Фрэнк Форрестер - Тысяча и один вопрос о погоде

183. С какой скоростью распространяется звук в воздухе?Звук распространяется у поверхности земли со скоростью 332 м/сек., причем эта величина остается постоянной, в каком бы направлении от своего источника ни распространялся звук. Эта скорость зависит как от температуры и влажности воздуха, так и от высоты местности. Все эти факторы связаны с изменениями плотности воздуха. Итак, говоря другими словами, скорость звука меняется в зависимости от плотности воздуха.

184. Как температура и влажность влияют на скорость звука?В теплом воздухе у поверхности земли молекулы, прилегая друг к другу менее плотно, движутся более интенсивно и передают звук несколько быстрее, чем в холодном воздухе. Скорость звука постепенно возрастает, увеличиваясь на 60 см/сек. на каждый градус повышения температуры. При 0 °C скорость звука у поверхности составляет 330,2 м/сек. С увеличением влажности скорость звука также проявляет тенденцию к увеличению. Влажный воздух менее плотен, следовательно, звук проходит через него быстрее. Однако влажность — не слишком важный фактор.

185. Можно ли услышать звук в верхней атмосфере?На очень больших высотах воздух разрежается настолько, что воздушных частиц становится недостаточно для переноса звука. Установлено, что слышимый звук не передается уже на высоте 130 км и более над землей.

186. Каково предельное расстояние, на котором звук может быть услышан?Совокупность множества факторов, которые обычно присутствуют в атмосфере, редкопозволяет звуковым волнам распространяться в полную силу. Ветер, например, является в этом смысле важным фактором. В зависимости от того, как дует ветер — сильно и устойчиво или порывами, — форма звуковой волны часто искажается; предел слышимости может сократиться до очень коротких расстояний от источника звука. Вертикальные и неупорядоченные (турбулентные) движения воздуха способны исказить или даже «разбить» звуковую волну. Эти вертикальные и горизонтальные движения воздуха нарушают единство энергии и направления звуковой волны, и тогда она становится беспорядочной и в конце концов затухает. Часть энергии звука теряется также в результате отражения, когда звуковая волна проходит через массы воздуха различной плотности.

187. При каких условиях звук распространяется дальше и может быть лучше услышан?В таких условиях погоды, при которых атмосфера находится в состоянии относительного покоя, не нарушаемом вертикальными воздушными течениями или сильными порывистыми ветрами. Эти условия обычно характерны для раннего утра, следующего за теплой и ясной ночью (поздней осенью и зимой), особенно на уровне земли. Слой воздуха, покоящийся на земле, в это время обычно холоднее, чем слой воздуха, располагающийся непосредственно над ним. Эти устойчивые условия, называемые инверсией, препятствуют разрушению (искажению) звуковых волн под действием вертикальных движений воздуха. Звук при таких обстоятельствах распространяется во всех направлениях в виде узкого горизонтально ориентированного диска на удивительно большие расстояния. Во влажные и туманные дни, при однородных, устойчивых атмосферных условиях звук также распространяется дальше обычного.

188. Отчего возникает эхо?Подобно волнам света, ударяющимся в зеркало и возвращающимся обратно так, что можно видеть какое-то изображение, звуковые волны также могут отражаться. Эти отражения звука известны под названием «эхо». Мы воспринимаем эхо как повторение звука, возвращающегося к нам от различных поверхностей, например от плоскостей скал, высоких речных берегов, стен и опушек леса. Одиночное эхо возникает в результате отражения звука от одиноко стоящей стены. Многократное эхо образуется в ущелье с параллельными стенами, когда звук мечется от одной стенки к другой. Частично перекрывающееся эхо вызывается разностью в расстояниях между отражающими поверхностями, которые не всегда удалены друг от друга одинаково, как, например, стенки ущелья.

189. Какое минимальное расстояние необходимо для возникновения эха?Человеческое ухо не может воспринимать отдельные звуки, если интервал между ними сокращается до 0,1 секунды. Так как за это время звук проходит около 33 м, то для того, чтобы можно было услышать эхо, вертикальная плоскость должна быть удалена от источника звука более чем на 16 м. В обычной комнате звук отскакивает от стены слишком быстро, чтобы он мог быть услышан как эхо. Он просто усиливает исходный звук.

190. Что такое эффект Допплера?Эффект Допплера основан на приближении или удалении источника звука. Вам, конечно, приходилось слышать пронзительный свист, издаваемый быстро приближающимся поездом. Когда поезд быстро приближается, в воздух поступает большее количество звуковых волн в секунду и, следовательно, частота колебаний оказывается более высокой. Когда же источник звука удаляется, уха достигает сравнительно меньшее число звуковых волн в секунду и частота звука становится более низкой. Принцип Допплера имеет огромное значение для астрономии, так как он позволяет определять расстояния до небесных тел, хотя при этом анализируется распространение света, а не звуковые волны.

191. В чем заключается основное назначение метеорологических шаров-пилотов?Использование шаров-пилотов — это удобный и эффективный способ получения информации о верхних слоях атмосферы. Шары, наполненные водородом или гелием — газами, более легкими, чем воздух, помогают разрешать множество важных проблем. Их подъем и траектория движения могут быть прослежены невооруженным глазом; с помощью телевизионных установок, радиолокаторов и радиосигналов можно получить данные о высоте облаков, направлении и скорости ветра на высотах. И, что самое важное, эти шары, проходящие через интересующую нас область атмосферы, могут нести на борту чувствительные приборы для измерения состояния метеорологических элементов, а также радиопередающие устройства для передачи на землю результатов этих измерений.

192. Что такое радиозонд?Радиозонд предназначен для зондирования верхних слоев атмосферы с помощью приборов, поднимаемых воздушным шаром и передающих данные наблюдения с помощью радиосигналов. Целью зондирования атмосферы является получение возможно более точных данных о температуре, давлении и влажности воздуха на возможно больших высотах.

193.Как работает радиозонд? Радиозонд представляет собой легкую коробку, в которой помещаются небольшие датчики, реагирующие на изменения атмосферного давления, температуры и влажности. В коробке также находится радиопередатчик, который посылает радиосигналы к приемной станции на земле. Прибор поднимает вверх большой шар, наполненный водородом или гелием. При подъеме датчики прибора реагируют на изменения давления, температуры и влажности. Эти изменения передаются с помощью радиоимпульсов на наземную приемную станцию, где они автоматически записываются. Когда шар лопается в результате расширения газа, наполняющего оболочку, прибор доставляется к земле на парашюте. Иногда прибор снова пускают в дело, хотя практически ремонт его обходится дороже, чем стоит сам прибор.