Почему тёплый Гольфстрим течёт к холодному северному полюсу?

[zam2]

Зашла речь о центростремительном ускорении. Оно направлено к центру

Оно направлено не к центру, а к оси вращения Земли.

Мне такое объяснение не понятно.

Полностью с вами согласен. "Объяснение" от e+ ничего не объясняет. А на предложение расписать это уравнениями (только так можно добиться настоящего понимания) он написал, что "не хочет".

[slonougam]

Оно направлено не к центру, а к оси вращения Земли.

Да так правильнее.
 Уважаемый e+ взял упрощённую схему, поэтому не всё понятно. Трудности с уравнениями не у одного e+. Древние индусы и китайцы обходились без уравнений.

Цитата: zam2

  А почему только зелёную? А красную не надо? Вот касательные составляющие центробежной силы и силы гравитационного притяжения в точности равны и в сумме дают ноль. Нет силы, пытающейся двигать воду к экватору.

И зелёную надо, но отдельно. Отдельно красную, отдельно зелёную, отдельно синюю. Из интересу.
 Интересно, что силы гравитационного притяжения в 300 раз сильнее центробежной силы, а значит и касательные составляющие не равны, а гравитационная больше. Вспомним про реакцию опоры. Но, в нашем случае, реакция опоры это не реакция шарнира. Земля - большая капля жидкости. Состоит из многих капель. Пусть один кубокилометр воды - это малая (не большая) капля. Со всех сторон на каплю действуют реакции от соседних капель. Каждая малая капля в равновесии и вся Земля  - геоид в равновесии.
На каждый кубокилометр холодной воды действует центробежная сила. Это работа сепаратора. Она выводит кубокилометр из равновесия. Малая капля сдвигается на периферию. Причем происходит это не во времена динозавров, а в наше время. Уменьшается давление на соседний кубокилометр, и так далее  по цепочке капель до полюса. А давление на полюсе сохранилось. Оно не даст перемещать к центру от действия  касательной составляющей гравитации.

 

[zam2]

Уважаемый e+ взял упрощённую схему, поэтому не всё понятно.

Нормальную схему он взял. Вполне подходящую для разбора основных явлений.

Трудности с уравнениями не у одного e+.

У него трудности не с уравнениями, а с русским языком. То, что он написал, пониманию не поддаётся. Поэтому я и предложил ему уравнения записать. А как у него с уравнениями, я не знаю, потому как он сказл, что "не хочет".

Древние индусы и китайцы обходились без уравнений.

Поэтому и остановились на самом интересном месте. Поченму Франсуа Виета, догадавшийся число обозначить буквой, родился во Франции, а не в Китае? Почему наука зародилась в Европе на рубеже 16-17 веков, а не на Востоке? Ведь тамошние жители и умнее, и трудолюбивее, а не сложилось. Это, может быть, самый интересный для меня нынче вопрос.
Вы поймите главное. Уравнения придуманы для того, чтобы было проще! Не редко одно уравнение заменяет пять страниц говорильни.

Отдельно красную, отдельно зелёную, отдельно синюю.

Синяя - это равнодействующая красной и зелёной. Она их заменяет. Вы уж "либо штаны наденьте, либо крестик снимите".

Интересно, что силы гравитационного притяжения в 300 раз сильнее центробежной силы, а значит и касательные составляющие не равны, а гравитационная больше.

А углы (косинусы углов) вы учитывать не собираетесь? Вы хотя бы попытайтесь написать уравнения для проекций сил на поверхность эллипсоида. И увидите, как вас подводят словесные рассуждения, не подкреплённые расчётом (уравнениями).

Со всех сторон на каплю действуют реакции от соседних капель.

Это называется силой Архимеда.

