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龙卷风的形成 龙卷风中的物理小知识

前几日台风“利奇马”对沿海地区造成了比较大的影响,给人们的生活造成了很多的不便。同样在墨西哥,一场龙卷风在墨西哥强势来袭。据英国《每日邮报》8 月 8 日报道,当地时间 8 月 6 日,一场巨大的龙卷风席卷了墨西哥萨卡特卡斯州小镇弗雷斯尼洛,并形成巨型尘埃云。在场人员拍摄分享的视频显示,尘埃云宽度有几米,因携带地面碎屑,颜色呈现红色。视频中,一些围观者对这一壮观的自然现象惊叹不已。龙卷风的成因是什么,其中包含的物理知识又有哪些?一起来看看吧。

龙卷风

龙卷风成因

龙卷风形成的四个阶段

龙卷风是云层中雷暴的产物。具体的说,龙卷风就是雷暴巨大能量中的一小部分在很小的区域内集中释放的一种形式。龙卷风的形成可以分为四个阶段

龙卷风成因

1、大气的不稳定性产生强烈的上升气流,由于急流中的最大过境气流的影响,它被进一步加强。

2、由于与在垂直方向上速度和方向均有切变的风相互作用,上升气流在对流层的中部开始旋转,形成中尺度气旋。

3、随着中尺度气旋向地面发展和向上伸展,它本身变细并增强。同时,一个小面积的增强辐合,即初生的龙卷在气旋内部形成,产生气旋的同样过程,形成龙卷核心。

4、龙卷核心中的旋转与气旋中的不同,它的强度足以使龙卷一直伸展到地面。当发展的涡旋到达地面高度时,地面气压急剧下降,地面风速急剧上升,形成龙卷风。

龙卷风依其型态有「下曳龙卷风」「上升龙卷风」两大类:

下曳龙卷风——上层积雨云与中心之间的气压差距递增,造成气流向下曳出,即所谓的下曳气型龙卷风;亦称为喷出型龙卷风。

上升龙卷风——龙卷风中上升之气流,宛如吸尘器吸入地面上的各种物质,即所谓的上升气流型龙卷风;亦称为吸进型龙卷风。

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龙卷风中的物理知识

伯努利原理

丹尼尔·伯努利在1726年首先提出时的内容就是:在水流或气流里,如果速度小,压强就大,如果速度大,压强就小。这个原理当然有一定的限制。

伯努利原理

伯努利原理解释了为什么龙卷风可以有这么大的“威力”。当刮风时,屋面上的空气流动得很快,等于风速,而屋面下的空气几乎是不流动的。根据“伯努利原理”,这时屋面下空气的压力大于屋面上的气压。要是风越刮越大,则屋面上下的压力差也越来越大,一旦风速超过一定程度,这个压力差就“哗”的一下掀起屋顶!正如我国唐朝著名诗人杜甫《茅屋为秋风所破歌》所说的那样:“八月秋高风怒号,卷我屋上三重茅。”

圆周运动

龙卷风主要是因为冷暖强对流空气形成,类似于水中的“旋涡”,一旦形成旋涡,会迅速从弱变强,内部空气流速特别巨大,远大于外部空气流速,造成龙卷风那个区域内部气体压强远小于外部大气压,形成从外部指向内部的压力差,此压力差即为外界提供物体做圆周运动的向心力,会把其所经过的任何不牢固物体吸入内部,并开始随着狂风做圆周运动,由于越低的位置空气流速越大,指向内部的压力差就越大,导致做圆周运动的物体都有沿着切线飞出去做离心运动的趋势,所以物体做圆周运动的半径会越来越大,一路螺旋向上,当物体到了足够高处,风速减小,外界能够提供的里会小于物体所需要的向心力,物体做离心运动被甩出龙卷风区域,降落到地面造成重创。

为什么美国多发龙卷风?

为什么美国龙卷风多发

北美地区的地形呈现东中西三大地形南北纵列分布,即东部高原山地区、中部平原区和西部高山区。东西高,中间低的地势特点,使得贯通南北的中部平原成为冬季极地气流和夏季墨西哥湾暖湿气流的走廊。美国主要处在中纬度,在春夏季,美国主要被副热带高压控制,其西缘正好停留在中西部,这时,东南气流把来自大西洋和墨西哥湾的暖湿空气源源不断地向美国中部平原输送,与来自西部洛基山脉和北部极地的干燥冷空气在低地平原相遇,积雨云开始积聚。当雷雨云积聚到一定强度后,龙卷风就产生了。

龙卷风防范措施

龙卷风防范措施

1、有地下室的房屋:避开所有的窗户,立刻进入地下室,躲在坚实的桌子或工作台下。千万不要躲在重物附近的地方,以免龙卷风破坏了房屋的结构,造成这些重物倒塌而压在您的身上。

2、没有地下室的房屋或公寓房: 避开所有的窗户,立即进入一间小的,位於中间的房子,如厕所,壁橱或最底层的内部过道。脸朝下,用手护住头部,尽可能的蹲伏于地板上。用厚的垫子,如床垫或毯子盖在身上,以防掉落的碎物砸伤身子。

3、办公楼、医院、老人院或摩天高楼: 立即进入楼房中心,封闭的,无窗户的区域。尽可能的避开窗户。内部楼梯过道是最好的避难所。因为在紧急情况下,它们也是进入楼房其它地方的通道。一定要避开电梯,因为如果一旦停电,您将可能被困在电梯内。

4、活动房屋(住房拖车): 在龙卷风期间,切记不可因为任何原因而停留在活动房屋内。在活动房屋外面远比在活动房屋内有更大的存活机会。如果您的社区有龙卷风避难所,或者附近有一个坚实的建筑物,请您尽可能的进去。

5、遵循预先操练的规定,听从负责人的指挥,有秩序地走进学校建筑内部过道或房间,躲在桌子下,用手护住您的头部。切记避开窗户和大的,宽阔的房间,如体育馆或礼堂。汽车或卡车:如果龙卷风逼近,而您正行驶在路上,请尽可能的沿着与龙卷风的路线垂直的方向行驶,以远离龙卷风。如果不可能,则弃车于路边安全的地方,而您则尽快地进入附近的建筑物。

6、室外:如果附近有建筑物,请立即进入。如果没有,则平躺在地上,脸朝下,用手护住头部。切记不要躺在汽车或树附近,以免它们被龙卷风吹倒而砸着您。

7、购物商场:千万不要惊慌!尽快地避开窗户,进入商场内部厕所,储藏室或其它封闭的地方。

8、教堂或电影院:千万不要惊慌!尽快进入内部厕所或过道。脸朝下,用手护住头部,蹲伏在地上。如果需要,则躲藏在椅子下面,以获得进一步的保护。

大家平常也要掌握一些自救知识,要有自我防范意识,这样在灾害来临的时候可以尽可能地保障自身的人身安全,对于日常学校的安全教育同学们也要认真听讲,认真学习防范措施,不可以掉以轻心,将安全铭记于心。

                       

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