Meid ümbritsev maailm on täis mitmesuguseid nähtuseid, mis on nii igapäevased, et enamasti nendele asjadele ei mõtlegi. Kui hakata mõtlema, siis need igapäevased ja lihtsad asjad ei pruugigi enam nii lihtsad olla või ei oska selgitada, milles asi.
Pakungi siin mõned küsimused koos lühiselgitustega välja. Sama asi ilmub tasapisi ka ilm.ee-s, kuid üksikküsimuste kaupa ja siis on hiljem sarnaselt sealgi, nagu siin. Mõni küsimus võib-olla vägagi naeruväärne, kuid küllap avastamisrõõm on küsimustele mõtlemist ja arutlemist väärt! Niiviisi saame koostada loodusteaduslikke mudeleid. Esitatud mudelid või vihjed nendele on ebatäielikud, kuid alustada tasubki lihtsast ja loogilisest ning alles hiljem saab olemasolevatele teadmistele ehitada keerukamaid konstruktsioone. Püüdke esiteks küsimusele ise vastus leida ja siis end kontrollida, märgistades hiirega ära ala, mis jääb küsimustest allapoole!
Pakungi siin mõned küsimused koos lühiselgitustega välja. Sama asi ilmub tasapisi ka ilm.ee-s, kuid üksikküsimuste kaupa ja siis on hiljem sarnaselt sealgi, nagu siin. Mõni küsimus võib-olla vägagi naeruväärne, kuid küllap avastamisrõõm on küsimustele mõtlemist ja arutlemist väärt! Niiviisi saame koostada loodusteaduslikke mudeleid. Esitatud mudelid või vihjed nendele on ebatäielikud, kuid alustada tasubki lihtsast ja loogilisest ning alles hiljem saab olemasolevatele teadmistele ehitada keerukamaid konstruktsioone. Püüdke esiteks küsimusele ise vastus leida ja siis end kontrollida, märgistades hiirega ära ala, mis jääb küsimustest allapoole!
1. Miks on taevas sinine?
2. Miks pilved (eriti konvektsioonipilved) kipuvad õhtuti hajuma?
3. Miks tekivad enne tsükloni või frondi tulekut pilved?
4. Miks kaugusse viivad rööpad läheksid justkui kokku?
5. Miks pilve tagant väljuvad „päikesekiired“ tunduvad laiali minevat?
6. Miks on tihti sajupilved tumedad, kuid rünkpilved pigem heledad?
7. Miks (suurtest) järvedest voolab välja üks jõgi, kuid sisse tavaliselt palju jõgesid?
8. Kas kuu kiirgab ise valgust? Kuidas seda tõestada?
9. Mitu värvi on vikerkaarel?
10. Kas äikesepilved ja tsüklonid liiguvad vastu tuult? Miks?
11. Kuidas tekivad pilved?
12. Miks on talved külmemad kui suved?
.
.
.
Selgitused ja vastused
1. Taevasina põhjuseks võiks esialgu pidada valguse hajumist. Uurime lähemalt. Selgub, et valgus võib läbida keskkonda kahel moel: kas puhtalt elektromagnetlainetusena või valgus interakteerub (vastastikmõjustub) aineosakestega ja sel juhul neelduvad valguskandid molekulidelt, mis kiirgavad seejärel samu valguskvante, mis neeldusid molekulidel ja just selles taevasina põhjus seisnebki. Sealjuures neelduvad rohkem lühema lainepikkusega kvandid (sinised ja violetsed), mille kiirgab molekul uuesti välja (sama kvandi, mis neeldus), seega kiiratakse uuesti välja rohkem sinist ja ultravioletset valgust. See on Rayleigh hajumine. Tänapäeval öeldakse sageli hoopiski, et valgus (eelkõige lühemad lainepikkused) hajuvad õhu tiheduse pisimuutlikkuse (fluktuatsioonide) tõttu.
