Օդերեւոյթի Սիրողական Բնագիտութիւն Շտապող Ամպեր, Հողմապտոյտ, Յարաբերական Խոնաւութիւն Եւ Փոթորկոտ Լիցք

ԴՈԿՏ. ՀՐԱՉ ՊԱՐՍՈՒՄԵԱՆ

Հանելուկային.- Արեւը կը ծագի արեւելքէն, ո՛չ որովհետեւ Հելիոսի հրեղէն կառքը դէպի արեւմուտք կ՛արշաւէ, այլ որովհետեւ երկրագունդը ինքնիր վրայ կը դառնայ դէպի արեւելք: Երկրագունդին ձգողութեամբ կպած մթնոլորտն ու իր ամպերը նոյնպէս կը շարժին դէպի արեւելք, բայց … աւելի արագ, քան` մենք: Կը նկատենք, որ ամպերը կը շարժին արեւմուտքէն դէպի արեւելք: Այսինքն կը շարժին աւելի արագ, քան` մենք: Ո՜վ զարմանք: Ինչպէ՞ս կարելի է, որ քաշկռտուող զանգուած մը շարժի աւելի արագ, քան` զայն քաշկռտողը:

Լուծումը այն է, որ մեր վերեւ գտնուող ամպերը ոչ թէ «բնիկներ» են, այլ` «եկուորներ: Տաք գոլորշին գլխաւորաբար կը բարձրանայ հասարակածէն եւ կ՛ուղղուի դէպի բեւեռներ: Այդ խոնաւ օդը կը շարժի հասարակածի արագութեամբ, Ահ (հ-հասարակած) այսինքն մէկ օրուան ընթացքին կը կտրէ երկրագունդի շրջագիծը

Ահ = 40.000 քմ/24 ժամ = 1667  քմ/ժամ:

Լիբանան կը գտնուի մօտաւորապէս լայնութեան 34 աստիճանի վրայ: Մեր արագութիւնն է մօտաւորապէս Ալ =1382 քմ/ժամ (Լ-Լիբանան): Ամպերը կրնան մեզմէ աւելի քան 280 քմ/ժամ աւելի արագ շարժիլ դէպի արեւելք: Այս հաշուարկը ճշգրիտ չէ, որովհետեւ կ՛անտեսէ շատ մը գործօններ, ինչպէս` օդի շարժումի թեքումները, այսուհանդերձ կը բացատրէ, թէ ինչո՛ւ ամպերը կը շարժին դէպի արեւելք եւ ոչ` դէպի արեւմուտք:

Արձակ հոսանքներ

Ուժեղ քամիներու գոյութիւնը օրակարգի վրայ դրուեցաւ Համաշխարհային Բ. պատերազմին ընթացքին, երբ օդանաւեր սկսան կարեւոր դեր խաղալ: Ռմբակոծիչ մեծ օդանաւերու արագութիւնը միայն մօտ 400 քմ/ժամ էր: Այս կը նշանակէ, որ հովի ուղղութեամբ թռչիլ շատ աւելի արագ էր, քան` հովին հակառակ: Դէպի արեւելք փչող հովերը համաչափ չեն, կան նախընտրելի ոլորապտոյտ ուղեգիծներ, ուր աւելի ուժգին են: Անոնք կը կոչուին «արձակ հոսանքներ» (jet stream): Բոլոր թռիչքները պարտաւոր են յարմարիլ այս իրողութեան:

Թուացեալ Գործօնը.- Կան չորս իսկական ուժեր` ձգողական, ելեկտրամագնիսական, ուժեղ կորիզային եւ թոյլ կորիզային: (1) Կորիզային ուժերու հասողութիւնը (range) շատ կարճ է (0.000 000 000 0001 մմ), հետեւաբար նկատելի դեր չեն խաղար առօրեայ երեւոյթներու մէջ: Մնացեալ ուժերը կա՛մ առնչուած են առաջին երկուքին, եւ կա՛մ թուացեալ: Շփումի ուժը (friction), օրինակ, ելեկտրամագնիսական է, իսկ ծանօթ «կեդրոնախոյս ուժը»` թուացեալ:

