Nie wszyscy wiedzą, że ciśnienie atmosferyczne jest różne na różnych wysokościach. Istnieje nawet specjalne urządzenie do pomiaru zarówno ciśnienia, jak i wysokości. Nazywa się barometr-wysokościomierz. W artykule szczegółowo przeanalizujemy, jak ciśnienie atmosferyczne zmienia się wraz z wysokością i co ma z tym wspólnego gęstość powietrza. Rozważmy tę zależność na przykładzie wykresu.
Ciśnienie atmosferyczne na różnych wysokościach
Ciśnienie atmosferyczne zależy od wysokości. Po wzroście o 12 m ciśnienie spada o 1 mm Hg. Fakt ten można zapisać za pomocą następującego wyrażenia matematycznego: ∆h/∆P=12 m/mm Hg. Sztuka. ∆h to zmiana wysokości, ∆P to zmiana ciśnienia atmosferycznego wraz ze zmianą wysokości o ∆h. Co z tego wynika?
Wzór pokazuje, jak ciśnienie atmosferyczne zmienia się wraz z wysokością. Tak więc, jeśli wzniesiemy się o 12 m, ciśnienie krwi spadnie o 12 mm Hg, jeśli o 24 m - wtedyprzy 2 mmHg. W ten sposób, mierząc ciśnienie atmosferyczne, można ocenić wysokość.
Milimetry słupa rtęci i hektopaskale
W niektórych problemach ciśnienie jest wyrażane nie w milimetrach słupa rtęci, ale w paskalach lub hektopaskalach. Zapiszmy powyższą zależność dla przypadku, gdy ciśnienie wyrażone jest w hektopaskalach. 1 mmHg Sztuka.=133,3 Pa=1,333 hPa.
Teraz wyrażmy stosunek wysokości i ciśnienia atmosferycznego nie w milimetrach słupa rtęci, ale w hektopaskalach. ∆h/∆P=12 m/1, 333 hPa. Po obliczeniach otrzymujemy: ∆h/∆P=9 m/hPa. Okazuje się, że gdy wznosimy się 9 metrów, ciśnienie spada o jeden hektopaskal. Normalne ciśnienie wynosi 1013 hPa. Zaokrąglijmy 1013 do 1000 i załóżmy, że jest to dokładnie BP na powierzchni Ziemi.
Jeśli wspinamy się na 90 metrów, jak ciśnienie atmosferyczne zmienia się wraz z wysokością? Zmniejsza się o 10 hPa, o 90 m - o 100 hPa, o 900 m - o 1000 hPa. Jeśli ciśnienie na ziemi wynosi 1000 hPa, a wspięliśmy się na 900 m w górę, to ciśnienie atmosferyczne spadło do zera. Okazuje się więc, że atmosfera kończy się na wysokości dziewięciu kilometrów? Nie. Na takiej wysokości jest powietrze, latają tam samoloty. Więc o co chodzi?
Zależność między gęstością powietrza a wysokością. Funkcje
Jak zmienia się ciśnienie atmosferyczne wraz z wysokością w pobliżu powierzchni Ziemi? Powyższy obrazek już odpowiedział na to pytanie. Im wyższa wysokość, tym mniejsza gęstość powietrza. Dopóki jesteśmy blisko powierzchni ziemi, zmiana gęstości powietrza jest niezauważalna. Dlatego dla każdegona jednostkę wysokości ciśnienie spada o mniej więcej taką samą wartość. Dwa wyrażenia, które zapisaliśmy wcześniej, należy uznać za poprawne tylko wtedy, gdy znajdujemy się blisko powierzchni Ziemi, nie wyżej niż 1-1,5 km.
Wykres przedstawiający zmiany ciśnienia atmosferycznego wraz z wysokością
Teraz przejdźmy do widoczności. Zbudujmy wykres ciśnienia atmosferycznego w funkcji wysokości. Na wysokości zerowej P0=760mm Hg. Sztuka. Ze względu na to, że wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie spada, powietrze atmosferyczne będzie mniej sprężone, jego gęstość będzie mniejsza. Dlatego na wykresie zależność ciśnienia od wysokości nie będzie opisana linią prostą. Co to oznacza?
Jak zmienia się ciśnienie atmosferyczne wraz z wysokością? Nad ziemią? Na wysokości 5,5 km zmniejsza się 2 razy (Р0/2). Okazuje się, że jeśli wzniesiemy się na tę samą wysokość, czyli 11 km, ciśnienie zmniejszy się o kolejną połowę i wyniesie Р0/4 itd.
Połączmy kropki i zobaczymy, że wykres nie jest linią prostą, ale krzywą. Dlaczego, kiedy zapisaliśmy zależność zależności, wydawało się, że atmosfera kończy się na wysokości 9 km? Uznaliśmy, że wykres jest prosty na każdej wysokości. Byłoby tak w przypadku, gdyby atmosfera była płynna, to znaczy, gdyby jej gęstość była stała.
Ważne jest, aby zrozumieć, że ten wykres jest tylko fragmentem zależności na niskich wysokościach. W żadnym punkcie tej linii ciśnienie nie spada do zera. Nawet w kosmosie znajdują się cząsteczki gazu, których jednak nie mastosunek do atmosfery ziemskiej. Nie ma absolutnej próżni, pustki w żadnym punkcie Wszechświata.
