Wszyscy znają ciśnienie atmosferyczne, przynajmniej dzięki lekcjom fizyki i prognozom pogody. Ponadto interesujące są niuanse wpływu presji na osobę.
Co to jest ciśnienie atmosferyczne?
Ciśnienie atmosferyczne - jest to ciśnienie powłoki gazowej naszej planety, atmosfery, która działa na wszystkie znajdujące się w niej obiekty, a także na powierzchnię ziemi. Ciśnienie odpowiada sile działającej w atmosferze na jednostkę powierzchni.
Mówiąc prościej, jest to siła, z jaką powietrze wokół nas działa na powierzchnię ziemi i przedmiotów. Śledząc zmiany ciśnienia atmosferycznego, warunki pogodowe można przewidywać w połączeniu z innymi czynnikami.
Dlaczego i dlaczego powstaje ciśnienie atmosferyczne?
Specjaliści badający atmosferę Ziemi i różne zjawiska meteorologiczne dokładnie monitorują ruch mas powietrza. Jest to główny czynnik wpływający na warunki klimatyczne na danym obszarze. Obserwacje te pozwoliły zrozumieć, dlaczego występuje ciśnienie atmosferyczne.
Winna jest grawitacja. Poprzez wiele eksperymentów udowodniono, że powietrze nie jest wcale nieważkie. Składa się z różnych gazów o określonej wadze. Tak więc siła grawitacji Ziemi działa na powietrze, co przyczynia się do powstawania ciśnienia.
Interesujący fakt: całe powietrze na planecie (lub cała atmosfera Ziemi) waży 51 x 1014 mnóstwo
Na całym świecie masa powietrza nie jest taka sama. W związku z tym zmienia się również poziom ciśnienia atmosferycznego. W obszarach o większej masie powietrza występuje wyższe ciśnienie. Jeśli jest mniej powietrza (w takich przypadkach jest również nazywane rozrzedzonym), ciśnienie jest niższe.
Dlaczego zmienia się ciężar atmosfery? Sekret tego zjawiska polega na ogrzewaniu mas powietrza. Faktem jest, że ogrzewanie powietrza wcale nie zachodzi od światła słonecznego, ale z powodu powierzchni ziemi.
W pobliżu powietrze się nagrzewa i staje się coraz jaśniejsze i unosi się. W tym czasie ochłodzone strumienie stają się cięższe i niższe. Ten proces trwa. Każdy strumień powietrza ma własne ciśnienie, a jego różnica powoduje wiatr.
Jak skład atmosferyczny wpływa na ciśnienie?
Atmosfera zawiera ogromną ilość gazów. Przeważnie jest to azot i tlen (98%). Istnieje również dwutlenek węgla, neon, argon itp. Atmosfera zaczyna się od warstwy granicznej o grubości 1-2 km i kończy się egzosferą na wysokości około 10 000 km, gdzie płynnie przechodzi w przestrzeń międzyplanetarną.
Skład atmosfery wpływa na ciśnienie wynikające z gęstości. Każdy element ma swoją gęstość. Im wyższa wysokość, tym cieńsza jest warstwa atmosfery i jej niższa gęstość. W związku z tym ciśnienie spada.
Pomiar ciśnienia atmosferycznego
W międzynarodowym układzie jednostek ciśnienie atmosferyczne mierzone jest w paskalach (Pa). Również w Rosji stosuje się takie jednostki, jak pręt, milimetry rtęci i ich pochodne. Ich zastosowanie wynika z przyrządów do pomiaru ciśnienia - barometrów rtęciowych. 1 mmHg odpowiada około 133 Pa.
Barometry występują w dwóch rodzajach:
- ciekły;
- mechaniczny (barometr aneroidowy).
Barometry cieczowe wypełniony rtęcią. Wynalazek tego urządzenia jest zasługą włoskiego naukowca Evangelisty Torricelli. W 1644 r. Przeprowadził eksperyment z pojemnikiem, rtęcią i kolbą, która wpadła do cieczy z otwartą dziurą.
Wraz ze zmianą ciśnienia rtęć wzrosła lub spadła do kolby. Nowoczesne barometry rtęciowe ze skalami są uważane za najdokładniejsze, ale niezbyt wygodne, dlatego są używane na stacjach meteorologicznych.
