Вы проснулись, потянулись и посмотрели в окно. Какая мол погода? А, что такое погода? В общем виде состояние атмосферы. А атмосфера это? Правильно, это с французского atmosphere и греческого atmos («пар, дым, туман + sphaira «шар») - газовая оболочка окружающая землю. Оболочка от которой и зависит наша жизнь! Стало быть хотим мы или нет но появилась наука МЕТЕОРОЛОГИЯ. С логией вроде бы понятно, с греческого logos «слово». А, meteoros «парящий в воздухе». Наука, короче о всей атмосфере с её прибамбасами. Ну посмотрели в окно и? Да, что-то увидели и, что с того? Хорошо это или плохо? Одному может и хорошо, а кому-то плохо?! Или вааще по барабану! Вот метеорология и изучает все аспекты влияние погоды на нашу жизнь. Как напрямую с точки зрения медицины, так и косвенно: продовольственная проблема, стихийные бедствия и экономика...
А, что ещё мы можем определить, кроме гляделок? Вот на рисунке часть приборов и устройств, позволяющих узнать о погоде более чем в окно и? И даже прогнозировать, может и не так точно как хотелось бы?! На рис.1 домашний прибор БМ-2 изготовленный в Риге. Кто не в курсе это столица Латвии ещё в СССР. Это прибор не простой, а состоящий из трёх частей, приборов.
1) Термометр.
2) Барометр-анероид.
3) Гигрометр.
Итак, на очереди термометр.
ТЕРМОМЕТР
Термометр с греческого (therme «жар, тепло»+metreo «измеряю») — прибор для измерения температуры. В свою очередь ТЕМПЕРАТУРА от латинского temperatura «правильное соотношение, нормальное состояние». Для нас это величина, характеризующая физические тела в состояние теплового равновесия.
Температура характеризует энергию хаотичеcки движущихся молекул, атомов системы. Измерить непосредственно эту суммарную энергию весьма проблематично и поэтому применяют косвенный метод! Измеряют изменение каких либо параметров тела, прямо связанных с изменением температуры, например, изменение объёма жидкостей или твёрдых тел, в частности металлов. Не сомневаюсь, что вам с детства знаком некий прибор, градусник. Это термометр для измерения температуры тела, который вставляют в разные места! В качестве рабочего тела используют жидкую ртуть. Такой термометр хорош только для относительно низких температур, потому как ртуть твердеет уже при -39°C! А посему на улице у вас традиционно мёрзнет спиртовой термометр, потому как спирт замерзает при -114°C рис.3! А, что собственно такое градус? Шведский физик Андерс Цельсий придумал так называемую температурную шкалу. Он взял за реперные (постоянные) точки температуру замерзания воды и точку кипения. А далее разбил её на сто частей. И как вы ещё со школы знаете температуре замерзания воды присвоил нулевое значение, а кипения сто и одну сотою часть шкалы, назвал градусом! Затем появился ещё один умник, немецкий физик Даниель Габриель Фаренгейт, который тоже придумал свою шкалу! За начало он взял самую низкую температуру у него на родине -18 °C, а конечную, температуру тела человека и всю шкалу также разбил на сто частей. Температура кипения воды по Фаренгейту равна 212 °F. Шкала получилась дурацкой, но тем не менее до сих пор применяется в некоторых странах! У меня дома привезён из Италии термометр-сувенир с двумя шкалами: по Фаренгейту (°F) и по Цельсию (°C). Тот, кто в детстве зачитывался книгами о путешествиях, приключениях, морских пиратах возможно сталкивался с этими фаренгейтами! Термометр же нашего БМ-2 регистрирует от 0°С до +40°С. Для комнатных температур стало быть. И хотя в больницах совали нам во все дырки именно ртутные термометры (градусники), в БМ-2 же он спиртовой. Его (подкрашенный спирт) лучше видно! Да и при транспортировке нет проблем.
БАРОМЕТР-АНЕРОИД
Но прежде чем продолжить тему, рассмотрим (вкратце конечно) строение атмосферы.По своему строению атмосфера напоминает слоёный пирог состоящий из частей отличающихся друг от друга как плотностью, температурой и химическим строением. По большому счёту атмосфера простирается (по высоте) до 30-40 тысяч километров. Чёткой границы конечно же нет, но уже свыше обозначенных высот изменений в параметрах атмосферы не происходит. Так ещё атмосфера плавно переходит в межпланетное пространство. И хотя вся атмосфера влияет на нашу жизнь, но нас интересует более всего то, что нам ближе. А, ближе к нам это ТРОПОСФЕРА. Она простирается в умеренных широтах до 11 км. На экваториальных широтах до 18 км. На полюсах снижается до 6 км. Кстати то, что нам ближе называется ВОЗДУХОМ. Так вот, в тропосфере находится 75% воздуха. Температура на верхней границе тропосферы: На экваторе -83°С, а на полюсе - 53°С. Температура с высотой в среднем уменьшается на 0,65°С на каждые 100 м. Так, что уже в километре от земли температура (относительно земной) уменьшится на 6,5°С. И нет ничего удивительного, что для летящего на высоте 10 км. самолёта температура за бортом -(30-40)°С даже жарким летом! Про МКС я уже молчу!