Õhtul, kui taevas on kirkalt selge, kuid päike juba loojunud, annab sinisest värvusest päris suure osa osoon. Valgusest ja värvist looduses vt rohkem: www.horisont.ee/node/879
2. Eelkõige rünkpilved tekivad tõusvate õhuvoolude tagajärjel. Need õhuvoolud kannavad endaga kaasas ka niiskust, mis kondenseerub teatud kõrgusel, sest standardatmosfääri puhul temperatuur langeb kõrguse suurenedes ja mida kuivem on õhk, seda vähem suudab see endaga niiskust siduda. Kondensatsioonituumade olemasolu korral kondenseerub osa niiskusest välja ja tekivadki pilved. Õhtul väheneb soojenemine ja seega tõusvad õhuvoolud. Enam pole pilvi tekitavaid ja alalhoidvaid õhuvoolusid (toovad ka lisaniiskust) ning pilved muutuvad veeauruks (tähelepanu! veeauru ei saa näha, sest aur tähendab aine gaasilist olekut ja molekule ju ei näe, kuid saame näha molekulide klasterdumisest tekkinud väikeseid veepiisakesi) või mõnel juhul madalduvad, sest jahtumise tõttu on õhk maapinna lähedal niiskem.
3. Pilved tekivad peaaegu alati tõusva õhu tõttu. Olenevalt õhu tõusmise iseloomust tekivad kas konvektsiooni-või kihtpilved (väga üldiselt). Õhk (õhumass) tõuseb siis, kui see muutub ümbritsevast õhust kergemaks. Kergemaks võib õhk muutuda kahel võimalusel: kas selle tihedus väheneb soojenemise tõttu (kõige soojem on Eestis soojal poolaastal tavaliselt taanduva antitsükloni servas) või muutub õhk niiskemaks, sest niiske õhk on kuivast õhust kergem (veemolekulid on kergemad, kui õhumolekulid keskmiselt). Sageli on põhjuseks mõlemad võimalused ja tõusvate õhumasside piirkonnas tulebki tihti ette pilvist ilma ning sademeid (esitatud skeem on väga üldine ja kõiki asjaolusid pole arvesse võetud – näiteks on tsükloni mehhanism ikkagi palju keerukam ja siis tuleks rääkida ka protsessidest, mis toimuvad atmosfääris mõne km kõrgusel jne).
4. Kui me vaatame kaugusesse minevaid sirgeid rööpaid, siis tunduks justkui, nagu need läheneksid üksteisele kuni mingis punktis saavad kokku. Me võime selle näiva kokkujooksmise koha fikseerida mõne raudtee lähedal oleva objekti abil, kuid sinna kohta jõudes näeme, et ikkagi on kokkujooksmise koht kuskil kauguses ja nii lõputult. Milles on asi? Põhjus on selles, et vaatenurga suurus erineb olenevalt objekti asukohast (kaugusest). Objektid, millel on suurem vaatenurk, näivad meile ka pikemad. Seda nähtust nimetatakse perskpektiiviks.
5. See on perspektiivi ilming.
6. Vihmapilved on tavalised paksemad ja tihedamad ning võiks arvata, et valgus lihtsalt neeldub. Jah, neeldub, kuid see on seotud piisakeste suurusega pilves – paljude ainete kohta kehtib seaduspära, et valguse neeldumine sõltub langemisnurgast: mida suurem see on, seda enam valgust neeldub. Kui piisad on suured, siis nende pinna kumerus on väiksem ja seega valguse langemisnurk suurem, mistõttu neeldub rohkem valgust. Väiksemate piiskade korral, mis on noortes rünkpilvedes, on ka piisa kumerus suurem ning neeldub vähem valgust, rohkem peegeldub erinevates suundades ja seetõttu tunduvadki rünkpilved heledamad. Kui õhk on niiske, siis võib-olla taevas rünkpilvetaolisi pilveräbalaid, mis on kahvatumad kui ilusa ilma rünkpilved, see on tingitud suurematest piiskadest nendes pilveräbalates, kuid vahel ka mõne teise pilvevarju tõttu või kahvatuma päikese tõttu. Loomulikult võib-olla vihmapilv suhteliselt hele, sest ka piisad võivad ju (teatud) vihmapilve osa(de)s olla väiksemad ja rohkem valgust peegeldub tagasi. Põhjusi võib veelgi olla, sõltuvalt konkreetsest olukorrast, näiteks valgustustingimustest või kustpoolt päikese suhtes pilve vaatame, samuti pilvede varjudest jne. Kiudpilved tunduvad valged väga peente jääkristallide tõttu, mis peegeldavad tugevalt valgust (otsest päikesekiirgust).
