Понятие об атмосферном давлении
Любой газ, входящий в состав атмосферы, характеризуется плотностью, температурой и давлением. Если заключить его в сосуд, то он будет давить на стенки этого сосуда, потому что молекулы газа двигаются и создают давление, действуя на стенки сосуда с определенной силой. Скорость движения молекул в сосуде можно увеличить при повышении температуры, тогда увеличится и давление. Любая точка атмосферы или поверхности Земли характеризуется определенной величиной атмосферного давления. Эта величина будет равна весу вышележащего столба воздуха.
Атмосферное давление – это напор атмосферы на единицу площади земной поверхности.
Единицей измерения атмосферного давления являются граммы на кв. см, а нормальным считается давление, равное $760$ мм рт. столба или $1, 033$ кг/см кв. Эту величину принято считать за одну атмосферу.
В результате постоянного движения масса воздуха в том или ином месте меняется и там, где воздуха больше, давление повышается. Движение воздуха связано с изменением температуры – нагретый от земной поверхности воздух расширяется и поднимается вверх, растекаясь в стороны. Результатом является понижение давления у поверхности Земли.
Воздух над холодной поверхностью охлаждается, уплотняется, становится тяжелым и опускается вниз – давление возрастает. Земная поверхность нагревается неодинаково, а это приводит к образованию разных областей атмосферного давления, которые имеют строго широтную зональность в распределении.
Материки и океаны на Земле расположены неравномерно, они по-разному получают и отдают солнечное тепло, поэтому пояса высокого и низкого давления распределены над поверхностью не ровными полосами. Кроме этого в результате наклона земной оси к плоскости орбиты Северное и Южное полушария получают разное количество тепла.
Эти особенности привели к тому, что на планете сформировалось несколько поясов атмосферного давления:
- Низкое давление на экваторе;
- Высокое давление в тропиках;
- Низкое давление над умеренными широтами;
- Высокое давление над полюсами.
Распределение давления на поверхности показано на географических картах специальным условным знаком, который называется изобара.
Изобары – это линии, соединяющие точки земной поверхности с одинаковым давлением.
С атмосферным давлением очень тесно связаны погода и климат той или иной местности. Безоблачная, безветренная, сухая погода характерна для высокого атмосферного давления и, наоборот, низкое давление сопровождается облачностью, осадками, ветрами, туманами.
Открытие атмосферного давления
То, что воздух давит на наземные предметы, люди замечали еще в глубокой древности. Давление вызывало ветер, который двигал парусные суда и вращал крылья ветряных мельниц. Но, доказать, что воздух имеет собственный вес, долго не удавалось и только в $ XVII$ весомость воздуха была доказана с помощью опыта, поставленного итальянцем Э. Торричелли. Опыту предшествовал случай во дворце герцога Тосканского в $1640$ г, задумавшего устроить фонтан. Вода для фонтана должна была поступать из озера, расположенного неподалеку, но выше $32$ футов, т.е. $10,3$ м она не поднималась. Торричелли провел целую серию долгих опытов, в результате которых было доказано, что воздух имеет вес, а давление атмосферы уравновешивается столбом воды в $32$ фута.
В $1643$ г. Торричелли совместно с В. Вивиани проводит опыт по измерению атмосферного давления с помощью трубки, запаянной с одного конца и наполненной ртутью. Трубка опускалась в сосуд, где тоже была ртуть, не запаянным концом вниз и столб ртути в трубке падал до отметки $760$ мм – это был уровень ртути в сосуде.
В сосуде остается свободная поверхность, на которую действует атмосферное давление. После снижения столбика ртути в трубке над ртутью остается пустота – давление столба ртути в трубке на уровне поверхности ртути в сосуде должно равняться атмосферному давлению. Высота столба в миллиметрах над свободной поверхностью ртути измеряет давление атмосферы прямо в миллиметрах ртутного столба. Трубка Торричелли, стала первым ртутным барометром для измерения давления атмосферы.
Столб воздуха от уровня моря до верхней границы атмосферы давит на площадку в один сантиметр с такой же силой, как гиря весом $1 \ кг \ 33 г. $ Все живые организмы этого давления не ощущают, потому что оно уравновешивается их внутренним давлением. Внутреннее давление живых организмов не изменяется.
Изменение атмосферного давления
С высотой атмосферное давление изменяется, оно начинает падать. Происходит это, потому что газы сильно сжимаемы. Сильно сжатый газ имеет большую плотность и сильнее давит. С удалением от поверхности Земли сжатость газов ослабевает, плотность уменьшается, а, следовательно, и давление, которое они могут производить. Давление уменьшается на $1$ миллиметр ртутного столба при подъеме на каждые $10,5$ м.
Атмосферное давление на высоте $2200$ м над уровнем моря составляет $545$ мм ртутного столба. Определить давление на высоте $3300$ м. Решение: с высотой атмосферное давление понижается на $1$ мм ртутного столба через каждые $10,5$ м, поэтому Определим разницу высот: $3300 – 2205 = 1095$ м Находим разницу атмосферного давления: $1095 \ м \div 10,5 = 104,3$ мм рт. столба Определяем атмосферное давление на высоте $3300 \ м\div 545 \ мм \ – 104,3 \ мм \ = 440,7$ мм рт. столба. Ответ: атмосферное давление на высоте $3300$ м составляет $440,7$ мм ртутного столба.
Атмосферное давление изменяется и в течение суток, т.е. имеет свой суточный ход. При максимальной температуре днем атмосферное давление понижается, а в ночное время, когда температура воздуха становится ниже – давление увеличивается. В этом ходе давления просматривается два максимума (около $10$ и $22$ часов) и два минимума (около $4$ и $16$ часов). Очень четко эти изменения проявляются в тропических широтах, где суточные колебания составляют $3$-$4$ мбар. Нарушение правильности суточного хода давления в тропиках, говорит о приближении тропического циклона.
Изменение давления в течение суток связано с температурой воздуха и зависит от её изменений. Годовые изменения зависят от нагревания материков и океанов в летний период и их охлаждения в зимнее время. Летом область пониженного давления создается на суше, а область повышенного давления над океаном.
Влияние атмосферного давления на организм человека
Процессы, происходящие в атмосфере, оказывают значительное влияние на организм человека, который вынужден перенастраивать свои биологические системы. Значительная часть людей сильно реагируют на изменение атмосферного давления, с понижением которого падает давление в артериях человека. С ростом атмосферного давления – растет давление артериальное, поэтому часто в ясную, сухую, жаркую погоду, многие испытывают головную боль.
Здоровые люди годовые колебания атмосферного воздуха переносят легко и незаметно, а у больных ухудшается самочувствие, наблюдаются приступы стенокардии, чувство страха, нарушение сна.
На атмосферное давление реагирует кожа и слизистые оболочки. С ростом давления увеличивается раздражение их рецепторов и в результате уменьшается содержание кислорода в крови. С повышенным атмосферным давлением связывают обострение бронхиальной астмы. Быстрое снижение атмосферного давления может привести к развитию патологических явлений в организме человека, связанных с кислородным голоданием тканей и, прежде всего, головного мозга.
Человек не может повлиять на погоду, но помочь себе пережить этот период совсем не сложно. При резких перепадах атмосферного давления необходимо максимально снизить физическую нагрузку на свой организм и использовать соответствующие лекарственные препараты.
