ASPress - czasopisma pedagogiczne


ARCHIWUM WYDAŃ CYFROWYCH
       
Język Niemiecki



Wydania z lat 2009-2016 dostepne są w wersji elektronicznej jako pliki PDF. Są one identyczne z wersjami drukowanymi. Jednakże nie zawierają materiałów, które były na płytach CD/DVD dołączanych do niektórych wydań drukowanych.
W wersji drukowanej dostepne jest tylko jedno wydanie - 3/2016.
Więcej


Zbiór 52 felietonów poświęconych współczesnej Polsce, Polakom, polityce, roli telewizji i mediów we współczesnym świecie, globalizacji i konsekwencji wynikającej z naszego otwarcia na świat.
Wydanie w postaci pliku PDF
Cena 10 zł.
Zamów


Książka o podróżach, poznawaniu, odkrywaniu i podbijaniu świata, o pokonywaniu kolejnych horyzontów ludzkiego rozwoju. Ludzie wędrują od wieków, zawsze chcieli zobaczyć, co jest za kolejną rzeką, górą, morzem, za nowym horyzontem. Ta wędrówka pozwoliła najpierw poznać naszą planetę, a dziś już zaprowadziła człowieka poza granice Układu Słonecznego. Kim są ci, którzy zmieniają historię świata? Dlaczego Krzysztof Kolumb odkrył Amerykę, a Mikołaj Kopernik „poruszył” Ziemię?
Wydanie w postaci pliku PDF.
Cena 10 zł.
Zamów

Wydanie drukowane



Historia powstania  * Dane techniczne * Słynne rajdy * Rozwiązania konstrukcyjne

Pierwszy pojazd z napędem na obie osie skonstruowano w 1824 r. a więc ponad pól wieku wcześniej od samochódu. Jednak dopiero wojskowi amerykańskiej armii jako pierwsi chcieli mieć pojazd, który pojedzie każdą drogą, pokona głębokie rowy  i wyposażony będzie we wciągarkę, tak by mógł poruszać się w każdym terenie.
Cena 10 zł.
Zamów

Wydania specjalne "Geografii w Szkole"

2011

2010

2009

2008


Cena kompletu wydań 50 zł
Cena jednego wydania 10 zł
Zamów



Nowość!


Więcej

Artykuły archiwum

03.07.2017

Fizyka a klimat, czyli dlaczego pada deszcz

Jak podaje encyklopedia, klimat to całokształt warunków pogodowych charakterystycznych dla danego obszaru lub miejsca, kształtujący się pod wpływem położenia geograficznego i właściwości fizycznych tego obszaru, określony na podstawie wieloletnich obserwacji. 
 Klimat jest efektem równowagi systemu utworzonego przez atmosferę, hydrosferę, warstwę powierzchniową litosfery, kriosferę i biosferę, w którym zachodzą procesy obiegu energii i substancji. Procesy te wskutek wzajemnych powiązań i sprzężeń tworzą stan atmosfery objawiający się zmiennością takich czynników jak temperatura, wilgotność, opady czy wiatr.
Stan pogody to chwilowy stan atmosfery na danym (niewielkim) obszarze, opisany przez parametry takie jak nasłonecznienie, temperatura i ciśnienie powietrza, jego wilgotność, rodzaj i natężenie opadu oraz szybkość i kierunek wiatru. Parametry te na ogół nie są na danym terenie stabilne i ulegają zmianie. Zmiany te mogą następować w krótkim czasie (np. pojawienie się opadu) lub w dłuższym (jak zmiana ciśnienia czy temperatury powietrza). Stan pogody zależy od położenia geograficznego danego terenu oraz pory roku. Uśrednione po czasie stany określają rodzaj klimatu, przy czym dotyczy to zwykle większego obszaru niż ten, dla którego określa się stan pogody.
Na stan pogody na danym obszarze w głównej mierze wpływają układy baryczne, czyli wzajemne położenie układów niżowych i wyżowych. Ponieważ średnie ciśnienie atmosfery ziemskiej na poziomie morza ma wartość 101 325 Pa, więc centra obszarów, na których występują wartości mniejsze, nazywamy niżami barycznymi, a obszary, na których ciśnienia są większe od wartości ciśnienia średniego, nazywamy wyżami barycznymi. Ciśnienie powietrza zależy w dużej mierze od wysokości terenu nad poziomem morza (maleje o około 13 hPa na każde 100 m
wysokości), dlatego przelicza się je zwykle tak, by odpowiadało ciśnieniu na poziomie morza. Wartości te wskazują izobary, które kreślone są na mapach pogody.
Między wyżami i niżami występuje cyrkulacja mas powietrza, co objawia się nierzadko bardzo intensywnymi wiatrami. Powietrze przemieszcza się od wyżu do niżu, ale siły Coriolisa sprawiają, że jego masy zaczynają wirować, co zwykle wzmaga szybkość wiatru. Szybkość ta jest proporcjonalna do gradientu ciśnienia na danym obszarze. Na mapie pogody obszar o największym gradiencie ciśnienia występuje tam, gdzie zagęszczają się izobary.