7. Eesti kõige suuremad järved on Peipsi-Pihkva ja Võrtsjärv. Nendesse järvedesse voolab sisse hulgaliselt jõgesid, kuid mõlemast välja vaid üks, vastavalt Narva ja Suur-Emajõgi. Milles on asi? Tegemist on looduse üldise seaduspärasusega, mille kohaselt (looduslik) nõgu või mõni muu negatiivne pinnavorm hakkab veega täitudes mingil hetkel serva kõige madalamast osast üle ajama. Kõige madalamaid kohti on ilmselt üks ja see ongi põhjus, miks nimetatud järvedest (seda ka mujal maailmas, kui just inimene pole kuidagi väljavoolu sekkunud) voolab ainult üks jõgi välja (seda, et Suur-Emajõgi mõnikord tagurpidi voolab, hetkel lähemalt ei uuri, sest pole püsiv, st pikaajaline nähtus jne pole küsimuse seisukohast kõige olulisem).
8. Kuu ise ei kiirga valgust, vaid peegeldab sinna saabunud päikesevalgust. Tõestada saab Maa varju abil.
9. Vikerkaarel saab selgesti eristada tegelikult 9 värvust – lisaks traditsioonilisele 7 värvusele on veel infrapunane ja ultraviolett. Inimene neid ei taju, kuid loomariigist mitmed küll. Ka 7 nähtava värvi eristamine on üsna tinglik ja subjektiivne, sest värvid lähevad ju sujuvalt üksteiseks üle ja teinekord ei saagi kõiki 7 nähtavat värvi eristada, vaid näiteks sinine või punane osa on ülekaalus.
10. Sageli öeldakse, et äikesepilv liigub vastutuult. Ka enne tsüklonit ei puhu ju tuul madalrõhu poolt, vaid kuskilt mujalt. Milles on asi? Tuul on äikesepilve kõrgusel ikka samast suunast, kust tuleb pilv. Äikesepilved liiguvad kas vastavalt juhtvoolule või keerutab neid rõhkkond, kus pilved parajasti asuvad. Viimast olukorda võib eriti sageli sügavates, kuid täituvates tsüklonites jälgida.
Tuul on teisest suunast enamasti seetõttu, et rõhkkonnad ja äikesepilved tekitavad ise oma tuultesüsteemid. Üldine reegel on, et õhk liigub kõrgema rõhuga aladelt madalama rõhuga alade suunas. Tuul pole siiski peaaegu kunagi nii üks-üheselt suunatud tsükloni keskmesse, vaid toimub suurem või väiksem kõrvalekalle Maa pöörlemise tõttu (Coriolisi jõud). Kõige selle tõttu tekibki mulje, nagu liiguksid tsüklonid või äikesepilved vastu tuult või tuulega teatud nurga all (antitsüklonitega on keerulisem lugu, sest need ei allu juhtvoolule).
11. Pilvede täpne füüsikaline tekkemehhanism ei ole teada, kuid üldjoontes on probleem justkui hästi lahendatud. Veeauru kondenseerumiseks peavad gaasikeskkonnas olema vastavad tuumakesed, millele veemolekulid piisava niiskuse korral saavad hakata kogunema. Väga sageli on nendeks tuumakesteks mineraalne tolm või bakterid.
