Sejlerkursus/Basisteori SEJLER meteorologi 1.lektion. Torsdag, den

Transkript

1 Sejlerkursus/Basisteori SEJLER meteorologi 1.lektion Torsdag, den

2 SEJLER meteorologi definition Meteorologi er studiet af atmosfæren som fokuserer på vejrprocesser og vejrudsigter. 2

3 SEJLER meteorologi SSK TEORI Et ekstra fag Formål: Basalt kendskab til vejrsituationer Sikkerheden og udnyttelse af vejret Appetitvækker til egen daglig interesse.. vinden vort brændstof vinden er sejlerens muligheder for oplevelse. 3

4 SEJLER meteorologi SSK TEORI 4 lektioner: 1. Fysiktimen og Geografitimen 2. Globalt vejr, fontsystemer og det danske vejr 3. Lokalt vejr. Vejroplysninger. 4. Bølger. Strøm og tidevand. Derudover mødepligt til klubaften i feb-2011 med Mette Hundahl, Ærø Søfartskole 4

5 MÅL for denne lektion 1. Overfladisk opfriskning af din fysik og geografi viden. 2. Tænke energiformer, -omsætning og -transport 5

6 Lidt fysik, naturlære og geografi Repetition af lidt fra skoletiden: o o Energi og energiformer Mekanisk, Kerne, Strålings, Energiomsætning Solen, Jorden og Månen Solen og Jorden årets gang Jorden og månen - døgnets gang 6

7 Lidt fysik, naturlære og geografi fortsat o Fysik Temperatur, Varmefylde, Tilstandsformer, Vægtfylde, Stråling, Tryk, Coriolis-kraften, Friktion o o Vands egenskaber Havstrømme 7

8 Energi og energiformer 8

9 Lidt fysik og naturlære: Energi Energi (græsk: I arbejde ) I fysikken betegner energi evnen til at udføre arbejde eller opvarme noget. Energi kan omdannes fra en form til en anden, men hverken opstå ud af ingenting eller tilintetgøres. Den samlede energi i universet er således konstant. (Og den samlede energi i et isoleret system er konstant) Måles i: Joule, kalorier, watt-timer, elektronvolt 9

10 Lidt fysik og naturlære: Energi Energiformer Kerneenergi Ved kerneprocesser konverteres en lille masse til store mængder energi. Strålingsenergi Elektromagnetisk stråling transporterer energi. F.eks. lys (kortbølget og synlig), Kemisk energi Ved kemiske reaktioner frisættes eller bindes energi. Til praktiske formål spiller forbrændingsreaktioner, hvor ilt fungerer som oxidationsmiddel, hovedrollen. Ved planternes fotosyntese omdannes strålingsenergien i sollyset til kemisk energi i plantevævet. Når planten atter nedbrydes, frisættes energien på ny. Termisk energi Varme er bevægelse på mikroskopisk niveau i en genstand. Varme er energi af lav kvalitet i den forstand at andre former for energi altid kan omdannes fuldstændig til varme, mens det modsatte ikke er tilfældet. Varmeoplagring: En genstands masse, materialets varmekapacitet, tilstandsformen og forskellen i temperatur bestemmer mængden af lagret energi. 10

11 Lidt fysik og naturlære: Energi Energiformer Mekanisk energi Kinetisk energi er energi der knytter sig til legemer i bevægelse. Potentiel energi er energi der knytter sig en genstands beliggenhed Elektrisk energi Magnetisk energi 11

12 Solen, Jorden og Månen 12

13 Naturlære: Solen, Jorden og Månen Solen og jorden årets gang Solen og jorden ( Solen er en stjerne, vor lokale stjerne en energiproducent der udsender lys (energi). Solens overfladetemperatur er 5500 grc. I kernen er temperaturen grc. Solen er en brintbombe. Jorden er en planet den reflekterer kun lys. Gens. overfladetemp. er 15 grc. Årets gang ( Jorden tager en tur om Solen på 365,26 døgn. 13

14 Naturlære: Solen, Jorden og Månen Jorden døgnets gang Solen og Jorden Døgnets gang ( Jorden roterer om sin egen akse ca. en gang i døgnet (23:56). Der er - ideelt 24:00 timer fra solnedgang til solnedgang. Dagens længde ( Jorden akse hælder 23,5 grad. 14

15 Naturlære: Solen, Jorden og Månen Jorden og Månen Månen kredser omkring Jorden. Omløbstid omk. Jorden er 27.3 dage (29,3) Månens / Jordens tyngdetiltrækning giver højog lavvande (flod og ebbe) - sammen med Solen, der også bidrager. 15

16 Naturlære: Solen, Jorden og Månen Jorden og Månen - tidevand Masse tiltrækningen mellem Jorden og Månen (og Solen) danne tidevandet. 16

