Mulți oameni știu că pe măsură ce altitudinea crește, presiunea aerului scade. Luați în considerare întrebarea de ce presiunea aerului scade odată cu înălțimea, dați formula pentru dependența presiunii de înălțime și luați în considerare, de asemenea, un exemplu de rezolvare a problemei folosind formula rezultată.
Ce este aerul?
Aerul este un amestec incolor de gaze care formează atmosfera planetei noastre. Conține multe gaze diferite, principalele fiind azotul (78%), oxigenul (21%), argonul (0.9%), dioxidul de carbon (0.03%) și altele.
Din punct de vedere al fizicii, comportamentul aerului în condițiile existente pe Pământ se supune legilor unui gaz ideal - un model conform căruia moleculele și atomii unui gaz nu interacționează între ele, distanțele dintre ele sunt uriașe în comparație cu dimensiunile lor, iar viteza de mișcare la temperatura camerei este de aproximativ 1000 m/s.
Presiunea aerului
Având în vedere problema dependenței presiunii de altitudine, ar trebui să vă dați seama ce reprezintăeste conceptul de „presiune” din punct de vedere fizic. Presiunea aerului este înțeleasă ca forța cu care coloana de aer apasă pe suprafață. În fizică, se măsoară în pascali (Pa). 1 Pa înseamnă că o forță de 1 newton (N) este aplicată perpendicular pe o suprafață de 1 m22. Astfel, o presiune de 1 Pa este o presiune foarte mică.
La nivelul mării, presiunea aerului este de 101.325 Pa. Sau, rotunjind, 0,1 MPa. Această valoare se numește presiunea de 1 atmosferă. Figura de mai sus spune că pe o platformă de 1 m2 presă aer cu o forță de 100 kN! Aceasta este o forță mare, dar o persoană nu o simte, deoarece sângele din interiorul său creează o presiune similară. În plus, aerul se referă la substanțe fluide (lichidele le aparțin și ele). Și asta înseamnă că exercită aceeași presiune în toate direcțiile. Ultimul fapt sugerează că presiunea atmosferei din diferite părți asupra unei persoane este compensată reciproc.
Dependența presiunii de altitudine
Atmosfera din jurul planetei noastre este ținută de gravitația pământului. Forțele gravitaționale sunt, de asemenea, responsabile pentru scăderea presiunii aerului odată cu creșterea altitudinii. Pentru dreptate, trebuie remarcat faptul că nu numai gravitația pământului duce la o scădere a presiunii. Și, de asemenea, scăderea temperaturii contribuie.
Deoarece aerul este un fluid, atunci pentru el puteți folosi formula hidrostatică pentru dependența presiunii de adâncime (înălțime), adică ΔP=ρgΔh, unde: ΔP este cantitatea de presiune Schimbarela modificarea înălțimii cu Δh, ρ - densitatea aerului, g - accelerația în cădere liberă.
Având în vedere că aerul este un gaz ideal, din ecuația de stare a gazului ideal rezultă că ρ=Pm/(kT), unde m este masa unei molecule, T este temperatura acesteia, k este constanta lui Boltzmann.
Combinând cele două formule de mai sus și rezolvând ecuația rezultată pentru presiune și înălțime, se poate obține următoarea formulă: Ph=P0e-mgh/(kT) unde Ph și P0- presiunea la înălțimea h și, respectiv, la nivelul mării. Expresia rezultată se numește formulă barometrică. Poate fi folosit pentru a calcula presiunea atmosferică în funcție de altitudine.
Uneori în scopuri practice este necesar să se rezolve problema inversă, adică să se găsească înălțimea, cunoscând presiunea. Din formula barometrică, puteți obține cu ușurință dependența altitudinii de nivelul de presiune: h=kTln(P0/Ph)/(m g).
Exemplu de rezolvare a problemelor
Orașul bolivian La Paz este „cea mai în altă” capitală din lume. Din diverse surse rezultă că orașul este situat la o altitudine de 3250 de metri până la 3700 de metri deasupra nivelului mării. Sarcina este de a calcula presiunea aerului la altitudinea din La Paz.
Pentru a rezolva problema, folosim formula pentru dependența presiunii de înălțime: Ph=P0e -mg h/(kT), unde: P0=101 325 Pa, g=9,8 m/s 2, k=1,3810-23 J/K, T=293 K (20 oC), h=3475 m (medie între 3250 m și3700 m), m=4, 81710-26 kg (ținând cont de masa molară a aerului 29 g/mol). Înlocuind numerele, obținem: Ph=67.534 Pa.
Astfel, presiunea atmosferică din capitala Boliviei este de 67% din presiunea de la nivelul mării. Presiunea scăzută a aerului provoacă amețeli și slăbiciune generală a corpului atunci când o persoană urcă în zone muntoase.
