高越陡，物體就滾得越快 。所以，這種力稱為氣壓梯度力 。顯然，氣壓梯度力的大小與氣壓梯度成正比，與空氣密度成反比，力的方向是從高壓指向低壓，在大氣溫度為0°，大氣壓力為1013.25百帕的標準溫壓條件下，空氣密度是1.293千克/米 。這時候，如果出現1百帕/赤道度的氣壓梯度，就能產生7×10-4牛頓/千克的氣壓梯度力 。不要小看這個力，只要經過一定時間，就能產生很大的速度 。例如，3小時后，就能使風速從零增大到7.6米/秒 。持續10小時，就會使風速增大到25米/秒 。這就說明，氣壓梯度力是形成風的原動力 。不過在事實上，在空氣開始運動后，會有其他動力來與氣壓梯度力相平衡，以達到空氣的常速運動 。所以，盡管比較小的氣壓梯度，也可以引起很大的風速，而各種力的相互平衡作用，能使風速不可能無限地增大 。
在我們這個地球上，地球自轉速度很快，有464米/秒，自轉一圈有40074.25公里，以華里計算為80148.50里，真是名符其實的“日行八萬里” 。在這樣高速自轉的影響下，不可避免地要影響地球上物體的運動 。在北半球，運動著的物體，常因地球自轉作用，產生了使物體在其前進方向往右偏轉的力，這個力因地球自轉引起，所以稱為地轉偏向力 。在南半球，地轉偏向力的作用，則使運動著的物體在前進方向往左偏轉 。
地轉偏向力屬于一種慣性力，是由地球自轉而產生，所以，只有當物體運動時才能表現出來，而且它的方向永遠垂直于物體運動中的瞬時速度的方向 。地轉偏向力只改變物體運動的方向，而不改變物體運動速度的大小 。
產生地轉偏向力需要三個條件：一是地球自轉;二是物體運動;三是物體運動方向和地球自轉有交角 。三個條件缺一不可，只有前兩個條件，而無第三個條件，即運動方向與地軸平行時，例如在赤道上的南風和北風，都不會發生偏轉，兩極地區的垂直運動，也不會發生偏轉 。這些條件和特點，對 于我們認識地轉偏向力的作用很有好處 。
地球自轉的另一個結果，是物體產生離心力，從物理學可知，離心力永遠是在緯圈平面上，方向是沿著緯圈的曲率半徑從地軸向外，而力的大小與運動物體的線速度的平方成正比，與曲率半徑成反比 。離心力與地轉偏向力一樣，都屬于慣性力，只能改變運動的方向，不能改變運動的速度，所以也稱為慣性離心力 。慣性離心力通常比地轉偏向力小，但是，右低緯度地區，或空氣運動速度很大，而曲率關系很小時，也可能達到較大的數值，并可能超過地轉偏向力 。
空氣的亂流運動可能在上、下層之間有差異，方向可以不同，速度也可以不一樣，這時就可能產生摩擦，稱為內摩擦力，亂流作用越強，內摩擦力也就越大 。近地層空氣運動和地表面之間也會產生摩擦力，稱外摩擦力，它是地表面對空氣運動的阻力，方向與空氣運動方向相反，并偏向一邊約35°，大小與空氣運動速度及摩擦系數成正比 。
內摩擦力與外摩擦力總稱摩擦力，它使空氣運動速度減小，方向往一邊偏離，摩擦力越大，偏離也越大，在海洋上偏離角度要小些，約10°左右 。在陸地上偏離角度可達35°左右 。摩擦力的大小與高度有關系，在近地層 30～50米處摩擦力最大，到1000～2000米已不顯著 。所以在這個高度以下，稱為摩擦層，以上則稱為自由大氣 。

相關經驗推薦