Bardziej powszechne aneroidowe barometry. Konstrukcja takiego urządzenia zapewnia metalowe pudełko z rzadkim powietrzem w środku. Kiedy ciśnienie spada, pudełko się rozszerza. Wraz ze wzrostem ciśnienia pudełko kurczy się i działa na przymocowaną sprężynę. Sprężyna napędza strzałkę, która wyświetla poziom ciśnienia na skali.
Interesujący fakt: Istnieje standardowa jednostka ciśnienia (a także inne jednostki wielkości fizycznych). Podstawowym standardem, który pokazuje ciśnienie bezwzględne tak dokładnie, jak to możliwe, jest Ogólnorosyjski Instytut Metrologii Mendelejewa (St. Petersburg).
Ciśnienie atmosferyczne dla ludzi
Normalne ciśnienie atmosferyczne - Jest to 760 mm Hg lub 101 325 Pa w temperaturze 0 ℃ na poziomie morza (45º szerokości geograficznej). Jednocześnie atmosfera działa na każdy centymetr kwadratowy powierzchni ziemi z siłą 1,033 kg. Kolumna rtęciowa o wysokości 760 mm równoważy masę tej kolumny powietrza.
Podczas eksperymentu Torricelli wyznaczył również wskaźnik 760 mm. Zauważył również, że gdy kolba jest wypełniona rtęcią, na górze pozostaje pustka. Następnie zjawisko to nazwano „pustką Torricellium”. Wtedy naukowiec nie wiedział jeszcze, że podczas eksperymentu stworzył próżnię - to znaczy przestrzeń wolną od jakichkolwiek substancji.
Przy standardowym ciśnieniu 760 mmHg osoba czuje się najbardziej komfortowo. Jeśli weźmiesz pod uwagę poprzednie dane, powietrze naciska na osobę o sile około 16 ton. Dlaczego więc nie odczuwamy tej presji?
Faktem jest, że w ciele jest również ciśnienie. Nie tylko ludzie, ale także przedstawiciele świata zwierząt przystosowali się do ciśnienia atmosferycznego. Każdy organ został uformowany i rozwinięty pod wpływem danej siły. Gdy atmosfera działa na ciało, siła ta rozkłada się równomiernie na całą powierzchnię. Tak więc presja jest zrównoważona i nie czujemy tego.
Normy ciśnienia atmosferycznego nie należy mylić z normą klimatyczną. Każdy region ma własne standardy na określoną porę roku. Na przykład mieszkańcy Władywostoku mieli szczęście, ponieważ tam średni roczny wskaźnik ciśnienia atmosferycznego jest prawie równy normie - 761 mm Hg.
A w osadach położonych na obszarach górskich (na przykład w Tybecie) ciśnienie jest znacznie niższe - 413 mmHg. Wynika to z wysokości około 5000 m.
Wzrost i spadek ciśnienia
Gdy ciśnienie przekroczy znak 760 mm. Hg. Art., Nazywa się to podwyższonym, a gdy wskaźnik jest mniejszy niż normalnie - niski.
W ciągu 24 godzin występuje kilka spadków ciśnienia atmosferycznego. Rano i wieczorem wstaje, a po 12 w południe i dzień - maleje. Wynika to z faktu, że zmienia się temperatura powietrza i odpowiednio przemieszczają się jego przepływy.
Zimą najwyższe ciśnienie atmosferyczne obserwuje się na kontynencie, ponieważ powietrze ma niską temperaturę i wysoką gęstość. W lecie obserwuje się odwrotną sytuację - presja jest minimalna.
W bardziej globalnej skali poziom ciśnienia zależy również od temperatury. Powierzchnia Ziemi nagrzewa się inaczej: planeta ma kształt geoidy (a nie idealnie okrągły) i obraca się wokół Słońca. Niektóre strefy nagrzewają się bardziej, inne mniej. Z tego powodu ciśnienie atmosferyczne rozkłada się strefowo na powierzchnię planety.
Naukowcy rozróżniają 3 pasy z przewagą niskiego ciśnienia i 4 pasy z dominującymi maksimami. Strefa równikowa najbardziej się nagrzewa, więc lekkie ciepłe powietrze unosi się i pod powierzchnią powstaje niskie ciśnienie.