Давайте пока рассмотрим другой случай. Берём банку с водой, ставим на вращающийся столик. Поверхность воды становится искривлённой (параболид вращения):

На поверхность воды кладёте пенопластовую крошку. Вы прекрасно можете наблюдать, что она покоится (в системе отсчёта, привязанной к банке, вращающейся системе отсчёта). Почему? Да потому что сумма сил, действующих на крошку (сила притяжения Земли, красная; сила Архимеда, чёрная; центробежная сила, зелёная) равна нулю.
Никаких течений в банке вы не обнаружите.
С Землёй то же самое. Разница в конфигурации гравитационного поля, в одном случае однородное, в другом - центральносимметричное.

[slonougam]

А почему только зелёную? А красную не надо? Вот касательные составляющие центробежной силы и силы гравитационного притяжения в точности равны и в сумме дают ноль. Нет силы, пытающейся двигать воду к экватору.

  Можно рассматривать синюю стрелку - равнодействующую. Можно измерить с помощью весов силу веса. А можно рассмотреть зелёную и красную, и их проекции, например на ось проходящую по синей стрелке.
Получается из рисунка Земли, что система векторов не уравновешенная. Значит неуравновешенная проекция центробежной силы приведёт нашу пробную каплю в движение.
А вот на новом рисунке система полностью уравновешенная. Там течения нет и быть не может.
А рисунок с параболой очень хороший.

[zam2]

А вот на новом рисунке система полностью уравновешенная. Там течения нет и быть не может.

Точно так же, как и на старом рисунке (про земной шар).

[slonougam]

Цитата: slonougam от 13 Фев 2021 [18:52:39]
А вот на новом рисунке система полностью уравновешенная. Там течения нет и быть не может.
Точно так же, как и на старом рисунке (про земной шар).

Чтобы  на старом рисунке (про земной шар) система стала уравновешенной нужно добавить чёрную стрелочку - силы Архимеда. (А то стрелки бегут, как бы, в одну сторону).
 И ещё. Новый рисунок мне очень нравится  - лаконичный , наглядный, но, когда мы говорим о Земле его требуется дополнить. Мы говорим о пробной малой капле (кубокилометре), части большой капли - всего океана. Мы говорим о малой капле, элементе большой системы, но не о материальной точке. При вращении Земли под действием центробежной силы  на малую каплю равновесие нарушается. Давление от сил тяготения с одной стороны капли становится больше, чем с другой. Начинается движение, появляется течение.
 Важно, что движение вызывается собственно не центробежной силой, а силой тяготения
. (Это для тех кто  утверждает, что ц. б. силы фиктивные и, значит ничего двигать не могут).

Никаких течений в банке вы не обнаружите.

Да. Но. Глядя на этот рисунок можно представить. Увеличим в два раза обороты устройства и пенопластовая крошка поползёт вверх по параболе.  Совсем прекратим вращение и крошка упадёт на дно параболы. Это я к тому, что  ц. б. силы важные участники равновесия в океане. А океан среда подвижная. Тут тебе и приливы, и вертикальная сепарация и горизонтальная сепарация.

[zam2]

Чтобы  на старом рисунке (про земной шар) система стала уравновешенной нужно добавить чёрную стрелочку - силы Архимеда. (А то стрелки бегут, как бы, в одну сторону).

Вот так?

Так это же элементарно - сила Архимеда равна и противоположно направлена силе тяжести (для плавающего тела). А чего же сами не нарисовали?

При вращении Земли под действием центробежной силы  на малую каплю равновесие нарушается.

Нет.

Давление от сил тяготения с одной стороны капли становится больше, чем с другой.

Нет.

Начинается движение, появляется течение.

Нет.

Важно, что движение вызывается собственно не центробежной силой, а силой тяготения

Нет. Движение вызывается перепадом давлений на концах "трубы". Которое, в свою очередь, вызывается разностью потоков тепловой энергии (от Солнца) на экваторе и полюсе. Двигатель течений в мировом океане - Солнце.

Это для тех кто  утверждает, что ц. б. силы фиктивные и, значит ничего двигать не могут

Центробежные силы фиктивные по той причине, что зависят от выбора системы отсчёта (в одной они есть, в другой их нет). Кто вам сказал, что они ничего не могут двигать? Во вращающейся системе отсчёта они могут двигать. Но к течениям в мировом океане они никакого отношения не имеют. Причина течений - другая.

