Учебник для 6 класса
Тот, кто хотя бы раз поднимался в горы, не даст соврать: изменение давления там ощущается буквально с каждым шагом. Для меня, как для жителя равнины, это было очень необычно, а почему так происходит, я напишу ниже.
Что такое атмосферное давление
Атмосферное давление — это вес колонки воздуха, находящейся над конкретной точкой на земле. Это также известно как барометрическое давление. По мере того, как вы поднимаетесь выше над уровнем моря, количество воздуха, находящегося над вами, уменьшается, что, в свою очередь, приводит к снижению атмосферного давления.
Не все знают, что на разной высоте давление атмосферы отличается. Существует даже специальный прибор для измерения и давления, и высоты. Называется он барометр-альтиметр. В статье мы подробно изучим, как с высотой изменяется атмосферное давление и при чем тут плотность воздуха. Рассмотрим эту зависимость на примере графика.
Мы уже знаем, как рассчитать давление в жидкости по формуле $p=
ho gh$, из которой видно, что давление зависит от ее плотности и высоты столба жидкости.
Так как жидкость мало подвержена сжатию, ее плотность на различных глубинах практически одинакова (рисунок 1). Соответственно, мы можем считать плотность жидкости постоянной и учитывать только изменение глубины/высоты.
Рисунок 1. Постоянство плотности жидкости и изменение плотности воздуха
Но газы, в отличие от жидкости, легко поддаются сжатию. Можно сказать, что чем сильнее газ сжат, тем больше его плотность и тем более сильное давление он производит.
Напомним, что нижние слои атмосферы наиболее плотные. Какова же величина атмосферного давления считается приемлемой и как изменение атмосферного давления влияет на нас?
Думаю, прежде, чем ответить на вопрос, неплохо было бы разобраться с терминологией. Итак, в понятие «атмосферное давление» входит усилие, с которым атмосферный воздух давит на поверхность планеты и предметы в нем находящиеся. Единица его измерения — Па (Паскаль), но кроме это применяются и такие:
Для человека, комфортным считается показатель 760 мм рт. ст., что эквивалентно почти 10 тоннам! Удивительно, почему нас не расплющило? Дело в том, что наш организм приспособлен к жизни на поверхности — компенсирует внешнее давление за счет внутреннего. Но стоит нырнуть в воду, или же подняться высоко в горы, как тут же замечаешь разницу. В целом, давление — определяющий фактор погодных условий, поскольку именно оно выступает причиной формирования ветров. Те переносят влагу, формируют циклоны и антициклоны, то есть области пониженного и повышенного давления.
Понятие атмосферное давление
Атмосферное давление. Движение воздуха. Вода в атмосфере.
Так как воздух имеет массу и вес, он оказывает давление на соприкасающуюся с ним поверхность. Подсчитано, что столб воздуха высотой от уровня моря до верхней границы атмосферы давит на площадку в 1 см с такой же силой, как и гиря в 1 кг 33 г. Человек и все другие живые организмы не чувствуют этого давления, так как оно уравновешивается их внутренним давлением воздуха. При подъеме в горах уже на высоте 3000 м человек начинает чувствовать себя плохо: появляется одышка, головокружение. На высоте более 4000 м может пойти кровь из носа, так как разрываются кровеносные сосуды, иногда человек даже теряет сознание. Все это происходит потому, что с высотой атмосферное давление уменьшается, воздух становится разреженным, уменьшается количество кислорода в нем, а внутреннее давление у человека не изменяется. Поэтому в самолетах, летающих на большой высоте, кабины закрыты герметически, и в них искусственно поддерживается такое же давление воздуха, как и у поверхности Земли. Измеряется давление с помощью специального прибора — барометра — в мм ртутного столба.
Установлено, что на уровне моря на параллели 45° при температуре воздуха 0°С атмосферное давление близко к тому давлению, какое производит столб ртути высотой 760 мм. Давление воздуха при таких условиях называют нормальным атмосферным давлением. Если показатель давления больше, то оно считается повышенным, если меньше — пониженным. При подъеме в горы на каждые 10,5 м давление уменьшается примерно на 1 мм ртутного столба. Зная, как изменяется давление, с помощью барометра можно вычислить высоту места.
Давление изменяется не только с высотой. Оно зависит от температуры воздуха и от влияния воздушных масс. Циклоны понижают атмосферное давление, а антициклоны его повышают.
Атмосферное давление на различных высота
Атмосферное давление — это сила, с которой атмосфера давит на единичную площадь поверхности.
Давление в каждой точке атмосферы определяется массой вышестоящего столба воздуха с основанием, равным единице.
Атмосферное давление с увеличением высоты уменьшается, так как над точкой располагается столбец воздуха с меньшей высотой и воздух начинается разряжаться.
Примерно на 12 метров подъема вверх атмосферное давление понижается на 1 мм. рт. ст. до высоты 2000 метров.
В среднем, атмосферное давление на Земле равняется 760 мм рт. ст.
Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 градусов Целься считается нормальным атмосферным давлением. 760 мм рт. ст. равняется 101 300 Па = 1013 гПа.