W pobliżu biegunów jest odwrotnie: spada zimne powietrze, więc odnotowuje się tutaj wysokie ciśnienie. Jeśli spojrzysz na rozkład rozkładu ciśnienia na powierzchni planety, zauważysz, że pasy minimów i maksimów zmieniają się naprzemiennie.
Ponadto należy pamiętać o nierównomiernym ogrzewaniu obu półkul Ziemi w ciągu roku.Prowadzi to do pewnego przesunięcia pasów niskiego i wysokiego ciśnienia. Latem przemieszczają się na północ, a zimą na południe.
Wpływ człowieka
Ciśnienie atmosferyczne ma poważny wpływ na ludzkie ciało. Jest to całkiem naturalne, jeśli weźmiemy pod uwagę wszystkie powyższe kwestie dotyczące siły, z jaką powietrze naciska na nasze ciało, oraz przeciwdziałania.
Istnieje koncepcja zależności meteorologicznej, potwierdzona przez naukę i medycynę. Meteopaci to ludzie, których ciało reaguje nawet na minimalne odchylenia ciśnienia od normy. Obejmują również osoby z niektórymi chorobami przewlekłymi (w szczególności sercowo-naczyniowymi, układem nerwowym itp.).
Ogólnie rzecz biorąc, ludzkie ciało może przystosować się do zmian warunków klimatycznych. Na przykład podczas podróży do kraju o zupełnie innych warunkach pogodowych aklimatyzacja może potrwać kilka dni.
Znaczne odchylenia od normy będą zauważalne dla absolutnie każdej osoby. Dotyczy to zarówno wysokiego, jak i niskiego ciśnienia krwi.
W zwykłym życiu wzrost ciśnienia atmosferycznego do poziomu krytycznego, na którym pogarsza się dobro osoby, nie występuje (z wyjątkiem wyżej wymienionych zależnych od pogody i przewlekle chorych). Możesz poczuć jego efekt, na przykład podczas nurkowania na dużych głębokościach.
Niskie ciśnienie atmosferyczne jest bardziej niebezpieczne. Jego działanie można łatwo wyczuć na dużej wysokości. Istnieje koncepcja choroby wysokościowej, w której zwiększa się ilość dwutlenku węgla. Przeciwnie, objętość tlenu w tym przypadku maleje, więc tkanki organizmu odczuwają głód tlenu. Naczynia szybko reagują na to, powodując gwałtowny wzrost ciśnienia w ciele.
Cyklon
Cyklon - To ogromna masa powietrza, która obraca się w postaci wiru wokół osi pionowej o średnicy do kilku tysięcy kilometrów. W środku tego wiru obserwuje się zmniejszone ciśnienie.
Na półkuli północnej wir atmosferyczny cyklonu obraca się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, na półkuli południowej - zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Cyklony występują regularnie, ponieważ ich powstawanie jest bezpośrednio związane z obrotem Ziemi. W pobliżu równika nie ma cyklonów.
Cyklony występują w dwóch rodzajach:
- Tropikalny. Występują na szerokościach tropikalnych, różnią się względnie małymi rozmiarami. Charakteryzują się jednak ogromną, niszczącą siłą wiatru.
- Bardzo tropikalny. Uformowane w szerokościach polarnych i umiarkowanych. Osiągnij kilka tysięcy kilometrów średnicy.
Interesujący fakt: w cyklonach tropikalnych często obserwuje się „oko burzy” - jest to obszar około 20 km w samym centrum wiru, w którym pozostaje czysta i spokojna pogoda.
Głównymi charakterystycznymi cechami cyklonu są kolosalna energia, która przejawia się w postaci silnych wiatrów, burz, burz, szkwał, opadów. Potężne cyklony tropikalne otrzymują unikalne nazwy lub nazwy, na przykład Katrina (2005), Nina (1975), Dorian (2019).
Antycyklon
Antycyklon - To nie tylko przeciwieństwo cyklonu. Zjawisko to ma inny mechanizm występowania. Wiatr na obu półkulach Ziemi porusza się w przeciwnym kierunku niż cyklon.
Antycyklon jest obszarem wysokiego ciśnienia. Charakteryzuje się zamkniętymi izobarami - są to linie, które oznaczają miejsca o tym samym ciśnieniu atmosferycznym.
Antycyklon zapewnia stabilne warunki pogodowe odpowiednie do pory roku. Latem jest spokojna, upalna pogoda, zimą mroźna. Charakteryzuje się niewielką liczbą chmur lub ich całkowitą nieobecnością.