Jednym z ważniejszych czynników kształtujących klimat są prądy morskie. Przenoszą one znaczne masy wody zarówno południkowo (np. Golfstrom), jak i równoleżnikowo (np. El Niño). Są one dość stabilne i mogą transportować ogromne ilości energii wewnętrznej (cieplnej) wody. Ważnym czynnikiem kształtującym klimat na znacznych obszarach Ziemi są pasaty. Są to stałe wiatry wiejące od zwrotników ku równikowi. Zarówno pasaty, jak i prądy morskie wywołane są różnicą temperatur mas powietrza lub wody. W fizyce zjawisko to nazywamy konwekcją. 
Jak wiemy, konwekcja jest zjawiskiem, w którym substancja (woda lub powietrze) tworzy obieg zamknięty. Dlatego też każdemu powierzchniowemu prądowi morskiemu towarzyszy prąd głębinowy płynący w przeciwnym kierunku. W przypadku zaś pasatów jest to przemieszczanie się mas powietrza w górnej części atmosfery w kierunku od równika ku zwrotnikom (antypasat). Ponieważ Ziemia obraca się wokół swojej osi, jest więc ona układem nieinercjalnym. W takim układzie do opisu zjawisk wygodnie jest użyć sił bezwładności. W tym wypadku są to właśnie siły Coriolisa. Siły te wywołują zmianę kierunku ruchu pasatów ku zachodowi, a antypasatów w stronę wschodnią. W przypadku pionowych strumieni powietrza wiatr wiejący ku Ziemi odchyla się ku wschodowi, a wiejący w górę – ku zachodowi. Tworzy się więc skomplikowany układ ruchu mas powietrza nad równikiem i wokół niego. Podobne prądy powietrza tworzą się w strefie podbiegunowej. Siły Coriolisa działają również na prądy morskie. Przykładem jest Golfstrom, który płynąc na północ, skręca ku wschodowi, w wyniku czego kształtuje klimat w zachodniej Europie.
Przyczyną konwekcji jest różnica temperatur w danym ośrodku. Tak więc powietrze ogrzane od powierzchni ziemi zmniejsza swoją gęstość i zgodnie z prawem Archimedesa jest wypierane ku górze. Tam się ochładza i opada nad terenami słabiej ogrzanymi, np. nad morzem. Tak właśnie powstaje bryza dzienna. W nocy jest odwrotnie; ląd łatwo traci ciepło (wypromieniowuje go) i wówczas to woda jest cieplejsza od lądu. Zatem bryza zaczyna wiać od lądu. Podobnie powstają tzw. kominy termiczne, które wykorzystują szybownicy i niektóre ptaki, np. szykujące się do odlotu bociany. Należy zauważyć, że prądy konwekcyjne nie wywołują wiatru o dużej prędkości. Zwykle nie przekracza ona wartości kilku czy kilkunastu kilometrów na godzinę. Większe prędkości są związane z głębokimi niżami barycznymi.

