Aerul si apa. Alizee, cicloane, Gulf Stream, tsunami si multe alte curiozitati naturale

CUVANT INAINTE LA VERSIUNEA IN LIMBA ROMANA

In zilele noastre, omenirea se confrunta cu provocari majore generate de o multitudine de factori aflati in stransa interdependenta. Dintre acestea, poluarea mediului inconjurator, insotita de masuri urgente pentru protectia si conservarea lui reprezinta directii de actiune de care depinde insasi calitatea vietii pe planeta noastra. In avalansa informationala actuala asistam la o repetare abuziva a acestor notiuni, care conduce in mod paradoxal la o golire a lor de continut. Dar ce este de fapt acest mediu inconjurator? Oricine stie ca aerul si apa, cele doua fluide fara de care viata noastra ar fi imposibila pe Terra, sunt componentele sale de baza. Le cunoastem noi cu adevarat? Intelegem multitudinea de fenomene ce au loc in aer si in apa, conducand la evenimente grave (cicloane, tornade, tsunami, inundatii) cu consecinte majore, si care este mecanismul lor de producere si dezvoltare? Parcurgerea cartii de fata aduce raspunsuri unor astfel de intrebari, intr-un mod surprinzator prin claritate si atractivitate.

Ideea centrala a acestei lucrari consta in observarea atenta a fenomenelor naturale si propunerea unor explicatii relativ simple, adresate unui public larg, preocupat de mediul sau inconjurator.

Autorul - personalitate eminenta a lumii academice franceze si nu numai - valorizeaza experienta sa stiintifica de specialist in mecanica fluidelor, pentru a prezenta intr-o maniera accesibila, cu cuvinte ale limbajului curent, evantaiul larg al fenomenelor cel mai des intalnite in aer si in apa, de la cele mai simple, pana la cele mai complexe. El detine secretul diferentei intre a vedea, a privi si a observa, care i-a permis sa patrunda in esenta acestora, sa le inteleaga si sa le explice cu claritate si concizie, devenind apoi un ghid avizat pentru plimbarea cititorului in aceasta lume miraculoasa. Pe tot parcursul cartii sale, Rene Moreau demonstreaza ca intre o explicatie stiintifica riguroasa, frumusetea unei descrieri ce provoaca incantare si poezia unei imagini nu exista frontiere. El ne convinge prin demersul sau ca nu e nevoie sa fii sec pentru a conserva precizia, calitate de baza a investigatiei stiintifice.

In ciuda tehnicitatii sale, care implica densitate si rigoare, efortul lecturii este rasplatit din plin. Indragostitii de natura vor gasi in incantarea lor, in dorinta de a-si satisface curiozitatea, o motivare suficienta pentru a alimenta acest efort. La ea se adauga si bucuria cunoasterii impartasita de autor cititorilor sai, care se pot afla pe paliere de abordare diferite ca nivel de pregatire stiintifica si tehnica.

De altfel, in prolog si in ghidul de lectura, autorul descrie arhitectura lucrarii sale, cat se poate de moderne si inspirate. Lectura cartii lasa sa se distinga urzeala tesaturii sale: intelegerea fenomenelor din aer si din apa ne ajuta sa traim in armonie cu natura, iar protectia mediului nu se poate face eficient fara parcurgerea acestei etape.

Nu pot sa nu remarc cu satisfactie si faptul ca autorul intreprinde un act de cultura generala si de dreptate facuta celor ce au contribuit de-a lungul timpului, prin puterea mintii si efortul lor, la largirea orizontului de cunoastere in domeniile abordate. Notele de subsol stau marturie in acest sens. Pe deplin convins ca numai cunoasterea ne pregateste pentru infruntarea provocarilor diverse ale naturii, autorul pledeaza cu fermitate pentru intensificarea eforturilor de realizare a unei formari stiintifice de calitate.

Antrenata in fascinanta calatorie propusa de autor, nutresc speranta de a fi reusit sa pastrez prin traducere spiritul originalului lucrarii, respectandu-i rigoarea, dar nealterandu-i poezia, cu toate capcanele lingvistice prezentate de cele doua limbi de sorginte latina, atat de bogate in nuante si intelesuri.

