Elevación térmica

La elevación térmica o burbuja de convección es el movimiento vertical del aire causado por la flotabilidad debido a la diferencia de temperatura entre el medio ambiente y una parcela de aire. En verano, las corrientes ascendentes térmicas son provocadas por un calentamiento significativo del suelo por el sol que es prácticamente vertical, mientras que durante la estación fría, las corrientes ascendentes térmicas pueden ser provocadas por la advección de una masa fría sobre un terreno todavía relativamente cálido.

Estos ascensos son muy apreciados por las aves , pero también por los humanos a bordo de aviones sin motor ( parapente , parapente , ala delta, etc.) para ganar altura y están presentes en casi todas partes. Cuando hace buen tiempo, en una tarde de primavera o verano , el cielo a menudo se llena de nubes algodonosas llamadas cúmulos de buen tiempo , cuya formación indica la ubicación de estas térmicas. Sin embargo, estas corrientes ascendentes también pueden dar tasas de ascenso muy altas, cuando el aire es muy inestable , lo que se asocia con la formación de nubes de tormenta muy peligrosas.

Principio

Una elevación térmica ocurre cuando la temperatura de una parcela de aire en un nivel dado es más cálida que el ambiente y debe elevarse de acuerdo con el impulso de Arquímedes . Esto puede suceder por calentamiento solar del suelo, enfriamiento de niveles medios o calentamiento diferencial del suelo entre dos zonas. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, mayor será la probabilidad de encontrar una térmica. Un ascensor térmico suele tener una velocidad vertical de varios metros por segundo y, por lo tanto, puede ser utilizado por aves , planeadores y otras aeronaves.

Así, en las montañas, los acantilados que miran al oeste o al sur son buenas fuentes de calor porque se oponen directamente al sol, mientras que los bosques que miran al norte son fuentes de descendencia . De hecho, por un lado estos árboles reciben poca energía solar y por otro lado utilizan esta energía para su crecimiento y para transpirar vapor de agua . En verano, los cuerpos de agua también son fuente de progenie porque son más fríos que el suelo circundante. Por el contrario, el estacionamiento de un hipermercado es una excelente fuente de calor porque el suelo y los automóviles absorben mucha energía y, por lo tanto, calientan la capa de aire cerca del suelo. Las ciudades donde los residentes usan acondicionadores de aire también son buenas fuentes de calor porque una bomba de calor calienta el exterior de la casa y, por lo tanto, genera ascensor.

Activación de las subidas

Las corrientes ascendentes térmicas se deben con mayor frecuencia al calentamiento diurno. En una noche clara, el suelo se enfría por la radiación y se vuelve más frío que el aire circundante por encima de él. Al final de la noche, se produce una inversión de temperatura y entonces no hay absolutamente ningún aumento térmico. A media mañana, el suelo se calienta y finalmente su temperatura se vuelve más alta que la del aire circundante. Entonces comienza el proceso convectivo.

Por otro lado, si una masa de aire frío invade una región donde el suelo es más cálido (por ejemplo, el paso de un frente frío o una masa de aire ártico que pasa sobre un lago no congelado), se crea el mismo tipo de diferencia. altitud. Esto puede suceder en cualquier momento del día o de la noche.

Burbujas de convección

Las corrientes ascendentes tienen formas muy variadas que dependen de las condiciones aerológicas del momento. A media mañana, las corrientes térmicas ascendentes diurnas generalmente toman la forma de burbujas de aire aisladas que tienen la estructura de un toro . Más tarde en el día, las burbujas aisladas se convierten en columnas continuas de aire caliente. Estas columnas no son necesariamente circulares. Con vientos fuertes, las corrientes ascendentes pueden ser más largas en la dirección del viento y estrechas en la dirección opuesta.

Además, a lo largo de una pendiente expuesta al oeste, se producirán vientos anabáticos por la tarde a lo largo de la pendiente (fenómeno de brisa ). Estos ascensos se pueden confundir con ascensos orográficos . Se destacarán especialmente en presencia de un viento sinóptico del oeste, incluso débil.

