Файл: Савкин Л.С. Метеорология и стрельба артиллерии.pdf

равномерно. В целях наглядного представления про­ странственного распределения давления по территории земного шара на картах строят специальные линии, со­ единяющие пункты с одинаковым давлением, — и з о б а- р ы. Изобары обрисовывают области высокого и низкого давления, которые называются б а р и ч е с к и м и си­ с т е м а м и .

Для оценки величин изменения давления в горизон­ тальном направлении служит барический градиент, пред­ ставляющий собой изменение давления на единицу рас­ стояния в направлении, перпендикулярном изобаре, в сторону низкого давления. Барический градиент обычно относят к расстоянию, соответствующему 1° дуги мери­ диана, т. е. к 111 км. Для определения барического гра­ диента следует, измерив кратчайшее расстояние между двумя изобарами, разность давлений между которыми равна 5 мб, отнести эту разность к расстоянию, выра­ женному в километрах, и увеличить в 111 раз. Если, например, расстояние между изобарами равно 150 км, то барический градиент равен

— •111 = 3,7 лб.

150

Рассмотрим такой метеорологический элемент, как влажность воздуха, характеризующую содержание в воз­ духе водяных паров. Здесь имеется в виду газообразный невидимый водяной пар, а не капельножидкая влага. Часто, наблюдая, например, движение паровоза, говорят, что из его трубы вырываются белые клубы пара; так же говорят, наблюдая за кипящей водой в чайнике. На са­ мом же деле водяной пар невидим, а видимые клубы есть не что иное, как частицы жидкой воды, образовав­ шиеся в результате сгущения невидимого водяного пара. Это легко проследить, наблюдая за кипящей водой в чайнике. Образующийся пар при выходе из носика чай­ ника не виден; белые струйки, состоящие из взвешенных в воздухе капелек воды, можно видеть лишь на некото­ ром расстоянии от отверстия носика.

Количество водяного пара, содержащегося в воздухе или ином газе без перехода в жидкую воду или лед, за­ висит от температуры (увеличивается с температурой) и может доходить до 4% по отношению к общему объему воздуха.

18

Характеристиками влажности служат а б с о л ю т н а я в л а ж н о с т ь , у п р у г о с т ь и о т н о с и т е л ь н а я в л а ж н о с т ь .

Абсолютной влажностью называется количество во­ дяного пара в граммах, содержащееся в 1 м3 воздуха.

Атмосферное давление складывается из давления воз­ духа и давления находящихся в нем водяных паров, т. е. водяной пар оказывает на земную поверхность опреде­ ленное давление, называемое п а р ц и а л ь н ы м . Парци­ альное давление — это такое давление данного газа в смеси, находящейся в конкретном объеме, которое ока­ зывал бы данный газ, занимая один весь этот объем. Парциальное давление водяного пара называется упру­ гостью водяного пара, а измеряется также в миллибарах или в миллиметрах ртутного столба. Абсолютная влаж­ ность и упругость связаны зависимостью

где q — абсолютная влажность, г/м3; в — упругость, мм рт. ст.\

t — температура, °С.

Очевидно, что упругость водяных паров зависит от их количества в воздухе: чем больше водяных паров в воздухе, тем больше их упругость. Но поскольку коли­ чество водяных паров в воздухе имеет свой предел, то п упругость водяных паров, а следовательно, и абсолют­ ная влажность имеют свой предел. Этот предел назы­

буквой Е. Упругость насыщения зависит от температуры воздуха, что можно видеть из табл. 4.

Используя явление насыщения воздуха водяными па­

максимальной упругости водяных паров можно сказать, что воздух насыщен на 100%. Во всех остальных случаях степень насыщения будет выражена в процентах от пре­ дела насыщения. Относительная влажность обозначает­ ся буквой г и рассчитывается по формуле

7 = - ^ - 1 оо % :

Е

t а"б л и д а 4

Максимальная упругость водяных паров

Относительная влажность позволяет судить о коли­ честве водяного пара в воздухе только в процентах от максимальной упругости. При одной и той же относи­ тельной влажности воздуха абсолютная влажность бу­ дет разной.

Очень большое влияние на полет артиллерийского снаряда оказывает п л о т н о с т ь в о з д у х а . Под плот­ ностью понимается или отношение р массы воздуха к объему, который он занимает, или вес единицы объема воздуха Я. В метеорологии не принято рассматривать плотность воздуха как особый метеорологический эле­ мент и соответствующих приборов, которые позволяли бы измерять плотность воздуха, нет. Ее определяют по измеренным величинам температуры, давления и влаж­ ности, используя уравнение состояния газов:

ха Яо=29,27);

Т — температура по абсолютной шкале, град.

Как видно из формулы (1.3), с увеличением давления плотность увеличивается. Действительно, с увеличением давления воздух сжимается и, следовательно, в том же кубическом метре будет помещаться больше воздуха. Наоборот, с уменьшением давления плотность воздуха будет уменьшаться.