СЛОЖНА-А-А 🙀 Ты же знаешь, что если не разобраться в теме сейчас, то потом придется исправлять оценки. Беги на бесплатное онлайн-занятие с репетитором (подробности тут + 🎁).
Как меняется, от чего зависят показания
Как мы знаем, атмосфера — это газовая оболочка Земли и как мы тоже знаем, газы сильно сжимаемы. Если газ сильнее сжат, то плотность его будет больше, а следовательно, и давление тоже.
Слои воздуха у поверхности Земли сжаты всеми слоями воздуха. По мере подъема вверх от поверхности Земли, слабее будет сжиматься воздух, следовательно, плотность и давление будет меньше.
Чем выше местность над уровнем моря, тем атмосферное давление меньше. Чем ниже местность над уровнем моря, тем атмосферное давление больше.
В пример можно привести воздушный шарик, наполненный водородом. У поверхности Земли давление внутри шарика будет равным давлению на поверхности Земли. По мере отдаления от поверхности Земли, атмосферное давление будет меньше воздействовать на шар, так как чем выше от поверхности Земли, тем меньше плотность воздуха. В результате давление воздуха внутри шарика будет становится больше атмосферного давления, что приведет к разрыву шарика.
Молодец! Раз ты дочитал это до конца, вероятно, ты все отлично усвоил. Но если вдруг что-то еще непонятно – попробуй онлайн-занятие с репетитором (подробности тут + 🎁).
Как изменяется температура и атмосферное давление в горах
С изменением высоты над уровнем моря можно наблюдать значительные изменения температуры и давления. Рельеф местности может в большой степени повлиять на формирование горного климата.
Принято различать горный и высокогорный климат. Первый характерен для высот менее 3000-4000 м, второй — для более высоких уровней. Нужно отметить, что климатические условия на высоких обширных плато существенно отличаются от условий на горных склонах, в долинах или на отдельных пиках. Разумеется, отличаются они и от климатических условий, характерных для свободной атмосферы над равнинами. Влажность, атмосферное давление, количество осадков и температура меняются с высотой достаточно сильно.
По мере увеличения высоты плотность воздуха и атмосферное давление убывают, к тому же в воздухе уменьшается содержание пыли и водяного пара, что значительно увеличивает его прозрачность для солнечной радиации, ее интенсивность существенно повышается по сравнению с равнинами. В результате небо выглядит более синим и плотным, а уровень освещенности увеличивается. В среднем атмосферное давление за каждые 12 метров подъема уменьшается на 1 мм ртутного столба, но конкретные показатели всегда зависят от местности и температуры. Чем выше температура, тем медленней убывает давление по мере подъема. Нетренированные люди начинают испытывать дискомфорт в связи с пониженным давлением уже на высоте 3000 м.
С высотой в тропосфере падает и температура воздуха. Причем она зависит не только от высоты местности, но и от экспозиции склонов — на северных склонах, где приток радиации не такой большой, температура обычно заметно ниже, чем на южных. На значительных высотах (в высокогорном климате) на температуру оказывают влияние фирновые поля и ледники. Фирновыми полями называют области особого зернистого многолетнего снега (или даже переходной стадии между снегом и льдом), которые образуются выше снеговой линии в горах.
Во внутренних областях горных массивов в зимнее время может возникать застой выхоложенного воздуха. Это зачастую приводит к возникновению температурных инверсий, т.е. повышению температуры по мере увеличения высоты.
Количество осадков в горах до определенного уровня увеличивается с высотой. Это зависит от экспозиции склонов. Наибольшее количество осадков можно наблюдать на тех склонах, которые обращены к основным ветрам, это количество дополнительно увеличивается, если преобладающие ветра переносят влагосодержащие воздушные массы. На подветренных склонах увеличение количества осадков по мере подъема не так заметно.
Забыли пароль? Еще не зарегистрированы?
Движение. Теплота
Китайгородский Александр Исаакович
Изменение давления с высотой
Изменение давления с высотой
С изменением высоты давление падает. Впервые это было выяснено французом Перье по поручению Паскаля в 1648 г. Гора Пью де Дом, около которой жил Перье, была высотой 975 м. Измерения показали, что ртуть в торричеллиевой трубке падает при подъеме на гору на 8 мм. Вполне естественно падение давления воздуха с увеличением высоты. Ведь наверху на прибор уже давит меньший столб воздуха.
Если вы летали в самолете, то знаете, что на передней стенке кабины помещен прибор, показывающий с точностью до десятков метров высоту, на которую поднялся самолет. Прибор называется альтиметром. Это обычный барометр, но проградуированный на значения высот над уровнем моря.
Давление падает с возрастанием высоты; найдем формулу этой зависимости. Выделим небольшой слой воздуха площадью в 1 см2, расположенный между высотами h1 и h2. В не очень большом слое изменение плотности с высотой мало заметно. Поэтому вес выделенного объема (это цилиндрик высотой h2 ? h1 и площадью 1 см2) воздуха будет mg = ?(h2 ? h1)g. Этот вес и дает падение давления при подъеме с высоты h1 на высоту h2. То есть
Но по закону Бойля – Мариотта плотность газа пропорциональна давлению. Поэтому
Слева стоит доля, на которую возросло давление при снижении с h2 до h1. Значит, одинаковым снижениям h2 ? h1 будет соответствовать прирост давления на один и тот же процент.