17 ..naturlære: Solsystemet og energi Solen er vores væsentligste energikilde Vores stjerne - Solen - er kraftværket. Uden for Jordens atmosfære er solstrålingens intensitet 342 W/m². (ca samme energi som en radiator) En del af strålingen reflekteres af Jordens atmosfære, en del optages i atmosfæren, energien fra solindfaldet på Jordens overflade er enormt 49 % absorberes af Jordens overflade. Solen tilfører Jorden en energimængde svarende til al Danmarks årlige elektriske energiforbrug per sekund!!!!! 17

18 Resume: Jordens energibalance Solen tilfører Jorden energi (via kortbølget stråling lys), i uens mænger over året og gennem døgnet. Jorden afgiver energi via langbølget stråling afhængig af overflade temperatur. Jordens netto energiforandring pr måned Energiforandringerne og energiomsætning er motoren i vejrprocesserne. 18

19 Fysiktimen for lystsejleren 19

20 Lidt fysik o Lidt fysik og kemi Grundbegreber: Temperatur, tilstandsformer, varmefylde, vægtfylde, stråling, tryk, friktion. Coriolis-kraften Vands egenskaber 20

21 Fysik: Temperatur og varme Alle ved hvad temperatur er! Et stofs temperatur er udtryk for den gennemsnitlige hastighed af stoffets molekyler og atomer. Bevægelses hastighed 21

22 Fysik: Temperatur Absolut nulpunkt (-273,15 gr C) Særlige tempe- raturer: Vand koger Vand fryser (ved 1 atm tryk) ens for alle stoffer 22

23 Fysik: Tilstandsformer Alle stoffer har 3 tilstandsformer: Dampform damp fordamper - kogepunkt Flydende form vand størkning - frysepunkt Fast form is 23

24 Fysik: Tilstandsformer Forskel: Bindingen mellem molekyler og atomer Tilstandsform Binding Særligt Dampform Ingen bindinger Kan komprimeres. Fylder meget i rumfang. Ændring af fra flydende til fast Energientensiv Flydende form Klynger Kan ikke komprimeres. Typisk ca. samme rumfang som fast form. Ændring fra fast til flydende Fast form Fast mønster. Energiintensiv Kan ikke komprimeres. 24

25 Fysik: Varmekapacitet varmefylde/varmeledning Et stofs egenskab til at opbevare termisk energi. Evne er forskellig fra stof til stof. Eksempler: Vand: Luft: Aluminium: Jern: Granit: 4,18 kj for 1 grads opvarmning af 1 kg 1,01 kj for 1 grads opvarmning af 1 kg 0,90 kj for 1 grads opvarmning af 1 kg 0,45 kj for 1 grads opvarmning af 1 kg 0,80 kj for 1 grads opvarmning af 1 kg 25

26 Fysik: Vægtfylde Densitet / vægtfylde / massefylde Masse (vægt) pr rumfang Forskellig fra stof til stof. Temperaturafhængig for et stof. Eksempler forskellige stoffer: Vand (fersk og rent): 1,00 (definitionen) Atlanthavvand: 1,03-1,04 Tørt fyrretræ: ca 0,55 (Ibenholt:ca 1,18) Jern: 7,87 Atm.luft 0 grc -tørt: 0,00129 (1 m3 vejer 1,29 kg) Atm.luft 40 grc -tørt: 0,00113 Atm.luft 20 grc 60%: 0,

27 Fysik: Vægtfylde Eksempler opdrift 27

28 Fysik: Elektromagnetisk stråling Alle legemer udsender elek.stråling Kortbølget stråling lys Udsendes af stoffer med høj temperatur. Energiintensiv sollys, kunstigt lys f.eks. elpæren Absorberes af skyggende genstande Reflekteres i mindre grad af transperante stoffer Langbølget stråling varmestråling Udsendes af stoffer med lav temperatur infrarød stråling Menneskekroppen, radiatoren, havet Reflekteres i nogen grad af skyggende genstande, f.eks. skyer 28

29 Fysik: Elektromagnetisk stråling Energitransport Over lange afstande uden tab (Solen til Jorden) Jordens energiregnskab Tallene er W pr m2 29

30 Fysik: Tryk og trykudligning Tryk, sejlsport og meteorologi Hvad er tryk? Lufttrykket Trykforskelle i højden Trykudligning Stømninger omkring profilformer Flyet Sejlet 30

31 Fysik: Tryk Hvad er tryk? Tryk er kraft pr arealenhed 31

32 Fysik: Tryk Eksempler personvægt = 68 Kp (kg) Ski: Støvler: Areal i cm 2 180*7*2= *1= 280 Tryk pr cm 2 i Kp (kg) 68/2520= 0,027 68/280= 0,24 Stilethæl: (0,45*0,45*3.14)*1= 0,636 68/0,636= 106,9! Skania: 12 dæk i alt = 7500 Totalvægt = 48 tons 48000/7500= 6,4 32

33 Fysik: Tryk og trykudligning Lufttrykket Vægten af den luftsøjle der hviler på 1 cm 2. Normaltrykket i MSL: 1 atm = 10 m vandsøjle = 760 mm Hg = 1013 hektopascal eller svarende til kg på 1 m 2!!!!! (stilethælen: kg/m 2) 33

