Επιβεβαίωση του μηχανισμού ανάπτυξης της θαλάσσιας αύρας.

Transcript

1 Επιβεβαίωση του μηχανισμού ανάπτυξης της θαλάσσιας αύρας. Οδυσσέας - Τρύφων Κουκουβέτσιος Γενικό Λύκειο «Ο Απόστολος Παύλος» OdyKouk@gmail.com Επιβλέπουσα Καθηγήτρια: Ελένη Βουκλουτζή Φυσικός - Περιβαλλοντολόγος MSc, Γενικό Λύκειο «Ο Απόστολος Παύλος» evoukloutzi@yahoo.com ΠΕΡΙΛΗΨΗ Θαλάσσια αύρα ονομάζουμε τον τοπικής κλίμακας άνεμο με κατεύθυνση από τη θάλασσα προς τη ξηρά που παρατηρείται κατά τις θερμές ώρες της ημέρας. Δημιουργείται όταν υπάρχει ηλιοφάνεια και δε πνέουν ισχυροί άνεμοι σε μία παράκτια περιοχή. Τότε ο αέρας πάνω από τη ξηρά λόγω διαφορετικής θερμοχωρητικότητας θερμαίνεται περισσότερο από τον αέρα πάνω από τη θάλασσα, ανέρχεται και την θέση του καταλαμβάνει υγρός και ψυχρότερος αέρας προερχόμενος από την θάλασσα. Έτσι δημιουργείται ο άνεμος. Στόχοι της παρούσας εργασίας είναι να διαπιστωθούν τα αίτια δημιουργίας της θαλάσσιας αύρας. Συγκεκριμένα μελετήθηκε η διαφορετική θέρμανση του νερού και της άμμου (ξηράς) εξαιτίας της διαφορετικής θερμοχωρητικότητας τους. Η ανάπτυξη των ανοδικών και των καθοδικών κινήσεων του αέρα, του ψυχρότερου αέρα προς τα κάτω και του θερμότερου προς τα πάνω. Καθώς και η οριζόντια κίνηση του αέρα από περιοχές μεγαλύτερης ατμοσφαιρικής πίεσης σε περιοχές μικρότερης. Αποδείχθηκε ότι χάρη σε αυτό το συνδυασμό δυναμικών κινήσεων του αέρα σχηματίζεται η θαλάσσια αύρα. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: Θαλάσσια αύρα, Άνεμος, Θέρμανση από ακτινοβολία, Ατμοσφαιρική πίεση

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Θαλάσσια αύρα ονομάζουμε τον τοπικό άνεμο ο οποίος πνέει στις παραθαλάσσιες περιοχές και έχει διεύθυνση από τη θάλασσα προς την ξηρά. Η θαλάσσια αύρα δημιουργείται τις μεσημεριανές ώρες συνήθως τους καλοκαιρινούς αλλά και τους ανοιξιάτικους μήνες. Η έντασή της γίνεται μέγιστη αργά το μεσημέρι και μπορεί να φτάσει ακόμα και τα 5 Μποφόρ. Η αιτία δημιουργίας της οφείλεται στο γεγονός ότι κατά τη διάρκεια της ημέρας ο αέρας πάνω από τη ξηρά θερμαίνεται περισσότερο από ότι ο αέρας πάνω από τη θάλασσα. Έτσι γίνεται ελαφρύτερος και αρχίζει να ανεβαίνει. Με αυτόν τον τρόπο στην επιφάνεια δημιουργείται ένα κενό το οποίο καλύπτεται από αέρα που προέρχεται από τη θάλασσα. Όσο πιο έντονες είναι οι ανοδικές κινήσεις του αέρα πάνω από τη ξηρά τόσο πιο μεγάλης έντασης είναι η θαλάσσια αύρα. Αυτός είναι ο λόγος που παρατηρείται το καλοκαίρι και τις μεσημεριανές ώρες, αφού τότε η ξηρά θερμαίνεται περισσότερο με αποτέλεσμα και ο αέρας που εφάπτεται της ξηράς να θερμαίνεται και αυτός και να αρχίζει την προς τα πάνω κίνησή του. Η θαλάσσια αύρα είναι ένα ευεργετικό φαινόμενο για τους κατοίκους των παραθαλάσσιων περιοχών αφού ο αέρας ο οποίος προέρχεται από τη θάλασσα είναι πιο δροσερός και έτσι ανακουφίζει από το έντονο αίσθημα ζέστης. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Πείραμα 1ο : Θέρμανση του αέρα πάνω από επιφάνειες διαφορετικού είδους. Στόχος: Ο Στόχος του πειράματος είναι να διερευνήσει το φαινόμενο της διαφορετικής θέρμανσης του ατμοσφαιρικού αέρα πάνω από επιφάνειες διαφορετικών υλικών. Υλικά που χρησιμοποιήθηκαν Λαμπτήρας πυρακτώσεως 60W. (2) Λευκά κυπελάκια μιας χρήσεως (2 ) Εργαστηριακά θερμόμετρα υδραργύρου, κλίμακας έως 50 ο C και ακρίβειας 1ο C. (1) Χάρακας βαθμολογημένος σε εκατοστά (cm). Άμμος. Νερό ύδρευσης. Λευκό και μαύρο χαρτόνι.