Измерения и расчет показывают в полном согласии, что при подъеме над уровнем моря на каждый километр давление будет падать на 0,1 долю. То же самое относится и к спуску в глубокие шахты под уровень моря – при опускании на один километр давление будет возрастать на 0,1 долю своего значения.
Речь идет об изменении на 0,1 долю от значения на предыдущей высоте. Это значит, что при подъеме на один километр давление уменьшается до 0,9 от давления на уровне моря, при подъеме на следующий километр оно становится равным 0,9 от 0,9 давления на уровне моря; на высоте в 3 километра давление будет равно 0,9 от 0,9 от 0,9, т.е. (0,9)3 давления на уровне моря. Нетрудно продлить это рассуждение и далее.
Обозначая давление на уровне моря через p0, можем записать давление на высоте h (выраженной в километрах):
p = p0(0,87)h = p0·10?0,06h.
В скобках записано более точное число: 0,9 – это округленное значение. Формула предполагает температуру одинаковой на всех высотах. На самом же деле температура атмосферы меняется с высотой и притом по довольно сложному закону. Тем не менее формула дает неплохие результаты, и на высотах до сотни километров ею можно пользоваться.
Нетрудно определить при помощи этой формулы, что на высоте Эльбруса – около 5,6 км – давление упадет примерно вдвое, а на высоте 22 км (рекордная высота подъема стратостата с людьми) давление упадет до 50 мм Hg.
Когда мы говорим про давление 760 мм Hg – нормальное, не нужно забывать добавить: «на уровне моря». На высоте 5,6 км нормальным давлением будет не 760, а 380 мм Hg.
Вместе с давлением по тому же закону падает с возрастанием высоты и плотность воздуха. На высоте 160 км воздуха останется маловато.
(0,87)160 = 10?10.
У земной поверхности плотность воздуха равна примерно 1000 г/м3, значит, на высоте 160 км на один, кубический метр должно приходиться по нашей формуле 10?7 г воздуха. На самом же деле, как показывают измерения, произведенные при помощи ракет, плотность воздуха на этой высоте раз в десять больше.
Еще большее занижение против истины дает наша формула для высот в несколько сот километров. В том, что формула становится непригодной на больших высотах, виновато изменение температуры с высотой, а также особое явление – распад молекул воздуха под действием солнечного излучения. Здесь мы не станем на этом останавливаться.
Зависимость температуры кипения от давления
Температура кипения воды равна 100 °C; можно подумать, что это неотъемлемое свойство воды, что вода, где бы и в каких условиях она ни находилась, всегда будет кипеть при 100 °C.Но это не так, и об этом прекрасно осведомлены жители
Влияние давления на температуру плавления
Влияние давления на температуру плавления
Если изменить давление, то изменится и температура плавления. С такой же закономерностью мы встречались, когда говорили о кипении. Чем больше давление, тем выше температура кипения. Как правило, это верно и для плавления. Однако
Миллиметры ртутного столба и гектопаскали
В некоторых задачах давление выражается не в миллиметрах ртутного столба, а в паскалях или гектопаскалях. Запишем вышеприведенное соотношение для случая, когда давление выражено в гектопаскалях. 1 мм рт. ст. =133,3 Па =1,333 гПа.
Теперь выразим соотношение высоты и атмосферного давления не через миллиметры ртутного столба, а через гектопаскали. ∆h/∆P=12 м/1,333 гПа. После вычисления получим: ∆h/∆P=9 м/гПа. Выходит, что когда мы поднимаемся на 9 метров, то давление уменьшается на один гектопаскаль. Нормальное давление — это 1013 гПа. Округлим 1013 до 1000 и примем, что на поверхности Земли именно такое АД.
Если мы поднимаемся на 90 м, как с высотой изменяется атмосферное давление? Оно уменьшается на 10 гПа, на 90 м — на 100 гПа, на 900 м — на 1000 гПа. Если на земле давление в 1000 гПа, а мы поднялись на 900 м вверх, то атмосферное давление стало нулевым. Так что, получается что атмосфера заканчивается на девятикилометровой высоте? Нет. На такой высоте есть воздух, там летают самолеты. Так в чем же дело?
ФИЗИКА
Учебник для 7 класса
При подъеме давление атмосферы уменьшается, потому что чем выше мы находимся, тем меньше высота столба воздуха над нами.
Для небольших высот (десятки и даже сотни метров) уменьшение давления с высотой можно приближенно рассчитать, принимая плотность воздуха р постоянной (на уровне моря — около 1,3 кг/м3). Это означает, что при подъеме на высоту h давление воздуха уменьшается на ρвоздgh. Отсюда следует, что при подъеме, например, на высоту 10 м (трехэтажный дом) давление уменьшается примерно на 130 Па. Это немного меньше 1 мм рт. ст.