Плотность сухого воздуха (т. е. воздуха при отно­ сительной влажности 0%) при давлении 760 мм рт. ст.

20

и температуре 0°С равна 1,293 кг/м3. Плотность водяного пара меньше плотности сухого воздуха; она равна толь­ ко 0,622 плотности сухого воздуха (в одинаковых усло­ виях). Следовательно, добавляя к сухому воздуху более легкий газ — водяной пар, можно получить только смесь, которая будет легче первоначального сухого воздуха (в том же объеме и при том же давлении). Значит, с увеличением влажности плотность воздуха уменьшается. Наоборот, с уменьшением влажности плотность воздуха увеличивается.

Расчеты показывают, что с изменением влажности плотность воздуха меняется незначительно. В силу этого при стрельбе артиллерии считают влажность постоянной величиной. Однако это не значит, что влажность не учи­ тывается при стрельбе артиллерии. Ее влияние сводят к поправке, добавляемой к температуре воздуха. Как бы­ ло отмечено выше, влажность уменьшает плотность сухого воздуха. С другой стороны, из формулы (1.3) сле­ дует, что уменьшения плотности сухого воздуха можно достичь повышением температуры. Отсюда ясно, что требуется рассчитать, на сколько градусов необходимо повысить температуру сухого воздуха, чтобы его плот­ ность совпадала с плотностью воздуха при данной влаж­

ра туру . Таким образом, виртуальная температура — это такая температура сухого воздуха, при которой его плотность при том же давлении равна плотности дан­ ного влажного воздуха. Значение виртуальной темпера­ туры заключается в том, что она позволяет при расчетах использовать в формуле (1.3) газовую постоянную для сухого воздуха; формула для плотности влажного воз­ духа приобретает вид

в29,277\, ’

где Яв, Рв — плотность и давление влажного воздуха соответственно;

Tv — виртуальная абсолютная температура.

Значения виртуальных поправок для е= 50% Я при­ ведены в табл. 5.

21

Та б лица 5

Поправки для перехода к виртуальной температуре (при относительной влажности 50»/о)

Плотность воздуха с высотой уменьшается, ибо влия­ ние понижения давления сказывается сильнее, чем влия­ ние понижения температуры.

Рассмотрим упругие свойства воздуха. Упругость ха­ рактеризуется способностью тела восстанавливать свою форму (возвращаться в первоначальное состояние) после снятия нагрузки. Именно этому свойству воздуха обязаны мы возможностью слышать друг друга. Упругость воз­ духа хотя и не относится к числу метеорологических элементов, однако для артиллерии является очень важ­ ным фактором, влияющим на силу сопротивления воз­ духа движению снаряда. Упругость воздуха удобно оце­

/ = Ь°С и давлении 760 мм рт. ст.). Как зависит скорость звука от основных метеорологических факторов? Расче­ ты показывают, что изменение давления атмосферы практически не изменяет скорости звука, и влияние дав­ ления на скорость звука можно не учитывать. Измене­ нием же температуры и влажности пренебречь нельзя (при повышении температуры на 1°С скорость звука

С высотой скорость звука а уменьшается вследствие понижения температуры воздуха, оказывающей основное влияние на скорость звука.

22

Обратимся, наконец, к рассмотрению такого метео­ рологического элемента, как ветер. Ветром называется горизонтальное (параллельно поверхности земли) дви­ жение воздуха. Ветер характеризуется двумя величина­ ми: с к о р о с т ь ю и н а п р а в л е н и е м . Скорость вет­ ра есть путь, проходимый движущимся воздухом в еди­ ницу времени (м/сек, км/ч). Направление ветра харак­

юга. Измеряют направление ветра углом между направ­ лением на север и направлением на ту точку горизонта, о т к у д а дует ветер. Отсчитывают угол с севера по ходу часовой стрелки. Углы выражаются в градусах или де­ лениях угломера. Направлением на север могут служить

карты. В зависимости от этого будут измеряться и с т и н ­ ный азимут, м а г н и т н ы й азимут, или д и р е к ц и о н - и ы й у г о л ветра.

Направление и скорость_ветра могут быть измерены и вектором. Вектор ветра W задается углом на ту точку

ра a w, а также магнитный азимут вектора ветра Ат^ относительно наблюдателя, находящегося в точке О.

Причин возникновения ветра несколько. Прежде все­ го ветер обусловливается неравномерностью состояния атмосферы в горизонтальной плоскости. Это состояние в свою очередь во многом зависит от неравномерности распределения температур. Скорость перемещения ветра из области повышенного давления в область понижен­ ного давления тем больше, чем больше величина бари­ ческого градиента. Но, передвигаясь вдоль земной по­ верхности, воздушныйпоток одновременно участвует во вращательном движении Земли вокруг своей оси и вследствие этого подвергается воздействию возникающей

первоначального положения в Северном полушарии впра­ во, а в Южном полушарии влево. Помимо этого, на воз­ душный поток действуют ц е н т р о б е ж н а я с и л а н с и л а т р е н и я.

23