Ну поставьте дома простейший эксперимент. Возьмите тазик с водой. Суньте туда кипятильник около стенки. Вы увидите, что возникнет течение от кипятильника к другой стенке тазика. Даже и пенопластовых крошек не нужно, пузырьки покажут.
А вот по дну будет встречное холодное течение. И никаких вращений, никаких центробежных сил.

Увеличим в два раза обороты устройства и пенопластовая крошка поползёт вверх по параболе.

Нет. Не поползёт. Парабола станет круче. А крошка по поверхности воды не поползёт.

Совсем прекратим вращение и крошка упадёт на дно параболы.

Нет. Парабола превратится в ровную поверхность. Никакого донышка у параболы не будет. И крошка относительно окружающей воды не сместится ни на миллиметр.

А океан среда подвижная. Тут тебе и приливы, и вертикальная сепарация и горизонтальная сепарация.

А вот это да. Но вы разберитесь сначала с простым. И только потом беритесь за сложное.

[slonougam]

Рисунок теперь без изъяна. Равновесие есть.

Нет. Движение вызывается перепадом давлений на концах "трубы". Которое, в свою очередь, вызывается разностью потоков тепловой энергии (от Солнца) на экваторе и полюсе. Двигатель течений в мировом океане - Солнце.

Солнце податель тепла (энергии) - правильно.  Гольфстрим эту энергию в виде тепла переносит от экватора к Европе. а вот механизм приведения воды в горизонтальное перемещение требует пояснения.
 Откуда берётся перепад давления на концах "трубы"? Один конец трубы солнце нагрело. Температура воды в районе экватора повысилась. Плотность воды понизилась. Почему тёплая вода побежала в Мурманск?

Парабола станет круче. А крошка по поверхности воды не поползёт.

Парабола станет круче - это результат воздействия центробежных сил на воду. А почему крошка не поползёт? На неё будет действовать в четыре раза большая центробежная сила.

[zam2]

Солнце податель тепла (энергии) - правильно.  Гольфстрим эту энергию в виде тепла переносит от экватора к Европе. а вот механизм приведения воды в горизонтальное перемещение требует пояснения.
 Откуда берётся перепад давления на концах "трубы"? Один конец трубы солнце нагрело. Температура воды в районе экватора повысилась. Плотность воды понизилась. Почему тёплая вода побежала в Мурманск?

Механизм.

1. Берём пару сообщающихся сосудов с водой. Уровень воды в них установится одинаковым.
2. Подносим к левому сосуду источник тепла. Температура в левом сосуде повысилсь, плотность воды понизилась, уровень воды стал выше, чем в правом сосуде.
3. Соединяем сосуды трубкой. Давление на левом конце трубки больше, чем на правом (он глубже под поверхностью воды). Появится поток тёплой воды в этой трубке слева направо. Одновременно возникнет встречный поток холодной воды в нижней трубке.

Парабола станет круче - это результат воздействия центробежных сил на воду. А почему крошка не поползёт? На неё будет действовать в четыре раза большая центробежная сила.

Примерно во столько же раз увеличится и сила Архимеда. И всё равно сумма приложенных к крошке сил останется равной нулю:

[slonougam]

2. Подносим к левому сосуду источник тепла. Температура в левом сосуде повысилсь, плотность воды понизилась, уровень воды стал выше, чем в правом сосуде.

  Да. Но коэффициент объёмного расширения величина очень не большая. Например, вода, в зависимости от температуры, имеет различный коэффициент объёмного расширения:
0,53⋅10−4 К−1 (при температуре 5—10 °C);
1,50⋅10−4 К−1 (при температуре 10—20 °C);
3,02⋅10−4 К−1 (при температуре 20—40 °C);
4,58⋅10−4 К−1 (при температуре 40—60 °C);
5,87⋅10−4 К−1 (при температуре 60—80 °C).
Уровень воды будет повышаться не очень сильно.