A jak powstają takie niże? Omówię to na przykładzie niżów okołorównikowych. Unoszone nad równikiem ciepłe powietrze zawiera dużo pary wodnej. Ponieważ w czasie wznoszenia obniża się jego temperatura, to rośnie jego wilgotność względna. Po osiągnięciu stanu nasycenia następuje skraplanie pary wodnej, co z kolei wywołuje dalsze obniżenie ciśnienia. Jest to zgodne z prawem Daltona, które głosi, że ciśnienie mieszaniny gazów jest sumą ciśnień cząstkowych gazów wchodzących w skład tej mieszaniny. W tym wypadku ubywa pary wodnej (zamienia się w mgłę), co wywoła stosowne obniżenie ciśnienia i powstanie niżu barycznego. W efekcie w strefie okołorównikowej panują stałe niże. A ponieważ para wodna ulega w chmurze kondensacji, to może pojawić się deszcz. Są to znane nam deszcze zenitalne. Analogiczne procesy zachodzą wewnątrz chmury burzowej.
Specyficzny układ niżu i wyżu barycznego jest przyczyną powstawania monsunu oraz wiatru fenowego. Znany nam wiatr halny pojawia się wtedy, gdy Tatry znajdą się w południowym strumieniu powietrza. Wówczas to wznoszące się nad Tatrami masy powietrza ochładzają się, tworząc chmury i deszcz spadający po stronie południowej. W efekcie powietrze w Zakopanem jest już pozbawione pary wodnej. W tym jednak przypadku wpływ mają również dodatkowe czynniki zmieniające stan powietrza. Otóż wędrujące w górę powietrze ulega rozprężeniu. A ponieważ brak jest dostatecznej wymiany ciepła z otoczeniem, to możemy przyjąć, że jest to rozprężanie adiabatyczne. Musi więc nastąpić obniżenie temperatury powietrza. I odwrotnie: przy ruchu w dół powietrze ulega adiabatycznemu sprężeniu, co wywoła wzrost jego temperatury. Będąc wówczas w Zakopanem, odczujemy, że powietrze jest suche i ciepłe. Dodam, że duża szybkość wiatru na szczytach Tatr wynika również z faktu, że zwęża się tam strumień powietrza.

A jak powstaje niż w średnich szerokościach geograficznych? Przykładem niech będzie ten, który najczęściej tworzy się w pobliżu Islandii. Jego powstawanie ma inny charakter niż w wypadku niżów okołorównikowych czy też lokalnego niżu związanego z chmurą burzową. W pobliżu Islandii spotykają się zwykle dwie masy powietrza: ogrzane przez Golfstrom ciepłe i wilgotne z południa z zimnym i dość wilgotnym powietrzem płynącym z północy. Po zetknięciu się tych mas następuje ochłodzenie powietrza ciepłego, w wyniku czego część pary wodnej ulega skropleniu, co w efekcie obniża w tym miejscu ciśnienie. Spadek ciśnienia spowoduje napływ kolejnych mas powietrza oraz dalsze pogłębienie i poszerzanie się niżu. Obniżenie ciśnienia w niżu wywoła ruch powietrza z terenów o wysokim ciśnieniu. A ponieważ na te masy powietrza działają siły Coriolisa, to zaczną one wirować przeciwnie do kierunku ruchu wskazówek zegara (półkula północna). W efekcie otrzymamy wiatr często dochodzący w swej szybkości do ponad 100 km/h. Trzeba tu jeszcze dodać, że proces oziębiania się powietrza w niżu hamowany jest przez wydzielane ciepło towarzyszące procesowi skraplania pary wodnej.