Մթնոլորտային երեւոյթներու մէջ կարեւոր դեր կը խաղայ շարժումի ուղղութիւնը շեղող Coriolis ուժը, որ հետեւանքն է երկրի իր առանցքին շուրջ պտոյտին (2): Երեւոյթը աւելի քան դար մը առաջ ծանօթ էր թնդանօթաձիգներուն: Կողքի գծանկարը, որ առնուած է  17-րդ դարու դասագիրքէ մը (1672 ), ցոյց կու տայ թնդանօթէ արձակուած արկի շեղումը դէպի աջ: Ժամացոյցի սլաքները անդադար կը թեքին դէպի աջ: Այդ  ուղղութեամբ կատարուող պտոյտները կը կոչուին «ժամացուցանման» (clockwise): 1851 թուականին ֆրանսացի բնագէտ Ժ. Ֆուքօ 28 քկ կշռող ճօճանակ մը կախեց Փարիզի Պանթէոնի 67 մ բարձրութիւն ունեցող առաստաղէն: Յատակին տեղադրուած աստիճանաւոր մեծ սկաւառակը ցոյց կու տայ, որ ճօճանակի շարժումը «ժամացուցանման» է: (3)

Քորիոլիս ուժի (Fc) լիարժէք արտաբերումը (derivation) կը կարօտի համալսարանի առնուազն առաջին տարուան մակարդակի թուաբանութեան: (4) Կողքի նկարը ցոյց կու տայ ուժի տարազը: Արագութիւնը (V), երկրի պտոյտը (w) եւ ուժը սլաքներ (vector) են, որովհետեւ ունին ուղղութիւն: Երկու սլաքներու  բազմապատկութեան արդիւնքի ուղղութիւնը կը ճշդուի «Աջ ձեռքի օրէնքով» (Right Hand Rule): Նկատել, որ ուժը արագութեան սլաքը կը շեղէ դէպի աջ:

Այժմ, եթէ վայրի մը մէջ ճնշումը բարձրանայ (օրինակ` ջերմաստիճանի բարձրացումի պատճառով), ապա այդ շրջանի օդը պիտի շարժի դէպի դուրս: Այդ շարժումի բոլոր սլաքները կը թեքին դէպի աջ, եւ բարձր ճնշումին շուրջ կը կազմուի հովի ժամացուցային պտոյտ: Իսկ երբ ճնշումը ցած է, շրջապատի օդը կը շարժի դէպի ներս: Այդ շարժումներուն շեղումը կը կազմէ հովի հակաժամացուցանման պտոյտ: Կողքի նկարները ցոյց կու տան այդ պտոյտները:

Այս տեղեկութիւնը կ՛օգնէ օդերեւութաբանական կանխատեսումներ կատարելու: Երբ հովը կը փչէ հարաւ-արեւմուտքէն, հաւանաբար ցած ճնշումի կազմութիւն կը մօտենայ Կիպրոսի վրայով: Ցած ճնշում կը նշանակէ ամպեր, որովհետեւ անոնք աւելի թեթեւ են, քան` օդը: Նմանապէս, երբ հովը կը փչէ հիւսիս-արեւելքէն, բարձր ճնշումի կազմութիւն մըն է, որ կը մօտենայ: Այդ կը նշանակէ արեւոտ օր: Միւս հաւանականութիւնները ընթերցողին կը թողում` որպէս վարժութիւն:

Խոնաւութեան աստիճան.- Օդը «խոնաւ» է, երբ շոգիի խտութիւնը մօտեցած է յագեցումի (saturation): Յագեցած շոգիի ոչ լիարժէք բացատրութիւնը կրնայ ըլլալ հետեւեալը: Ենթադրենք, որ հեղուկ ջուրը կը գտնուի փակ անօթի մը մէջ, ջուրի այն մասնիկները, որոնք ունին բաւարար արագութիւն եւ ուղղուած են դէպի վեր, կը լքեն հեղուկը: Անոնց թիւը տակաւ կ՛աճի: Այսինքն կազի խտութիւնը կ՛աւելնայ: Կազի բոլոր մասնիկները կրնան վերադառնալ հեղուկին, եթէ պատահմամբ դիպչին մակերեսին: Կազի (շոգիի) ճնշումը կը կոչուի «յագեցած», երբ հեղուկ վերադարձող մասնիկներու թիւը հաւասարի լքողներուն: Այսինքն տեղի ունենայ հաւասարակշռութիւն:

Վերի գծանկարը ցոյց կու տայ, որ լքելու բաւարար արագութիւն ունեցող մասնիկներուն քանակը անհամեմատ կ՛աճի, երբ ջերմաստիճանը բարձրանայ: Այդ կը նշանակէ, որ յագեցած շոգիի ճնշումը շատ արագ կ՛աճի ջերմութեան հետ: Թուաբանական յարաբերութիւնը  ցուցարկային (exponential) է: (5)

