Как действует термометр?
Интересно проследить за изменением погоды днем и
ночью, летом и зимой. Можно наблюдать приближение грозы, примечать
изменение формы облаков. Но многое можно и измерить: количество осадков,
попадающих на определенную площадь, скорость ветра при грозе, величину
атмосферного давления до и после грозы. Для этого метеорологи пользуются
специальными приборами.
Почти все вещества при нагревании расширяются и
сокращаются при охлаждении. Особенно заметно это на изменении объема
жидкого металла ртути. Пустотелый стеклянный шарик, к которому припаяна
прозрачная трубочка, заполняется ртутью. (Осторожно! Ртуть очень
ядовита!) Это основной элемент градусника, который хорошо вам знаком —
во время болезни им измеряют температуру. При нагревании ртуть в шарике
расширяется и поднимается по трубочке, к которой прикреплена
градуированная шкала. При охлаждении уровень ртути в трубочке
опускается.
В Европе принято измерять температуру в градусах «по
Цельсию». Эта система основана на физических свойствах воды: при нуле
градусов она переходит в твердое состояние — замерзает, при 100° — в
газообразное.
Иногда достаточно замерять температуру дважды в
сутки, отмечая самую высокую и самую низкую. Этот максимум — минимум
можно определить с помощью специального термометра с трубочкой в форме
буквы «U». При расширении или сжатии ртуть передвигает маленькие
металлические пробочки, которые отмечают самый высокий подъем ртути и
нижнюю точку, до которой она опустилась при охлаждении. Затем эти
пробочки с помощью магнита вновь возвращают к концам ртутного столбика.
Как измеряют количество дождя?
При граде и снежной крупе, но в первую очередь при
снегопаде, количество выпавших осадков можно замерить прямо на
поверхности, используя для этого обыкновенную линейку и обозначив
результат в сантиметрах. Но дождевая вода быстро впитывается почвой или
стекает, поэтому для замера ее количества используют специальный
градуированный сосуд, в который через воронку поступает дождевая вода.
Подъем воды в сосуде на 1 мм означает в пересчете 1 литр осадков на
квадратный метр. Этим несложным прибором измеряется количество дождевых осадков, выпавших в течение дня на определенной площади.
Этот уровень можно определить и самостоятельно.
Выставим сосуд с широким горлышком (банку) и соберем туда дождевую воду,
затем перельем ее в мензурку и заметим, сколько там воды. Так как
отверстие сосуда наверняка куда меньше квадратного метра, узнаем его
площадь. Если она равна, скажем, четверти квадратного метра, то
измеренное количество собранной влаги следует умножить в четыре раза.
Специальная посуда, употребляемая метеорологами, размечена так, чтобы
получить наиболее точные данные.
Что такое гидрометр?
Для определения влажности воздуха используют
гидрометр. Этот прибор бывает разных типов, Крайне прост и широко
применяется волосковый гидрометр. Длинная нить одним концом закрепляется
на валике, другой конец натягивается и прикрепляется к корпусу прибора.
Нить имеет свойство растягиваться, когда возрастает влажность, и
сокращаться, когда воздух сух. При этом валик с укрепленной на нем
стрелкой приходит в движение, и по шкале можно определить, какова
влажность воздуха.
Еще один простой гидрометр состоит из двух
термометров. Шарик с ртутью одного из них обернут влажной марлей. Если
влажность воздуха достигает 100 %, показания обоих термометров равны,
если же она ниже, то вода из марли начинает испаряться и охлаждает
ртуть. Сравнивая показания термометров, можно определить влажность
воздуха, Ее выражают в процентах. Это называется относительной
влажностью. Скажем, если относительная влажность 40 % — это значит, что в
воздухе содержится 40 % водяных паров, которые могут быть удержаны им
при данной температуре, Не меньше 40 % влажности должно быть в жилых
помещениях. При влажности, близкой к 100 %, молекулы воды начинают
слипаться и могут уже образовывать капельки. Влажность воздуха измеряется с помощью двух термометров. Чем больше разница температур, тем меньше влажность.
Как измеряется атмосферное давление?
Более 350 лет назад итальянский естествоиспытатель
Торичелли доказал с помощью изобретенного им ртутного барометра не
только наличие в природе пустоты, но и то, что воздух имеет давление. В
запаянную на одном конце стеклянную трубку он налил ртуть и, перевернув
ее открытым концом вниз, опустил в сосуд с ртутью. Столбик ртути под
силой тяжести частично опустился в трубке, но не до конца, сохранив
высоту 760 мм. Эта высота и была принята за эталон нормального
атмосферного давления. Действующие подобным образом ртутные барометры
используются и по сей день.
Однако сегодня чаще применяется металлический
(анероидный) барометр. Это тонкостенная металлическая коробочка, откуда
выкачан воздух. При увеличении атмосферного давления дно коробочки
вдавливается, при уменьшении выгибается. Изменение положения донышка с
помощью рычажного механизма передается стрелке, колеблющейся над
циферблатом. Если показания барометра не меняются, значит, и погода
останется без изменений, Когда же давление начинает медленно падать,
стрелка отклоняется, можно ожидать ветреную и дождливую погоду, если это
происходит быстро, значит, надвигается шторм или гроза. Если давление
быстро возрастает, следует ожидать кратковременного улучшения погоды, а
если медленно, то вскоре наступит устойчивая хорошая погода.
Сегодня во многих странах единицей атмосферного
давления принято считать гектопаскапь. Один гектопаскаль (сто паскалей)
соответствует одному миллибару — прежней единице измерения давления
атмосферы. Поэтому цифры на шкалах барометров не изменены. Если, к
примеру, стрелка указывает 1000 миллибар, то метеорологи говорят о 1000
гектопаскалей. Атмосферное давление измеряется барометром.
Как измеряют скорость ветра?
Скорость перемещения воздушных потоков успешнее всего
можно измерить, используя ветромер (анемометр). Широкое распространение
получил чашечный анемометр — измерительный прибор, на вертикальной оси
которого крестообразно укреплены чашки — полушария, которые вращаются от
любого, даже легкого, ветерка, и чем он сильнее, тем быстрее происходит
вращение. От оси прибора идет передача к счетчику оборотов. Наиболее известным ветромером является чашечный анемометр. Чем больше скорость ветра, тем быстрее он вращает чашки.
Рядом с ветромера обычно устанавливают флюгер,
указывающий направление ветра. На аэродромах и возле мостов, где ветер
может представлять опасность для автомобилей, устанавливаются
ветроуказатели — большие конусообразные мешки из полосатой ткани,
открытые с обеих сторон.
Прежде чем люди научились измерять скорость ветра в
м/сек или км/ч, они пользовались для этой цели шкалой Бофорта,
английского адмирала, который составил таблицу, описавшую и
охарактеризовавшую разные ветры, сведенные в систему баллов от 0 (полный
штиль) до 12 баллов (самый сильный ураганный ветер, доходящий до
скорости 117 км/ч). Однако при смерчах и тропических циклонах скорость
его бывает еще больше. На аэродромах и возле мостов направление и силу
ветра издали показывают ветроуказатели - открытые с обоих концов большие
полотняные полосатые конусы. |