Файл: Колодочка А.С. Метеорологические условия стрельбы артиллерии учебное пособие.pdf

При учете влажности ее влияние на плотность заменяют равно­ ценным изменением температуры. Для этого выразим формулу

(3.18) в виде

получим следующее выражение для плотности влажного воздуха:

ратурой. По своему физическому смыслу абсолютная виртуальная температура — это такая температура, которую имел бы сухой воз­ дух с той же плотностью П и тем же давлением h, что и влажный воздух с температурой Т. Иначе говоря, виртуальной температурой называется такая рассчитанная температура сухого воздуха, при которой его плотность равна плотности данного влажного воздуха при том же давлении.

Для удобства практического определения виртуальной темпе­

Вычитая из левой и правой части этого равенства по 273°, по­ лучим

/, = / +0,378-*- Т,

80

о которой шла речь, применяется при определении плотности воз­ духа, поэтому она носит название плотностной виртуальной темпе­ ратуры.

В качестве примера другой виртуальной температуры можно назвать акустическую виртуальную температуру, применяемую иногда при расчетах скорости распространения звука.

С увеличением высоты величина плотности воздуха меняется. В общем случае зависимость плотности воздуха от высоты может быть выражена формулой (3.21) при подстановке в нее величины атмосферного давления в соответствии с барометрической форму­ лой (3.6)

где hQ— наземное давление в мб.

* В а р т и л л е р и и п р и р а с ч е т е в и р т у а л ь н о й т е м п е р а т у р ы ( п о п р а в о к ) д л я р а з -

Д а в л е н и е h п о л а г а ю т в с е г д а р а в н ы м 10 0 0 мб, а у п р у г о с т ь в о д я н ы х п а р о в е б е р у т р а в н о й 0 , 5 -Et мб, п р и ч е м , Et с ч и т а ю т з а в и с я щ и м т о л ь к о о т т е м п е р а т у р ы

Из этого выражения видно, что плотность на высоте у м зави­ сит только от характера распределения виртуальной температуры по высоте и от значения давления у поверхности земли. Поэтому для артиллерии основным метеорологическим элементом является температура т.

Плотность воздуха на какой-либо высоте может быть также оп­ ределена по известным на этой высоте значениям атмосферного давления и абсолютной виртуальной температуры

Функция Н (у) используется во внешней баллистике при расче­ тах траекторий.

Плотность воздуха с увеличением высоты, как правило, умень­ шается, т. е. воздух становится более разреженным. Это уменьше­ ние не является постоянным, оно зависит от изменения давления и температуры. Однако решающее значение имеет изменение дав­ ления с высотой. Так как температура с высотой изменяется срав-. нительно мало и медленно, а давление падает очень резко, то1плот­ ность воздуха по мере увеличения высоты уменьшается почти па­ раллельно уменьшению давления.

82

В таблице 5 приведены данные о распределении плотности воз­ духа по высоте, рассчитанные на основании многолетних зондиро­ ваний атмосферы над средней Европой.

Из таблицы видно, что зимой до 8 км плотность больше, чем на соответствующих высотах летом, что объясняется более низкими температурами в этот сезон года. Для высот больших 8 км плот­ ность зимой меньше, чем летом, что объясняется более низкими давлениями на этих высотах в холодную половину года.

Наблюдаются как периодические, так и непериодические изме­ нения плотности воздуха во времени.

Так как суточные периодические колебания наземного давления незначительны, то суточный ход наземной плотности будет зави­ сеть в основном от хода температуры. Наибольшая плотность бу­ дет иметь место при наименьшем значении температуры и, наобо­ рот, наименьшая плотность будет при максимальном значении тем­ пературы. Таким образом, ход плотности соответствует почти об­ ратному ходу температуры: наибольшая плотность у поверхности земли наблюдается обычно перед восходом солнца, наименьшая через 1—2 часа после полудня.

Непериодические изменения плотности воздуха определяются в основном прохождением: через данный район различных бариче­ ских систем и атмосферных фронтов. Эти изменения могут дости­ гать значительных величин и в течение короткого промежутка вре­ мени.

Отклонения наземной плотности воздуха от ее нормального зна­ чения, как показывают наблюдения, могут достигать до 15% и да­

же больше.

§ 16. СКОРОСТЬ ЗВУКА В АТМОСФЕРЕ

Скорость распространения звука в атмосфере является очень важной характеристикой, в значительной степени определяющей силу сопротивления, воздуха полету снаряда, мины или ракеты.

Кроме того, изучение скорости звука имеет очень большое значение для артиллерийской звуковой разведки, точность работы которой зависит от правильности определения скорости звука в приземных слоях атмосферы.

Распространение звука в атмосфере можно рассматривать как частный случай распространения упругих продольных колебаний в среде, в которой отсутствует упругость формы и в начальном недеформированном состоянии упругие силы сводятся к равномерно­ му гидростатическому давлению, например атмосферному. Величи­ на скорости звука, зависящая от состояния атмосферы, достаточно полно выражает со,бою упругие свойства воздуха (его сжимае­ мость). Поэтому в артиллерии скоростью звука очень часто харак­ теризуют «упругость атмосферы».

Физически распространение звука можно представить как ре­ зультат передачи возмущения от одних молекул газа, которым это возмущение было сообщено, к другим. Очевидно, что скорость рас­ пространения любого возмущения в газе тем больше, чем больше это возмущение. При слабых возмущениях скорость распростране­ ния волны в газе будет близка к средней скорости теплового дви­ жения молекул. В самом деле, слабое возмущение существенно не может изменить ни скорости, ни направления движения молекул. Однако при наличии беспорядочного движения молекул даже са­ мое малое возмущение, которое не может заметно изменить дейст­ вительных скоростей движения молекул, должно передаваться от частицы к частице со скоростью, равной средней скорости хаотиче­ ского движения молекул. Всякое возмущение, которое вызывает заметное увеличение скорости движения молекул, должно распро­ страняться с большей скоростью, чем средняя скорость теплового движения молекул.

Так как звук представляет собой распространение малых возму­ щений, то скорость распространения звука равна средней скорости теплового движения молекул.

Средняя скорость теплового движения молекул, как следует из молекулярной теории, пропорциональна корню квадратному из

абсолютной температуры газа, т. е. ) Т. Этой же величине должна быть пропорциональна и скорость распространения звука. Строгая теория этого вопроса приводит к следующей формуле для скорости звука в атмосфере:

84