Jokainen tuntee ilmanpaineen, ainakin fysiikan oppien ja sääennusteiden ansiosta. Lisäksi henkilölle kohdistuvan paineen vaikutuksen vivahteet ovat kiinnostavia.
Mikä on ilmakehän paine?
Ilmakehän paine - tämä on planeettamme kaasuvaipan, ilmakehän paine, joka vaikuttaa kaikkiin sen esineisiin sekä maan pintaan. Paine vastaa voimaa, joka toimii ilmakehässä pinta-alayksikköä kohti.
Yksinkertaisemmin sanottuna tämä on voima, jolla ympärillämme oleva ilma toimii maan ja esineiden pinnalla. Seuraamalla ilmanpaineen muutoksia sääolosuhteet voidaan ennustaa yhdessä muiden tekijöiden kanssa.
Miksi ja miksi ilmakehän paine syntyy?
Maan ilmakehää ja erilaisia meteorologisia ilmiöitä tutkivia asiantuntijoita seurataan huolellisesti ilmamassien liikkumista. Tämä on tärkein tekijä, joka vaikuttaa tietyn alueen ilmasto-olosuhteisiin. Nämä havainnot antoivat mahdollisuuden ymmärtää, miksi ilmakehän paine esiintyy.
Painovoima on syyllinen. Monien kokeiden avulla osoitettiin, että ilma ei ole mitenkään painoton. Se koostuu useista kaasuista, joilla on tietty paino. Siten maapallon painovoima vaikuttaa ilmaan, mikä myötävaikuttaa paineen muodostumiseen.
Mielenkiintoinen fakta: koko planeetan ilma (tai koko maapallon ilmapiiri) painaa 51 x 1014 tonnia
Maapallon ympärillä ilman massa ei ole sama. Vastaavasti myös ilmakehän paineen taso vaihtelee. Alueilla, joiden ilmamassa on suurempi, paine on suurempi. Jos ilmaa on vähemmän (sitä kutsutaan myös tällaisissa tapauksissa harvinaiseksi), niin paine on alhaisempi.
Miksi ilmakehän paino muuttuu? Tämän ilmiön salaisuus on ilmamassien kuumennus. Tosiasia, että ilman lämmitys ei tapahdu ollenkaan auringonvalosta, vaan maanpinnan takia.
Lähellä sitä ilma lämpenee ja muuttuu vaaleammaksi nousee ylös. Tässä vaiheessa jäähdytetyt virrat muuttuvat raskaammiksi ja matalammiksi. Tämä prosessi jatkuu. Jokaisella ilmavirralla on oma paine, ja sen ero aiheuttaa tuulta.
Kuinka ilmakehän koostumus vaikuttaa paineeseen?
Ilmakehään sisältyy valtava määrä kaasuja. Lähinnä se on typpeä ja happea (98%). Siellä on myös hiilidioksidia, neonia, argonia jne. Ilmapiiri alkaa 1–2 km paksuisella rajakerroksella ja päättyy eksosfääriin noin 10 000 km korkeudessa, missä se kulkee sujuvasti planeettojenväliseen avaruuteen.
Ilmakehän koostumus vaikuttaa paineeseen tiheyden vuoksi. Jokaisella komponentilla on oma tiheys. Mitä korkeampi, sitä ohuempi on ilmakehän kerros ja sen alempi tiheys. Vastaavasti paine laskee.
Ilmakehän paineen mittaus
Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä ilmakehän paine mitataan paskalina (Pa). Myös Venäjällä käytetään yksiköitä, kuten tankoa, millimetriä elohopeaa ja niiden johdannaisia. Niiden käyttö johtuu välineistä, joilla paine mitataan - elohopeabarometrit. 1 mmHg vastaa noin 133 Pa.
Ilmapuntarit ovat kahden tyyppisiä:
- nestemäinen;
- mekaaninen (aneroidbarometri).
Nestemäiset barometrit täynnä elohopeaa. Tämän laitteen keksintö on italialaisen tutkijan Evangelista Torricellin ansio. Vuonna 1644 hän suoritti kokeilun säiliöstä, elohopeasta ja pullosta, joka putosi nesteeseen avoimen aukon kanssa.
Paineen muuttuessa elohopea nousi tai putosi pullossa. Moderneja asteikolla varustettuja elohopeabaromerejä pidetään tarkimpana, mutta ei kovin kätevänä, joten niitä käytetään sääasemilla.