3. Соединяем сосуды трубкой. Давление на левом конце трубки больше, чем на правом (он глубже под поверхностью воды). Появится поток тёплой воды в этой трубке слева направо. Одновременно возникнет встречный поток холодной воды в нижней трубке.

В данном случае. (При местном изменении плотности). Высота столба немного увеличится, но вес столба останется прежним. На глубине давление не изменится.
Есть перепад. Это между поверхностью левой и поверхностью правой трубки. Не уверен, что вес воды высотой в несколько метров может прогнать тысячи тонн воды потока Гольфстрима на расстояние в 9 -10 тысяч километров.
Непонятно, что же заставляет сдвигаться с места холодную воду? Холодная вода, как стояла (или лежала) внизу левой трубки, так и внизу правой трубки, так и стоит. Равновесие.

 А с пенопластовой крошкой, вообще, тёмное дело. Там нелинейность. Не может Архимедова сила расти бесконечно. Не может быть больше веса вытесненной воды.

[zam2]

Уровень воды будет повышаться не очень сильно.

Достаточно для образования океанских течений.

Высота столба немного увеличится, но вес столба останется прежним. На глубине давление не изменится.

Пока не соединили сосуды второй трубкой.

Не уверен, что вес воды высотой в несколько метров может прогнать тысячи тонн воды потока Гольфстрима на расстояние в 9 -10 тысяч километров.

Тысячи? Сто миллионов тонн в секунду.
А как вы считаете, какой перепад уровня поверхности Волги между Казанью и Саратовом?

Непонятно, что же заставляет сдвигаться с места холодную воду? Холодная вода, как стояла (или лежала) внизу левой трубки, так и внизу правой трубки, так и стоит. Равновесие.

После того, как добавили трубку вверху, в нижней трубке тоже появился перепад давлений. попробуйте порасписывать формулы для давления жидкости в различных точках системы. И ещё. Вы знакомы с устройством системы отопления с естественной циркуляцией?

Не может Архимедова сила расти бесконечно. Не может быть больше веса вытесненной воды.

Но вес-то вытесненной воды при раскручивании растёт (как и вес крошки)! При больших скоростях вращения почти пропорционально квадрату скорости вращения. Перегрузка, сэр! Наверняка же знаете, как космонавты на центрифуге тренируются.

[slonougam]

Поток идёт не только от экватора к полюсам, но и от полюсов в сторону экватора, потому что движение вихревое

Конечно. Тёплые течения к полюсам. Холодные к экватору. Теплогидравлическая машина работает циклически. А рабочее тело одно - воды мирового океана.

И вообще, почему Вы себя ограничиваете рассмотрением одних лишь центробежных да кориолисовых сил инерции вращающейся Земли?

  Я себя сильно не ограничиваю. Рассматривать все факторы сразу, хотя и желательно в комплексе, но под силу, наверно, только искусственному интеллекту. Я ещё не дорос. Просто - мне про сепаратор интересно.
 С Гольфстримом полно проблем, а возьмись за Циркумполярное течение. Там всё по своему. Тёплое и холодное течения движутся в одну сторону. Нет механизма вытеснения тёплой воды холодной. Похоже всех гонят постоянные западные ветра. Да ещё ветер преобладает не только на поверхности, но и на глубине , до самого дна.

[zam2]

Тёплые течения к полюсам. Холодные к экватору

Кто бы мог подумать? Вы знаете, что всякая система стремится к термодинамическому равновесию, то есть к выравниванию температуры по всему объёму?

Теплогидравлическая машина

Это ещё что за зверь такой?

работает циклически

То есть, то работает, то не работает? Или как? Опишите цикл работы этой машины, желательно привести график в "P-V" координатах.

Рассматривать все факторы сразу

Не надо. Надо разобраться с простым, только потом переходить к сложному.

Просто - мне про сепаратор интересно.