Daca cititorii versiunii romane a acestei carti prezentand elemente vitale ale existentei noastre vor gasi o reala satisfactie parcurgand-o, eforturile autorului si, nu in ultimul rand, ale traducatorilor vor fi rasplatite pe deplin.

Imi place sa cred ca aceasta carte face parte din categoria celor ce nu trebuie sa lipseasca dintr-o biblioteca tehnica, pastrata pentru a fi consultata deseori si utilizata ca baza a oricarei cercetari consacrate aerului si apei.

* * *

Tin sa multumesc in mod special echipei Editurii AGIR, care sub directia domnului dr. ing. Ioan GANEA a facut posibila aparitia acestei lucrari in forma sa definitiva, aflata cel putin la acelasi nivel de exigenta cu versiunea sa originala in limba franceza.

Aduc multumiri deosebite doamnei redactor Marina GRAUR, care a pus mult suflet si rabdare in realizarea cu un inalt profesionalism a lucrarii de fata.

Gratitudinea mea se indreapta si catre echipa de la Grenoble Sciences, care sub directia prof. emerit Jean BORNAREL a realizat o colaborare exemplara cu editorul roman, punand la dispozitie toata ilustrarea grafica care contribuie din plin la atractivitatea si estetica acestei carti.

Nu in ultimul rand aduc calde multumiri celor care prin efortul de promovare si suportul acordat au facut posibila aparitia acestei lucrari: d-lui conf. univ. dr. ing. Stefan STANESCU, Director General al Societatii „Air Control Systems“, si d-lui conf. univ. dr. ing. Catalin LUNGU, presedintele filialei Valahia a Asociatiei Inginerilor de Instalatii din Romania (AIIR), care a realizat si traducerea anexei si a glosarului, ce constituie o baza comuna celor 8 capitole ale cartii, ajutand cititorul sa adanceasca semnificatia notiunilor stiintifice utilizate.

Prof. univ dr. ing. Ana-Maria BIANCHI

GHID DE LECTURA

Ca toate cartile in format electronic (pap-ebooks) ale colectiei „Grenoble Sciences“, aceasta lucrare contine de fapt o carte, care poate fi citita ea singura, de o maniera autonoma, si site-ul web care ii este asociat, pentru a o dezvolta si completa. Cartea in sine are ca obiectiv principal sa ghideze privirea cititorului asupra celor mai frecvente fenomene observabile in aer si in apa. Caile ce conduc la intelegerea lor sunt jalonate, si pasii cititorului, de-a lungul acestui itinerar, sunt insotiti de numeroase exemple. Explicatiile detaliate care i-ar intrerupe plimbarea sunt trecute in site-ul asociat. Totusi, anumite notiuni pe care autorul le considera indispensabile pentru intelegerea fenomenelor importante sunt prezentate in fise specia lizate (notate cu F), inserate in primele capitole, ca niste „chei“ propuse cititorului care s-ar simti altfel oprit in fata unor porti inchise. Notele din subsolul paginii aduc, de asemenea, unele complemente, de regula scurte, de natura etimologica, bibliografica, geografica sau chiar istorica.

Intelegerea aprofundata a acestor doua medii - aerul si apa - ar pretinde sa se faca apel la toate disciplinele stiintifice si, in mod particular, la mecanica fluidelor. Ori, acest domeniu nu este abordat in programa scolara si univer sitara inaintea programelor de licenta sau a claselor preparatoare din scolile superioare. Autorul a facut totusi pariul de a propune in aceasta carte un prim nivel de explicatie accesibila fara o pregatire avansata. Notiunile care se refera la aspecte relativ subtile, ca de exemplu mecanismele de instabilitate hidrodinamica si turbulenta, sunt transferate intr-o anexa care constituie un fel de baza comuna a celor opt capitole ale cartii, ea insasi prezentata fara ecuatii sau concepte abstracte. In fine, din ratiuni legate de abundenta vocabularului necesar pentru de scrierea acestor fenomene, este propus un glosar destul de detaliat, unde cititorul va putea gasi semnificatia celor mai multi termeni stiintifici utilizati. Pe masura primei aparitii intr-unul dintre capitole, in epilog sau in anexa, fiecare cuvant al glosarului apare colorat in albastru, in intentia de a informa cititorul ca asupra semnificatiei sale este disponibil la sfarsitul cartii un comentariu.