Õhk küllastub piisavalt niiskusega atmosfääris kõrgemale kerkides, sest temperatuur langeb. Põhjendada võib seda paisumisega, milleks kulutatakse siseenergiat või kuna esimene seletus kehtib just siis, kui õhk ei seguneks ümbritseva õhuga, siis parem oleks isegi öelda, et õhk on kõrgemal hõredam ja kuna osakesi on sel juhul vähem, on ka temperatuur madalam. Pilvede kohta vt rohkem: www.ilm.ee/index.php?46318
12. Kohe tuleb meelde kliima ja aastaaegade vaheldumine. Millest need aga tekivad/sõltuvad? Eks ikka Maa pöörlemistelje kaldest orbiidi tasapinna suhtes, sest päikesekiirguse langemisnurk muutub sel juhul, olenevalt asukohast orbiidil ümber Päikese, ja ei muutuks, kui telg ei oleks orbiidi tasapinna suhtes kallutatud. Sellest järeldub, et aastaajad saavad olla vaid neil planeetidel, mille pöörlemistelg on suuremal või vähemal määral kaldu orbiidi tasapinna (ekliptika) suhtes. Niisiis on teatud orbiidi punktides Maa põhjapoolkera rohkem Päikese poole suunatud ja päikesekiirguse langemisnurk on suurem, mistõttu põhjapoolkera saab rohkem energiat (soojust) kui lõunapoolkera.
Vahel räägitakse sellest, et Maa orbiit on ekstsentriline ja see mõjutab samuti aastaaegasid. Ilmselt on see mõju tühine, sest näiteks solaarkonstandi muutlikkus on väga väike. Väiksemaid põhjusi leiab veelgi, eriti kui rääkida, miks mõni talv on soojem kui teine jne. Need põhjused peituvad enamasti atmosfääris (tsirkulatsioonitüübid).
1. Taevasina põhjuseks võiks esialgu pidada valguse hajumist. Uurime lähemalt. Selgub, et valgus võib läbida keskkonda kahel moel: kas puhtalt elektromagnetlainetusena või valgus interakteerub (vastastikmõjustub) aineosakestega ja sel juhul neelduvad valguskandid molekulidelt, mis kiirgavad seejärel samu valguskvante, mis neeldusid molekulidel ja just selles taevasina põhjus seisnebki. Sealjuures neelduvad rohkem lühema lainepikkusega kvandid (sinised ja violetsed), mille kiirgab molekul uuesti välja (sama kvandi, mis neeldus), seega kiiratakse uuesti välja rohkem sinist ja ultravioletset valgust. See on Rayleigh hajumine. Tänapäeval öeldakse sageli hoopiski, et valgus (eelkõige lühemad lainepikkused) hajuvad õhu tiheduse pisimuutlikkuse (fluktuatsioonide) tõttu.
Õhtul, kui taevas on kirkalt selge, kuid päike juba loojunud, annab sinisest värvusest päris suure osa osoon. Valgusest ja värvist looduses vt rohkem: www.horisont.ee/node/879
2. Eelkõige rünkpilved tekivad tõusvate õhuvoolude tagajärjel. Need õhuvoolud kannavad endaga kaasas ka niiskust, mis kondenseerub teatud kõrgusel, sest standardatmosfääri puhul temperatuur langeb kõrguse suurenedes ja mida kuivem on õhk, seda vähem suudab see endaga niiskust siduda. Kondensatsioonituumade olemasolu korral kondenseerub osa niiskusest välja ja tekivadki pilved. Õhtul väheneb soojenemine ja seega tõusvad õhuvoolud. Enam pole pilvi tekitavaid ja alalhoidvaid õhuvoolusid (toovad ka lisaniiskust) ning pilved muutuvad veeauruks (tähelepanu! veeauru ei saa näha, sest aur tähendab aine gaasilist olekut ja molekule ju ei näe, kuid saame näha molekulide klasterdumisest tekkinud väikeseid veepiisakesi) või mõnel juhul madalduvad, sest jahtumise tõttu on õhk maapinna lähedal niiskem.