Вот я вам про сепаратор и рассказываю, как умею. А вы всё время убегаете в заоблачные выси. Вы бы чётко задали вопрос - что вам непонятно в работе сепаратора?

[Фeдор]

Из-за расположения континентов.

[Novosedoff]

После череды бредовых формул, которые уже с трудом даже вспоминаются, на ютубе нашлись замечательные видео по теме теплового расширения

[slonougam]

Давайте пока рассмотрим другой случай. Берём банку с водой, ставим на вращающийся столик. Поверхность воды становится искривлённой (параболид вращения):

А давайте возьмём Землю. Это сплюснутый эллипсоид с относительно небольшими углублениями из относительно твёрдого материала на поверхности которого имеется слой жидкости - воды. Мировой  океан. Один из размеров этого слоя - 3,5 км. (Глубина океана в среднем около 3,5 км). Земля вращается с периодом в одни земные сутки. Можно предположить, что поверхность воды становится искривлённой, подобно параболоиду вращения в банке с водой.
 Вопрос. Какую форму принимает поверхность мирового океана в результате вращения Земли?

[zam2]

Вопрос. Какую форму принимает поверхность мирового океана в результате вращения Земли?

Гравитационный потенциал: \( -\frac{GM}{r} \) .
Потенциал поля центробежных сил: \( \frac{\omega ^2 r^2\cos ^2 \varphi}{2} \) .
Использованы сферические координаты, \( \varphi \) - широта.
Поверхность мирового океана - это поверхность равного потенциала, то есть поверхность, на которой сумма этих потенциалов постоянна (тело на этой поверхности никуда не скатывается).
\[ -\frac{GM}{r}+\frac{\omega ^2 r^2\cos ^2 \varphi}{2} = const \]
Это сплюснутый эллипсоид.
А ещё он называется эллипсоидом Клеро: https://ru.wikipedia.org/wiki/Теорема_Клеро .

[slonougam]

Поверхность мирового океана - это поверхность равного потенциала, то есть поверхность, на которой сумма этих потенциалов постоянна (тело на этой поверхности никуда не скатывается).

Понятно. Нет возражений. Иными словами это ещё и поверхность геоида.
А вот если возьмём  опять банку с водой, заменим воду на молоко и поставим на вращающийся столик. Поверхность молока становится искривлённой (параболид вращения). По вращаем достаточно быстро и долго, и внизу параболоида (вблизи оси вращения) скопятся сливки, а к стеночкам на периферию отметается тяжёлый обрат.
 Вопрос. Какая часть земного геода будет намазана сметаной, если воду в мировом океане заменить на молоко и по вращать Землю?

[zam2]

Иными словами это ещё и поверхность геоида.

Геоид значительно сложнее. Он учитывает и гравитационные аномалии в различный местах Земли.

По вращаем достаточно быстро и долго, и внизу параболоида скопятся сливки, а к стеночкам на периферию отметается тяжёлый обрат.

Сливки скопятся на поверхности параболоида. Вот так:

Правая картинка - для больших скоростей вращения.

Какая часть земного геода будет намазана сметаной, если воду в мировом океане заменить на молоко и по вращать Землю?

На поверхности океана (везде, от экватора до полюсов) будет сметана, под ней обрат. Естественно, тут не учитываются тепловые процессы.

[slonougam]

На поверхности океана (везде, от экватора до полюсов) будет сметана, под ней обрат. Естественно, тут не учитываются тепловые процессы.

Тепловые процессы не учитываются. Но в отсутствии вращения картина будет такая же. Получается вращение тоже как бы не учитывается. Вертикальная сепарация налицо, а про горизонтальную никаких признаков.
А у нас даже не земной шар, а земной эллипсоид. Значит, радиус на экваторе больше. Расстояние до центра Земли больше. Гравитационный потенциал меньше. Значит, слой обрата толще, а сметана начнёт стекать с экваториального выступа и истончится. Получается слой сметаны на экваторе будет тоньше, а на полюсах потолще.