Выше тропосферы и до 40-50 км. простирается СТРАТОСФЕРА. Ещё выше до 80 км. МЕЗОСФЕРА. Далее, до 500 км. ТЕРМОСФЕРА. И далее до 30-40 тыс. км. ЭКЗОСФЕРА. Но нас по-прежнему интересует только тропосфера.
Так из чего же состоит тропосфера? Лучше Вам об этом не знать! Точнее: Азот - 78,09%; Кислород - 20,95%; Аргон - 0,93%; Углекислый газ - 0,03%. Ещё меньше (ноль целых и ноль десятых)% это Гелий, Водород, Озон! Добавьте ко всему пар, грязь, дым и корновирусы... Что же мы можем контролировать и измерять нашим БМ-2? Совершенно верно - ДАВЛЕНИЕ. Давление столба воздуха на нас с Вами! Конечно и на всё окружающее. А, столб это скока? Да, высотой в 30-40 тысяч км. Конечно чем выше над землёй тем меньше влияние на общее давление.
Измерение давления воздуха производится БАРОМЕТРОМ. Как Вы догадались, что МЕТР измеряю. А, БАР? У слова существует несколько значений и одно из них БАР от греческого baros «тяжесть», единица давления. В свою очередь давление в нашем случае есть вес столба атмосферы в данной точке на единицу площади. На практике давление измеряется в гектопаскалях и миллиметрах ртутного столба. А, почему не телеграфного вааще? Ещё со школы мы помним опыт имени Эванжелиста Торричелли. Итальянского математика и физика. Стеклянную трубку длиной с метр запаянную (заплавленную) с одного конца заливают ртуть. Затем трубку, закрывая отверстие трубки пальцем и опускают в ёмкость с ртутью. Отверстие открывают и? И ртуть из трубки выливается в ёмкость, но? Но не вся. Разряжение в верхней части трубки удерживает остаток ртути. Наступает равновесие между весом столба ртути и весом столба воздуха, давящего на поверхность ртути в ёмкости. Столба в данном месте (высоте на уровнем мирового Океана) иногда говорят моря. При определённых условиях называемых нормальными (+15°С.), высота ртутного столба равна 760 мм. При изменение условий отличных от нормальных (погодных) высота столба меняется в ту или другую сторону! Традиционно считается, что уменьшение высоты к плохой погоде и наоборот к хорошей. Это иногда даже пишут на шкалах барометров. Но об этом чуть позже... Такое давление (760°С.) называют нормальным или как раньше называли стандартным.
Барометры на основе трубки Торричелли называют РТУТНЫМИ. На рис.2 как вариант. На врезке тот самый опыт с трубкой... Оно конечно с барометр трубкой прост, дёшево и сердито! Вот только в случае чего и ртуть разлилась, да и на сильном морозе проблемы... Вот поэтому чаще всего применяют БАРОМЕТРЫ-АНЕРОИДЫ построенные по другому принципу. На рис.5 анероид «старинного» вида. А на рис.5а один из вариантов такого барометра. Круглая коробочка состоящая из двух металлических и эластичных половинок. Внутри почти вакуум, выкачан воздух и стало быть атмосферное давление изо всех сил пытается обе половинки сжать до минимума. А пружина наоборот растягивает половинки. При определённом давлении наступает равновесие. Изменение атмосферного давления нарушает равновесие. Оно в свою очередь посредством рычагов и цепной передачи вращением приводит стрелку на другую позицию. В нашем БМ-2 принцип такой же разве, что цепной передачи нет. Главное идея?! В данном варианте барометр измеряет давление от 700 до 800 мм. ртутного столба. Это у моего так. На картинке ещё одна шкала сверху «ртутной». От 920 до1080 ГЕКТОПАСКАЛЕЙ. ГЕКТО это всего лишь 100. Единица измерения давления Паскаль названа именем французского физика и математика Блеза Паскаля. Чтобы сравнивать столбы с Паскалями вот это соотношение: 1мм. рт ст. = 133,3 Па.
Да выражать давление Паскалями вроде бы по науке более правильно... А вот мы смертные очень упёртые и по-прежнему радио и TV нам вещает: «730 миллиметров ртутного столба! На улице дождь!Туды его в качель!» В первоначальном варианте БМ-2 имел шкалу в мм. рт ст. Потом пошли на поводу учёных «дядькав; и поменяли шкалу на гектопаскали... Люди конечно обозлились и в результате БМ-2 получил две шкалы как на рис.1! Одна для людей, другая для «дядькав;!
