Чому виє вітер?

Що таке вітер і чому він дме?

Вітер — це потік повітря. Зазвичай повітряні маси переміщуються з ділянки високого тиску в ділянку з низьким тиском. Звучить не надто зрозуміло, правда? Пояснюю!

Тепле повітря легке, тому що молекули в ньому розташовані далеко одна від одної. Завдяки цьому воно піднімається вгору. Якщо ж повітря охолоджується, воно стискається (стає щільнішим), важчає і опускається вниз, витискаючи звідти більш легке тепле повітря.

Порівняй повітря в квартирі: біля самої підлоги воно холодне (і важке), а тепер залізь на стільчик та підніми руки догори — під стелею повітря тепле.

Коли тепле повітря піднімається, а холодне опускається, виникає вітер.

Це легко перевірити за допомогою досліду зі свічкою.

Піднеси запалену свічку до самого низу вхідних дверей. Вогонь відхилиться в бік квартири — отже, холодне повітря задуває в кімнату. А тепер підніми свічку до верхнього краю дверей — вогонь відхилиться в бік вулиці. Це означає, що тепле повітря піднімається вгору та виходить назовні.

Що швидше рухаються повітряні маси, тим сильніший вітер.

Ок! З цим розібралися, але чому вітер «співає»? Спробуємо зрозуміти, як виникають звуки.

Як народжується звук?

Попроси товариша міцно натягнути канцелярську резинку, зачепи її пальцем. Резинка задрижить, і ви почуєте звук. Коливаючись, резинка гойдає повітря, створюючи в ньому хвилю, таку ж, як на воді, коли ти бовтаєш у ній ногами. Хвиля котиться і досягає людського вуха, змушуючи вібрувати барабанну перетинку. Остання через спеціальні кісточки передає вібрацію до слухового нерва, а мозок перетворює її на звук.

Гітара з канцелярських резинок, залізної кришки та палички від морозива.

Простіше кажучи, звук — це вібрація, яку сприймає наше вухо. Люди чують вібрації повітряних хвиль частотою від 16 до 20 тисяч коливань за секунду. Якщо щось коливається 16 разів за секунду, ми чуємо низький звук, гудіння. Якщо щось дрижить 15–20 тисяч разів за секунду, нам чується тоненький писк.

Цікаво! Метелики чують звуки від 10 до 100 тисяч коливань за секунду. Найбільш «вухатим» метеликом раніше вважався непарний шовкопряд, який знає, що таке 150 кГц. Але, як з'ясували дослідники з Університету Стратклайда (Великобританія), велика воскова міль здатна сприймати 300 кГц. У будь-якому випадку, метелик чує настільки високі звуки (ультразвук), яких не почує жодне людське вухо!

Чому ми чуємо голос вітру?

Коли швидкість вітру маленька, він легко огинає перешкоди на своєму шляху — дерева, електродроти, мотузки для білизни тощо. І жодного шуму нам не чутно. Та коли вітер дме швидко, тиск повітря на перешкоди зростає, потоки вітру об них розсікаються, утворюючи вихрі, що змушують дріт або гілку дрібно тремтіти. І ми чуємо свист. Перевіримо?

Візьми довгу тонку гілку. Повільно помахай нею з боку в бік. Нічого не чутно, правда? А тепер помахай гілкою швидко-швидко. Чуєш свист? Звук близький до того, який ми чуємо від вітру. Різниця лиш в тому, що в природі повітря (тобто вітер) саме летить на гілки, а під час досліду ми зробили так, аби гілка летіла в повітрі.

Подібне явище відбувається, коли вітер з силою пролітає через вузькі щілини у вікнах та дверях. Свистить вітер і в трубах. Якщо ти живеш за містом, то вітряної погоди, мабуть, чув моторошні завивання у пічній трубі. Як вони виникають?

Піднеси до губ звичайну пластикову пляшку, подунь в неї, але не всередину, а вздовж шийки, під невеликим кутом. Що ти чуєш? Правильно! Свист вітру. Чому ми чуємо цей звук?

Потік повітря, який ти видуваєш, частково потрапляє до пляшки, а частково проноситься повз. Через різницю швидкості потоків тиск біля горлечка пляшки збільшується, потік повітря в горлечко припиняється. Як тільки тиск падає, потік знову починається. 

Через коливання повітряних потоків, виникає повітряна хвиля, яку ми чуємо як гудіння.

За таким принципом працює свисток, сопілка, флейта Пана та інші музичні інструменти. А винайти їх людині допоміг… вітер! Цілком ймовірно, що сивої давнини хтось проходив повз озеро та почув мелодійний свист. Людська цікавість змусила підійти ближче — перевірити, хто там співає в очереті. Людина прислухалась і зрозуміла, що звук іде з надламаного стебла очерету, яка коливалась від вітру. Вирізавши трубочку, людина почала дмухати в неї — так вийшла перша сопілка! Коли люди здогадались робити кілька отворів у тростині, вони могли регулювати висоту звука, закриваючи, або відкриваючи отвори.

Вузька щілина, як і пічна труба або сопілка, не може пропустити багато повітря, і по різні боки вікна чи дверей виникає помітний перепад тиску. Внаслідок цього повітряний потік швидко тече через щілину. При високій швидкості потік стає турбулентним, в ньому виникають і руйнуються вихори. Частота їх виникнення, а з нею і висота звуку збільшуються з ростом тиску повітря. Звідси завивання.

Чому виє вітер у степу?

Але буває так, що поруч ані дерев, ані щілин, ані електродротів, а вітер все одно гуде різними голосами. Яскравий приклад — степ. Влітку ми чуємо свист вітру через те, що трава розсікає повітря (Пам’ятаєш дослід з гілкою?). А ще завивання вітру можуть виникнути через тертя повітряних мас, всередині яких є неоднорідності. Як от сніжинки, якщо свист вітру чутно взимку.

У давнину люди не могли пояснити моторошні завивання на горищі чи в щілинах, тому лякали малечу домовиками, «нечистою силою», що веселиться на даху під час завірюхи. Але ж ми з тобою знаємо, що домовики живуть лише в казочках, а ревіння та стогін та горищі — це всього-на-всього витівки вітру!

Читай також:

• Чому ведмеді засинають на зиму?
• Звідки взимку з’являються візерунки на вікнах?