Materialización de ancestros

Podemos considerar que una parcela de aire caliente que asciende no se mezcla con el aire exterior y por tanto su tasa de vapor de agua permanece constante. A medida que asciende, el paquete de aire se expande adiabáticamente y por lo tanto se enfría según el adiabático seco ( 9,75 ⁰C / km ). Desde cierta altitud, la parcela se saturará de vapor de agua y se formará una nube cúmulo . Cabe señalar que cuando la capa de inversión es baja o la diferencia entre el punto de rocío y la temperatura es demasiado grande, no se formará ninguna nube y entonces hablaremos de térmicas puras. En caso de fuertes vientos, las corrientes ascendentes pueden alinearse y pueden materializarse por calles de nubes . Estas calles de nubes generalmente se formarán cuando haya una capa de inversión por encima de la zona convectiva y cuando la velocidad del viento aumente con la altitud para alcanzar un máximo justo debajo de la capa de inversión .

Modelo simplificado de elevación térmica

En el siguiente cuadro desplegable, se expone un modelo numérico de ascensores térmicos que confirma varias reglas generales. Así, se dice que la distancia entre 2 térmicas utilizables es de 2,5 a 3 veces la altura de la columna ascendente, y que una elevación de $n$ nudos alcanzará la altitud de $n$ × 1000 pies. Sabiendo que 1 nudo es aproximadamente igual a 100 pies / minuto, el tiempo requerido $T$ para llegar a la cima del elevador es por lo tanto

{\ Displaystyle T = {H \ over W} = {n \ times 1000 {\ rm {pies}} \ over n \ times 100 {\ rm {pies / minuto}}} = 10}

minutos

donde $H$ es la altura del ascensor y $W$ es la velocidad vertical de la corriente ascendente. Un estudio realizado sobre los vuelos realizados en 2007 durante la Competición Lilienthal mostró que los pilotos de planeadores alcanzaron la cima del ascensor en 700 segundos . Teniendo en cuenta el tiempo empleado en centrar el ascensor, este último estudio corrobora la fórmula empírica anterior que expresa que el tiempo empleado en llegar a la parte superior del ascensor es de 10 minutos o 600 segundos . Mientras tanto, Garrat estimó que un ascensor térmico alcanzará su punto máximo en 500 segundos.

Modelo numérico de corrientes ascendentes térmicas

Como vimos anteriormente, las columnas de aire ascendentes no son necesariamente circulares. Sin embargo, en lo que sigue, asumiremos ascensos circulares.

O la velocidad convectiva . Sea $Z$ $m$ la altitud máxima alcanzada por las térmicas. La velocidad de ascenso a la altitud $z$ de la masa de aire viene dada por la siguiente fórmula: ${\ Displaystyle w _ {\ ast}}$

${\ Displaystyle w = w _ {\ ast} \ left ({\ frac {z} {Z_ {m}}} \ right) ^ {\ frac {1} {3}} \ left (1- \ alpha {\ frac {z} {Z_ {m}}} \ right)}$

con α = 1,1

Otra fórmula que da resultados cercanos es la siguiente:

${\ Displaystyle w = w _ {\ ast} \ alpha '\ left ({\ frac {z} {Z_ {m}}} \ right) ^ {\ frac {1} {3}} \ left (\ beta' - {\ frac {z} {Z_ {m}}} \ right)}$

con α '= 0,85 y β' = 1,3.

El radio de las corrientes térmicas ascendentes viene dado por la siguiente fórmula:

${\ Displaystyle R = \ beta \ left ({\ frac {z} {Z_ {m}}} \ right) ^ {\ frac {1} {3}} \ left (1 - {\ frac {1} {4 }} {\ frac {z} {Z_ {m}}} \ derecha) Z_ {m}}$

con β = 0,1015.

Estas fórmulas no concuerdan totalmente con las curvas dadas por Tom Bradbury. Cuando las térmicas son "puras" (sin cúmulos), el autor afirma que la velocidad máxima de la elevación térmica se sitúa a 2/3 de su altura.