3. Pilved tekivad peaaegu alati tõusva õhu tõttu. Olenevalt õhu tõusmise iseloomust tekivad kas konvektsiooni-või kihtpilved (väga üldiselt). Õhk (õhumass) tõuseb siis, kui see muutub ümbritsevast õhust kergemaks. Kergemaks võib õhk muutuda kahel võimalusel: kas selle tihedus väheneb soojenemise tõttu (kõige soojem on Eestis soojal poolaastal tavaliselt taanduva antitsükloni servas) või muutub õhk niiskemaks, sest niiske õhk on kuivast õhust kergem (veemolekulid on kergemad, kui õhumolekulid keskmiselt). Sageli on põhjuseks mõlemad võimalused ja tõusvate õhumasside piirkonnas tulebki tihti ette pilvist ilma ning sademeid (esitatud skeem on väga üldine ja kõiki asjaolusid pole arvesse võetud – näiteks on tsükloni mehhanism ikkagi palju keerukam ja siis tuleks rääkida ka protsessidest, mis toimuvad atmosfääris mõne km kõrgusel jne).
4. Kui me vaatame kaugusesse minevaid sirgeid rööpaid, siis tunduks justkui, nagu need läheneksid üksteisele kuni mingis punktis saavad kokku. Me võime selle näiva kokkujooksmise koha fikseerida mõne raudtee lähedal oleva objekti abil, kuid sinna kohta jõudes näeme, et ikkagi on kokkujooksmise koht kuskil kauguses ja nii lõputult. Milles on asi? Põhjus on selles, et vaatenurga suurus erineb olenevalt objekti asukohast (kaugusest). Objektid, millel on suurem vaatenurk, näivad meile ka pikemad. Seda nähtust nimetatakse perskpektiiviks.
5. See on perspektiivi ilming.
6. Vihmapilved on tavalised paksemad ja tihedamad ning võiks arvata, et valgus lihtsalt neeldub. Jah, neeldub, kuid see on seotud piisakeste suurusega pilves – paljude ainete kohta kehtib seaduspära, et valguse neeldumine sõltub langemisnurgast: mida suurem see on, seda enam valgust neeldub. Kui piisad on suured, siis nende pinna kumerus on väiksem ja seega valguse langemisnurk suurem, mistõttu neeldub rohkem valgust. Väiksemate piiskade korral, mis on noortes rünkpilvedes, on ka piisa kumerus suurem ning neeldub vähem valgust, rohkem peegeldub erinevates suundades ja seetõttu tunduvadki rünkpilved heledamad. Kui õhk on niiske, siis võib-olla taevas rünkpilvetaolisi pilveräbalaid, mis on kahvatumad kui ilusa ilma rünkpilved, see on tingitud suurematest piiskadest nendes pilveräbalates, kuid vahel ka mõne teise pilvevarju tõttu või kahvatuma päikese tõttu. Loomulikult võib-olla vihmapilv suhteliselt hele, sest ka piisad võivad ju (teatud) vihmapilve osa(de)s olla väiksemad ja rohkem valgust peegeldub tagasi. Põhjusi võib veelgi olla, sõltuvalt konkreetsest olukorrast, näiteks valgustustingimustest või kustpoolt päikese suhtes pilve vaatame, samuti pilvede varjudest jne. Kiudpilved tunduvad valged väga peente jääkristallide tõttu, mis peegeldavad tugevalt valgust (otsest päikesekiirgust).
7. Eesti kõige suuremad järved on Peipsi-Pihkva ja Võrtsjärv. Nendesse järvedesse voolab sisse hulgaliselt jõgesid, kuid mõlemast välja vaid üks, vastavalt Narva ja Suur-Emajõgi. Milles on asi? Tegemist on looduse üldise seaduspärasusega, mille kohaselt (looduslik) nõgu või mõni muu negatiivne pinnavorm hakkab veega täitudes mingil hetkel serva kõige madalamast osast üle ajama. Kõige madalamaid kohti on ilmselt üks ja see ongi põhjus, miks nimetatud järvedest (seda ka mujal maailmas, kui just inimene pole kuidagi väljavoolu sekkunud) voolab ainult üks jõgi välja (seda, et Suur-Emajõgi mõnikord tagurpidi voolab, hetkel lähemalt ei uuri, sest pole püsiv, st pikaajaline nähtus jne pole küsimuse seisukohast kõige olulisem).