Cititorul care dispune de o cultura stiintifica avansata si care s-ar simti derutat de restrangerea anumitor explicatii sau care ar estima simplitatea lor ca fiind excesiva va putea cauta complemente pe site-ul asociat. Lectura lor presupune o anumita practica a demersurilor fizicii teoretice, care se bazeaza pe marile principii si fac apel la instrumente matematice, ca de exemplu ecuatii cu derivate partiale si analiza vectoriala. Ele contin repetari ale elementelor de baza utile pentru o intelegere aprofundata, justificari ale legilor fizicii utilizate in carte, precum si informatii privind tehnicile experimentale.

http://grenoble-sciences.ujf-grenoble.fr/pap-ebook/moreau

MULTUMIRI:

In primul rand, tin sa multumesc studentilor, elevilor ingineri, doctoranzilor si colegilor care, de-a lungul carierei mele, m-au stimulat prin intrebarile si comentariile lor sa gasesc explicatii cat mai simple posibil tuturor fenomenelor observabile in mediile fluide, ca de exemplu aerul, apa si inca altele. Ei sunt cei care m-au facut sa realizez ca toata comportarea acestor fluide este descriptibila cu cuvinte din limbajul curent, permitandu-mi astfel sa imaginez aceasta carte.

Multumirile mele se indreapta, de asemenea, catre membrii comitetului de lectura. Sugestiile lor foarte constructive au condus la o reala ameliorare a manuscrisului initial.

Tin sa multumesc in mod egal tuturor persoanelor, fotografilor, intreprinderilor si organismelor care mi-au furnizat in mod gratuit sau care m-au ajutat sa obtin numeroase fotografii si ilustratii ce reprezinta atat fenomene naturale spectaculoase, cat si realizari de mari lucrari. Daca prezentarea acestei carti este relativ atragatoare, ea se datoreaza, fara indoiala, contributiei lor.

In mod particular, sunt recunoscator echipei de la Grenoble Sciences care, sub directia lui Jean BORNAREL, a pus aceasta lucrare sub forma sa definitiva, fapt deloc usor, tinand seama de fisele inserate si de figurile numeroase. In special, Laura CAPOLO, Sylvie BORDAGE si Anne-Laure PASSAVANT, ca si Anne-Claire LECOMTE si Alice GIRAUD, au demonstrat un real profesionalism si multa rabdare fata de mine, de-a lungul lunilor care au precedat aparitia cartii si editarea site-ului web asociat.

CUPRINS

Prolog 1

1. ATMOSFERA IN REPAUS 5
1.1. Structura atmosferei 7
1.2. Compozitia atmosferei 13
1.3. Propagarea undelor in atmosfera 21
1.3.1. Sunetul 21
1.3.2. Lumina 22
1.4. Termocinetica atmosferei 28
Concluzii 34

2. ATMOSFERA IN MISCARE 35
2.1. Circulatia atmosferica la scari mari 37
2.1.1. Alizeele, celula lui HADLEY si jet stream 37
2.1.2. Celule polare si celula lui FERREL 44
2.2. Depresiuni atmosferice si cicloane 45
2.2.1. Formarea si sensul de rotatie ale depresiunilor atmosferice 45
2.2.2. Structura cvasi-bidimensionala a depresiunilor 55
2.2.3. Tranzitul si energia depresiunilor 61
2.3. Fenomene periodice in atmosfera 65
2.3.1. Musonii 65
2.3.2. Celula lui WALKER 67
2.3.3. Vanturi termice, vanturi catabatice si vanturi anabatice 68
2.3.4. Ceruri „brazdate“ si unde de relief 72
Concluzii 74

3. CAPRICIILE ATMOSFEREI 77
3.1. Nasterea si evolutia furtunilor si tornadelor 79
3.1.1. Dinamica formarii furtunilor 79
3.1.2. Formarea tornadelor 82
3.2. Amprente sonore si luminoase ale furtunilor 90
3.2.1. Fulgerele 90
3.2.2. Tunetul 95
3.2.3. Licaririle atmosferei inalte 96
3.2.4. Curcubeul 98
3.3. Precipitatii diverse 101
3.4. Cum sunt elaborate previziunile meteorologice? 104
Concluzii 110

