摩擦力为什么会改变风向

问题描述

精选答案

由于冷热不均造成同一水平高度的气压差异。

进而产生促使大气由高气压区流向低气压区的力―水平气压梯度力，在这个力的作用下。气流由高气压区向低气压区作水平运动，这就产生了风(包括近地面的风和高空的风)。水平气压梯度力的显著特征是垂直于等压线，并指向低压。水平气压梯度力是形成风的直接原因、如果没有其它外力的作用。风向应该与气压梯度力的方向一致、 即风向垂直于等压线。风一旦形成，马上会受到地转偏向力的影响、使风向逐渐偏离气压梯度力的方向。其结果就是高空中的风在气压梯度力和地转偏向力的作用下，和等压线平行。关于高空中的风向和这两个力的对风的方向和大小的影响已经形成共识。而近地面的风由于地面起伏状况的影响、不得不考虑地面和空气之间以及不同空气层之间的产生阻力即摩擦力的影响。摩擦力可以减少风速的大小起阻碍作用。但是对摩擦力影响不影响风向存在争议、下面就这一问题作以下解释。近地面的风受三个力力作用。其中水平气压梯度力F垂直于等压线，并且从高压指向低压。和风向有一夹角ɑ、地转偏向力F′始终和风向垂直。摩擦力f始终和风向在一条直线上方向相反。根据物理原理、如果该力在风的运动方向上有分力。则影响风速的大小、如果是在风运动的垂直方向上有分力那么则影响风速的方向。风运动到平衡状态受力分析可知，Fcosɑ=f Fsinɑ=F′ 即水平气压梯度力在风运动方向上有分力Fcosɑ，又在风运动垂直方向上有分力Fsinɑ。所以水平气压梯度力F既影响风速的大小又影响风力的大小。地转偏向力就在风运动的垂直方向上。在风运动方向分力为零或者没有分力、所以只影响到风的方向、不影响风速的大小。而摩擦力f就在风运动的反方向上。在风运动垂直方向上没有分力，所以摩擦力只影响风速的大小即阻碍风的运动，而不影响风的方向。那么对“高空中的最终风和等压线平行，近地面的风在多了一个摩擦力的作用、最终风向不和等压线平行了”又如何解释，笔者认为。那是因为摩擦力阻碍作用影响到风速的大小，而地转偏向力又随风速大小改变大小，从而影响地转偏向力大小。进而影响水平气压梯度力和地转偏向力的合力大小和方向、 间接影响到风的方向改变、其实质是地转偏向力改变了风的方向。在三力平衡状态下受力分析。总之、水平气压梯度力既影响到风的大小，又对风运动方向有作用效果，地转偏向力只影响的方向、不影响风的大小，而摩擦力只阻碍风的运动、使风速变小。不直接改变风的运动方向。