Для больших высот, например в горах, надо учитывать, что с увеличением высоты плотность воздуха уменьшается. Поэтому с увеличением высоты давление воздуха уменьшается медленнее, чем если бы плотность воздуха оставалась постоянной. На рис. 21.7 приведены значения давления на вершине Эльбруса — самой высокой горы в Европе (Россия) и на вершине Джомолунгмы — самой высокой горы в мире (Китай). Мы видим, что на высоте около 9 км давление воздуха составляет примерно 30 % от нормального атмосферного давления.
Рис. 21.7. Давление на вершине Эльбруса и вершине Джомолунгмы
Практическое применение знаний об атмосферном давлении
Знание о том, как изменяется атмосферное давление с увеличением высоты, важно для различных сфер деятельности. Если вы занимаетесь альпинизмом, вы должны знать, как изменится атмосферное давление на вашем маршруте в зависимости от высоты. Астронавты также должны принимать во внимание изменение атмосферного давления на различных высотах, так как это может повлиять на их здоровье и работу космических аппаратов.
Также знание о том, как изменяется атмосферное давление, используется в аэронавигации. Для того чтобы управлять самолетом, нужно знать текущее давление на данной высоте. Кроме того, знание о давлении используется в погодных прогнозах и прогнозах изменения климата.
Упражнения
Почему воздушный шарик, наполненный водородом, при подъеме над Землей увеличивается в объеме?
Изнутри на оболочку воздушного шарика оказывает давление водород. При подъеме это давление изменяться не будет. А вот давление воздуха (атмосферное давление) с подъемом шарика будет становиться меньше.
Когда шарик находится у поверхности Земли, то давление газа внутри него и атмосферное давление уравновешивают друг друга. При подъеме атмосферное давление будет уменьшатся — равновесие нарушится. Давление водорода внутри шарика станет больше давления воздуха снаружи. Это и приведет к увеличению размеров воздушного шарика.
Упражнение №2
У подножия горы барометр показывает 760 мм рт. ст., а на вершине 722 мм рт. ст. Какова примерно высота горы?
Дано:$p_1 = 760 space мм space рт. space ст.$$p_2 = 722 space мм space рт. space ст.$
$h — ?$
Посмотреть решение ответ
Сначала вычислим разницу атмосферного давления у подножия горы и на ее вершине:$Delta p = p_1 space − space p_2$,$Delta p = 760 space мм space рт. space ст. space − space 722 space мм space рт. space ст. = 38 space мм space рт. space ст.$
Мы знаем, что атмосферное давление при подъеме на каждые $12 space м$ уменьшается на $1 space мм space рт. space ст.$ У нас же давление уменьшилось на $38 space мм space рт. space ст.$ Значит, мы можем вычислить высоту горы:$h = Delta p cdot 12$,$h = 38 space мм space рт. space ст. cdot 12 = 456 space м$.
Ответ: $h = 456 space м$.
Упражнение №3
Выразите нормальное атмосферное давление в гектопаскалях ($гПа$).
$1 space мм space рт. space ст. = 133.3 space Па = 1.333 space гПа$.
$p = 760 cdot 1.333 space гПа approx 1013 space гПа$.
Упражнение №4
При массе $60 space кг$ и росте $1.6 space м$ площадь поверхности тела человека равна примерно $1.6 space м^2$. Рассчитайте силу, с которой атмосфера давит на человека (при нормальном атмосферном давлении).
Для того, чтобы рассчитать силу, при вычислениях нам необходимо использовать величину нормального атмосферного давления, выраженную в паскалях: $p = 760 cdot 133.3 space Па = 101 space 308 space Па$.
Дано:$p = 760 space мм space рт. space ст.$$S = 1.6 space м^2$
СИ:$p = 101 space 308 space Па$.
$F — ?$
Посмотреть решение и ответ
Выразим из этой формулы силу, с которой атмосфера давит на человека, и рассчитаем ее:$F = pS$,$F = 101 space 308 space Па cdot 1.6 space м^2 = 162 space 092.8 space Н approx 162 space кН$.
Ответ: $F approx 162 space кН$.
Упражнение №5
Высота самой высокой точки на планете, горы Эверест, составляет приблизительно $8800 space м$ над уровнем моря. Какого же будет атмосферное давление на вершине горы?
Дано:$h = 8800 space м$$p = 760 space мм space рт. space cт.$
$p_1 — ?$
Обозначим разницу давлений: $Delta p = p_2 space − space p_1$, где:$p_2$ — давление у основания горы (или $p$),$p_1$ — давление на вершине горы.
Искомое давление:$p_1 = p space − space Delta p$,$p_1 = 760 space мм. space рт. space ст. space − space 733 space мм. space рт. space ст. = 27 space мм. space рт. space ст.$
Ответ: $p_1 = 27 space мм. space рт. space ст.$
Нормальное атмосферное давление
Наиболее заселенными участками Земли считаются равнины (до 500 м над уровнем моря), поэтому нам особенно важно знать величину атмосферного давления, приближенную к этим отметкам высоты над уровнем моря (рисунок 2).
Рисунок 2. Распределение население по высоте над уровнем моря
Какое атмосферное давление называют нормальным?Все эксперименты и опыты показали, что атмосферное давление в местах, расположенных на уровне моря, приблизительно равно 760 мм рт. ст. Именно эту величину атмосферного давления и назвали «нормальным атмосферным давлением».
Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой $760 space мм$ при температуре $0 degree C$, называется нормальным атмосферным давлением.
Нормальное атмосферное давление в паскалях
Рассчитаем нормальное атмосферное давление в паскалях. В прошлых уроках мы выяснили, что $1 space мм space рт. space ст. = 133.3 space Па$.
$760 cdot 133.3 space Па approx 101 space 308 space Па approx 1013space гПа$.
Величина атмосферного давления в горах
Это давление считается нормальным, но будет ли оно таким, если подняться высоко в горы? Или на крышу небоскреба?
При подъеме на каждые 12 метров атмосферное давление уменьшается на 1 мм рт. ст., что можно с легкостью проверить с помощью барометра-анероида (или высотомера) и многоэтажного здания (рисунок 3).
Рисунок 3. Уменьшение давления на 1 мм рт. ст. каждые 12 метров
Подобные расчеты на практике помогают ориентироваться в пространстве, определять положение заданных объектов относительно уровня Мирового океана (как вы знаете, данный уровень принят как стандартный нуль для отсчета любой высоты на Земле).
Уменьшение давления с увеличением высоты
Зависимость давления воздуха от высоты намного сложнее, чем зависимость давления жидкости от высоты ее столба.
Как объяснить, что атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты подъема над уровнем Земли?Наша атмосфера неоднородна, и давление воздуха вблизи поверхности Земли максимально. С высотой оно будет уменьшаться. Почему так происходит?
Поэтому если вы полетите на воздушном шаре или вздумаете подняться в горы, то давление воздуха с высотой будет только уменьшаться.
Давление атмосферы на разных высотах
Атмосферное давление зависит от высоты. При ее увеличении на 12 м давление уменьшается на 1 мм ртутного столба. Этот факт можно записать с помощью такого математического выражения: ∆h/∆P=12 м/мм рт. ст. ∆h — это изменение высоты, ∆P — изменение атмосферного давления при изменении высоты на ∆h. Что из этого следует?
Из формулы видно, как с высотой изменяется атмосферное давление. Значит, если мы поднимемся на 12 м, то АД уменьшится на 12 мм ртутного столба, если на 24 м — то на 2 мм ртутного столба. Таким образом, измеряя атмосферное давление, можно судить о высоте.
Как и кто покорял Эверест
С тех пор немало восхождений на Эверест совершено человечеством, среди которых люди разных поколений и национальностей. В конце 2017 года общее количество человек, достигших пика, составило 8306 человек.
https://youtube.com/watch?v=kTKodCmvLNs%3Ffeature%3Doembed
Растительный и животный мир
Растительность и животный мир Эвереста не отличаются большим разнообразием. У подножья можно встретить некоторые разновидности низкорастущих кустарников, отдельные пучки травы, некоторые хвойные растения, мхи и лишайники. Но с каждым километром вверх и эта скудная флора исчезает. На склонах Джомолунгмы можно встретить кустарник, который называется снежный рододендрон. Это единственное растение, жизнь которого возможна на высоте свыше 5000 метров при постоянных минусовых температурах.
Среди живых существ можно встретить гималайских прыгающих пауков, некоторые виды кузнечиков. На вершине горы обитают горные утки, альпийские галки и некоторые другие виды птиц, способных жить на большой высоте.
ИНТЕРЕСНО! Существует легенда о явлении на склонах знаменитого снежного человека – Йети. Но пока были найдены лишь огромные следы на снегу, как утверждают местные жители, принадлежащие этому уникальному существу. Но факт его существования пока не доказан, хотя многие ученые и альпинисты занимаются поисками этого чуда.
https://youtube.com/watch?v=Zh8bmLw-pAY%3Ffeature%3Doembed
Как изменяется атмосферное давление с увеличением высоты над поверхностью земли
Атмосферное давление — это давление, создаваемое атмосферой Земли на ее поверхность. Это давление можно измерять с помощью барометра. При этом, с увеличением высоты атмосферное давление уменьшается. Почему это происходит и как это связано с высотой?
Интересные факты
Тело человека приспособлено к атмосферному давлению, но плохо переносит его понижение. При подъеме на такие высокие горы, (примерно с 4000 м, а иногда и ниже) многие люди начинают чувствовать себя плохо, появляются приступы «горной болезни»: становится трудно дышать, из ушей и носа нередко идет кровь, можно даже потерять сознание.
И все же люди приспосабливаются и к таким непростым условиям, например, в мире есть несколько стран (Боливия, Мексика, Перу, Эфиопия, Афганистан), в которых большинство населения проживают на высоте свыше 1000 м над уровнем моря.
В Тибете граница обитания человека превышает 5000 м над уровнем моря. Потоси — город, который еще во времена Инков являлся крупнейшим месторождением серебра в Южной Америке, — построен на высоте 4090 метров и имеет население около 160 тысяч человек. Это один из самых высокогорных городов на земном шаре.
