E’ il vento che
muove le
barche a vela.
Ma che cos’è il
vento?
L’interesse
dell’uomo per i
fenomeni
atmosferici è
antico. Questa
“tavola dei
venti” è del
1400.
M. Sandoli “La Fisica in barca” Napoli Novembre 2007
Esperienza di Torricelli (1640)
.
Barometro di Fortin (1800)
La pressione atmosferica cambia con la quota
L’atmosfera è composta in media dal 78% di Azoto, 21 %
di Ossigeno e 1 % di vapore acqueo (e altri gas)
Legge di Dalton: In una miscela di gas la pressione totale
è la somma delle pressioni parziali dei singoli componenti
Pressione atmosferica: si misura in
millibar(mb) o in ectopascal (hPa)
Una pressione atmosferica di 1000 mb è
determinata dalla somma di 780 mb (Azoto)
+ 210 mb(Ossigeno)+ 10 mb (Vapore acqueo)
L’acqua ha peso molecolare 18, mentre l’Azoto ha peso molecolare 28.
Legge di Avogadro: il numero di molecole contenuto in un volume di gas è
indipendente dal tipo di gas. Ne consegue che se, in un volume di aria,
aumentano le molecole di vapore d’acqua diminuisce il numero di molecole
degli altri gas per cui
L’Aria più umida (o più calda) è meno densa e quindi
determina una pressione minore al suolo
L’Aria più secca (o più fredda) è più densa e quindi
determina una pressione maggiore al suolo
In media
Alta pressione
Bel tempo
Bassa pressione
Brutto tempo
La pressione atmosferica non è uguale in tutti i punti alla
stessa quota (gradiente orizzontale di pressione).
L’andamento della pressione è descritto dalle isobare.
Il vento è una massa d’aria che si sposta da una zona di
alta pressione verso una di bassa pressione.
In prossimità della costa il gradiente di pressione dovuto alla
differenza di temperatura fra la terra e l’acqua genera le brezze.
Di giorno la brezza (di mare) al suolo soffia dal mare verso la terra, in quota si chiude il ciclo
Alta pressione
Mare + freddo
Terra + calda
Bassa pressione
Di notte la brezza (di terra) al suolo soffia dalla terra verso il mare, in quota si chiude il ciclo
Bassa pressione
Terra + fredda
Mare + caldo
Alta pressione
Nel suo moto la massa d’aria subisce gli effetti della
rotazione terrestre (forza di Coriolis). Di conseguenza la
traiettoria delle masse d’aria, inizialmente ortogonale alle
isobare, viene deviata dalla forza di Coriolis per cui si
stabilizzerà parallelamente alle isobare.
Una piccola spinta laterale determina
un movimento rotatorio della pallina.
La sua traiettoria diviene ortogonale
alla forza (di gravità) che ne determina
lo spostamento verso il basso.
La forza di Coriolis determina la circolazione delle
masse d’aria sarà in senso antiorario (ciclonica)
attorno alle basse pressioni, in senso orario
(anticiclonica) attorno alle alte pressioni
(nell’emisfero nord)
L'aria, ruotando, converge verso le zone di bassa pressione
(B) e si allontana da quelle di alta pressione (A).
Nelle zone di
contatto fra masse
d’aria a temperatura
diversa si generano
le perturbazioni
(fronti)
I fronti
(caldo, freddo ed
occluso) presentano
diverse fasi vitali.
dalla genesi del
ciclone (A,B), allo
sviluppo e maturità
(C,D), alla
dissoluzione (E).
Cliclone maturo
visto dall'alto e di
lato secondo le due
sezioni A-B e C-D.
Navigando in una
zona in cui è attiva
una
perturbazione, la
scelta della rotta
determina il tipo
di fenomeni
atmosferici (vento
e pioggia) che si
incontreranno
Nel fronte caldo l'aria calda sale lentamente sopra quella fredda, si
verificano i fenomeni nuvolosi caratteristici del regime di "stabilità",
cioè dai cirri ai nembostrati, con precipitazioni sotto gli altostrati e i
nembostrati. La pressione col sopraggiungere dell'aria calda, e quindi
meno densa, diminuisce gradualmente fino al passaggio del fronte.
Al passaggio del fronte il vento cambia bruscamente di direzione
ruotando in senso orario (es. da S a SW e poi NW per la circolazione
antioraria intorno alle basse pressioni).
Col fronte freddo l'aria fredda avanzando si incunea sotto quella calda che viene
sollevata violentemente creando depressione. Si verificano i fenomeni
caratteristici della "instabilità" con le relative formazioni nuvolose (cumuli e
nembostrati) e precipitazioni violente. La pressione diminuisce irregolarmente
fino al passaggio del fronte, poi aumenta repentinamente accompagnata da una
diminuzione della temperatura e da un rinforzo del vento, che gira rapidamente
anche di 180° in senso orario (es. da SW a NW). Prima del passaggio del fronte
sotto gli imponenti fenomeni nuvolosi si possono verificare groppi di vento anche
violenti di direzione estremamente variabile.
Le nuvole sono masse di vapore acqueo che galleggiano a diverse quote
immerse in masse d’aria di pari densità (principio di Archimede).
Il riscaldamento delle masse d’acqua al suolo determina la formazione di vapore.
Se le piccole gocce si aggregano, il loro peso supera la spinta di Archimede
dell’aria in cui galleggiano e cadono dando origine alla pioggia.
Classificazione delle nubi a prevalente sviluppo orizzontale
Altezza della base dal suolo
(Minimo e massimo)
Famiglia
Specie
Sigla
Nubi basse
Stratocumulus
Stratus
Nimbostratus
Sc
St
Ns
Pochi metri
2000
2500
Nubi Medie
Altocumulus
Altostratus
Ac
As
2000
2500
6000
700
Nubi alte
Cirrus
Cirrocumulus
Cirrostratus
Ci
Cc
Cs
6000
7000
10000
12000
Metri piedi
12000
6000
2000
cirrostrati
cirri
cumulonembo
cirrocumuli
altocumuli
cumulonembo
altocumuli
altostrati
nembostrati
cumuli
cumuli
strati
Che vento avremo oggi?
Le isobare in quota (circa
5000 m) indicano l’arrivo
di aria fredda da NW
incanalata fra un’alta ed
una bassa pressione. La
piccola distanza fra le
isobare indica vento forte.
L’incontro fra masse
d’aria calda e fredda
determina la formazione
di un fronte freddo in
arrivo da NW. La
conformazione del suolo
(Alpi) modifica il moto
dell’aria (isobare più
distanti). Avremo venti
moderati da W-NW.
La rosa dei venti: il nome e la direzione dei venti
© Istituto e Museo di Storia della Scienza