Что такое давление воздуха?

Разное

В физике давлением называют физическую величину, которая равна отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к ее площади. Силу, которая оказывает это давление, называется силой давления. Все тела, находящиеся на Земле, обладают силой тяжести. Поэтому любое покоящееся на поверхности планеты тело оказывает на нее давление, равное отношению силы тяжести к площади опоры. В роли такого тела могут выступать не только твердые предметы, но и жидкости, газ.

Что понимают под давлением воздуха

Давление воздуха, или атмосферное давление, — это давление, оказываемое атмосферой на все предметы, которые находятся на поверхности Земли. Оно равно отношению силы тяжести столба атмосферы к площади поверхности, на которую он давит. Распространяется оно по всем направлениям и измеряется в тех же единицах, что и давление, оказываемое другими телами — в Паскалях (Па).

Основная величина, которую нужно знать для расчета атмосферного давления — вес воздуха. Опыт, подтверждающий, что воздух тоже имеет вес, впервые был проведен ученым Галилео Галилеем. В ходе него он сделал два измерения. Сначала он взвесил металлический шар с открытым отверстием, затем — тот же шар, но после выкачивания воздуха. Опыт показал, что шар с воздухом весит больше. Это означало, что воздух тоже имеет вес. Поэтому, как и все тела, он тоже оказывает давление на все предметы.

Нормальное давление воздуха и в чём оно измеряется

Сила, с которой атмосфера давит на поверхность планеты, постоянно меняется. Поэтому было введено понятие нормального давления воздуха. Численно оно равно давлению, которое оказывает на поверхность Земли атмосфера на уровне моря при температуре 0 оС на широте 45 градусов. В этом случае на каждый кв. м поверхности давит воздушный столб массой 1033 кг. Именно при таких условиях вода замерзает при 0 оС и закипает при +100 оС.

Численные значения величины в зависимости от того, в чем измеряется давление воздуха:

  • 101325 Па (СИ) — в Международной системе единиц (современной метрической системе). При вычислениях эту величину обычно округляют до 100000, или 105 Па, или 103 гПа.
  • 1,01325 бар (СГС) — в системе сантиметр-грамм-секунда (устаревшей метрической системе).
  • 760 мм рт. ст. — высота столба ртути в миллиметрах при нормальных условиях (1 мм. рт. ст. равен 133,3 Па).

Если в двух точках планеты атмосфера давит на ее поверхность с разной силой, образуется ветер. Его сила и направление определяют погоду. Ее можно предсказать заранее, если регулярно измерять атмосферное давление в различных точках Земли. Вот чем измеряют давление воздуха:

  • ртутный барометр (в мм рт. ст.);
  • барометр анероид (в Па).

Ртутный барометр представляет собой стеклянную трубку, верхний конец которой герметично запаян. Ее нижний конец опущен в чашу, заполненную ртутью. На поверхность жидкого металла давит воздушный столб. В результате ртуть поднимается по трубке до тех пор, пока давление ртутного столба не сравняется с давлением воздуха.

Барометр анероид представляет собой герметичную коробку, изготовленную из тонкого и гофрированного металла. Она заполнена разреженным воздухом, поэтому при изменении давления ее стенки то выпячиваются, то вдавливаются. Это зависит от того, что давит сильнее: атмосфера или разреженный воздух внутри. Изменение состояния стенок коробки вызывает изменение положения стрелки, которая перемещается по шкале с делениями.

Как изменяется атмосферное давление при нагревании воздуха

Давление в газах и жидкостях измеряется по формуле:, где ρ — плотность газа, g — ускорение свободного падения, h — высота столба жидкости/газа. Применять ее для точного расчета давления воздуха нельзя. Это связано с тем, что для ее применения важно знать точное значение его плотности, а также высоту верхней границы атмосферы. Но плотность воздуха постоянно меняется, а атмосфера четкой границы не имеет. Однако с помощью этой формулы можно наглядно показать, как связаны температура воздуха и атмосферное давление.

Известно, что при нагревании газы расширяются. Это значит, что при одинаковой массе они занимают больший объем. Плотность и объем — обратно пропорциональные величины. И если масса остается постоянной, а объем растет, то плотность уменьшается. Если же газ охлаждается, при одинаковой массе он занимает меньший объем. Если объем уменьшается, то плотность увеличивается.

Вот как взаимосвязаны температура воздуха и атмосферное давление:

  • При нагревании плотность воздуха уменьшается. Согласно формуле уменьшение плотности приводит к уменьшению атмосферного давления.
  • При охлаждении плотность воздуха увеличивается. Согласно формуле увеличение плотности влечет за собой повышение атмосферного давления.

Специальной формулы для вычисления того, как изменяется атмосферное давление при нагревании воздуха или его охлаждении не существует. Это связано с тем, что изменение температуры влечет за собой изменение не только плотности, но и влажности, которая также влияет на то, как давит атмосфера на поверхность Земли. Поэтому изменения давления удобнее фиксировать с помощью барометров.

Какое давление воздух оказывает на человека

Давление в газах распространяется по всем направлениям. Это значит, что атмосфера давит на человека сверху, снизу и со всех сторон. Вычислить, какое давление воздуха оказывает на человека атмосфера, можно с помощью формулы:, где р — атмосферное давление (Па), F — искомая сила давления на человека (Н), S — площадь тела человека (кв. м).

При расчетах следует учитывать, что площадь поверхности тела у каждого человека индивидуальна. Но площадь тела среднестатистического взрослого равна 15 тыс. кв. см, что соответствует 1,5 кв. м. Рассчитывая примерную силу, с которой давит атмосфера на человека, мы также возьмем значение давления воздуха в норме — 105 Па.

Выразим из формулы силу давления:

Подставим известные значения величин и получим:

150000 Ньютонов, или 150 кН, — это сила, эквивалентная силе тяжести тела, масса которого равна 15000 кг, или 15 тонн. Это значит, что на каждый квадратный сантиметр человеческого тела давит примерно 1 кг воздуха. Но это никак не сказывается на нашем самочувствии, так как тело примерно на 60% состоит из воды — несжимаемой жидкости. Человек может выдержать и большие давления. Так, люди могут нырять с аквалангом на глубину до 60 м. Тогда на тело человека давит не только атмосфера, но и столб воды высотой 60 м, дающий давление 600 тыс. Па. Суммарно это превышает величину нормального давления воздуха в 7 раз.

Давление воздуха в различных точках планеты разное. Независимо от его значения, оно является оптимальным для человека, проживающего в одном и том же месте постоянно. Сезонные и суточные изменения давления, связанные с изменением температуры воздуха, никак не сказываются на его самочувствии. К ухудшению состояния могут привести лишь резкие его скачки. Если давление слишком высокое, уменьшаются артериальное давление и частота сердечных сокращений (ЧСС), ухудшаются слух и обоняние, голос становится тише. Резкое снижение давления приводит к учащению ЧСС, затруднению дыхания, быстрой утомляемости и головной боли. Чтобы легче перенести изменение атмосферного давления, рекомендуется снизить физическую активность.

Оцените статью
Очистители и увлажнители воздуха
Добавить комментарий

*

code