1. В холодную погоду в верхней части, а иногда даже по всей жидкости, развивается красивая папоротникообразная или перистая кристаллизация. Это нормальное состояние стекла зимой. Кристаллизация увеличивается с холодом; и если структура растет вниз, холод будет продолжаться.
2. В теплую и ясную погоду кристаллы растворяются, верхняя и большая часть жидкости становится совершенно прозрачной. Это нормальное состояние стекла летом. Чем меньше количество кристаллизации, то есть чем больше прозрачная часть жидкости (ибо на дне всегда видна часть состава), тем больше вероятность продолжения хорошей сухой погоды.
3. Когда верхняя часть прозрачна, а хлопья состава поднимаются к верху и собираются вместе, это признак усиления ветра и штормовой погоды.
4. В холодную погоду, если верхняя часть жидкости становится густой и мутной, это предвещает приближение дождя.
5. В теплую погоду, если в жидкости поднимаются мелкие кристаллы, которая при этом сохраняет свою прозрачность, можно ожидать дождя.
6. Острота в кончиках и чертах папоротникообразной структуры кристаллов — признак хорошей погоды; но когда они начинают разрушаться и плохо определены, можно ожидать неустойчивой погоды.
Адмирал Фицрой в «Книге о погоде» пишет об этом приборе следующее: «С 1825 года у нас обычно были некоторые из этих стекол, скорее как диковинки; ибо до недавнего времени ничего определенного нельзя было сказать об их изменениях, когда было справедливо продемонстрировано, что если их закрепить неподвижно на свободном воздухе, не подвергая излучению, огню или солнцу, а при обычном свете хорошо проветриваемой комнаты или, предпочтительно, на открытом воздухе, химическая смесь в так называемом штормглассе меняет характер в зависимости от направления ветра — не его силы, специально (хотя он может так меняться по внешнему виду, только по другой причине, электрическому напряжению)».
«По мере того как атмосферный поток поворачивает к полярному направлению, приходит от него или только приближается с него, эта химическая смесь — если за ней внимательно, даже микроскопически наблюдать — обнаруживает рост, похожий на ель, тис, листья папоротника или иней — или на кристаллизации».
«По мере того как ветер, или большая масса воздуха, стремится больше с противоположной стороны, линии или шипы — все правильные, жесткие или хрустящие черты — постепенно уменьшаются, пока не исчезнут».
«Перед и во время продолжительного южного ветра смесь медленно опускается вниз в ампуле, пока не становится бесформенной, как тающий белый сахар».
«Перед или во время продолжения северного ветра (полярный поток) кристаллизации прекрасны (если смесь правильна, стекло закреплено и должным образом размещено); но малейшее движение жидкости нарушает их».
«Когда основные потоки встречаются и поворачивают к западу, создавая восточные ветры, звезды более или менее многочисленны, а жидкость тусклая или менее прозрачная. Когда и пока они соединяются через запад, создавая западные ветры, жидкость прозрачна, а кристаллизация четко определена, без свободных звезд».
«Пока какие-либо жесткие или хрустящие черты видны внизу, вверху или на вершине жидкости (где они образуются для полярных ветров), в воздухе присутствует плюс-электричество; смесь полярного потока сосуществует в этой местности с противоположным, или южным».
«Когда видна только мягкая, тающая, сахаристая субстанция, атмосферный поток (слабый или сильный, каким бы он ни был) является южным с минус-электричеством, не смешанным с противоположным ветром и не подверженным его влиянию».
«Повторные испытания с чувствительным гальванометром, примененным для измерения электрического напряжения в воздухе, доказали эти факты, которые теперь находят полезными для помощи, вместе с барометром и термометром, в прогнозировании погоды».
«Температура сильно влияет на смесь, но не исключительно; как полностью доказали многие сравнения зимних и летних изменений температуры».
«Спутанный вид смеси, с хлопьевидными пятнами или звездами в движении и меньшая прозрачность жидкости указывают на юго-восточный ветер, вероятно, сильный, до штормового».
«Прозрачность жидкости с более или менее совершенными кристаллизациями сопровождает комбинацию, или борьбу, основных потоков через запад, и весьма примечательны эти различия — результаты воздействия этих воздушных потоков друг на друга с востока или с совершенно противоположного направления, запада».
«Стекло следует время от времени протирать дочиста — и один или два раза в год смесь следует взбалтывать, переворачивая и осторожно встряхивая стеклянную ампулу».
Fig. 93.
