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바 람 |
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바람은 항상 기압경도력 때문에 생깁니다.
기압경도력 때문에 생긴 바람이 움직이면 전향력이 작용합니다.
따라서 바람에는 항상 기압경도력과 전향력이 꼭 작용합니다.
그 외에 마찰력(지면 가까이 부는 경우), 원심력(등압선이 곡선인 경우) 이 작용합니다.
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기압의 차이 때문에 발생하는 힘이 기압경도력입니다. |
기압경도력은 기압의 차이 때문에 생기는 힘입니다.
지형의 높이가 차이가 나면 높은데서(고지대) 아래 방향(저지대)으로 돌이 굴러가는
것과 마찬가지로 기압의 차이가 나면 고기압에서 저기압으로 기체들이 일제히 날아가는
것입니다. 기체들이 한 방향으로 날아가는 현상을 바람이라고 하는 것이죠.
따라서 기압경도력이 바람을 발생시킵니다.
기압경도력과 바람에 대한 특징을 다음처럼 잘 알아두세요.
1. 기압경도력은 항상 고기압에서 저기압쪽으로 향한다.
2. 기압경도력은 항상 등압선에 직각이다.
3. 기압경도력이 클수록(기압차이가 클수록) 바람은 강하다.
4. 등압선 간격이 촘촘할수록 바람은 강하다.
등압선은 등고선과 똑같이 생각하세요. 등고선의 간격이 촘촘할수록 경사가 심하여
물살이 세고, 산의 높이 차이가 심할수록 역시 물살이 세잖아요.
이것은 수학적으로 표현해 보면 다음과 같습니다.
기압경도력 = 기압차 / 등압선의 거리
즉. 기압경도력은 기압차에 비례하고 등압선의 간격에 반비례한다는 뜻입니다.
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지구 자전으로 북반구 경우에 움직이는 물체는 오른쪽으로 휩니다. |
지구가 자전하므로 고위도와 저위도의 자전선속도의 차이가 생깁니다.
고위도에서는 느리게 저위도는 빠르게 자전합니다.
그 결과 고위도에서 저위도로 움직이는 물체는 진행방향의 오른쪽(북반구 경우)으로
휘게 됩니다. 저위도에서 고위도로 움직이는 물체도 마찬가지로 진행방향의
오른쪽(북반구 경우)으로 휩니다.
이렇게 휘는 이유는 진행방향의 직각 오른쪽(북반구 경우)으로 끊임없이
힘이 작용하기 때문입니다. 이 힘을 전향력이라고 합니다.
결국 전향력은 속도 차이 때문에 생긴 현상일 뿐 실제로 작용하는 힘이 아닙니다.
그래서 전향력을 가상의 힘이라고 합니다.
전향력의 원인을 계산으로 유도하여 밝힌 사람이 프랑스 학자인 코리올리입니다.
그래서 전향력을 코리올리의 힘이라고도 합니다.
전향력은 다음과 같은 성잘을 가지고 있습니다.
1. 속도에 비례함
2. 위도의 사인(sin)값에 비례함
3. 운동하는 물체의 질량에 비례함
4. 지구의 자전 각속도에 비례함
5. 운동 방향의 직각 오른쪽으로 작용함(북반구 경우)
위의 결과를 식으로 나타내면 다음과 같습니다.
전향력 = 2 mvωsinψ
단, m은 질량, v는 속도, ψ는 위도, ω는 지구 자전각속도
하여튼 움직이는 물체는 바람이든 해류든 관계없이 모두 진행방향의
직각 오른쪽(북반구 경우) 으로 힘(전향력)을 받아 진행경로가 오른쪽으로 휘게 됩니다.
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땅가까이서 부는 바람이므로 마찰력이 중요한 역할을 합니다. |
상공 1km미만에서 부는 바람을 지상풍 또는 마찰풍이라고 합니다.
땅가까이에서 부니 지상풍이고 땅가까이에는 마찰력이 존재하니 마찰풍이라고도 합니다.
바람이 숲, 건물, 산 등에 부딪혀서 마찰이 생기므로 바람의 속도는 느린 편입니다.
하늘로 올라갈수록 뻥뚫려 마찰이 줄어들므로 바람의 속도는 커집니다.
지상풍에 작용하는 힘은 다음과 같습니다.
기압경도력 , 전향력, 마찰력
이 세 힘이 균형을 이루는 것을 그려보면 다음과 같습니다.
세 힘의 특징은 다음과 같습죠.
기압경도력 ; 고기압에서 저기압으로 등압선과 직각방향으로 작용
전향력 ; 바람 진행 방향의 항상 직각 오른쪽으로 작용
마찰력 ; 진행 방향의 반대편으로 작용
하늘로 올라갈수록 마찰력이 줄어들므로 풍속은 커집니다.
그 결과 지상풍은 더욱 커지며 더욱 오른쪽으로 방향을 틉니다.
아래 그림을 보면 이해가 될 것입니다.
등압선이 곡선일 경우 지상풍은 다음과 같이 붑니다.
[중심이 고기압 ; 북반구 경우] |
[중심이 저기압 ; 북반구 경우] |
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시계방향으로 바람이 불어 나간다. |
반시계방향으로 바람이 불어 들어간다. |
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1km 상공에서 등압선이 직선일 때 부는 바람 |
1km상공에서는 등압선이 직선일 때 부는 바람을 지균풍이라 합니다.
1km상공에서는 지면과 부딪히는 마찰력이 없으므로 지균풍에 순수하게 작용하는 힘은
기압경도력과 전향력 뿐입니다. 이 두 힘이 평형을 이루어 다음과 같이 지균풍이 붑니다.
지균풍에 작용하는 힘은 다음과 같습니다.
기압경도력 , 전향력
기압경도력은 항상 고기압에서 저기압쪽으로 등압선과 직각으로
전향력은 항상 바람의 방향에 직각으로 작용합니다.
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1km이상의 상공에서 등압선이 곡선일 때 부는 바람입니다. |
1km이상의 상공에서는 지표면과 바람 사이에 마찰력이 없습니다.
그런데 등압선이 곡선이면 원심력(또는 구심력)이 작용합니다.
따라서 기압경도력, 전향력, 원심력이 서로 균형을 이루면서 부는 바람을 경도풍이라 합니다.
경도풍에 작용하는 힘은 다음과 같습니다.
기압경도력 , 전향력, 원심력 (또는 구심력)
경도풍은 다음과 같이 부는 바람입니다.
[중심이 고기압 ; 북반구 경우] |
[중심이 저기압 ; 북반구 경우] |
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전향력 = 기압경도력 + 원심력 |
기압경도력 = 전향력 + 원심력 |
고기압과 저기압에서 기압경도력이 같을 경우 고기압에서 경도풍이 강하게 붑니다.
고기압에서는 기압경도력과 원심력이 합해져서 기압경도력이 커진 셈이므로
바람이 더 강해지는 것입니다.
그러나 실제는 저기압 주위가 기압경도력이 워낙 크므로 저기압 주위에서
경도풍이 훨씬 세게 붑니다,