Yleisempi aneroidbarometrit. Tällaisen laitteen suunnittelussa on metallirasia, jossa on harvennettua ilmaa. Kun paine laskee, laatikko laajenee. Paineen kasvaessa laatikko kutistuu ja vaikuttaa kiinnitettyyn jousiin. Jousi ohjaa nuolta, joka näyttää paineen asteikolla.
Mielenkiintoinen fakta: On vakiopaineyksikkö (samoin kuin muut fyysisten määrien yksiköt). Ensisijainen standardi, joka näyttää absoluuttisen paineen mahdollisimman tarkasti, on Mendelejevin all-Russian metrologian tutkimuslaitos (Pietari).
Ilmakehän paine ihmisille
Normaali ilmanpaine - Tämä on 760 mm Hg tai 101 325 Pa lämpötilassa 0 ℃ merenpinnan tasolla (45º leveysaste). Lisäksi ilmapiiri vaikuttaa jokaisella neliö senttimetrillä maapallosta voimalla 1,033 kg. 760 mm korkea elohopeapylväs tasapainottaa tämän ilmakolonnin massaa.
Torricelli määritti kokeilun aikana myös 760 mm: n indikaattorin. Hän huomasi myös, että kun pullo täytetään elohopealla, huipussa on tyhjä tila. Myöhemmin tätä ilmiötä kutsuttiin "Torricelliumin tyhjyydeksi". Sitten tiedemies ei vielä tiennyt, että hän loi kokeilunsa aikana tyhjiön - eli tilan, jossa ei ole mitään aineita.
Normaalipaineella 760 mmHg ihminen tuntuu mukavimmalta. Jos otat huomioon aikaisemmat tiedot, ilma painaa ihmistä voiman ollessa noin 16 tonnia. Miksi sitten emme tunne tätä painostusta?
Tosiasia, että kehossa on myös painetta. Ei vain ihmiset, vaan myös eläinmaailman edustajat ovat sopeutuneet ilmanpaineeseen. Jokainen elin muodostettiin ja kehitettiin tietyn voiman vaikutuksesta. Kun ilmapiiri vaikuttaa vartaloon, tämä voima jakautuu tasaisesti koko pintaan. Siksi paine on tasapainossa, emmekä tunne sitä.
Ilmakehän paineen normaa ei pidä sekoittaa ilmastomäärään. Jokaisella alueella on omat standardinsa tietylle vuodenaikalle. Esimerkiksi Vladivostokin asukkaat olivat onnekkaita, koska siellä keskimääräinen vuotuinen ilmanpaineindikaattori on melkein yhtä suuri kuin normi - 761 mm Hg.
Ja vuoristoalueilla (esimerkiksi Tiibetissä) sijaitsevissa asutuksissa paine on paljon alhaisempi - 413 mmHg. Tämä johtuu noin 5000 m korkeudesta.
Paineen nousu ja lasku
Kun paine ylittää 760 mm: n merkin. Hg. Art., Sitä kutsutaan lisääntyneeksi, ja kun indikaattori on vähemmän kuin normaali - matala.
24 tunnin sisällä tapahtuu useita ilmanpainehäviöitä. Aamulla ja illalla se nousee, ja klo 12 jälkeen iltapäivällä ja yöllä - se laskee. Tämä johtuu siitä, että ilman lämpötila muuttuu ja vastaavasti sen virtaukset liikkuvat.
Talvella ilmakehän paine on suurin mantereella, koska ilman lämpötila on alhainen ja tiheys korkea. Kesällä havaitaan päinvastainen tilanne - paineita on vähän.
Globaalimmassa mittakaavassa paineen taso riippuu myös lämpötilasta. Maapallon pinta lämpenee eri tavalla: planeetalla on geoidimuoto (pikemminkin kuin täysin pyöreä) ja se pyörii auringon ympäri. Jotkut alueet kuumenevat enemmän, toiset vähemmän. Tämän vuoksi ilmakehän paine jakautuu alueellisesti planeetan pinnalle.
Tutkijat erottivat 3 hihnaa, joissa vallitsee matala paine, ja 4 hihnaa, joilla vallitsevat maksimit. Päiväntasaajan alue lämpenee eniten, joten kevyt lämmin ilma kohoaa ja matalapaine muodostuu pinnalle.
Pylväiden lähellä on päinvastoin: kylmä ilma putoaa, joten tässä havaitaan korkea paine. Jos tarkastelet paineen jakautumista planeetan pinnan yli, huomaat, että minimien ja maksimien hihnat vuorottelevat.
