Зміст:
§ 33. Атмосферний тиск
ЧОМУ ВИНИКАЄ АТМОСФЕРНИЙ ТИСК. Повітря невидиме й легке. Проте воно, як і будь-яка речовина, має масу та вагу. Тому повітря тисне на земну поверхню і на всі тіла, що на ній розташовані. Цей тиск визначається вагою стовпа повітря заввишки з усю атмосферу — від земної поверхні до самої її верхньої межі. Встановлено, що такий стовп повітря тисне на кожний 1 см 2 поверхні з силою 1 кг 33 г (відповідно на 1 м 2 — понад 10 т!) (мал. 136). Отже, атмосферний тиск — це сила, з якою повітря тисне на одиницю площі земної поверхні, на всі розташовані на ній об’єкти і тіла.
Мал. 136. Тиск стовпа повітря
РЕКОРДИ СВІТУ ЛЮДЕЙ І ПРИРОДИ
Над рівнем моря 1 м 3 повітря (за температури +4 °С) важить 1 кг 300 г, на висоті 12 км — тільки 310 г, а на висоті 40 км — лише 4 г.
Поверхня тіла людини становить у середньому 1,5 м 2 . Відповідно повітря тиснутиме на неї вагою 15 т. Такий тиск здатний розчавити все живе. Чому ж ми його не відчуваємо? Це тому, що всередині людського організму також є тиск — внутрішній, і він дорівнює атмосферному. Якщо ця рівновага порушується, людина почувається зле.
ЯК ВИМІРЮЮТЬ АТМОСФЕРНИЙ ТИСК. