Всички са запознати с атмосферното налягане, най-малкото благодарение на уроците по физика и прогнозите за времето. Освен това интерес представляват нюансите на ефекта на натиска върху човек.
Какво е атмосферното налягане?
Атмосферно налягане - това е налягането на газовата обвивка на нашата планета, атмосферата, която действа върху всички обекти в нея, както и земната повърхност. Налягането съответства на силата, която действа в атмосферата на единица площ.
По-просто казано, това е силата, с която въздухът около нас действа върху повърхността на земята и предмети. Проследявайки промените в атмосферното налягане, метеорологичните условия могат да се предвидят заедно с други фактори.
Защо и защо се създава атмосферно налягане?
Специалисти, изучаващи земната атмосфера и различни метеорологични явления, внимателно наблюдават как се движат въздушните маси. Това е основният фактор, влияещ върху климатичните условия на определен район. Тези наблюдения позволиха да се разбере защо се получава атмосферно налягане.
Гравитацията е виновна. Чрез много експерименти беше доказано, че въздухът в никакъв случай не е безтегловност. Състои се от различни газове, които имат определено тегло. Така силата на гравитацията на Земята действа върху въздуха, което допринася за образуването на налягане.
Интересен факт: целият въздух на планетата (или цялата атмосфера на Земята) тежи 51 х 1014 т
Около земното кълбо масата на въздуха не е еднаква. Съответно нивото на атмосферното налягане също се колебае. В райони с по-голяма маса въздух има по-високо налягане. Ако има по-малко въздух (той също се нарича разреден в такива случаи), тогава налягането е по-ниско.
Защо теглото на атмосферата се променя? Тайната на това явление се крие в нагряването на въздушните маси. Факт е, че нагряването на въздуха изобщо не се извършва от слънчевата светлина, а се дължи на земната повърхност.
В близост до него въздухът се загрява и, става по-лек, се издига нагоре. По това време охладените потоци стават по-тежки и по-ниски. Този процес продължава. Всеки въздушен поток има свое собствено налягане, а разликата му причинява вятъра.
Как атмосферният състав влияе върху налягането?
Атмосферата включва огромно количество газове. Най-вече е азот и кислород (98%). Освен това има въглероден диоксид, неон, аргон и др. Атмосферата започва с граничен слой с дебелина 1-2 км и завършва с екзосфера на надморска височина от около 10 000 км, където плавно преминава в междупланетното пространство.
Съставът на атмосферата влияе на налягането поради плътността. Всеки компонент има своя собствена плътност. Колкото по-голяма е височината, толкова по-тънък е слоят на атмосферата и по-ниската му плътност. Съответно налягането намалява.
Измерване на атмосферното налягане
В Международната система от единици атмосферното налягане се измерва в паскали (Па). Също така в Русия се използват единици като бар, милиметри живак и техните производни. Използването им се дължи на инструменти, с които се измерва налягането - живачни барометри. 1 mmHg съответства на около 133 Pa.
Барометрите се предлагат в два вида:
- течност;
- механичен (анероиден барометър).
Течни барометри изпълнен с живак. Изобретението на това устройство е заслуга на италианския учен Евангелиста Торичели. През 1644 г. той провежда експеримент с контейнер, живак и колба, която попада в течност с отворен отвор.
С промяна на налягането живакът се вдигна или падна в колбата. Съвременните живачни барометри с везни се считат за най-точните, но не много удобни, затова се използват в метеорологичните станции.
По-често срещан анероидни барометри, Дизайнът на такова устройство осигурява метална кутия с разреден въздух вътре. Когато налягането спадне, кутията се разширява. С увеличаване на налягането кутията се свива и действа върху прикрепената пружина. Пружината задвижва стрелката, която показва нивото на налягането в скалата.
Интересен факт: Има стандартна единица налягане (както и други единици физични величини). Основният стандарт, който показва абсолютното налягане възможно най-точно, е във Всеруския изследователски институт по метрология на Менделеев (Санкт Петербург).
Атмосферно налягане за хората
Нормално атмосферно налягане - Това е 760 mm Hg или 101 325 Pa при температура 0 ℃ на морско равнище (45 ° ширина). Освен това атмосферата действа върху всеки квадратен сантиметър от земната повърхност със сила 1,033 кг. Живачен стълб с височина 760 мм балансира масата на тази въздушна колона.
По време на експеримента Торичели също е определил индикатор от 760 мм. Той забеляза също, че когато колбата се напълни с живак, в горната част остава празнина. Впоследствие това явление беше наречено „празнота на Torricellium“. Тогава ученият все още не е знаел, че в хода на експеримента си е създал вакуум - тоест пространство без никакви вещества.