3 Πειραματική διαδικασία-ανάλυση αποτελεσμάτων Τοποθετούμε τα θερμόμετρα τοποθετημένα κατακόρυφα έτσι ώστε μόλις και να ακουμπούν την επιφάνεια λευκού και μαύρου χαρτονιού αντίστοιχα. 2. Τοποθετούμε την λάμπα σε απόσταση 10 εκατοστών από τα θερμόμετρα. Εικόνα 1:Πειραματική διάταξη 1Α Καταγράφουμε την αρχική θερμοκρασία πάνω από κάθε επιφάνεια στον πίνακα τιμών.(εικόνα 1-Πείραμα 1Α) 4. Τροφοδοτούμε με ηλεκτρικό ρεύμα το λαμπτήρα, και καταγράφουμε τις θερμοκρασίες πάνω από τις δύο επιφάνειες ανά 10 λεπτά για 1,5 ώρα. 5. Δημιουργούμε κατάλληλο πίνακα μετρήσεων και κατασκευάζουμε αντίστοιχο διάγραμμα. 6. Χρησιμοποιούμε δύο λευκά κυπελάκια που περιέχουν το πρώτο νερό και το δεύτερο στεγνή άμμο. Τοποθετούμε τα θερμόμετρα έτσι ώστε μόλις και να ακουμπούν την επιφάνεια της άμμου και του νερού αντίστοιχα. (εικόνα 2Πείραμα 1Β) 7. Τοποθετούμε τα ποτηράκια σε απόσταση 10 εκατοστών από την λάμπα. 8. Καταγράφουμε την αρχική θερμοκρασία στο εσωτερικό κάθε κυπέλλου στον πίνακα τιμών. Εικόνα 2:Πειραματική διάταξη 1Β 9. Τροφοδοτούμε με ηλεκτρικό ρεύμα το λαμπτήρα, και καταγράφουμε τις θερμοκρασίες στα δύο κυπελάκια σε κάθε σχολικό διάλειμμα από τις 8:00 πμ έως και τις 16:00 μμ 10. Δημιουργούμε κατάλληλο πίνακα μετρήσεων και κατασκευάζουμε αντίστοιχο διάγραμμα. Επεξεργασία των μετρήσεων Οι μετρήσεις μας παρουσιάζονται στον πίνακα 1 και στο διάγραμμα 1 Διαπιστώνουμε ότι η θερμοκρασία του αέρα πάνω από το μαύρο χαρτόνι (θερμοκρασία 2) αυξάνει πιο γρήγορα από ότι πάνω από το λευκό γεγονός που

4 δείχνει την διαφορετική θέρμανση του ατμοσφαιρικού αέρα πάνω από τις δύο επιφάνειες. Πίνακας Θερμοκρασία σε συνάρτηση με το χρόνο πάνω από το λευκό (1), και μαύρο (2) χαρτόνι. Χρόνος (Λεπτά) Θερμοκρασία 1 (οc) Θερμοκρασία 2 (οc) 24 25, , , , , ,5 33 Διάγραμμα Θερμοκρασία σε συνάρτηση με το χρόνο πάνω από το λευκό (1), και μαύρο (2) χαρτόνι.

5 Πίνακας 2. Θερμοκρασία σε συνάρτηση με το χρόνο πάνω από το γεμάτο με νερό κυπελάκι (1), και πάνω από το γεμάτο άμμο κυπελάκι (2). Χρόνος (Λεπτά) Θερμοκρασία 1 (οc) Θερμοκρασία 2 (οc) ,5 22,5 22,5 Διάγραμμα 2. Θερμοκρασία σε συνάρτηση με το χρόνο πάνω από το γεμάτο με νερό κυπελάκι(1), και χρόνο πάνω από το γεμάτο με νερό κυπελάκι(2). Όπως προκύπτει από το διάγραμμα 2 ο ατμοσφαιρικός αέρας πάνω από την άμμο θερμαίνεται γρηγορότερα από ότι πάνω από το νερό.