El espaciamiento medio entre las subidas es con γ = 1,2. ${\ Displaystyle n_ {Z} = {\ frac {\ gamma} {Z_ {m}}}}$

Como se explica en el artículo velocidad convectiva , en un buen día de deslizamiento la velocidad convectiva es del orden de 3 m / s . Por lo tanto, consideramos un día en que las subidas alcanzan su punto máximo . A 1000 metros, el radio de elevación será de 70 metros, lo que corresponde bastante bien a los valores empíricos registrados por los pilotos de planeadores . ${\ Displaystyle Z_ {m} = 2000 m}$

La velocidad máxima de ascenso se alcanza en . En este caso, la velocidad máxima de ascenso se alcanzaría a 500 m = 2000 m / 4. Se observa que, para un valor de , la velocidad media de los ascensos será de 1,4 m / sa 500 my 1,1 m / sa 1000 metros. La desviación estándar de la velocidad vertical de un ascensor a otro es la siguiente: ${\ Displaystyle z = {\ frac {Z_ {m}} {4}}}$ ${\ Displaystyle w _ {\ ast} = 4 m / s}$

${\ Displaystyle \ sigma ^ {2} = w _ {\ ast} ^ {2} \ alpha '' \ left ({\ frac {z} {Z_ {m}}} \ right) ^ {\ frac {2} {3}} \ left (1- \ beta '' {\ frac {z} {Z_ {m}}} \ right) ^ {2}}$

con α "= 1,8 y β" = 0,8.

Consideramos nuevamente z = 500 m. Entonces obtenemos:

${\ Displaystyle \ sigma = 1.4 \ times {\ sqrt {1.8}} \ times 0.25 ^ {\ frac {1} {3}} \ times (1-0.8 \ times 0.25) = 0,94 m / s}$

Por tanto, existe una probabilidad de 0,35 de encontrar elevaciones de 2,5 m / sy una probabilidad del 14% de encontrar elevaciones de 3,5 m / s. Además, en el centro de las elevaciones, las velocidades medidas son más altas. Estos valores numéricos corresponden a los valores que suelen registrar los pilotos de planeador .

Cabe señalar que el sitio web del Dr. Jack Glendening recomienda utilizar la fórmula simplificada que parece corresponder bastante bien a la experiencia de los pilotos de planeadores. ${\ Displaystyle w = w _ {\ ast}}$

Las fórmulas anteriores confirman la experiencia adquirida por los pilotos de planeadores. Por lo tanto, una regla empírica dice que la distancia entre 2 corrientes ascendentes explotables es igual a aproximadamente tres veces el nivel de convección. Las fórmulas anteriores confirman el hecho empírico de que muchas elevaciones (dos de cada tres) no son realmente utilizables por los vélivoles y que las columnas ascendentes son relativamente estrechas y requieren un buen dominio del planeador por parte del piloto.

El tiempo característico para el ascenso de una parcela de aire en una térmica es de 10 a 20 minutos. Esto corrobora otra regla empírica que dice que la altura de una térmica de n nudos es aproximadamente igual $an$ × 1000 pies . Las fórmulas anteriores también proporcionan una verificación aproximada de esta afirmación.

Modelo de burbuja esférica

Consideramos un modelo de elevación térmica simplificado . Este modelo no tiene en cuenta el déficit de presión en altitud .

Consideramos una burbuja térmica esférica en ascenso. O la diferencia de temperatura entre la burbuja térmica y el aire exterior. Sea T la temperatura exterior. Se supone que el aire es un gas ideal . La presión está escrita: $\ Delta T$

${\ Displaystyle p = \ rho (C_ {p} -C_ {v}) T}$

donde ρ es la densidad del aire, T es su temperatura y y son las capacidades caloríficas del aire respectivamente a presión constante y a volumen constante. Por tanto, tenemos en primer orden: $C_p$ $CV$

${\ Displaystyle {\ Delta T \ over T} = - {\ Delta \ rho \ over \ rho}}$

La flotabilidad es ${\ Displaystyle F = -g \ Delta m = -gm {\ Delta \ rho \ over \ rho} = gm {\ Delta T \ over T}}$

donde m es la masa de la burbuja y g = 9,81 m / s² es la aceleración de la gravedad. Supongamos que la burbuja es esférica de radio ry sea ρ la densidad del aire. Entonces tenemos:

${\ Displaystyle m = \ rho {4 \ pi \ over 3} r ^ {3}}$

Entonces,

${\ Displaystyle F = g \ rho {4 \ pi \ over 3} r ^ {3} {\ Delta T \ over T}}$

Sea P el arrastre parásito asociado con el ascenso de la esfera. Se tiene :

${\ Displaystyle P = {1 \ over 2} C_ {D} \ rho Sv ^ {2}}$

donde es el coeficiente de arrastre asociado con la esfera y S es la sección transversal de la esfera, y v es la velocidad de la burbuja. La velocidad asintótica se alcanza cuando la resistencia es igual al empuje de Arquímedes. Notamos eso y por lo tanto: ${\ Displaystyle C_ {d} = {1 \ over 2}}$ ${\ Displaystyle S = \ pi r ^ {2}}$

${\ Displaystyle g \ rho {4 \ pi \ over 3} r ^ {3} {\ Delta T \ over T} = F = P = {1 \ over 4} \ rho \ pi r ^ {2} v ^ { 2}}$

Entonces,

${\ Displaystyle g {4 \ over 3} r {\ Delta T \ over T} = {1 \ over 4} v ^ {2}}$

y finalmente :

${\ Displaystyle v = {\ sqrt {{16 \ over 3} rg {\ Delta T \ over T}}}}$

Observamos que cuanto mayor es la térmica, mayor es su tasa de ascenso. Normalmente tenemos , T = 300 K yr = 50 m. En este caso v = 3 m / s = 6 nudos. Este valor numérico se corresponde bastante bien con la experiencia de los pilotos de planeadores. Tenga en cuenta que para una tormenta de supercélulas , podemos tener r = 5 km y en este caso v = 30 m / s. Este resultado está bastante cerca de las velocidades máximas medidas de las corrientes ascendentes dentro de una nube cumulonimbus supercelular que puede ser del orden de 40 m / s.

{\ Displaystyle \ delta T = 1K}

Deslizamiento

Las corrientes ascendentes térmicas son comúnmente utilizadas por pilotos de planeadores , alas voladoras o parapentes . Dado que la velocidad de caída de un planeador es de 1 m / so menos y que estos ascensos son del orden de varios metros por segundo, un planeador puede por lo tanto girar en espiral en esta columna y ganar altitud.

Índice térmico

El índice térmico ( TI ) es un concepto antiguo (ahora casi abandonado) adoptado anteriormente por la Administración Federal de Aviación que generalizó el concepto de índice de elevación ( LI ) a cualquier altitud. La definición es la siguiente: consideramos una radiosonda matutina y dada la temperatura en el suelo en un momento dado (generalmente a media tarde), el índice térmico es la diferencia de temperatura entre el sondeo matutino y la temperatura de la parcela de el aire asciende adiabáticamente en ese momento a una altitud determinada, la mayoría de las veces 850 hPa . Por tanto, es una estimación de la inestabilidad latente . Esta definición asume que la masa de aire es barotrópica durante el período, lo que a menudo es incorrecto en el caso de la advección de aire frío en un cielo de curricán .

Se dijo que un TI de -8 a -10 K produciría excelentes condiciones aerológicas para planear. Sin embargo, el índice no tiene en cuenta la humedad contenida en el aire y un índice de agitación del mismo orden en una masa de aire húmedo indica la posibilidad de tormentas eléctricas extremadamente violentas, un peligro fatal para un piloto que no tiene el control. entre TI y LI . Es por esto que la relación empírica que dice 1 nudo de velocidad vertical por 1000 pies de altura se prefiere hoy para calcular la fuerza de las corrientes ascendentes y la noción mal definida de índice térmico (no reconocida por la Organización Meteorológica Mundial y la ' American Meteorological Society ) ha sido descontinuado por la Administración Federal de Aviación .

Tenga en cuenta que, en general, la temperatura potencial en la capa convectiva es solo aproximadamente 2 Kelvin más baja que la temperatura al nivel del suelo.

Eficiencia de diferentes tipos de planeadores.

Deje que el ángulo de inclinación del planeador en el giro, v su velocidad horizontal. El radio de la espiral será: $\ theta$

{\ Displaystyle r = {v ^ {2} \ over g \ tan \ theta}}

donde está la aceleración de la gravedad. ${\ Displaystyle g \ aproximadamente 10 m / s ^ {2}}$

La Marina de los Estados Unidos afirma que a una altitud de 30.000 pies, el radio de giro expresado en pies y la velocidad expresada en nudos es la siguiente:

{\ Displaystyle R = {V ^ {2} \ over 11.26 \ \ tan \ theta}}

Esta fórmula empírica es consistente con la fórmula anterior .

Recuerde que 1 nodo es igual a 0.514 444 ... m / s . Basado en esta fórmula, Bernard Eckey da los siguientes valores para un planeador que vuela a 40 nudos ( 20,55 m / s ) inclinado a 45 grados. Hará un círculo de radio

{\ Displaystyle r = {40 ^ {2} \ times 0.514 ^ {2} \ over 9.81 \ times \ tan \ left ({\ pi \ over 4} \ right)} = 43}

metros.

Una "gran pluma" ( parapente de clase libre ) tendrá que volar a 100 km / h, es decir , a unos 30 m / s . Su radio se convertirá en

{\ Displaystyle r = {30 ^ {2} \ over 10 \ times \ tan \ left ({\ pi \ over 4} \ right)} = 90}

metros.

Si el piloto de la gran pluma inclina su planeador solo 30 grados, su radio se convertirá en

{\ Displaystyle r = {30 ^ {2} \ over 10 \ times \ tan \ left ({\ pi \ over 6} \ right)} = 156}

metros.

Nos damos cuenta de eso y . ${\ Displaystyle \ tan \ left ({\ pi \ over 4} \ right) = 1}$ ${\ Displaystyle \ tan \ left ({\ pi \ over 6} \ right) = {1 \ over {\ sqrt {3}}}}$

Ahora consideramos a un piloto novato incapaz de girar en espiral más de 15 grados. Tenemos . Nos damos cuenta de eso y por lo tanto . Si vuela a 40 nudos, su radio será: ${\ Displaystyle \ tan \ left ({\ pi \ over 12} \ right) = 2 - {\ sqrt {3}} \ approx 0.268}$ ${\ Displaystyle {\ pi \ over 12} \ approx 0.261800}$ ${\ Displaystyle \ tan \ left ({\ pi \ over 12} \ right) \ approx {\ pi \ over 12}}$

{\ Displaystyle r = {40 ^ {2} \ times 0.514 ^ {2} \ over 9.81 \ times \ tan \ left ({\ pi \ over 12} \ right)} = 160}

metros.

De manera más general, cuando el ángulo de inclinación expresado en radianes es pequeño, tenemos:

{\ Displaystyle r \ simeq {v ^ {2} \ over g \ theta}}

Como se ve en el cuadro desplegable, el radio de elevación es de alrededor de 70 metros. En la práctica, el diámetro del ascensor varía entre 150 metros y 300 metros. En consecuencia, una "pluma grande" tendrá más dificultades para girar en espiral en las térmicas e incluso, en algunos casos, un planeador modesto podrá escalar de manera eficiente, mientras que la "pluma grande" no puede centrar la misma térmica puede terminar en una .campo "a las vacas".

Del mismo modo, un piloto novato no podrá permanecer en el aire debido a que el diámetro de la espiral es demasiado grande.

Duración de un turno completo

Sea T la duración de un turno completo. Se tiene :

{\ Displaystyle T = {2 \ pi v \ over g \ tan \ theta}}

Ahora consideramos un planeador volando a 25 m / sa 45 grados. Entonces tenemos:

{\ Displaystyle T = {2 \ pi \ times 25 \ over 9,81 \ times 1} \ approx 16}

segundos.

Si el ángulo es de solo 30 grados y el planeador vuela a 20 m / s , entonces

{\ Displaystyle T = {2 \ pi \ times 20 \ over 9,81 \ times 1 / {\ sqrt {3}}} \ approx 22}

segundos.

Por lo tanto, se puede estimar fácilmente si el planeador está lo suficientemente inclinado midiendo el tiempo necesario para realizar una rotación. Debería ser de unos 20 s .

Por el contrario, si conocemos la velocidad del aire y el tiempo viajado para completar un giro completo, tenemos:

{\ Displaystyle \ tan \ theta = {2 \ pi v \ over gT}}

Para un piloto principiante, tendremos una buena aproximación del ángulo en grados según la siguiente fórmula:

{\ Displaystyle \ alpha _ {deg} = {180 \ times \ theta \ over \ pi} = {360 \ times v \ over gT}}

Así, para un piloto que vuele a 20 m / sy realice una espiral en 60 segundos, el ángulo de inclinación será:

{\ Displaystyle \ alpha _ {deg} = {360 \ times 20 \ over 10 \ times 60} = 12}

grados.

El radio será entonces de 195 metros, o 390 metros de diámetro.

Es casi seguro que este piloto no podrá centrar una elevación térmica.

Prueba de la fórmula que da el radio de la espiral y la velocidad angular.

Demostración

Sea el ángulo de inclinación del planeador. Sea m la masa del planeador. El peso del planeador es P = m × g . La "fuerza" centrífuga C aplicada al planeador es: $\ theta$

{\ Displaystyle C = {mv ^ {2} \ over r}}

A medida que el planeador vuela de manera coordinada, la fuerza total es perpendicular al plano del planeador. ${\ Displaystyle {\ vec {F}} = {\ vec {P}} + {\ vec {C}}}$

Entonces,

{\ Displaystyle P = \ | {\ vec {P}} \ | = \ cos \ theta \ | {\ vec {F}} \ | \ qquad C = \ | {\ vec {C}} \ | = \ sin \ theta \ | {\ vec {F}} \ |}

Por tanto obtenemos:

{\ Displaystyle {P \ over \ cos \ theta} = \ | {\ vec {F}} \ | = {C \ over \ sin \ theta}}

Entonces,

{\ Displaystyle \ tan \ theta = {C \ over P} = {mv ^ {2} / r \ over m \ times g} = {v ^ {2} \ over g \ times r}}

Por tanto obtenemos:

{\ Displaystyle r = {v ^ {2} \ over g \ tan \ theta}}

Sea ω la velocidad angular del planeador. Se tiene :

{\ Displaystyle \ omega = {v \ over r} = v \ left ({v ^ {2} \ over g \ tan \ theta} \ right) ^ {- 1} = {vg \ tan \ theta \ over v ^ {2}}}

Entonces,

{\ Displaystyle \ omega = {g \ tan \ theta \ over v}}

Entonces, el tiempo necesario para completar un círculo completo es:

{\ Displaystyle T = {2 \ pi \ over \ omega} = {2 \ pi v \ over g \ tan \ theta}}

Ascendencia de fuente fija

Calcularemos el desplazamiento de un planeador en espiral en una elevación fija. Se recomienda volar en línea recta durante unos segundos contra el viento para reenfocar la elevación. Consideramos una ascendencia generada por una fuente estacionaria como una torre de enfriamiento de una planta de energía nuclear o un incendio forestal . La parte ascendente de un rotor también se puede asimilar a una fuente de elevación fija porque la posición del rotor es aproximadamente estacionaria. Se asume que el planeador originalmente centró la elevación. Calcularemos cuánto estará descentrado después de una vuelta de espiral. Sea c la velocidad de caída del planeador, suponga que la velocidad de elevación es w y la velocidad del viento es u . Supongamos que el planeador completar una torre en espiral por el momento t . Para reenfocar la elevación, el tiempo de corrección del viento en contra es

{\ Displaystyle H = {cTu \ sobre w (bu) + (wc) u}}

En aplicación numérica, consideramos un ala delta volando a 23 nudos , en una elevación fija de 5 nudos con un viento de 10 nudos. Se supone que la velocidad de caída es de 2 nudos . Se supone que la aeronave completa la espiral en 20 segundos . Entonces obtenemos:

${\ Displaystyle H = {2 \ times 10 \ times 20 \ over 5 \ times (23-10) + (5-2) \ times 10} = 4.2 \ s}$

Demostración

Consideramos un planeador que gira en espiral en un elevador que tiene una fuente fija y está compensado por un viento horizontal La Sea R el radio de la espiral, w la velocidad vertical del elevador, b la velocidad del aire (badin) del planeador, c su velocidad de caída, T el tiempo transcurrido en un giro en espiral. El centro de ascendencia está dado por ${\ Displaystyle -u {\ vec {j}}}$

${\ Displaystyle a (z) = - {zu \ over w} {\ vec {j}} + z {\ vec {k}}}$

En el marco de referencia terrestre, el planeador tiene la siguiente trayectoria:

{\ Displaystyle x = R \ cos \ left ({2 \ pi t \ over T} \ right)}

{\ Displaystyle y = a (z_ {0}) R \ sin \ left ({2 \ pi t \ over T} \ right) -ut}

{\ Displaystyle z = z_ {0} + (wc) t}

Entonces, al final de un giro en espiral, tenemos

{\ Displaystyle y (T) = a (z_ {0}) - uT}

Por lo tanto, el planeador estará descentrado. Ahora consideramos que el planeador vuela en línea recta siguiendo a y para compensar el descentrado. La ecuación de movimiento se convierte en ${\ Displaystyle \ delta = a [z (T)] - y (T) = a [z (T)] - a (z_ {0}) = {(wc) Tu \ over w}}$

{\ Displaystyle x (T + t) = 0}

{\ Displaystyle y (T + t) = a (z_ {0}) - uT + (bu) t}

{\ Displaystyle z (T + t) = z [T] + (wc) t}

Buscamos H tal que:

{\ Displaystyle y (T + H) = a (T + H)}

Por tanto, resolvemos:

{\ Displaystyle a (z_ {0}) - uT + (bu) H = a [z (T + H)]}

Se tiene:

{\ Displaystyle z (T + H) = z (T) + (wc) H}

Entonces,

{\ Displaystyle a [z (t + H)] = a [z (t) + (wc) H] = a [z_ {0} + (wc) (T + H)] = a (z_ {0}) - {(wc) (T + H) u \ over w}}

Entonces,

{\ Displaystyle a (z_ {0}) - uT + (bu) H = a (z_ {0}) - {(wc) (T + H) u \ over w}}

Por tanto, se trata de una ecuación con una incógnita en H y por tanto obtenemos ${\ Displaystyle \ left ((b-u + {(wc) u \ over w} \ right) H = uT - {(wc) Tu \ over w}}$

Finalmente,

{\ Displaystyle H = {cTu \ sobre w (b-u + (wc) u / w}}

Y entonces:

{\ Displaystyle H = {cTu \ sobre w (bu) + (wc) u}}

Nubes térmicas y convectivas

Las burbujas de convección son bien conocidas por los pilotos de planeadores y las aves que las usan para apoyar su vuelo. Si se deben al calentamiento diurno de la superficie, se denominan "térmicos". Cuando el usuario encuentra una térmica, a menudo identificable por la presencia de un cúmulo , comienza a describir espirales e intenta encontrar la mejor zona de escalada. Esto lo elevará hasta que se encuentre con la base de las nubes . Por otro lado, también pueden basarse en altitud y solo ser el resultado de la inestabilidad del entorno. Luego se identifica por la presencia de torretas en la parte superior de las nubes estratiformes desde el nivel inferior hasta la capa inestable.

Las burbujas de convección pueden ser benignas o muy potentes. El segundo caso se asocia a menudo con nubes cumulonimbus donde el movimiento ascendente es de dos tipos: térmico y mecánico. Las fórmulas del cuadro desplegable solo se aplican a la parte térmica de este movimiento. Ignoran las diferencias de presión según la altitud, debido a la diferencia de presión entre una presión baja en altura y una presión alta en el suelo, que aspirará aire como una aspiradora dentro de la nube. Por lo tanto, puede haber una velocidad de ascenso distinta de cero localmente cerca o en una tormenta, incluso si el empuje de Arquímedes es negativo allí y da una térmica negativa hacia arriba de acuerdo con la fórmula.

Las nubes cumulonimbus desarrollan mucha energía y generalmente son peligrosas para la práctica aérea. Por lo tanto, se recomienda encarecidamente evitar estas nubes, excepto en casos limitados. Además, la parte superior de una nube cumulonimbus está formada por cristales de hielo, lo que diferencia estas nubes de los grandes cúmulos . De hecho, el segundo cambio de fase de la líquida estado al estado sólido genera una producción adicional de energía que hace que estas nubes aún más violenta. Tenga en cuenta que incluso los cúmulos congestus pueden ser peligrosos y provocar tornados.

