Атмосферное давление и его вариации

Атмосферное давление - это давление, оказываемое массой атмосферы. Это важный компонент в понимании основ погоды, климата и различных природных явлений на Земле. Погружаясь в детали атмосферного давления, важно сначала понять некоторые основные принципы.

Что такое атмосферное давление?

Атмосферное давление - это вес воздуха над нами в атмосфере. Поскольку воздух имеет массу и подвержен влиянию гравитации, он оказывает вниз направленную силу. Эта сила, деленная на площадь, на которую она действует, называется давлением. Атмосферное давление обычно измеряется в единицах паскалей (Па), и одна стандартная атмосфера (атм) определяется как 101 325 Па.

Вообразите, что весь столб воздуха, простирающийся от земли до верхней части атмосферы, давит на нас. Это и есть атмосферное давление. Это похоже на нахождение на дне огромного океана воздуха. Хотя мы чаще всего не замечаем этого, потому что привыкли к нему, изменения атмосферного давления могут иметь значительные последствия.

Давление (P) = Сила (F) / Площадь (A)
    

Факторы, влияющие на атмосферное давление

Атмосферное давление изменяется по многим факторам, включая высоту, температуру и влажность. Давайте подробнее изучим их.

Высота

С увеличением высоты атмосферное давление уменьшается. Это происходит потому, что чем выше вы поднимаетесь, тем меньше воздуха находится над вами, а значит, меньше и вес, давящий вниз. На уровне моря атмосферное давление составляет примерно 101 325 Па, но это давление уменьшается по мере повышения.

Вот почему альпинистам может быть трудно дышать или им может потребоваться дополнительный кислород. Давление воздуха и, как следствие, количество кислорода меньше, чем на уровне моря.

Температура

Температура воздуха также влияет на атмосферное давление. Теплый воздух менее плотный, чем холодный, что означает, что он оказывает меньшее давление. Когда температура повышается, молекулы воздуха движутся быстрее и рассеиваются, что снижает давление воздуха.

Плотность (ρ) ∝ 1/Температура (T)
    

Поэтому погодные системы часто детектируются по изменениям температуры: высокие температуры могут указывать на области низкого давления, такие как штормы, в то время как низкие температуры могут указывать на области высокого давления, такие как ясная погода.

Влажность

Влажность относится к количеству водяного пара, присутствующего в воздухе. Водяной пар легче сухого воздуха, поэтому с увеличением влажности плотность воздуха уменьшается, что может снизить атмосферное давление.

Высокие уровни влажности ассоциируются с теплыми фронтами и системами низкого давления, которые увеличивают вероятность образования облаков и осадков.

Способы измерения атмосферного давления

Атмосферное давление обычно измеряется с помощью барометра. Существуют разные виды барометров, такие как ртутные барометры и анероидные барометры.

Ртутный барометр

Ртутные барометры измеряют атмосферное давление с помощью столба ртути в стеклянной трубке. Атмосферное давление оказывает давление на резервуар с ртутью, заставляя столб ртути подниматься или опускаться в зависимости от инструмента. Высота ртутного столба используется для измерения атмосферного давления.

Стандартная высота ртути в барометре на уровне моря составляет 760 мм рт.ст. При увеличении атмосферного давления столб ртути поднимается, а при снижении — опускается.

Анероидный барометр

Анероидный барометр — более современный инструмент, который измеряет атмосферное давление без использования жидкости. Он состоит из небольшой гибкой металлической коробки, называемой анероидной камерой, которая расширяется и сжимается при изменении давления воздуха. Эти движения механически отображаются стрелкой на циферблате.

Эффекты атмосферного давления

Погодные явления

Атмосферное давление является основным элементом погодных систем. Области высокого давления обычно ассоциируются с ясным небом и спокойной погодой, в то время как области низкого давления часто приносят облака, дождь и штормы.

Эти изменения давления отвечают за перемещение масс воздуха, ветровые паттерны и развитие погодных фронтов.

Человеческая деятельность

Атмосферное давление влияет на различные человеческие виды деятельности и может влиять на нашу повседневную жизнь. Например, прогнозирование погоды сильно зависит от изменений атмосферного давления для предсказания штормов и хорошей погоды.

Физическое воздействие

Изменения атмосферного давления также влияют на человеческий организм. Например, при подъеме на большую высоту может возникнуть состояние, называемое горной болезнью. Это происходит потому, что давление воздуха и количество доступного кислорода уменьшаются с увеличением высоты.

Пилоты, дайверы и альпинисты должны быть внимательны к изменениям давления, чтобы обеспечить безопасность своих действий.

Применения и явления, связанные с атмосферным давлением

Точка кипения воды

Атмосферное давление влияет на точку кипения воды. На уровне моря вода кипит при 100°C. Однако на больших высотах, где давление воздуха ниже, точка кипения уменьшается.

Точка кипения ∝ атмосферное давление
    

Вакуумная упаковка

Вакуумная упаковка использует атмосферное давление. Удалив воздух из упаковки, мы создаем разницу давлений, что помогает в консервации, уменьшая рост бактерий и окисление.

Прогноз погоды

Основное применение измерения атмосферного давления — это прогноз погоды. Метеорологи анализируют системы давления для прогнозирования погодных паттернов и предсказания изменений в атмосфере.

Авиация

Понимание и вычисление атмосферного давления чрезвычайно важно в авиации, так как это влияет на все, от эффективности работы двигателя до аэродинамики самолета и погоды во время полета.

Заключение

Атмосферное давление и его вариации важны для всестороннего понимания погодных и климатических систем Земли. Влияние высоты, температуры и влажности играют важные роли в определении атмосферного давления. Понимание этих вариаций помогает нам прогнозировать погоду, перемещаться по разным местностям и адаптироваться к изменениям в окружающей среде.

С помощью различных инструментов, таких как барометры, становится возможным измерять атмосферное давление и изучать, как эти силы влияют на наш мир. Независимо от того, как давление влияет на точку кипения воды или как оно влияет на навигацию в самолетах, атмосферное давление является важным понятием в физике.

Комментарии