34 Fysik: Tryk og trykudligning Trykforskelle i højden I højden er der ikke så meget luft der hviler ovenpå. (i ca m er der 50% tryk) Lavere tryk med højden Mindre densitet = færre luftmolekyler = Lavere temperatur. 34

35 Fysik: Tryk og trykudligning Trykudligning I atmosfæren og havet vil der hele tiden ske et forsøg på udligning af trykforskelle via strømninger. deraf opstår vinde og havstrømme 35

36 Fysik: Tryk og trykforskel Stømning omkring profilform 36

37 Fysik: Tryk og trykforskel - kraft Flyet Airbus A380 Max vægt: 590 t Vingeareal: 845 m2 Gns.løft: 698 kg/m2 14 % af atm.tryk 37

38 Fysik: Tryk og trykforskel og kraft Sejlet 38

39 Fysik: Friktion Friktion (gnidningsmodstand) Når legemer i berøring bevæger sig i forhold til hinanden viser friktion sig som en kraft der virker i modsat retning af bevægelsen. Hvis det er luft og vand sker der en hastighedsudligning i grænselaget. 39

40 Fysik: Coriolis-kraften Corioliskraften er en tilsyneladende kraft. Altså en fiktiv kraft. Ck synes at påvirke legemer, der er i bevægelse i forhold til et koordinatsystem, der roterer jævnt i forhold til et initialsystem. 40

41 Fysik: Coriolis-kraften Baggrunden for corioliskraften er forskellen i Jordens rotationshastighe mellem Ækvator og polerne - tænk på nogle folkedansere, der står på linje og drejer rundt: Inde i midten drejer man langsomt, men makkeren to-tre personer ude i kæden må løbe for at nå hele vejen rundt. På Ækvator bevæger man sig således rundt om Jordens akse med en hastighed, der svarer til km/t, i London og Paris er hastigheden ca km/t og på Nordpolen er hastigheden naturligvis nul. Retningen er vest mod øst. Vi tager nu kanonkugleeksemplet - symboliseret ved snowboarderen på figuren til højre. Snowboarderen hopper fra Ækvator mod Nordpolen. Jorden (eller underlaget) vil dreje langsommere mod øst jo længere nordpå vores heltinde flyver, da hun jo beholder 'omdrejningshastigheden fra Ækvator. Hendes bane nordover bliver set fra Jorden tilsyneladende afbøjet mod øst. Sender vi hende i et hop fra Nordpolen mod Ækvator, så vil hende sydgående bane tilsyneladende blive afbøjet mod vest, men altså stadig til højre. På den sydlige halvkugle vil afbøjningen ske til venstre - prøv selv at tegne efter. 41

42 Fysik: Coriolis-kraften fortsat Corioliseffekten På den nordlige halvkugle afbøjes bevægelser mod højre. På den sydlige halvkugle mod. 42

43 Vands egenskaber 43

44 Fysik/kemi: Vands egenskaber Overgang mellem is-vand-damp Tilstandsform Binding Faktor Særligt Vanddamp Ingen bindinger 1 100grC vand til 100grC damp 540 Vand Bindinger, men ikke faste 0grC is til 0grC vand 80 Is 1 Bundet sammen i fast mønster. 1 Kan komprimeres. Fylder ca * vand. 1 g vanddamp opvarmes 1grC pr tilført 1 kalorie. Der skal tilføres 540 kalorier pr g vand der skal blive til damp. Kan ikke komprimeres. Udvider sig ca 4% fra grc. 1 g vand opvarmes 1grC pr tilført 1 kalorie. Der skal tilføres 80 kalorier pr g is der skal blive til vand Kan ikke komprimeres. Udvider sig ca 10 % i forhold til vand 1 g vand opvarmes 1grC pr tilført 1 kalorie. 44

45 Fysik/kemi: Vand - absolut fugtighed Max. vandoptagelse i atmosfærisk luft altså hvor meget vand kan luft indeholde? 0 o C kan der være 5 g i 1 m 3 10 o C kan der være 10 g i 1 m 3 20 o C kan der være 17 g i 1 m 3 30 o C kan der være 33 g i 1 m 3 varm luft kan indeholde meget vand, kan have en stor absolut fugtighed. kold luft kan ikke indeholde så meget vand. 45

46 Fysik/kemi: Vands frysepunktet Isdannelse: Vægtfylden i vand er størst: I ferskvand der er +4 0 C (frysepunkt= 0 0 C) ingen cirkulation fra +4 0 C til det fryser til is I salt havvand (>25 o/oo salt) er temp.max.vægtfylde mindre end frysepunktet. 35 o/oo salt: max vægtfylde ved ved -3,7 0 C og frysepunkt = - 2,1 0 C. cirkulation i vandet indtil vandet fryser til is. 46

47 Fysik/kemi: Vands egenskaber Stor varmefylde Ændring i tilstandsformer i Jordens temperaturområde. Enorme mængder vand på Jorden Energilager (havene og atmosfæren) Energitransportør Indgår i kemisk energiomsætning 47

48 Tak for i aften! 48