2014-04-04

Атмосферний тиск

3.9166666666667 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 3.92 (6 голосів)

Атмосферний тиск

Тиск, температура і густина – найважливіші характеристики будь-якого газу, в тому числі і повітря, з якого складається атмосфера.

Будь-який газ, що міститься в посудині, тисне на її стінки. Це відбувається тому, що молекули газу рухаються і створюють тиск – діють з певною силою на стінки посудини. Коли температура підвищується, а об’єм газу не змінюється, швидкість руху молекул збільшується і тиск зростає.

На стіни кімнати, в якій ми знаходимося, теж тисне повітря. Якщо кімната не дуже щільно закрита і повітря надходить через вікна і щілини, тиск всередині і зовні легко вирівнюється. Тому тиск всередині кімнати майже не відрізняється від тиску під відкритим небом. Якщо уявити якийсь об’єм повітря всередині атмосфери, то і його з усіх сторін теж будуть «бомбардувати» молекули газів, що знаходяться поза цим об’ємом. Виходить, що в будь-якій точці атмосфери або на земній поверхні є певна величина атмосферного тиску, що дорівнює вазі розміщеного вище стовпа повітря.

Атмосферний тиск виражають у грамах на см2 або в кілограмах на м2. На рівні моря тиск повітря становить близько 1 кг 33 г на 1 см2. Уявіть, що Ви засмагаєте на морському березі, лежачи на піску. Якщо площа Вашого тіла приблизно дорівнює 1 м2, то повітря тисне на Вас з силою близько 10 тонн! Але людина, як і будь-який інший організм, не відчуває цього, оскільки атмосферний тиск врівноважується внутрішнім.

З висотою тиск зменшується. Наприклад, на висоті 5 км він майже в 2 рази нижчий, ніж на рівні моря, а на рівні 10 км – майже в 4 рази.

Вимірювання атмосферного тиску

Атмосферний тиск вимірюють за допомогою ртутного барометра, в якому тиск стовпа ртуті врівноважується атмосферним тиском. Запаяну з одного кінця скляну трубочку опускають вільним кінцем у посудину із ртуттю. Стовпчик ртуті піднімається і опускається в залежності від зміни тиску повітря на відкриту ртуть в посудині. За спеціальною шкалою визначають величину атмосферного тиску. Середній тиск на рівні моря близько 760 мм ртутного стовпа.

У барометрі-анероїді тиск вимірюють, ґрунтуючись на деформаціях порожньої металевої коробочки. Пружні стінки коробочки реагують на зміни атмосферного тиску, а поєднана з ними стрілка показує величину тиску. Атмосферний тиск вимірюють також в мілібарах і гектопаскалях. 

Атмосферний тиск в масштабах планети

Повітря знаходиться в постійному русі, його маса над певною точкою поверхні безперервно змінюється, тиск підвищується там, де повітря стає більше, і знижується там, звідки повітря переходить в іншу точку. Головна причина руху повітря – зміна його температури. Нагріваючись від поверхні Землі, повітря розширюється і піднімається вгору, розтікаючись в сторони, в результаті біля поверхні Землі тиск знижується. Охолоджуючись над холодною поверхнею, повітря згущується і опускається вниз; у верхніх шарах густина зменшується, і туди спрямовується повітря зі сторони. Кількість повітря збільшується, і тиск над холодною поверхнею зростає.

В цілому на земній кулі формується кілька поясів атмосферного тиску. На екваторі, який інтенсивно нагрівається Сонцем, тиск постійно знижений. Тут нагріте від земної поверхні повітря піднімається і розтікається до тропічних широт. На висоті воно охолоджується, опускається вниз, створюючи в тропіках області підвищеного тиску.

Над полюсами температура постійно низька, тут холодне повітря опускається і згущується, в ці райони надходить повітря з помірних широт. Над полюсами встановлюється високий тиск, а над помірними широтами – низький.

Пояси високого і низького тиску не розподіляються над поверхнею Землі рівними смугами, бо материки і океани по-різному поглинають і віддають сонячне тепло, та й розташовуються на земній кулі нерівномірно. До того ж земна вісь нахилена до площини орбіти нашої планети і півкулі нагріваються неоднаково.

Атмосферний тиск: історія відкриття

Ще в давнину людина помічала, що повітря чинить тиск на наземні предмети, особливо під час негоди і ураганів. Вона користувалася цим тиском, змушуючи вітер рухати вітрильні судна, обертати крила вітряних млинів. Однак довго не вдавалося довести, що повітря має масу. Тільки в XVII столітті був поставлений дослід, який довів наявність маси у повітря. Приводом до цього послужила випадкова обставина.

В Італії в 1640 році герцог Тосканський задумав влаштувати фонтан на терасі свого палацу. Воду для цього фонтану повинні були накачувати із сусіднього озера, але вода не йшла вище 32 футів (10,3 м). Герцог звернувся за роз'ясненнями до Галілея, тоді вже глибокого старця. Великий вчений був збентежений і не відразу не знав як пояснити це явище. І тільки учень Галілея Торрічеллі після довгих досліджень, довів, що повітря має масу, і тиск атмосфери врівноважується стовпом води в 32 фути, або 10,3 м. Він пішов у своїх дослідженнях ще далі і в 1643 році винайшов прилад для вимірювання атмосферного тиску – барометр.

Атмосферний тиск і наше самопочуття

Щоранку в зведеннях погоди передаються дані про атмосферний тиск в мм.рт.ст. на рівні моря. Чому ж атмосферний тиск, виміряний на суші, найчастіше приводять до рівня моря? Справа в тому, що атмосферний тиск зменшується з висотою, і досить істотно. Так на висоті 5000 м він вже приблизно в два рази нижчий. Тому для отримання уявлення про реальний просторовий розподіл атмосферного тиску і для порівнянності його величини в різних місцевостях і на різних висотах, для складання синоптичних карт тощо, тиск приводять до єдиного рівня, тобто до рівня моря.

На самопочуття людини, яка досить довго проживає в певній місцевості, звичайний, тобто характерний для цієї ж місцевості тиск не повинен викликати особливого погіршення самопочуття, а збій відбувається найчастіше при різких неперіодичних коливаннях атмосферного тиску, і як правило ? 2-3 мм.рт.ст./3 години. У цих випадках навіть у практично здорових людей падає працездатність, відчувається важкість у тілі, з'являється головний біль. Вплинути на погоду ми не в змозі. Але ось допомогти своєму організму пережити цей важкий період зовсім нескладно.

При прогнозі значного погіршення погодних умов, а значить різких перепадів атмосферного тиску, передусім слід не панікувати, заспокоїтися, максимально знизити фізичне навантаження, а для тих у кого адаптаційні реакції протікають досить складно, необхідно порадитися з лікарем про призначення відповідних лікарських засобів.

Існує три типи залежності артеріального тиску людини від зміни атмосферного тиску: пряма, неповна і зворотна.

При прямій залежності, якщо підвищується атмосферний тиск, артеріальний тиск (систолічний та діастолічний) теж підвищуються, при зниженні атмосферного тиску – показники тиску теж знижуються (гіпотоніки найчастіше мають пряму залежність).

При неповній відповідно наявні коливання тиску навколишнього середовища збігаються з коливаннями артеріального тиску людини, але лише з показниками систолічного тиску, показники ж діастолічного тиску при цьому не змінюються. Така картина найчастіше зустрічається у людей з нормальним тиском.

При зворотній залежності, якщо падає атмосферний тиск, підвищується артеріальний тиск (систолічний та діастолічний), і навпаки – при підвищенні атмосферного тиску артеріальний має тенденцію до зниження. Дана залежність характерна для гіпертоніків.

Атмосферний тиск і риболовля

Атмосферний тиск підвищується

Разом з тиском підвищується і активність риб, що навідуються до поверхні води за кормом. Зростає активність ляща, плотви, головня європейського, а також чехоні, в’язя і білизни звичайної. Зростає також і активність окуня, особливо молодого. Разом з тим знижується активність донних хижих риб, таких, як минь або сом, які не проти під час активності білої риби поживитися і мертвою рибкою. Судак до змін тиску не сильно сприйнятливий і його активність залишається приблизно незмінною.

Атмосферний тиск знижується

Разом з ним знижується активність білої риби, вона опускається нижче, стає більш млявою. Але підвищується активність хижаків, які за тривалий час навчилися цю особливість природи використовувати в своїх цілях. Так, зростає активність денного судака, сома, миня, крупного окуня і часто щуки. Але тільки не у випадках з різким падінням тиску. Під час різких змін всі риби стають неактивними.

Цікаві факти

Що сталося б на Землі, якби повітряна атмосфера раптом зникла?

На Землі встановилася б температура приблизно -170 °С, замерзли б усі водні простори, а суша вкрилася б крижаною корою. Настала б повна тиша, так як звук у порожнечі не поширюється; небо стало б чорним, оскільки забарвлення небесного зводу залежить від повітря; не стало б сутінок, світанків, білих ночей. Припинилося б мерехтіння зірок, а самі зірки було б видно не тільки вночі, а й вдень (вдень ми їх не бачимо через розсіювання частинками повітря сонячного світла). Загинули б тварини і рослини.