W niektórych obszarach powstają antycyklony. Na przykład najczęściej powstają one na dużych masach lodowych: na Antarktydzie, Grenlandii i w Arktyce. Znaleziony również w tropikach.
Antycyklony niosą również niebezpieczeństwo i nieprzyjemne konsekwencje. Mogą przyczyniać się do pożarów, przedłużających się susz.Przy długim braku wiatru w dużych miastach gromadzą się szkodliwe substancje i gazy, co jest szczególnie dotkliwe dla osób z chorobami układu oddechowego.
Interesujący fakt: Istnieją cyklony blokujące, które tworzą się na określonym obszarze i nigdzie się nie poruszają. Nie przechodzą jednak inne masy powietrza. Zwykle trwają nie dłużej niż 5 dni, ale regularnie w europejskiej części Rosji antycyklony trwają około miesiąca. Ostatni raz było to w 2015 roku. Rezultatem jest upał, susza, pożary lasów.
Jak zmienia się ciśnienie atmosferyczne wraz z wysokością? Tabela formuł
Ciśnienie atmosferyczne zależy bezpośrednio od wysokości. Im wyższa, tym niższe ciśnienie i odwrotnie. Jeśli podniesiesz się 12 m nad poziomem morza, pasek rtęci w barometrze zmniejszy się o 1 mm.
Ciśnienie jest często wyświetlane w hektopaskalach zamiast w mmHg. st.: 1 mm = 133,3 Pa = 1,333 hPa. Zależność między wysokością a naciskiem można pokazać za pomocą prostej formuły:
∆h / ∆P = 12 m / mmHg. st lub ∆h / ∆P = 9 m / hPa,
gdzie ∆h jest zmianą wysokości,
∆P - zmiana ciśnienia.
Zatem przy wzroście do 9 metrów poziom ciśnienia zmniejsza się o 1 hPa. Ten wskaźnik nazywa się etapem baricznym. Norma ciśnienia atmosferycznego wynosi 1013 hPa (może być zaokrąglona do 1000).
Jak wykorzystać te dane do obliczenia zmiany ciśnienia na innej wysokości? Na przykład przy podnoszeniu 90 m ciśnienie spadnie o 10 hPa. W tym przypadku okazuje się, że przy wzroście do 900 m ciśnienie spada do 0.
Ale gęstość powietrza zmienia się również wraz z wysokością, więc jeśli chodzi o większą odległość (od 1,5-2 km), wszystkie obliczenia muszą być przeprowadzone z uwzględnieniem tego wskaźnika.
Wykres zmian ciśnienia atmosferycznego wraz z wysokością wyraźnie pokazuje wszystkie powyższe. Ma postać zakrzywionej linii, a nie linii prostej. Ze względu na fakt, że gęstość atmosfery nie jest taka sama, wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie zaczyna spadać wolniej. Jednak nigdy nie osiągnie zera, ponieważ wszędzie jest jakaś substancja - we Wszechświecie nie ma próżni.
Ciśnienie atmosferyczne w górach
W górach presja i tak będzie niższa. To, jak czuje się osoba w tym samym czasie, zależy od wysokości, a także dodatkowych warunków. Na przykład przy normalnej wilgotności wznoszenie na 3000 metrów może powodować osłabienie i słabą wydajność. Wynika to z braku tlenu.
W wilgotnym klimacie podobne odczucia pojawiają się już na wysokości 1000 m. Faktem jest, że cząsteczki wody wypierają cząsteczki tlenu - w wilgotnym powietrzu jest mniej. A w suchym klimacie można prawie wspiąć się na 5000 m.
Różne wysokości i ich skutki:
- 5 km - uczucie braku tlenu.
- 6 km to maksymalna wysokość, na której znajdują się stałe osady.
- 8,9 km - wysokość Everestu. Woda wrze w temperaturze + 68 ℃. Przez krótki czas przeszkoleni ludzie mogą znajdować się na tym poziomie.
- 13,5 km - bezpieczny pobyt tylko w obecności czystego tlenu. Maksymalna dopuszczalna wysokość, na której możesz pozostać bez specjalnej ochrony.
- 20 km - wysokość nie do przyjęcia dla ludzi. Z zastrzeżeniem przebywania w zamkniętej kabinie.