La altura h , expresada en metros, de la base de los cúmulos depende de la diferencia entre la temperatura y el punto de rocío. Una fórmula aproximada para calcular la base de un cúmulo es la siguiente: donde T es la temperatura en K (o ⁰C) y D es el punto de rocío expresado en K (o ⁰C). ${\ Displaystyle h = 125 \ times (TD)}$

Así, una diferencia de 12 K entre T y D generará una base de cúmulo a 1.500 m . Sin embargo, esta fórmula no es válida cuando se produce un levantamiento térmico a lo largo de una montaña expuesta al sol. El aire ascendente lamerá la pendiente todavía caliente. Por lo tanto, esta masa de aire se enfriará a un ritmo menor que el adiabático seco y, por lo tanto, la sustentación será más vigorosa y la base de la nube asociada será más alta.

Ubicación de las ascendencias

Las corrientes ascendentes tienden a formarse en los puntos más calientes de la superficie. Por lo tanto, un acantilado vertical frente al sol estará más caliente que la superficie circundante y, por lo tanto, será una fuente confiable de elevación. Del mismo modo, los centros de las ciudades o las grandes aldeas que son islas de calor urbano serán fuentes de elevación. Lo mismo se aplicará cuando una subdivisión esté ubicada cerca de un estanque artificial; esto se debe al gradiente de temperatura entre el aire sobre el agua y el aire sobre las casas calentado por acondicionadores de aire. Los grandes estacionamientos en centros comerciales y áreas industriales también son buenas fuentes de ascendencia. Así, los pilotos de parapente lograron volver a subir después de haber estado en la aproximación final a un estacionamiento de hipermercado . Cabe señalar también que las grandes granjas industriales de pollos también son conocidas por ser fuentes confiables de ascensos debido al calor infernal que reina dentro de estos edificios donde se encierran varias decenas de miles de gallinas . Por lo tanto, planeador , colgar - planeador o parapente pilotos se dirigirá a todos estos lugares como una prioridad.

Otro efecto

Estas burbujas de convección forman un área pequeña donde el aire es más cálido que el ambiente y por lo tanto tiene una densidad diferente, lo que resulta en la refracción del sonido y las ondas electromagnéticas que lo atraviesan, provocando artefactos . La desviación de las señales sonoras y electromagnéticas al pasar por estas burbujas es la causa de muchas ilusiones, espejismos localizados. Por lo tanto, son presentados por Donald Menzel como una explicación de muchos casos de ovnis , este fenómeno generalmente es mal entendido por los ufólogos . Este fenómeno fue tomado por Auguste Meessen como una explicación de ciertos ecos de radar falsos ( ecos parásitos ) durante la ola belga de ovnis .

Notas y referencias

Notas

Referencia de Stull al exponente ⅓ presente en la segunda parte del lado derecho.
La fórmula dada en el libro de Hurt es donde V se expresa en nudos (nm / h) y R se expresa en pies. Recuerde que 1 milla náutica es 1,852 my 1 pie es 0.304 8 m . Si convertimos este coeficiente a SI, obtenemos = 9,777 m / s². La aceleración de la gravedad al nivel del mar es 9.80665. El error ronda el 0,3%. Este error es 2 z / R T donde R T = 6,346 km es el radio de la Tierra y por lo tanto z = 6346 × 0.003 / 2 / .3048 = 9.52 km que corresponde a una altitud de aproximadamente 32,000 pies. ${\ Displaystyle R = {V ^ {2} \ over 11.26 \ \ tan \ theta}}$ ${\ displaystyle g = {11,26 \ times (1852/3600) ^ {2} /0,348}}$

Referencias

Este artículo está tomado parcial o totalmente del artículo titulado " Bulle de convection " (ver lista de autores ) .

(de) Reichmann, H, Streckensegelflug , Motorbuch Vlg., Stuttgart, 1975..
Vuelos de campo , p. 107.
Elevación avanzada , p. 202.
Vuelos de campo , p. 22.
avanzada alza , p. 45.
Meteorología de vuelo libre , p. 214.
Numerical modelo de las térmicas , p. 6.
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