Lisäksi sinun on muistettava maapallon molempien pallonpuolisten epätasaisesta lämmityksestä vuoden aikana.Tämä johtaa matala- ja korkeapainehihnojen tiettyyn siirtymiseen. Kesällä ne liikkuvat pohjoiseen ja talvella - etelään.
Inhimilliset vaikutukset
Ilmakehän paineella on vakava vaikutus ihmiskehoon. Tämä on aivan luonnollista, jos otamme kaikki edellä mainitut huomioon voiman, jolla ilma painaa vartaloamme, ja vastatoimien.
Meteorologisesta riippuvuudesta on olemassa käsite, jonka tiede ja lääketiede ovat vahvistaneet. Meteopaatit ovat ihmisiä, joiden vartalo reagoi jopa minimaalisiin painepoikkeamiin normista. Niihin kuuluu myös ihmisiä, joilla on joitain kroonisia sairauksia (erityisesti sydän-, verisuoni-, hermosto jne.).
Yleensä ihmiskeho pystyy sopeutumaan ilmasto-olosuhteiden muutoksiin. Esimerkiksi, kun matkustat maahan, jossa on täysin erilaiset sääolosuhteet, sopeutumista voi kestää useita päiviä.
Merkittävät poikkeamat normista ovat havaittavissa kaikille. Tähän sisältyy sekä korkea että matala verenpaine.
Tavallisessa elämässä ilmakehän paineen nousua kriittiselle tasolle, jolla ihmisen hyvinvointi huononee, ei tapahdu (lukuun ottamatta edellä mainittua säästä riippuvaa ja kroonisesti sairasta). Voit tuntea sen vaikutuksen esimerkiksi sukellettaessa suuriin syvyyksiin.
Matala ilmakehän paine on vaarallisempi. Sen vaikutus on helppo tuntea korkealla. On olemassa käsite korkeussairaus, jossa hiilidioksidin määrä kasvaa. Hapen määrä tällöin päinvastoin vähenee, joten kehon kudokset tuntevat happea nälkää. Alukset reagoivat tähän nopeasti, aiheuttaen paineen voimakkaan nousun kehossa.
Sykloni
sykloni - Tämä on valtava ilmamassa, joka pyörii pyörteinä pystyakselin ympäri, jonka halkaisija voi olla jopa useita tuhansia kilometrejä. Tämän pyörrekeskuksen keskuksessa havaitaan alennettu paine.
Pohjoisella pallonpuoliskolla syklonin ilmakehän pyörre pyörii vastapäivään, eteläisellä pallonpuoliskolla - myötäpäivään. Syklonit esiintyvät säännöllisesti, koska niiden muodostuminen liittyy suoraan Maan kiertoon. Päiväntasaajan lähellä ei ole sykloneja.
Sykloneja on kahden tyyppisiä:
- Trooppinen. Esiintyy trooppisilla leveysasteilla, eroavat toisistaan suhteellisen pienikokoisina. Niille on kuitenkin ominaista tuulen voimakas tuhovoima.
- Erittäin trooppinen. Muodostunut napa- ja lauhkeilla leveysasteilla. Saavuta halkaisijaltaan useita tuhansia kilometrejä.
Mielenkiintoinen fakta: trooppisissa sykloneissa havaitaan usein myrskyn silmää - tämä on pyörrekeskustassa noin 20 km: n alue, jolla selkeä ja rauhallinen sää on edelleen.
Syklonin tärkeimmät erityispiirteet ovat kolosaalinen energia, joka ilmenee voimakkaan tuulen, myrskyjen, ukkosmyrskyjen, pilvien, sateiden muodossa. Voimakkaille trooppisille sykloneille annetaan yksilölliset nimet tai nimet, esimerkiksi Katrina (2005), Nina (1975), Dorian (2019).
Korkeapaineen alue
korkeapaineen alue - Tämä ei ole vain syklonin vastakohta. Tällä ilmiöllä on erilainen esiintymismekanismi. Tuulen molemmat puoliskot maapallolla liikkuvat vastakkaiseen suuntaan verrattuna sykloniin.
Antisykloni on korkea painealue. Hänelle on ominaista suljetut isobaorit - nämä ovat linjat, jotka merkitsevät paikkoja samalla ilmakehän paineella.
Antisykloni tuo vakaat sääolosuhteet, jotka sopivat vuodenaikaan. Kesällä on rauhallinen, kuuma sää, talvella pakkasta. Sille on ominaista pieni määrä pilviä tai niiden täydellinen poissaolo.