Մթնոլորտային պայմաններու մէջ շոգիի քանակը յագեցած չի կրնար ըլլալ: Հեռատեսիլէն հաղորդուած լուրերու օդերեւոյթի բաժինը մեզի կու տայ խոնաւութեան առ հարիւր համեմատութիւնը բաղդատած շոգիի յագեցած խտութեան, օրինակ` 65 առ հարիւր: Մենք խոնաւ կը զգանք, երբ այդ համեմատութիւնը` մօտ է 100 տոկոսի, եւ բաւարար հով չկայ, որպէսզի մեր մարմնին արտադրած քրտինքի շոգին ցրուի: Կողքի գծանկարը կու տայ օրինակ մը: Ենթադրենք, որ շոգիի խտութիւնը կը համապատասխանէ 2 մմ սնդիկի: Եթէ ջերմաստիճանը 20 է, ապա խոնաւութիւնը 87 տոկոս է, իսկ եթէ 35, ապա` 33 տոկոս:

Ելեկտրականութիւն .- Մթնոլորտի ելեկտրականութեան գիւտը կը վերագրուի ամերիկեան տոլարի վրայ նկարուած Պ. Ֆրանքլինի (1706-1790), որ, ի դէպ, նախագահ չէ եղած: Նաեւ չէ եղած այնքան անխոհեմ, որ շանթարգելի դեր կատարող թռուցիկի թաց առասանը բռնէր: Աւելի քան 2,5 դար առաջ սկսած ուսումնասիրութիւնները տակաւին լիարժէք ձեւաւաւորում չունին: Պատճառը հաւանաբար այն է, որ կարելի չէ ամպրոպային երեւոյթը վերարտադրել որեւէ սահմանափակ տարածքի փորձարանի մէջ: Ներկայ յարացոյցը (paradign) պարզացուած ձեւով հետեւեալն է. խաղաղ, պայծառ մթնոլորտային պայմաններու տակ երկիրը քանի մը հարիւր հազար վոլթ բացասական է` բաղդատած մթնոլորտի բարձր խաւերուն: Ելեկտրական հոսանքը, սակայն, շատ փոքր է` մօտ մէկ միքրօ-միքրօ ամփեր/քառակուսի մեթր (12 զերօ եւ մէկ), որովհետեւ օդը վատ հաղորդիչ է: (6) Բայց քանի որ երկրի մակերեսը հսկայ է (50 միլիոն քառակուսի քիլոմեթր), ընդհանուր հոսանքները գումարած` կը հասնին 500 ամփերի: Եթէ այդ հոսանքը ձեւով մը չվերադառնայ, մէկ երկվայրկեանը բաւարար է, որ  երկիրը լիցքաւորուի աւելի քան 700 հազար վոլթով (7): Այդ չի պատահիր, որովհետեւ իւրաքանչիւր երկվայրկեանի ընթացքին երկիրը կը հարուածէ միջին հաշուով շուրջ 100 կայծակ (անհաւատալի, բայց` իրաւ) (8):

Այդ կայծակներն են, որ լիցքի «հաշուեկշիռը» կը պահեն: Վերի շատ պարզացուած գծանկարը ցոյց կու տայ մթնոլորտի ելեկտրական շրջանը (circuit): Նկարին մէջ գլխաւոր բացական երկիրը շուրջ 50 քմ բարձրութենէ վեր շրջապատող լիցքաւոր մասնիկներու ոլորտն է, որ կը կոչուի Ionosphere: (10)

Ամպերու մէջ ջերմաստիճանը կրնայ նուազիլ զերոյէն վար 15-25 աստիճան: Ամպերուն մէջ կը գոյանան փոքր ու մեծ սառած ջուրի կուտակումներ: Փոքրերը ունին բիւրեղի կազմուածք, իսկ մեծերը կարկուտի կակուղ հատիկներ են, որոնց տրուած է «graupel» (մարգարտանման) անուն: Այդ հատիկներուն մէջ ելեկտրական լիցքի դասաւորումը համանման (uniform) չէ:  Կակուղ կարկուտի հատիկներու մակերեսը բացասական է, իսկ ընդերքը` դրական: Տեղի կ՛ունենան  բախումներ, որովհետեւ մանր բիւրեղները օդի ուժեղ հոսանքին հետ արագ կը բարձրանան վեր, մինչդեռ աւելի ծանր կրաուփելները դանդաղ կ՛իյնան վար: (9)  Այդ բախումներուն ընթացքին մակերեսի բացասական լիցքէն մաս մը կը փոխանցուի բիւրեղներուն (պարզ չէ, թէ ինչո՛ւ): Ամպերու վարին խաւերուն  մէջ կուտակուած բացասական լիցքը դէպի ներքեւի գետնին կը քաշէ դրական լիցք (11): Կը գոյանայ բարձր ելեկտրական դաշտ (Electric field), աւելի քան բաւարար, որ օդը վերածուի հաղորդիչ միջոցի, եւ տեղի ունենայ կայծակ:

Կայծակներ տեղի կ՛ունենան նաեւ ամպէ ամպ: Այդ լիցքերու «ներքին դասաւորում» է: Տես կողքի գծանկարները:

——————————

1. 1873-ին Սկովտիացի թուաբանագէտ Ճէյմս Մաքսուէլ (1831-1879) հիանալի կերպով ցոյց տուաւ, որ ելեկտրական եւ մագնիսական դաշտերը միեւնոյն ուժի դրսեւորումներն են:
2. Կոչուած է` ի պատիւ ֆրանսացի թուաբանագէտ Քասպարտ Կիւսդաւ տը Քորիոլիս (1792-1843):
3. Հարկ է, որ ճօճանակը ծանր ըլլայ, որպէսզի օդի հետ շփումին պատճառով շուտով չդանդաղի: Բարձրութիւնը եւս կարեւոր է, որպէսզի շարժումի ուղղութեան փոփոխութիւնը պարզ աչքով նկատելի ըլլայ:
4. Ոչ լիարժէք արտաբերումը կարելի է հետեւեալ կերպով: Քորիոլիս ուժը (Fc) մեծ է, երբ մեծ է տուեալ մարմինի արագութիւնը (V): Նմանապէս մեծ է, երբ մեծ է պտոյտի արագութիւնը (?): Ուրեմն Քորիոլիս ուժը կը համեմատի այդ երկուքին բազմապատկութեան: Բայց Fc, V, եւ ? սլաքներ (vector) են, որովհետեւ ունին ուղղութիւն: Բարեբախտաբար միայն մէկ ձեւաչափ գոյութիւն ունի երկու սլաքներ բազմապատկելու այնպէս, որ արդիւնքը նոյնպէս սլաք մը ըլլայ:
5. Յագեցած շոգիի ճնշումի տարազը մօտաւորապէս հետեւեալն է. P=PoEXP(-To/T), որմէ կը հետեւի dP/P = (To/T) dT/T  մօտաւոր հաշուով To=6600  T= 300 այս կը նշանակէ, որ ճնշումի առ հարիւր բարձրացումը մօտ 22 անգամ աւելի է, քան` ջերմաստիճանի առ հարիւր բարձրացումը:
6. Օդը նաեւ ջերմութեան վատ հաղորդիչ է: Այդ օրինաչափ է, որովհետեւ ե՛ւ ջերմութիւն ե՛ւ լիցք «փոխադրողները» գլխաւորաբար միեւնոյն ելեկտրոններն են:
7. Երկրորդականի մակարդակով բնագիտութիւնը բաւարար է: C = 4??? = 0.7 mF, Q=It = 500 Qoulomb V = Q/C 500/0.0007 = 714 kv
8. Տես https://learn.weatherstem.com/modules/learn/lessons/36/02.html
9. Մանր մարմիններ (ինչպէս` փոշիի հատիկներ եւ «Քորոնա» ժահր) չեն կրնար շրջապատէն շատ աւելի արագ շարժիլ: Ուրեմն բիւրեղները կը շարժին վեր բարձրացող օդին հետ, մինչ քորոնաբեռն թուքի հատիկները երկար կը մնան կայուն օդին մէջ: Այդ առանձին նիւթ է:
10. Ionosphere-ի գոյացումի գլխաւոր գործօնը այն է, որ արեւէն եւ այլ աղբիւրներէ հասնող ճառագայթները կրնան եկելտրոնները անջատել անոնց պատկանած մասնիկներէն: Բացի Ionosphere-է` կայ նաեւ մագնիսական դաշտը, որ լիցքերու շարժումը կը շեղէ: Այո՛, գծանկարը շատ պարզացուած է:

11. Ընթերցողը հաւանաբար տեսած է, որ շփումով լիցքաւորուած փուչիկ մը կրնար երկար ժամանակ կպած մնալ պատին: Պատի մակերեսին հաւաքուած լիցքերը կը կոչուին  «induced charges» (դրդուած լիցքեր):