Учитывая, что атмосфера — это слой газов, окружающих нашу планету, важно знать, как атмосферное давление меняется с высотой. Эта информация не только полезна при планировании поездок в горы или полетов на больших высотах, но может также иметь значение для понимания погоды и климата на нашей планете. Давайте рассмотрим, как атмосферное давление изменяется с высотой над поверхностью земли.
Значение атмосферного давления в жизни человека
Значение атмосферного давления для живых организмов неоспоримо. В условиях постоянных изменений атмосферного давления людские органы чувствуют болезнетворное влияние на организм от различных заболеваний, таких как мигрень, головокружение и т.д.
Атмосферное давление играет большую роль в жизни птиц. Они способны определять высоту полета, когда находятся в воздухе, благодаря чувству внутриклеточного давления.
Меры атмосферного давления
Для измерения атмосферного давления используются различные единицы измерения. Самыми распространенными единицами измерения давления являются паскали (Па), миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.) и гектопаскали (гПа).
Большинство барометров, которые используются для измерения атмосферного давления, измеряют давление в миллиметрах ртутного столба. Эта единица измерения была разработана в 1643 году Итальянским ученым Эвангелистой Торричелли. В его эксперименте использовалась стеклянная трубка, заполненная ртутью, которую разместил вертикально в чаше с ртутью. Результаты показали, что ртутный столб высотой 760 мм создает атмосферное давление, равное стандартному атмосферному давлению.
Атмосферное давление является важным параметром окружающей среды, который несет основную информацию о состоянии атмосферы в данной местности. Само по себе атмосферное давление представляет собой силу, которая действует на единицу площади поверхности, состоящую из молекул атмосферы, и измеряется обычно в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.) или в гектопаскалях (гПа).
Полезная информация и интересные факты
https://youtube.com/watch?v=72LVcViDdNg%3Ffeature%3Doembed
Каким бы ни был притягательным местом Эверест, есть и обратная сторона, порою страшная и жестокая. Каждый шаг с каждой сотней метров дается с большим трудом. А от горной болезни и смерти от гипоксии, отека легких или от обморожения никто не застрахован, даже самые подготовленные спортсмены. Но все же есть экстремалы, которые ставят на кон жизнь, чтобы покорить Эверест и, ощутив эйфорию, насладиться красотой мира с самой высокой его отметки.
Атмосферное давление является результатом действия силы тяжести на атмосферу Земли. Каждый объект на Земле испытывает давление, то есть силу, которая действует на него со стороны атмосферы. На уровне моря этот уровень давления составляет приблизительно 101,325 Па. Это значение называется стандартным атмосферным давлением.
Стандартное атмосферное давление может меняться в зависимости от местности, воздушной массы и погодных условий. Также, стандартное атмосферное давление может быть измерено в различных единицах измерения, таких как мм рт. ст., гПа или мбар.
График, показывающий как атмосферное давление изменяется с высотой
Теперь перейдем к наглядности. Построим график зависимости давления атмосферы от высоты. При нулевой высоте P0=760мм рт. ст. Из-за того, что с ростом высоты давление уменьшается, атмосферный воздух будет менее сжат, его плотность станет меньше. Поэтому на графике зависимость давления от высоты не будет описываться прямой линией. Что это значит?
Как с высотой изменяется атмосферное давление? Над поверхностью земли? На высоте 5,5 км оно уменьшается в 2 раза (Р0/2). Оказывается, что если мы поднимемся еще на такую же высоту, то есть на 11 км, давление уменьшится еще вдвое и будет равно Р0/4 и т. д.
Соединим точки, и мы увидим, что график — это не прямая, а кривая. Почему, когда мы записывали соотношение зависимости, складывалось впечатление, что на высоте 9 км атмосфера заканчивается? Мы считали, что график является прямой на любых высотах. Это было бы так, если бы атмосфера была жидкой, то есть если бы ее плотность была постоянной.
Важно понимать, что этот график является лишь фрагментом зависимости на малых высотах. Ни на какой точке этой линии давление не снижается до нуля. Даже в глубоком космосе существуют молекулы газов, которые, правда, не имеют отношение к земной атмосфере. Ни в одной точке Вселенной не существует абсолютного вакуума, пустоты.
Задание
С помощью барометра-анероида измерьте атмосферное давление на первом и последнем этажах здания школы. Определите по полученным данным расстояние между этажами.
Чтобы выполнить это задание, измерьте давление на первом этаже школы ($p_1$) и давление на последнем этаже школы ($p_2$). Значения фиксируйте в мм рт. ст.
Воспользуйтесь тем фактом, что каждые 12 метров атмосферное давление уменьшается на 1 мм.
Что влияет на изменение давления
Поскольку атмосфера удерживается гравитационными силами Земли, именно этот факт и является причиной давления. Но поверхность планеты неровная, а потому на разных участках и давление будет разным. Опытным путем доказано, что при подъеме на каждые 10,5 м, давление падает на 1 мм. То есть, чем выше, тем меньше высота воображаемого столба воздуха, а значит, и вес его тоже меньше. Кроме того и плотность воздуха несколько изменяется, поскольку он становится разряженным — более легким.