Antisykloneja muodostuu tietyillä alueilla. Esimerkiksi, ne syntyvät useimmiten suurten jäämassojen yli: Etelämantereella, Grönlannissa ja arktisella alueella. Löytyy myös tropiikilta.
Antisykloneilla on myös vaara ja epämiellyttäviä seurauksia. Ne voivat vaikuttaa tulipaloihin, pitkittyneisiin kuiviin.Koska tuulet eivät ole pitkään suurissa kaupungeissa, haitallisia aineita ja kaasuja kertyy, mikä on erityisen akuuttia hengityselinsairauksille.
Mielenkiintoinen fakta: On sulkevia sykloneja, jotka muodostuvat tietyn alueen yli ja eivät liiku missään. Ne eivät kuitenkaan läpäise muita ilmamassoja. Yleensä ne kestävät enintään 5 päivää, mutta Venäjän Euroopan osassa antisyklonit kestävät säännöllisesti noin kuukauden. Viimeksi se oli vuonna 2015. Seurauksena on lämpö, kuivuus, metsäpalot.
Kuinka ilmakehän paine muuttuu korkeuden kanssa? Kaaviokaavio
Ilmakehän paine riippuu suoraan korkeudesta. Mitä korkeampi, sitä matalampi paine on ja päinvastoin. Jos nouset 12 m merenpinnan yläpuolelle, elohopeapaine ilmamittarissa laskee 1 mm.
Paine näytetään usein hektopaskalissa mmHg: n sijasta. st .: 1 mm = 133,3 Pa = 1, 333 hPa. Korkeuden ja paineen välinen suhde voidaan osoittaa käyttämällä yksinkertaista kaavaa:
∆h / ∆P = 12 m / mmHg. st tai ∆h / ∆P = 9 m / hPa,
missä ∆h on korkeuden muutos,
∆P - paineen muutos.
Siten noustessa 9 metriin paineen taso laskee 1 hPa. Tätä indikaattoria kutsutaan bariikki vaiheeksi. Ilmanpaineen normi on 1013 hPa (voidaan pyöristää arvoon 1000).
Kuinka käyttää näitä tietoja paineen muutoksen laskemiseen eri korkeudella? Esimerkiksi nostettaessa 90 m, paine laskee 10 hPa. Tässä tapauksessa käy ilmi, että noustessa 900 metriin paine laskee arvoon 0.
Mutta ilman tiheys muuttuu myös korkeuden kanssa, joten suuremman etäisyyden saavuttamiseksi (alkaen 1,5 - 2 km: sta) kaikki laskelmat on suoritettava ottaen huomioon tämä indikaattori.
Ilmakehän ilmanpaineen muutosten kuvaaja korkeuden mukaan näyttää selvästi kaikki yllä olevat. Se on kaareva, ei suora. Koska ilmakehän tiheys ei ole sama, korkeuden kasvaessa paine alkaa laskea hitaammin. Se ei kuitenkaan koskaan saavuta nollaa, koska kaikkialla on jonkinlainen aine - universumissa ei ole tyhjiötä.
Ilmakehän paine vuorilla
Vuorilla paine laskee joka tapauksessa. Se, kuinka henkilö tuntee samanaikaisesti, riippuu korkeudesta ja lisäolosuhteista. Esimerkiksi normaalissa kosteudessa 3000 metrin nousu voi aiheuttaa heikkoutta ja huonon suorituskyvyn. Tämä johtuu hapen puutteesta.
Kosteassa ilmastossa samanlaisia tuntemuksia syntyy jo 1000 m korkeudessa. Tosiasia, että vesimolekyylit syrjäyttävät happimolekyylejä - kosteassa ilmassa sitä on vähemmän. Ja kuivassa ilmastossa voit melkein kiivetä 5000 metriin.
Eri korkeudet ja niiden vaikutukset:
- 5 km - hapenpuutteen tunne.
- 6 km on suurin korkeus, jolla pysyvät siirtokunnat sijaitsevat.
- 8,9 km - Everestin korkeus. Vesi kiehuu lämpötilassa + 68 ℃. Lyhyen ajan koulutetut ihmiset voivat olla tällä tasolla.
- 13,5 km - turvallista oleskella vain puhtaan hapen mukana. Suurin sallittu korkeus, jolla voit jäädä ilman erityistä suojaa.
- 20 km - korkeus, jota ihmisille ei voida hyväksyä. Vain sillä ehdolla, että se on suljetussa hytissä.