4. MAI GRELE CA AERUL, CUM POT ELE ZBURA? 111
4.1. Portanta si rezistenta la inaintare 113
4.1.1. Portanta explicata prin bilantul de presiuni 113
4.1.2. Prezenta unui turbion in jurul unei aripi de zbor 117
4.2. De ce sunt avioanele atat de zgomotoase? 124
4.3. Unda de soc si zidul sunetului 128
Concluzii 131

5. MAREA LINISTITA 133
5.1. Marea in repaus 135
5.1.1 O prima vedere panoramica 135
5.1.2. Presiunea, temperatura si salinitatea marilor 139
5.1.3. Marea nu este nici plata, nici rotunda 143
5.2. Sunetul si lumina in apa de mare 147
5.3. Remarcabila stabilitate a navelor 149
5.4. Circulatia oceanica globala 152
Concluzii 158

6. MAREA AGITATA 159
6.1. Mareele 161
6.2. Fenomenul El Niño 167
6.3. Hula si valurile 170
6.3.1. De ce si cum se propaga valurile? 170
6.3.2. Uimitoarea diversitate a valurilor 175
6.3.3. Valuri mici si instabilitati convective sub banchiza 183
Concluzii 185

7. FLUVII SI RAURI 187
7.1. Principalele proprietati ale marilor fluvii 189
7.1.1. Lungimea, adancimea si distributia de viteze 189
7.1.2. Regimul uniform 191
7.1.3. Regimurile neuniforme 193
7.2. Curbe si meandre 201
7.3. Caderi si cascade 204
Concluzii 206

8. LACURI, ACUMULARI SI MARI LUCRARI 207
8.1. De la mlastini la acumulari hidroelectrice 209
8.2. Marile baraje: adaptare locala la mediu si echilibru 215
8.3. Amenajarea marilor fluvii 220
8.4. Structura generala a unei amenajari hidroelectrice 224
8.4.1. Cadere inalta de apa intr-un masiv muntos 224
8.4.2. Cadere de apa de inaltime medie 228
8.4.3. Instalatii pentru caderi de apa joase 229
8.4.4. Alte amenajari 231
8.5. Marile lucrari portuare 232
Concluzii 236

Epilog 237
1. Care sunt nelinistile si pe ce se fondeaza 239
1.1. Poluarea aerului 240
1.2. Poluarea mediului marin 242
1.3. Resursa de apa dulce 244
2. Pentru a incheia plimbarea noastra 245

Anexa - Instabilitati si turbulenta 247
A.1. Aparitia instantanee a unei miscari 250
A.1.1. Instabilitatea RAYLEIGH-BeNARD 250
A.1.2. Instabilitatea RAYLEIGH-TAYLOR 254
A.2. Instabilitatea interfetelor forfecate sau instabilitatea KELVIN-HELMHOLTZ 256
A.3. Alte structuri turbionare curente 260
A.4. Tranzitia spre turbulenta 264
A.4.1. Aparitia turbulentei in curgerile libere 264
A.4.2. Tranzitia spre turbulenta in curgerile din conducte 266
A.4.3. Alte moduri de stimulare a turbulentei 267
A.5. Turbulenta complet dezvoltata 268
A.5.1. Turbulenta celor mai frecvente curgeri 268
A.5.2. Turbulenta atmosferica la scara mare 269
A.5.3. Cascada inversa de energie in turbulenta bidimensionala 273

Concluzii 276
Glosar 279
Index 299
Cuprins XVII

DESPRE AUTOR:

Profesorul Rene Moreau a absolvit Universitatea Grenoble in cadrul careia a obtinut Diploma de Inginer la Institutul National Politehnic din Grenoble (INPG) in 1960 si si-a sustinut Doctoratul de Stat in stiinte fizice in 1967. Dizertatia sa, intitulata „Contributii la studiul curgerilor hidro-magnetice“, ii aduce prima distinctie academica, Premiul pentru cea mai buna teza din Universitatea Grenoble, in 1968. Ocupa imediat pozitia de Maitre des Conferences (conferentiar) pe care o detine pana in 1973, cand ajunge profesor titular. Devine directorul Scolii de Inginerie Hidraulica si Mecanica a INPG, din 1982 pana in 1987. A fost ales membru corespondent al Academiei de Stiinte din Franta in 1983 si membru plin in 1993. De asemenea, a fost ales si membru plin al Academiei de Tehnologii din Franta in anul 2000. Ca profesor universitar se pensioneaza in septembrie 2003, dar ca academician el pastreaza pentru toata viata drepturile unui Profesor Emerit.