ГИГРОМЕТР ВОЛОСНОЙ
Гигрометр волосной третий прибор в БМ-2. Принцип его работы не простой, а очень простой. И вообще для чего он? Для измерения влажности воздуха, хотя?.. Если влажность на улице имеет значение для погоды, то БМ-2 домашний... Но вдруг кому-то очень нужно знать про влажность, и? И пришлось втиснуть в БМ-2 такой гигрометр. Так, что же он измеряет? Существует два вида влажности (для нас с Вами) это абсолютная и относительная. Относительная чего? Относительно влажности насыщенного парами воздуха. И стало быть выражается либо дробью или, что понятнее в процентах как в БМ-2. Осталось понять принцип? Принцип в свойстве человеческого волоса изменять длину от величины влажности воздуха. Иногда говорят от таком же свойстве капроновых нитей? На рис.4 схема такого, нашего гигрометра. Волос (нить из нескольких более тонких нитей) 3-3 закреплена в точках 5-5. В левой части рисунка основная составляющая гигрометра. Нить 3-3 с помощью небольшой скобочки связана с рычагом 2. Тот в свою очередь связан со стрелкой прибора посредством другого рычага [а]. Вся система держится на витых пружинах 6. Схематически это показано на рис4b. Натянутая нить посредством рычагов удерживает стрелку напротив величины влажности воздуха в процентах. При насыщенном парами воздухе нить растянута максимально и наоборот сжата максимально при нулевой влажности. Шкала прибора от нуля до 100% Небольшая корректировка производится переводом скобочки в разные отверстия рычага 2.
Существует ещё один вид гигрометров психрометрических рис.6 Устройство такого гигрометра ещё проще чем волосного. Имеем два одинаковых термометра. Один из них слева «СУХОЙ», другой «МОКРЫЙ». Почему мокрый? Потому как обернут в тряпочку-фитиль. Фитиль опущен в сосуд с водой и всё время мокрый от воды по капиллярным каналам. Если влажность воздуха меньше 100% происходит испарение и чем меньше влажность тем интенсивнее. При испарении происходит охлаждение фитиля и термометра в частности. Стало быть МОКРЫЙ термометр будет показывать температуру ниже чем СУХОЙ. И, что с этого? А, с этого появилась так называемая психрометрическая таблица. Она справа от термометров. В таблице по левому краю показание СУХОГО термометра в верху разница в показаниях сухого и мокрого термометров. Пересечение внизу даёт процент влажности. Ниже квадратик расчётных данных с указанием при каких соотношений термометров возможны заморозки?! На улице конечно. Неудобство в том, что всё время нужно проверять наличие воды и поиск в таблице результат! Такого гигрометра у меня не было, зато есть таблица бывшего гигрометра аж 1943 года! Из неё одна строчка. При 4-х° С и разнице 2° ЗАМОРОЗОК будет! Во как?! Это про дачников где-то в чём-то?!
А, что там на рис.7 и рис.8? Это самое простое для понимания устройство. Устройство для определения количество осадков. Варианты вида устройства разные... На верху столба (на расстояние от поверхности земли не менее 2 метров) ведёрко для сбора осадков. Потом в мензурку и суммирование. Снег предварительно растаивают и только потом. Одуванчик вокруг ведёрка для защиты от внешних воздействий (ветра?). Как Вы уже догадались что мы не можем измерять направление и силу ветра... Ну это можно и на глазок. Не думаю, что Вы откажетесь от похода в магазин если ветер подует не в ту сторону?!
Количество осадков, точнее насколько сильный дождь прошёл или идёт я определяю по крыше! Конечно по ментовской! Не поняли? Ну, сами правоохранители здесь не причём. Они даже и не подозревают ни о том, что их крыша инструмент хотя и не очень точный! Недалеко от меня (в бинокль как будто рядом) находится отделение полиции. А у них крыша своеобразная в виде коробки из под пиццы. Поэтому после дождя вся вода остаётся на крыше, а водосток как правило постоянно забит. Поэтому если поутру я вижу всю крышу в воде, значит дождь прошёл сильный. Да и во время ухудшения погоды по каплям дождя на лужах видно, что на улице делается?.. Так же определяю количество (высоту) снега выпавшего скажем ночью! Направление ветра и его силу определяю по веткам деревьев и дыму близстоящей котельной!
Для более дотошных вот здесь: https://disk.yandex.ru/d/tuvdc3kpnitPPQ шкала Бофорта для определения силы (скорости) ветра и его воздействия на нас. Фрэнсис Бофорт,британский военный деятель. Британский адмирал, военный гидрограф и картограф. Разработал в 1805 году двенадцатибальную шкалу оценки скорости ветра по его действию на наземные предметы и по волнению моря. Родился: 27 мая 1774 г., Ан-Уавь. Ирландия Умер: 17 декабря 1857 г. (83 года) Хоув, Восточный Суссекс, Великобритания. Точность дат на совести источников?!
По адресу выйдите на файл Шкала Бофорта.rar Это архив в нём папка с файлом WEB-страницей. Плюс в папке картинка детская с той же шкалой Бофорта. Выбирайте, что лучше для Вас?!
И последнее. Более подробно о всяких проказах атмосферы в литературе.
1) О.Г. Богаткин, Г.Г. Тараканов. Основы метеорологии. Издание РГГМУ, Российский Государственный гидрометеорологический университет. 2006 г.
2) Т.В. Варбанец. Метеорология Учебное пособие для студентов ВУЗ специальность «Судовождение». Одесса 2008 г.