При стандартно налягане от 760 mmHg човек се чувства най-комфортно. Ако вземете предвид предишните данни, тогава въздухът натиска върху човек със сила около 16 тона. Защо тогава не усещаме този натиск?
Факт е, че вътре в тялото също има натиск. Не само хората, но и представителите на животинския свят са се приспособили към атмосферното налягане. Всеки орган е бил формиран и развиван под въздействието на дадена сила. Когато атмосферата действа върху тялото, тази сила се разпределя равномерно по цялата повърхност. Така налягането е балансирано и ние не го усещаме.
Нормата на атмосферното налягане не трябва да се бърка с климатичната норма. Всеки регион има свои стандарти за определено време на годината. Например жителите на Владивосток имат късмет, защото там средногодишното атмосферно налягане е почти равно на нормата - 761 mm Hg.
А в селища, разположени в планински райони (например в Тибет), налягането е много по-ниско - 413 mmHg. Това се дължи на височина около 5000 m.
Увеличаване и намаляване на налягането
Когато налягането надвиши маркировката от 760 mm. Hg. Чл., Той се нарича повишен, а когато показателят е по-малък от нормалния - нисък.
В рамките на 24 часа настъпват няколко спада на атмосферното налягане. Сутрин и вечер тя се издига, а след 12 часа на ден и ден - намалява. Това се дължи на факта, че температурата на въздуха се променя и съответно потоците му се движат.
През зимата най-високото атмосферно налягане се наблюдава над континента, тъй като въздухът има ниска температура и висока плътност. През лятото се наблюдава обратната ситуация - има минимален натиск.
В по-глобален мащаб нивото на налягането също зависи от температурата. Земната повърхност се нагрява по различен начин: планетата има геоидна (а не идеално кръгла) форма и се върти около Слънцето. Някои зони се загряват повече, други по-малко. Поради това атмосферното налягане се разпределя зонално по повърхността на планетата.
Учените разграничават 3 колана, където преобладава ниското налягане и 4 колана с преобладаващи максимуми. Зоната на екватора се загрява най-много, така че лек топъл въздух се издига и в близост до повърхността се образува ниско налягане.
В близост до полюсите е точно обратното: студен въздух пада, затова тук се забелязва високо налягане. Ако погледнете модела на разпределение на налягането върху повърхността на планетата, ще забележите, че коланите на минимумите и максимумите се редуват.
Освен това трябва да запомните за неравномерното нагряване на двете полукълба на Земята през годината.Това води до известно изместване на коланите за ниско и високо налягане. През лятото те се придвижват на север, а през зимата - на юг.
Човешко въздействие
Атмосферното налягане има сериозен ефект върху човешкото тяло. Това е съвсем естествено, ако вземем предвид всичко по-горе по отношение на силата, с която въздухът натиска върху тялото ни и противодействието.
Съществува концепция за метеорологичната зависимост, потвърдена от науката и медицината. Метеопатите са хора, чието тяло реагира дори на минимални отклонения на налягането от нормата. В тях са включени и хора с някои хронични заболявания (по-специално сърдечно-съдови, нервна система и др.).
Като цяло човешкото тяло може да се адаптира към промените в климатичните условия. Например, когато пътувате до страна с напълно различни метеорологични условия, може да отнеме няколко дни за аклиматизация.
Значителни отклонения от нормата ще бъдат забележими за абсолютно всеки човек. Това включва както високо, така и ниско кръвно налягане.
В обикновения живот не се наблюдава повишаване на атмосферното налягане до критично ниво, при което се влошава благосъстоянието на човек (с изключение на гореспоменатите, зависими от времето и хронично болни). Можете да почувствате ефекта му, например, когато се гмуркате на големи дълбочини.
По-опасно е ниското атмосферно налягане. Ефектът му може лесно да се усети на голяма надморска височина. Съществува концепцията за надморска болест, при която количеството въглероден диоксид се увеличава. Обемът на кислород в този случай, напротив, намалява, така че тъканите на тялото чувстват кислороден глад. Съдовете бързо реагират на това, провокира рязко повишаване на налягането в тялото.
Циклон
циклон - Това е огромна маса въздух, която се върти под формата на вихър около вертикална ос с диаметър до няколко хиляди километра. В центъра на този вихър се наблюдава понижено налягане.
В Северното полукълбо атмосферният вихър на циклона се върти обратно на часовниковата стрелка, в Южното полукълбо - по посока на часовниковата стрелка. Циклоните се срещат редовно, тъй като образуването им е пряко свързано с въртенето на Земята. В близост до екватора няма циклони.