6 Πείραμα 2: Σχέση μεταξύ της πυκνότητας αέρα και θερμοκρασίας Στόχος: Ο στόχος του πειράματος είναι να διερευνήσουμε τη σχέση ανάμεσα στην πυκνότητα του αέρα και τη θερμοκρασία. Αναμένουμε ότι με την αύξηση της θερμοκρασίας θα έχουμε διαστολή του ατμοσφαιρικού αέρα οπότε και ανέρχεται, ενώ αντίθετα όταν η θερμοκρασία μειώνεται ο αέρας υπόκειται συστολή και κατέρχεται. Υλικά που χρησιμοποιήθηκαν (1) Μπαλόνι (1) Άδειο μπουκάλι 1λίτρο (1) Λεκάνη με νερό και πάγο (1) Λεκάνη με ζεστό νερό Πειραματική διαδικασία- Ανάλυση αποτελεσμάτων Τοποθετούμε το άδειο μπουκάλι μέσα στη λεκάνη με το ζεστό νερό για 3 λεπτά. Τοποθετούμε στο στόμιο του μπουκαλιού το μπαλόνι, ώστε να απομονώσουμε τον αέρα στο εσωτερικό του μπουκαλιού, και να διατηρούμε σταθερή την ποσότητα του αέρα στο εσωτερικό του μπουκαλιού (Εικόνα 3 ). Τοποθετούμε το μπουκάλι στη λεκάνη με τον πάγο για 3 λεπτά (Εικόνα 4). Παρατηρούμε ότι το μπαλόνι ξεφουσκώνει. Βγάζουμε το μπαλόνι από το στόμιο του μπουκαλιού και τοποθετούμε το μπουκάλι στη λεκάνη με τον πάγο για 3 λεπτά. Τοποθετούμε στο στόμιο του μπουκαλιού το μπαλόνι, ώστε να απομονώσουμε τον αέρα στο εσωτερικό του μπουκαλιού όπως στο βήμα 2 (Εικόνα 5 ). Τοποθετούμε το μπουκάλι στη λεκάνη με το ζεστό νερό για 3 λεπτά (Εικόνα 6). Παρατηρούμε ότι το μπαλόνι φουσκώνει. Εικόνα 3 Εικόνα 4

7 Εικόνα 5 Εικόνα 6 Παρατηρήσαμε ότι η αύξηση θερμοκρασίας (εικόνα 5 και 6) οδήγησε στην αύξηση του όγκου του ατμοσφαιρικού αέρα. Ο θερμός αέρας είναι λιγότερο πυκνός, άρα πιο ελαφρύς και ανέρχεται. Αντίθετα ο ψυχρός (εικόνα 3 και 4) είναι περισσότερο πυκνός και κατέρχεται. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Διαπιστώσαμε πως ο ατμοσφαιρικός αέρας πάνω από διαφορετικές επιφάνειες υλικών θερμαίνεται με διαφορετικό ρυθμό όταν εκτίθενται σε ακτινοβολία. Έτσι πάνω από την άμμο θερμαίνεται περισσότερο από ότι πάνω από το (θαλασσινό νερό). Η πυκνότητα του ατμοσφαιρικού αέρα έχει άμεση σχέση με τη μεταβολή της θερμοκρασίας. Πάνω από την άμμο (ξηρά) θερμαίνεται περισσότερο από ότι πάνω από το νερό είναι με αποτέλεσμα να αρχίζει την ανοδική του κίνησή. Την θέση του καταλαμβάνει ψυχρότερος και υγρός αέρας από την θάλασσα, αυτό που ονομάζουμε θαλάσσια αύρα. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Εκφράζονται θερμές ευχαριστίες για την πολύτιμη βοήθεια, την ερευνητική και τεχνική υποστήριξη και την επιστημονική συμβουλή της καθηγήτριας κ. Ελένης Βουκλουτζή η οποία πρότεινε την εργασία αυτή. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Χ.Ι.Μπαλαφούτης - Π.Χ.Μαχαίρας, Μαθήματα γενικής κλιματολογίας με στοιχεία βιοκλιματολογίας, εκδόσεις Γιαχούδη, // pdf / 8alassia_aura.pdf