8. Kuu ise ei kiirga valgust, vaid peegeldab sinna saabunud päikesevalgust. Tõestada saab Maa varju abil.
9. Vikerkaarel saab selgesti eristada tegelikult 9 värvust – lisaks traditsioonilisele 7 värvusele on veel infrapunane ja ultraviolett. Inimene neid ei taju, kuid loomariigist mitmed küll. Ka 7 nähtava värvi eristamine on üsna tinglik ja subjektiivne, sest värvid lähevad ju sujuvalt üksteiseks üle ja teinekord ei saagi kõiki 7 nähtavat värvi eristada, vaid näiteks sinine või punane osa on ülekaalus.
10. Sageli öeldakse, et äikesepilv liigub vastutuult. Ka enne tsüklonit ei puhu ju tuul madalrõhu poolt, vaid kuskilt mujalt. Milles on asi? Tuul on äikesepilve kõrgusel ikka samast suunast, kust tuleb pilv. Äikesepilved liiguvad kas vastavalt juhtvoolule või keerutab neid rõhkkond, kus pilved parajasti asuvad. Viimast olukorda võib eriti sageli sügavates, kuid täituvates tsüklonites jälgida.
Tuul on teisest suunast enamasti seetõttu, et rõhkkonnad ja äikesepilved tekitavad ise oma tuultesüsteemid. Üldine reegel on, et õhk liigub kõrgema rõhuga aladelt madalama rõhuga alade suunas. Tuul pole siiski peaaegu kunagi nii üks-üheselt suunatud tsükloni keskmesse, vaid toimub suurem või väiksem kõrvalekalle Maa pöörlemise tõttu (Coriolisi jõud). Kõige selle tõttu tekibki mulje, nagu liiguksid tsüklonid või äikesepilved vastu tuult või tuulega teatud nurga all (antitsüklonitega on keerulisem lugu, sest need ei allu juhtvoolule).
11. Pilvede täpne füüsikaline tekkemehhanism ei ole teada, kuid üldjoontes on probleem justkui hästi lahendatud. Veeauru kondenseerumiseks peavad gaasikeskkonnas olema vastavad tuumakesed, millele veemolekulid piisava niiskuse korral saavad hakata kogunema. Väga sageli on nendeks tuumakesteks mineraalne tolm või bakterid.
Õhk küllastub piisavalt niiskusega atmosfääris kõrgemale kerkides, sest temperatuur langeb. Põhjendada võib seda paisumisega, milleks kulutatakse siseenergiat või kuna esimene seletus kehtib just siis, kui õhk ei seguneks ümbritseva õhuga, siis parem oleks isegi öelda, et õhk on kõrgemal hõredam ja kuna osakesi on sel juhul vähem, on ka temperatuur madalam. Pilvede kohta vt rohkem: www.ilm.ee/index.php?46318
12. Kohe tuleb meelde kliima ja aastaaegade vaheldumine. Millest need aga tekivad/sõltuvad? Eks ikka Maa pöörlemistelje kaldest orbiidi tasapinna suhtes, sest päikesekiirguse langemisnurk muutub sel juhul, olenevalt asukohast orbiidil ümber Päikese, ja ei muutuks, kui telg ei oleks orbiidi tasapinna suhtes kallutatud. Sellest järeldub, et aastaajad saavad olla vaid neil planeetidel, mille pöörlemistelg on suuremal või vähemal määral kaldu orbiidi tasapinna (ekliptika) suhtes. Niisiis on teatud orbiidi punktides Maa põhjapoolkera rohkem Päikese poole suunatud ja päikesekiirguse langemisnurk on suurem, mistõttu põhjapoolkera saab rohkem energiat (soojust) kui lõunapoolkera.
Vahel räägitakse sellest, et Maa orbiit on ekstsentriline ja see mõjutab samuti aastaaegasid. Ilmselt on see mõju tühine, sest näiteks solaarkonstandi muutlikkus on väga väike. Väiksemaid põhjusi leiab veelgi, eriti kui rääkida, miks mõni talv on soojem kui teine jne. Need põhjused peituvad enamasti atmosfääris (tsirkulatsioonitüübid).
Kommentaare ei ole:
Postita kommentaar