На уровне моря, масса 1 м3 воздуха составляет чуть больше килограмма, на высоте 15 км — 320 г, а на 50 км — всего-то 5 г. Но, как я уже упоминал, наш организм приспособлен к жизни на поверхности, поэтому стоит подняться выше, как ухудшается самочувствие.
Каждые 10-12 метров атмосферное давление снижается на 1 миллиметр ртутного столба. Несложным математическим вычислением расчетная высота на вершине Эвереста составляет около 23 миллиметров ртутного столба, при норме, как у подножья горы, 760 миллиметров. Фактическое атмосферное давление на вершине считается в 3 разе ниже нормы.
ВАЖНО ЗНАТЬ! Падение атмосферного давления напрямую связано с возникновением у альпинистов горной болезни (дефицит кислорода). Как следствие, может развиться гипоксия, отек легких и сердечная недостаточность. Поэтому при возникновении первых признаков снижения парциального давления кислорода, необходимо как можно быстрее сбросить высоту и спуститься вниз.
География
Почему атмосфера давит на земную поверхность. Земля притягивает все находящиеся на ней предметы: растения, воду рек, озер и океанов, а также воздух атмосферы. Притягивающиеся тела с разной силой давят на земную поверхность.
На каждый квадратный сантиметр поверхности атмосфера давит с силой 1 кг 33 г. Люди, как и другие живые организмы, приспособлены к этому давлению. Мы его не чувствуем, так как оно уравновешивается давлением, существующим внутри организма.
Как измеряют атмосферное давление. Давление воздуха измеряют специальным прибором — барометром. Устройство барометров может быть разным (рис. 97). Самые точные барометры — ртутные. В них атмосферное давление определяют по высоте столбика ртути (в мм). Поэтому наиболее распространенная единица измерения атмосферного давления — миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.).
Рис. 97. Барометр-анероид
Как и почему изменяется давление. Давление воздуха над различными участками земной поверхности неодинаково. Во-первых, оно зависит от абсолютной высоты местности. Чем выше над уровнем моря расположена территория, тем давление ниже (рис. 98), так как уменьшается столб воздуха, давящего на поверхность. При подъеме на каждые 10,5 м давление в тропосфере уменьшается на 1 мм рт. ст.
Рис. 98. Изменение давления воздуха с высотой
Определите относительную высоту холма, если у его подножия давление 750 мм рт. ст., а на вершине — 744 мм рт. ст.
Летом суша нагревается быстро, и над ней образуется низкое давление. В океане вода нагревается медленнее. Воздух над ним летом холоднее, чем над сушей, а давление выше. Зимой суша быстро остывает, и над ней устанавливается высокое давление. Океан же медленно отдает тепло. Над ним зимой более высокая температура воздуха и более низкое давление.
В верхних слоях тропосферы, а тем более в стратосфере давление такое низкое, что человек находиться там не может. Уже на высоте 3000 м над уровнем моря люди чувствуют себя плохо.
Во-вторых, даже в одном и том же месте атмосферное давление постоянно изменяется при изменении температуры воздуха. При нагревании воздух расширяется, становится легким и давит на поверхность с меньшей силой. При охлаждении он сжимается, становится более тяжелым, и давление возрастает.
В-третьих, на распределение давления влияет характер земной поверхности. Разные ее участки: суша или океан, лес или пустыня — нагреваются и остывают по-разному. Поэтому в одно и то же время давление над ними разное (рис. 99).
Рис. 99. Нагревание и охлаждение суши и океана
Распределение давления на поверхности Земли. Как вы уже знаете, температура воздуха уменьшается по направлению от экватора к полюсам. Близ экватора воздух сильно нагревается, расширяется и поднимается вверх. Поэтому образуется низкое давление. Вокруг полюсов из-за низких температур воздух тяжелый. Он опускается вниз, и давление становится высоким (рис. 100).
Рис. 100. Атмосферное давление: а — в экваториальных широтах; б — в арктических широтах
Вопросы и задания
Как меняется атмосферное давление с высотой
По мере того, как вы поднимаетесь на высоту, количество воздуха, находящегося над вами, уменьшается, что приводит к снижению атмосферного давления. Это связано с тем, что тяжесть воздуха, находящегося над вами, оказывает силу, которая давит на воздух на земной поверхности. Таким образом, чем выше вы поднимаетесь, тем меньше воздуха находится над вами, и тем меньше давление.
На 1 километре высоты атмосферное давление снижается в среднем на 1/10 атмосферного давления на уровне моря. Существует непрерывное уменьшение давления при подъеме на более высокие высоты, и в конце концов атмосферное давление может стать настолько низким, что организм человека может испытывать проблемы с дыханием и циркуляцией крови.
Температура воздуха на вершине и у подножья
Климат и температурный режим Эвереста суров и непредсказуем, а порой даже экстремальный. Значения температур у подножья и на вершине резко отличаются друг от друга. У подножья это, как правило, плюсовая температура, которая уменьшается на 6,5 градуса с каждой тысячей метров.