146. Дифференциальный термометр Лесли. — Стеклянная трубка, имеющая большой шарик на каждом конце и согнутая дважды под прямым углом, как показано на рисунке 93, содержащая концентрированную серную кислоту, подкрашенную кармином, и поддерживаемая в центре деревянной подставкой, составляет дифференциальный термометр, изобретенный профессором Лесли. Прибор предназначен для демонстрации и измерения малых разностей температур. Каждое колено прибора обычно имеет длину от трех до шести дюймов, а шарики находятся на расстоянии около четырех дюймов друг от друга. Калибр колен составляет около 1/50 дюйма, не более; другая часть трубки может быть шире. Трубка заполнена жидкостью, шарики содержат воздух. Когда оба шарика нагреваются одинаково, каждая шкала показывает ноль. Шкала разделена так, что пространство между точками замерзания и кипения воды равно 1000 частей. Когда один шарик нагревается больше другого, разница температур деликатно показывается опусканием окрашенной жидкости из нагретого шарика. На него не влияют изменения температуры атмосферы; поэтому он превосходно приспособлен для экспериментов с лучистым теплом. Теория прибора заключается в том, что газы расширяются одинаково при равномерных приращениях тепла.
147. Дифференциальный термометр Румфорда отличается от только что описанного тем, что содержит лишь небольшой пузырек жидкости, который лежит в центре трубки, когда оба шарика подвергаются одинаковому воздействию. Шарики и другие части трубки содержат воздух. Когда один шарик нагревается больше другого, пузырек перемещается к менее нагретому; а шкала, прикрепленная к горизонтальной части трубки, обеспечивает измерение разности температур.
Fig. 94.
148. Термометрическая будка Глейшера. — Термометрическая будка состоит из горизонтальной доски в качестве основания, вертикальной доски, выступающей вверх от одного края горизонтальной, и двух параллельных наклонных досок, отделенных друг от друга блоками толщиной в три дюйма, соединенных вверху с вертикальной, а внизу с горизонтальной доской, и воздух свободно проходит вокруг и между ними всеми. К верхней части наклонных досок прикреплена небольшая выступающая крыша, чтобы предотвратить попадание дождя на шарики прибора, которые расположены на лицевой стороне вертикальной доски, причем их шарики выступают ниже нее, так что воздух свободно обдувает шарики со всех сторон. Вся рама вращается на вертикальном столбе, прочно закрепленном в земле, как показано на гравюре, рис. 94; и при использовании наклонная сторона всегда повернута к солнцу.
149. Термометрическая будка для использования на море. — Эта будка, или защитный экран, была разработана адмиралом Фицроем и уже несколько лет используется на судах Её Величества и многих торговых судах. Она имеет размеры около двадцати четырех дюймов в длину, двенадцать в ширину и восемь в глубину; стенки, дверца и дно выполнены в виде решетки; в верхней части также имеются отверстия, устроенные таким образом, что воздух свободно проникает внутрь, в то время как прямые солнечные лучи, дождь и морские брызги эффективно отсекаются от установленных внутри термометров. Внутри достаточно места для двух термометров, расположенных бок о бок на кронштейнах на расстоянии не менее трех дюймов друг от друга или от любой части внешней стороны будки. Один термометр должен быть оснащен как «влажный термометр» (см. стр. 105). Небольшой сосуд с водой можно легко закрепить внутри будки так, чтобы он сохранял свое положение и содержимое при обычной качке судна; а с помощью кусочка хлопчатобумажного фитиля или муслиновой ткани, обернутой вокруг резервуара термометра и опущенной в чашку с водой, можно поддерживать резервуар постоянно влажным.
Самопишущие термометры следует защищать аналогичной будкой. Было установлено, что термометрические наблюдения, проводимые в море, не имеют научной ценности, если приборы не были должным образом защищены такой будкой.
Fig. 95.
150. Анемоскоп, или переносной флюгер для путешественников, с компасом, магнитной стрелкой и т. д., показывает направление ветра с точностью до половины румба компаса.
151. Испарительная чаша, или испаритель (рис. 95), для определения величины испарения с поверхности земли. Этот прибор состоит из латунного сосуда, площадь испаряющей поверхности которого точно определена, а также стеклянного цилиндрического мерного стакана, градуированного в дюймах, десятых и сотых долях дюйма. При использовании испаритель почти доверху наполняется водой, количество которой предварительно измеряется с помощью стеклянного цилиндра; затем его выставляют на открытый воздух, где он свободно подвергается воздействию атмосферы; после экспозиции воду снова измеряют, и разница между первым и вторым измерением показывает величину произошедшего испарения. Если во время нахождения прибора на открытом воздухе шел дождь, количество собранной им влаги необходимо вычесть из измеренного объема; это количество определяется по объему дождя, собранного в дождемере. Проволочная сетка вокруг прибора предназначена для того, чтобы животные, птицы и т. д. не могли пить воду.