Activitatea sa didactica preponderenta s-a desfasurat la Grenoble, in cadrul INPG. A predat Mecanica Fluidelor studentilor aflati la diferite niveluri (de la Bac + 3 pana la Master), Transfer Termic (nivelul Bac + 4 si Master) si Magnetohidrodinamica (nivel Master). In cadrul Centrului International de Stiinte Mecanice - CISM (Udine, Italia) a fost coorganizator si profesor in doua Scoli de Vara sustinute de International Union of Theoretical and Applied Mecanics - IUTAM, unde a predat Magnetohidrodinamica - teorie si aplicatiile ei.

Contributia sa stiintifica majora se refera la magnetohidrodinamica lichidelor metalice (MHD), un domeniu in care a condus mai mult de 40 de teze de doctorat, ale unor fosti studenti, dintre care un numar semnificativ ii sunt astazi colegi si colaboratori atat in Franta, cat si in alte tari. In cadrul dome niului vast si generos abordat, in ultima decada, profesorul Rene Moreau a acordat o atentie speciala turbulentei si curgerilor MHD, straturilor Hartmann si undelor Alfyen in metale lichide, precum si aplicatiilor acestora in domenii ca procesarea metalelor si invelisul de protectie al ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). A luat parte si continua sa ia parte la programe de cercetare internationale, ce implica vizite indelungate in strainatate: un semestru la BERKELEY UNIVERSITY (SUA, 1982), trei vizite lungi la UCLA - University of California Los Angeles (SUA, 2004, 2005, 2006), recent trei vizite de cate 2 luni la UCAS - University of Chinese Academy of Sciences (Beijing, 2013). Din anul 2000 se implica cu convingere in dezbaterea organizata de Academia de Stiinte a Frantei privind schimbarile climatice, fiind angajat in studii referitoare la environmentul planetei noastre.

In Universitatea Grenoble, a creat laboratorul MADYLAM (MAgneto DYnamics of Liquids Applications to Metallurgy), al carui nume este astazi EPM (Electromagnetic Processes of Materials). El a fost, de asemenea, la originea infiintarii Asociatiei Internationale HYDROMAG, indeplinind functia de prim-presedinte al acesteia (1995-2000), care este afiliata la IUTAM (International Union of Theoretical and Applied Mecanics). A facut parte din multe comitete nationale (Comite National de la Recherche Scientifique, Association Française de Mecanique) si pe plan international (EUROMECH si IUTAM). A fost consilier al CEA (Commissariat a l`Energie Atomique).

In plus fata de articolele referitoare la domeniul sau de cercetare (peste 60) a publicat doua carti: Magnetohydrodynamics (Kluwer Acad. Pub., 1990) si L`air et l`eau (EDP Sciences, 2013). A fost co-editorul mai multor documente ale unor Conferinte Nationale si Internationale si editor stiintific al Revistei FMIA (Fluids Mecanics and Its Applications) realizata in colaborare cu Editura Springer din 1985 pana in 2013. A participat ca editor asociat si la alte reviste de prestigiu: Journal de Mecanique, European Journal of Mecanics.

Rezultatele activitatii sale academice si de cercetare stiintifica de inalt nivel i-au adus Profesorului Rene Moreau numeroase recunoasteri si distinctii. Dintre acestea, merita o mentiune speciala: Medalia de Argint a CNRS (1972), Premiul Boileau al Academiei de Stiinte (1979), Comandor al Ordinului „Palmes Academiques“ (1999), Cavaler al Ordinului National de Merit (2002) si Cavaler al Legiunii de Onoare (2005).