Деякі планети сонячної системи теж мають атмосфери, проте їх тиск не дозволяє людині перебувати там без скафандра. На Венері, наприклад, атмосферний тиск близько 100 атм, на Марсі – близько 0,006 атм.

Як людина переносить різну висоту?

1,5 – 2 км (гора Ай-Петрі)

Це безпечна або індиферентна зона, в якій не спостерігається жодних суттєвих змін фізіологічних функцій організму.

2 – 4 км

Зона повної компенсації: спостерігаються деякі порушення в діяльності серцево-судинної системи, органів відчуттів та ін., які завдяки мобілізації резервних сил організму швидко зникають.

4 – 5 км (гора Ельбрус)

Зона неповної компенсації: спостерігається погіршення загального самопочуття.

6 – 8 км

Критична зона: спостерігаються серйозні функціональні розлади життєдіяльності організму.

Більше 8 км (гора Джомолунгма)

Смертельна зона: людина може знаходитися на цій висоті без дихального апарату лише деякий час – 3 хвилини. На висоті 16 км – 9 секунд, після чого настає смерть.

Що станеться з людиною, якщо її викинути без скафандра у відкритий космос?

В американському фільмі «Згадати все» (з Арнольд Шварцнегер в головній ролі) у головних героїв, коли вони виявляються викинутими на поверхню Марса, починають вилазити з орбіт очі, а їх тіла роздуваються. Що ж станеться з людиною, що потрапила без скафандра в безповітряний простір (вірніше, що станеться з її тілом – адже дихати вона не може). Тиск газів всередині тіла буде прагнути «урівноважитися» із зовнішнім (нульовим) тиском. Дуже проста ілюстрація: банки, які ставлять хворому. Повітря в них прогрівають, від чого густина газу зменшується. Банку швидко прикладають до поверхні, і Ви бачите, як у міру остигання банки і повітря в ній тіло людини в цьому місці затягується в банку. А уявіть таку банку навколо людини.

Але це не єдиний «неприємний» процес. Як відомо, людина складається з води як мінімум на 75%. Температура кипіння води при атмосферному тиску дорівнює 100 оС. Температура кипіння сильно залежить від тиску: чим нижчий тиск, тим нижча температура кипіння. Вже при тиску 0,4 атм температура кипіння води дорівнює 28,64 оС, що значно нижче від температури тіла людини. Тому, на перший погляд, при попаданні у відкритий космос людина лусне і «скипить», проте вибуху тіла не відбувається. Справа в тому, що якщо повітря з легенів (і інших порожнин тіла) безперешкодно вийшло, то в організмі залишається тільки рідина, яка виділяє бульбашки газу, але сама одразу не скипає. Між іншим, коли відбувається розгерметизація (скажімо, на великій висоті), то людина помирає, але на шматки її не розриває. Згадаймо наших загиблих космонавтів: 20км – це приблизно 1/10 атмосфери – практично вакуум.

Хоча... Близько 15 років тому виникла ідея спробувати вакуумну сушку м'яса. Великий шматок м'яса помістили у вакуумну камеру і почали різке відкачування. Шматок просто вибухнув. Після цього експерименту було досить складно відшкребти його результати від стінок вакуумної камери.

Як ми дихаємо?

За рахунок м'язового зусилля ми збільшуємо об’єм грудної клітки, при цьому тиск повітря всередині легень зменшується. Далі атмосферний тиск «заштовхує» в легені порцію повітря. При видиханні відбувається зворотне явище.

Як ми п’ємо?

Втягування ротом рідини викликає розширення грудної клітки і розрідження повітря як у легенях, так і в роті. Підвищене порівняно з внутрішнім зовнішній атмосферний тиск «вганяє» туди частину рідини. Так організм людини використовує атмосферний тиск.

Кому легше ходити болотами?

Коню, який має суцільне копито, дуже важко витягнути ногу з глибокого болота. Під ногою, коли вона його зрушує, утворюється розріджений простір і атмосферний тиск перешкоджає витягуванню ноги. У цьому випадку нога працює як поршень в циліндрі.

Зовнішній, величезний в порівнянні з тим, що виник, атмосферний тиск не дає підняти ногу. При цьому сила тиску на ногу може досягати 1000 Н.

Набагато легше пересуватися таким болотом жуйним тваринам, у яких копита складаються з декількох частин і при витягуванні ноги з багнюки стискаються, пропускаючи повітря в утворене заглиблення.

На середню за розмірами людину з боку атмосферного тиску діє сила тиску близько 150 000Н. Але ми справляємося з таким навантаженням, тому що зовнішній атмосферний тиск врівноважується тиском рідини усередині нашого організму.

 

Читайте також:

 

Коментарі:

blog comments powered by Disqus