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anche se non lo avete chiesto
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tanto per alleviare il mortorio pontile di questo forum
Due concetti senza paura
Wind shear e Teorema di Bernoully applicato ad un tubo di Venturi
- windshear. Fenomeno meterologico dovuto allo sfregamento di masse d'aria con caratteristiche fisiche diverse, che come già sappiamo non si mescolano. Risultato: forte turbolenza nello strato limite (zona di contatto). Immaginate di prendere una secchia d'acqua, rovesciatela con violenza sul pavimento. L'acqua impattando contro una superficie che non può penetrare fuggirà con direzioni impossibili da prevedere. Tanto sarà la violenza con cui rovesciate l'acqua, tale sarà la violenza delle “raffiche” d'acqua. Togliete l'acqua e mettete una brezza, togliete il pavimento e metteci un'altra massa d'aria oppure un ostacolo. La costa o una falesia.
- Il teorema di Bernoully è abbastanza complicato, ma è essenziale nella meteorologia. Non sono un fisico e la faccio semplice:
all'interno di un tubo di flusso, la somma della pressione dinamica e di quella statica è costante. Significa che se una diminuisce, l'altra aumenta. In buona sostanza, prendete un tubo dell'acqua, se l'acqua corre(pressione dinamica) il tubo sembra vuoto, ma se l'acqua è ferma, non si riesce a stringerlo perché la pressione (statica) al suo interno è aumentata. In un tubo di Venturi (un tubo con una strozzatura) al livello della strozzatura, la pressione dinamica aumeterà, di conseguenza la statica diminuisce.
Questo teorema è alla base di tantissimi fenomeni fisici, tra cui il volo, la portanza di una vela, la meteorologia.
Vediamo perché ci serve.
Quando una brezza impatta contro un ostacolo, cercherà di aggirarlo per la via più breve. Immaginiamo un ostacolo isolato: un piccolo isolotto in mezzo al mare. L'aria è un fluido tale e quale all'acqua, quindi la brezza si comporterà esattamente come un torrente che incontra un sasso sulla sua strada. Cercherà di aggirarlo, ma verrà creata una strozzatura tra il sasso e l'aria circostante . Un tubo di venturi. In corrispondenza della strozzatura (l'isolotto) la pressione dinamica aumenterà quindi la velocità del flusso (brezza). All'uscita della strozzatura (dopo l'isolotto) la dinamica tornerà a regimi normali, aumentando la statica che andrà a premere dietro l'isolotto.
Risultato, quando troviamo un isolotto in mezzo al mare ci aspeteremo
-windsheer sopravento,
-un'aumento della velocità del vento sui lati,
-vortici ad asse verticale sottovento.
Un kayak in un torrente troverà pace dietro un sasso, dove l'acqua tende addirittura a tornare contro corrente (vortici ad asse verticale).
Immaginiamo invece che l'ostacolo sia lungo e risulti difficile o impossibile aggirarlo. Immginiamo un clif, una scogliera o una falesia. Più semplicemente la costa, alta sul mare. Non potendo aggirarla, l'aria la risalirà, per spinta aerodinamica. Se l'ostacolo è graduale e la sua superficie omogenea, immaginiamo una collina priva di alberi, il flusso sarà regolare e costante. Sicuramente i gabbiani sfrutteranno questa spinta per veleggiare ad ali aperte e immobili. Se la costa è tanto alta da permetter all'aria di salire fino al punto in cui condensa, noteremo cumuli sulla sommità dell'ostacolo, belli, non sviluppati e a base piatta.
Se invece l'ostacolo ha superficie irregolare, un bosco, delle case o addirittura un paese, il flusso sarà rotto e confuso.
Quando la costa è verticale, come le falesie che si tuffano in mare, possiamo aspettarci nei bassissimi strati, ad altezza albero per intenderci, e in stretta prossimità della costa, windshear e turbolenza anche violenta.
Sottovento la cosa è più interessante. Infatti l'aria che ha superato l'ostacolo risalendolo, si troverà nella stessa identica situazione del torrente che aggira il sasso. È sufficiente ruotare il quadro di 90 gradi. Significa che per lo stesso teorema di Bernoulli applicato ad un tubo di venturi, il flusso d'aria, che ha raggiunto la cima dell'ostacolo (la strozzatura di Venturi), troverà improvvisamente spazio, cadrà quindi la pressione dinamica (velocità del flusso) aumentando quindi la statica. L'aria tenderà allora a “cadere” sotto la cima dell'ostacolo, quasi “risucchiata” o meglio spinta dall' improvviso aumento della pressione statica. Nella migliore delle ipotesi saranno creati vortici ad asse orrizontale. Ma se la pressione è tale da schiacciare l'aria sull'acqua (quasi sempre accade), il windshear che si formerà sottovento sarà devastante, con raffiche violente, improvvise e da ogni direzione. Come prendere una secchia...d'aria e rovesciarla sul pavimento.
Se poi aggiungiamo una temperatura dell'aria molto più fredda della situazione sottovento all'ostacolo aggiungeremo così, alla pressione statica di Bernoulli, il peso dovuto alla minore temperatura del flusso. Esempio: una catena di montagne, il Velebit, una corrente fredda, quindi da nord (est) = il fenomeno catabatico (discesa) della bora. A volte tanto devastante da creare aerosol al livello del mare.
L'altro fenomeno correlato ed interessante è il caso di una naturale strozzatura: uno stretto, una gola che sfocia sul mare, la bocca di un golfo. A questo punto però non serve spiegare.
La strozzatura è quella di Venturi. Quindi aumento della pressione dinamica (velocità della brezza) in prossimità della strozzatura e vortici ad asse verticale ai lati (aumento della statica). Se poi è una valle stretta che si apre su un lago o sul mare, aggiungiamo al tutto la diminuita temperatura dell'aria all'interno della valle, che quindi crea un fenomeno catabatico. Ma il resto lo sapete.
Se state buoni vi spiego anche la differenza tra brezza e vento