A teraz kilka ciekawych obliczeń
: w temperaturze 30°C w 1 m3 powietrza może znajdować się nawet 30 g pary wodnej. Z kolei w temp. 0°C – nie więcej niż 5 g. Zatem przy oziębieniu się powietrza od 30°C do 0°C te 25 g pary musi się skroplić. Spowoduje to równoczesne obniżenie ciśnienia o około 33 hPa. Obliczmy, ile wody może się więc znajdować w 1 km3 chmury. Jeżeli w 1 m3 pojawi się 25 g wody, to w 1 km3 jest jej 25 000 ton. Jeżeli spadłaby ona na ziemię w postaci deszczu, to uzyskalibyśmy opad o wartości 25 l/m2. Na szczęście nie cała woda znajdująca się w chmurze opada w postaci deszczu, ale grubość chmur – szczególnie burzowych – znacznie przekracza 1 km. Nic więc dziwnego, że występują opady o jeszcze większych wartościach.
 
Najwyższy czas omówić wpływ nasłonecznienia na lokalny klimat. Jak wiemy, Słońce może dostarczyć do 1368 watów na każdy metr kwadratowy powierzchni zwróconej prostopadle do padających promieni. Należy tu jednak zauważyć, że atmosfera, hydrosfera oraz litosfera Ziemi absorbują około 40% tej energii. Pozostała część jest odbijana od powierzchni Ziemi, oceanów, lodowców i chmur. Dzięki zaabsorbowanej energii utrzymywana jest stała wartość średniej temperatury powierzchni Ziemi i jej atmosfery. Niewielka jej część zamienia się w energię wiatru i prądów morskich, a jeszcze mniejsza jest kumulowana przez roślinność Ziemi. Pozostała energia zostaje wypromieniowana w Kosmos. Zaabsorbowana energia słoneczna wywołuje parowanie wody z gleby i wód powierzchniowych. Ponieważ szybkość parowania cieczy zależy od jej temperatury i ciśnienia pary nad cieczą, to najwięcej pary wodnej tworzy się w okolicy równika, gdzie promieniowanie słoneczne pada na powierzchnię Ziemi niemal prostopadle, wywołując znaczne jej ogrzanie. Z kolei w wyższych szerokościach geograficznych promieniowanie pada pod coraz mniejszym kątem, zatem na 
1 m2 powierzchni przypada coraz mniej energii. W efekcie występują tam niższe temperatury powierzchni Ziemi.

Jak już wspomniałem, energia nie gromadzi się, lecz jest wypromieniowana w przestrzeń okołoziemską. Zjawiskiem tym rządzi prawo Stefana–Boltzmanna. Proces ten jest hamowany przez gazy cieplarniane takie jak para wodna, CO2, węglowodory czy freony. Swoistą tamę dla tego promieniowania stanowią chmury. Chmury wprawdzie odbijają w znacznym procencie promieniowanie dochodzące ze Słońca, co utrudnia ogrzewanie się powierzchni Ziemi, ale równocześnie utrudniają wypromieniowanie energii w przestrzeń okołoziemską z jej powierzchni. Potwierdza to znana prawidłowość polegająca na tym, że w zimie przy bezchmurnym niebie szybko obniża się nocą temperatura powietrza i gruntu. I odwrotnie: przy znacznym zachmurzeniu nie ma większej różnicy między temperaturą w ciągu dnia i nocą. Warto tu zauważyć, że woda kumuluje ogromne ilości energii. Tak więc do ogrzania 1 tony wody (1 m3) o 10°C potrzeba blisko 42 mln dżuli energii (cw 4,187 J/kg∙°C).
Ta właściwość wody sprawia, że klimat morski – w przeciwieństwie do kontynentalnego – charakteryzuje się niewielkimi amplitudami temperatury zarówno dziennymi, jak i rocznymi.

Inne skutki wywołuje pokrywa śnieżna.
 Ponieważ śnieg niemal w 100% odbija promieniowanie słoneczne, to znacznie ogranicza on wzrost temperatury powierzchni Ziemi i powietrza także w bezchmurne dni. A jeżeli śnieg utrzyma się nawet w lecie, to następuje dalsze ochładzanie danego terenu, co może prowadzić do powstania lodowców na znacznym obszarze, a nawet epoki lodowcowej.
Więcej przeczytacie w artykule Waldemara Reńdy „Fizyka a klimat, czyli dlaczego pada deszcz“ w najnowszym wydaniu (2/2016) „Fizyki w Szkole“ 

Powrót