Температура зависит от сезонности, но никогда не бывает выше 0 градусов. Самые благоприятные климатические условия в летние месяцы года, средняя температура июля составляет минус 19 градусов. В зимний период температура снижается, так средняя температура в январе-феврале составляет -36 градусов, а в ночное время может достигать до 55-60 градусов ниже нуля.
В зимний и весенний период года «гуляют» западные ветра, а зимой – юго-западные, скорость которых может достигать 280 километров в час. В летние и осенние месяцы дуют муссоны с Индийского океана, с приходом которых выпадает большое количество осадков.
Резкое изменение температур на Эвересте – явление нередкое. Даже в самый благоприятный период для покорения (с мая по октябрь), внезапные бури и снегопады так же характерны. Но в каждом сезоне 3-4 дня устойчивой погоды, их именуют «окна», которые альпинисты используют для покорения горных вершин.
Влияние высоты над уровнем моря на атмосферное давление
Давление атмосферы интенсивно меняется с уменьшением высоты над уровнем моря. Так каждые 8 км подъема над уровнем моря приводят к уменьшению давления на 50%, из-за того что при подъеме на такую высоту, количество молекул воздуха уменьшается в 2 раза. То есть каждый следующий слой атмосферы снижается в плотности по отношению к предыдущему.
В общем, с увеличением высоты над уровнем моря, атмосферное давление стремительно уменьшается. Это связано с тем, что на больших высотах плотность воздуха становится все меньше, так что молекулы взаимодействуют друг с другом все реже и реже. Более точно, плотность воздуха прямо пропорциональна давлению, так что давление падает по мере того, как становится меньше плотность.
Атмосферное давление и погода
Атмосферное давление может также играть роль в погоде. Высокое атмосферное давление может приводить к ясной и солнечной погоде, тогда как низкое давление может вызвать дождь или снегопады.
Изменения атмосферного давления могут также вызывать ветер. По мере того, как атмосферное давление меняется на разных точках земной поверхности, возникает разница в давлении, что приводит к движению воздушных масс и созданию ветра.
Связь плотности воздуха и высоты. Особенности
Как с высотой изменяется атмосферное давление вблизи поверхности Земли? На этот вопрос уже ответила картинка выше. Чем больше высота, тем меньше плотность воздуха. Покуда мы находимся недалеко от поверхности земли, изменение плотности воздуха незаметно. Поэтому на каждую единицу высоты давление уменьшается примерно на одно и тоже значение. Два записанные нами ранее выражения нужно воспринимать как правильные, только если мы находимся недалеко от поверхности Земли, не выше 1-1,5 км.
Где находится гора Эверест и какая ее высота
Высота Эвереста составляет 8848 метров. Только в 1853 году мир узнал о самой высокой точки земли, когда состоялось первое восхождение на гору. До открытия вершины первенство занимала гора Канченджанга, высотой 8586 метров.
Эверест располагается в Гималайских горах в южной части Азии. Точное местонахождение нельзя сформулировать, поскольку протяженность горы занимает территорию двух граничащих между собой стран: Китая и Непала.
Вершина, которая находится с северной стороны, расположена на территории Китая. Вторая вершина, высотой чуть меньше 8760 метров располагается на линии разграничения Тибета и Непала.
Влияние высоты на атмосферное давление
Высота над уровнем моря является ключевым фактором, влияющим на атмосферное давление. Каждые 8,5 км высоты над уровнем моря давление уменьшается в два раза. Кроме того, при увеличении высоты давление уменьшается экспоненциально. То есть, с каждым дополнительным километром высоты давление уменьшается вдвое, и так далее, до тех пор пока не достигнет нуля на границе космоса.
Это связано с тем, что атмосфера является газом, который не имеет фиксированной формы, а является расширяемым и сжимаемым. Это значит, что при увеличении высоты над уровнем моря количество воздуха, находящегося выше, уменьшается, что ведет к снижению атмосферного давления.
Итог
Атмосферное давление является одной из основных характеристик атмосферы Земли. Это давление меняется с увеличением высоты над уровнем моря. При этом, давление уменьшается экспоненциально с каждым дополнительным километром высоты. Знание о том, как изменяется атмосферное давление, важно для многих сфер деятельности, включая альпинизм, астрономию, аэронавигацию и предсказание изменения погоды и климата.
Знание о том, как изменяется атмосферное давление с увеличением высоты над поверхностью земли, является фундаментальной основой для многих научных и практических областей.
Таким образом, атмосферное давление является важным параметром для понимания погоды и климата нашей планеты. По мере того, как вы поднимаетесь выше над земной поверхностью, атмосферное давление будет постоянно снижаться. Эта информация может быть важна при планировании поездок в горы или полетов на больших высотах, а также может помочь в понимании климатических изменений. Изменения атмосферного давления могут также повлиять на погоду, вызвать ветер и другие изменения в атмосфере.
«Знание атмосферного давления может помочь вам планировать ваши поездки и более глубоко понимать природу и ее изменения.»
Заключение
Таким образом, атмосферное давление – это один из ключевых показателей для прогнозирования погоды и не только. Понимание того, как оно меняется с увеличением высоты над уровнем моря, помогает не только предсказывать погоду, но и изучать ряд других важных факторов, влияющих на жизнь и окружающую среду.