152. Атмидометр доктора Бабингтона, или прибор для измерения испарения с поверхности воды, льда или снега, состоит из продолговатого полого резервуара из стекла или меди, под которым находится второй шарообразный резервуар, сообщающийся с первым через суженную шейку и должным образом утяжеленный ртутью или дробью. Верхний резервуар увенчан небольшим стеклянным или металлическим стержнем со шкалой, градуированной в гранах и полугранах; на вершине стержня горизонтально закреплена неглубокая металлическая чаша. Резервуары погружаются в сосуд с водой, имеющий круглое отверстие в крышке, через которое проходит стержень. Затем дистиллированная вода постепенно наливается в чашу сверху до тех пор, пока нулевая отметка на стержне не опустится до уровня крышки сосуда. После такой настройки, по мере испарения воды из чаши, стержень поднимается, и величина испарения указывается в гранах. Этот прибор позволяет измерять испарение со льда или снега. Необходима поправка на температуру.
153. Облачный отражатель. — На Международной выставке 1862 года г-н Дж. Т. Годдард представил облачное зеркало для определения направления движения облаков.
Зеркало укладывается на горизонтальную подставку возле окна и закрепляется так, чтобы точка, отмеченная как север, совпадала с южной точкой горизонта — следовательно, все остальные точки будут зеркально перевернуты. Край заметного облака совмещается с центром зеркала, и наблюдатель остается совершенно неподвижным, пока облако не выйдет за край зеркала, где можно считать истинную точку горизонта, откуда движутся облака.
154. Гелиограф (регистратор солнечного сияния). — Г-н Годдард также представил прибор, который он называет этим именем. Он работает путем пропускания солнечных лучей через узкую щель, которые падают на фотобумагу, намотанную на барабан, приводимый в движение часовым механизмом; бумагу меняют ежедневно, а фотоотпечаток проявляют и фиксируют обычным способом. [19]
155. НАБОР ПЕРЕНОСНЫХ ПРИБОРОВ.
В небольшой коробке размером 8 на 8 на 4 дюйма упакован полный набор метеорологических приборов. Крышка коробки благодаря остроумному приспособлению снимается и подвешивается; на ней стационарно закреплены для наблюдений максимальный и минимальный термометры, а также пара сухого и влажного термометров. Внутри коробки находятся максимальный термометр в вакууме для измерения солнечной радиации, минимальный термометр для наземных наблюдений, один из малых карманных анероидных барометров Негретти и Замбра, шагомер для измерения расстояний, карманный компас, клинометр и, наконец, дождемер. Последний прибор состоит из точно выточенного латунного кольца с прикрепленным к нему корпусом из индийской резины для сбора дождя, который измеряется с помощью небольшого градуированного стеклянного стакана, также находящегося в коробке. Путешествующие джентльмены найдут эту компактную обсерваторию всем, что только можно пожелать для метеорологических наблюдений.
156. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ.
Практикующий метеоролог найдет следующие предметы весьма полезными, если не необходимыми. Они едва ли нуждаются в описании, поэтому достаточно их перечисления: — Метеорологические диаграммы, или подготовленные печатные и разлинованные бланки для графического отображения показаний различных приборов, чтобы сделать их данные полезными для прогнозирования погоды и т. д.; — Метеорологические журналы, или книги записей, для регистрации всех наблюдений и выводов; — Картинки облаков, с помощью которых можно легко отнести облака к их конкретной классификации, что очень необходимо для неопытных наблюдателей и учащихся; — Циклонные стекла, или диски, контурные карты с указателями ветра также полезны, особенно при прогнозировании погоды.
Fig. 96.
Fig. 97.
157. ГИДРОМЕТР.
Простой тип гидрометра очень широко используется на море в качестве «теста морской воды»; и поскольку наблюдения обычно записываются в метеорологический журнал или судовой журнал, здесь будет уместно привести его описание.
Он изготовлен из стекла. Если прибор сделан из латуни, коррозионное воздействие соленой воды вскоре делает его показания неточными. Формы, обычно придаваемые этим приборам, показаны на рис. 96 и 97. Выдувается шарообразный резервуар, который частично заполняется ртутью или мелкой дробью, чтобы прибор устойчиво плавал в вертикальном положении. От шейки резервуара стекло расширяется в овальную или цилиндрическую форму, чтобы придать прибору достаточный объем для плавучести; наконец, он сужается к узкому вертикальному стержню, внутри которого находится шкала из слоновой кости, и закрывается сверху. Деления на шкале отсчитываются сверху вниз, чтобы измерять длину той части стержня, которая возвышается над поверхностью любой жидкости, в которой плавает гидрометр. Чем плотнее жидкость, тем выше будет подниматься прибор; чем она менее плотная, тем ниже он будет погружаться.
Показания зависят от гидростатического принципа, согласно которому плавающие тела вытесняют количество жидкости, поддерживающей их, равное их собственному весу. Следовательно, по мере того как удельные веса жидкостей отличаются друг от друга, будут варьироваться и количества жидкостей, вытесняемых одним и тем же телом при последовательном погружении в каждую из них.