Циклоните се предлагат в два вида:
- Tropical. Срещат се в тропически ширини, различават се в сравнително малки размери. Те обаче се характеризират с огромна, разрушителна сила на вятъра.
- Екстра тропически. Формира се в полярни и умерени ширини. Достигнете няколко хиляди километра в диаметър.
Интересен факт: в тропическите циклони често се наблюдава „окото на бурята“ - това е зона на около 20 км в самия център на вихъра, в която остава ясно и спокойно време.
Основните отличителни характеристики на циклона са колосалната енергия, която се проявява под формата на силни ветрове, бури, гръмотевични бури, шквали, валежи. Мощните тропически циклони получават уникални имена или имена, например Катрина (2005), Нина (1975), Дориан (2019).
Антициклон
антициклон - Това не е само обратното на циклона. Това явление има различен механизъм на възникване. Вятърът и в двете полукълба на Земята се движи в обратна посока в сравнение с циклона.
Антициклонът е зона с високо налягане. Характеризира се със затворени изобари - това са линии, които бележат места с еднакво атмосферно налягане.
Антициклонът носи стабилни метеорологични условия, подходящи за времето на годината. През лятото е спокойно, горещо време, през зимата мразовито. Характеризира се с малък брой облаци или пълното им отсъствие.
В определени области се образуват антициклони. Например, най-често те възникват при големи ледени маси: в Антарктида, Гренландия и Арктика. Също така се намира в тропиците.
Антициклоните също носят опасност и неприятни последици. Те могат да допринесат за пожари, продължителни суши.При продължително отсъствие на вятър в големите градове се натрупват вредни вещества и газове, което е особено остро за хората с респираторни заболявания.
Интересен факт: Има блокиращи циклони, които се образуват върху определена област и не се движат никъде. Те обаче не преминават други въздушни маси. Обикновено те продължават не повече от 5 дни, но редовно в европейската част на Русия антициклоните издържат около месец. Последният път беше през 2015 година. Резултатът е топлина, суша, горски пожари.
Как се променя атмосферното налягане с височината? Таблица с формули
Атмосферното налягане е в пряка зависимост от надморската височина. Колкото по-високо е по-ниско налягането и обратно. Ако се издигнете на 12 м надморска височина, лентата с живак в барометъра ще намалее с 1 мм.
Често налягането се показва в хектопаскали, вместо в mmHg. ст .: 1 mm = 133.3 Pa = 1, 333 hPa. Връзката между височината и налягането може да бъде показана чрез проста формула:
∆h / ∆P = 12 m / mmHg. st или ∆h / ∆P = 9 m / hPa,
където ∆h е промяната във височината,
∆P - промяна на налягането.
По този начин, когато се повиши до 9 метра, нивото на налягането намалява с 1 hPa. Този индикатор се нарича баричен етап. Нормата на атмосферното налягане е 1013 hPa (може да се закръгли до 1000).
Как да използваме тези данни за изчисляване на промяната в налягането на различна височина? Например при повдигане на 90 m налягането ще намалее с 10 hPa. В този случай се оказва, че когато се повиши до 900 m, налягането пада до 0.
Но плътността на въздуха също се променя с височина, така че когато става дума за по-голямо разстояние (като се започне от 1,5-2 км), всички изчисления трябва да се извършват, като се вземе предвид този показател.
Графиката на промяна на атмосферното налягане с надморска височина ясно показва всичко по-горе. Приема формата на извита линия, а не права линия. Поради факта, че плътността на атмосферата не е еднаква, с увеличаване на надморската височина налягането започва да намалява по-бавно. Обаче той никога няма да достигне нула, защото навсякъде има някаква субстанция - във Вселената няма вакуум.
Атмосферно налягане в планината
В планината налягането така или иначе ще бъде по-ниско. Как човек се чувства едновременно, зависи от ръста, както и от допълнителни условия. Например при нормална влажност изкачването на 3000 m може да доведе до слабост и лоши показатели. Това се дължи на липса на кислород.
При влажен климат подобни усещания възникват вече на надморска височина от 1000 м. Факт е, че молекулите на водата изместват молекулите на кислорода - във влажен въздух е по-малко. А в сух климат почти можете да се изкачите до 5000 m.
Различни височини и техните ефекти:
- 5 км - усещане за липса на кислород.
- 6 км е максималната височина, на която са разположени постоянните населени места.
- 8,9 км - височината на Еверест. Водата кипи при температура от + 68 ℃. За кратко време обучените хора могат да бъдат на това ниво.
- 13,5 км - безопасно да останете само при наличие на чист кислород. Максимално допустимата височина, на която можете да останете без специална защита.
- 20 км - височина, недопустима за хората. Само при условие, че се намира в запечатана кабина.