Принимая удельный вес дистиллированной воды при температуре 62° по Фаренгейту за единицу, глубина, на которую прибор погружается при осторожном опускании в такую воду, является нулем шкалы. Градуировка простирается от 0 до 40; последняя отметка будет находиться на уровне поверхности, когда прибор помещен в воду, удельный вес которой составляет 1,040. При записи наблюдений записываются только последние две цифры — цифры на шкале. Удельный вес морской воды обычно варьируется от 1,020 до 1,036.
Для содержания тестируемой воды полезен небольшой цилиндр из жести, меди или стекла. Он должен быть шире гидрометра и всегда наполнен до краев. Если он установлен на подставке, закрепленной на карданном подвесе, это будет очень удобно. Вода в ведре, тазу или другом широком сосуде на море приходит в движение, и глаз невозможно опустить достаточно низко (из-за краев), чтобы точно считать показания по шкале.
При использовании гидрометра могут возникнуть ошибки наблюдения, если он помещается в воду не будучи чистым или тщательно протертым. Прибор чрезвычайно точен при правильном использовании. Его следует оберегать от контакта со стенками сосуда; необходимо тщательно избегать попадания пыли, пятен или жира, аккуратно протирая его чистой тканью до и после использования.
Всякий раз, когда температура тестируемой воды отличается от 62°, необходима поправка к показаниям, учитывающая расширение или сжатие стекла, а также самой воды, чтобы привести все наблюдения к одному общепринятому стандарту.
Гигрометр Негретти и Замбра с термометром в стержне показывает плотность и температуру в одном приборе.
Следующими таблицами мы обязаны любезности адмирала Фицроя: —
Таблица для приведения наблюдений, сделанных с помощью латунного гидрометра, при условии, что линейное расширение латуни составляет 0,000009555 на 1° по Фаренгейту. Поправка является аддитивной для всех температур выше 62° и вычитаемой для температур ниже 62°.
t° Correction. t° Correction. t° Correction. t° Correction. 32 -0·0014 48 -0·0010 64 +0·0002 80 +0·0020 33 ·0014 49 ·0009 65 ·0003 81 ·0021 34 ·0014 50 ·0009 66 ·0004 82 ·0023 35 ·0014 51 -0·0008 67 ·0005 83 ·0024 36 ·0014 52 ·0008 68 +0·0006 84 ·0026 37 ·0014 53 ·0007 69 ·0007 85 +0·0027 38 -0·0014 54 ·0006 70 ·0008 86 ·0029 39 ·0013 55 ·0006 71 ·0009 87 ·0030 40 ·0013 56 -0·0005 72 ·0010 88 ·0032 41 ·0013 57 ·0004 73 ·0011 89 ·0033 42 ·0013 58 ·0003 74 +0·0013 90 +0·0035 43 ·0012 59 ·0003 75 ·0014 91 ·0036 44 -0·0012 60 ·0002 76 ·0015 92 ·0038 45 ·0011 61 -0·0001 77 ·0016 93 ·0040 46 ·0011 62 0·0000 78 ·0018 94 ·0041 47 -0·0010 63 +0·0001 79 +0·0019 95 +0·0043 Таблица для приведения наблюдений, сделанных с помощью стеклянного гидрометра, при условии, что линейное расширение стекла составляет 0,00000463 на 1° по Фаренгейту. Поправка является аддитивной для температур выше 62° и вычитаемой для температур ниже 62°.
t° Correction. t° Correction. t° Correction. t° Correction. 32 -0·0019 48 -0·0012 64 +0·0002 80 +0·0023 33 ·0019 49 ·0011 65 ·0003 81 ·0024 34 ·0018 50 ·0011 66 ·0004 82 ·0026 35 ·0018 51 -0·0010 67 ·0005 83 ·0027 36 ·0018 52 ·0009 68 +0·0007 84 ·0029 37 ·0017 53 ·0008 69 ·0008 85 +0·0031 38 -0·0017 54 ·0008 70 ·0009 86 ·0032 39 ·0017 55 ·0007 71 ·0010 87 ·0034 40 ·0016 56 -0·0006 72 ·0012 88 ·0036 41 ·0016 57 ·0005 73 ·0013 89 ·0037 42 ·0015 58 ·0004 74 +0·0014 90 +0·0039 43 ·0015 59 ·0003 75 ·0016 91 ·0041 44 -0·0014 60 ·0002 76 ·0017 92 ·0042 45 ·0014 61 -0·0001 77 ·0018 93 ·0044 46 ·0013 62 0·0000 78 ·0020 94 ·0046 47 -0·0013 63 +0·0001 79 +0·0021 95 +0·0048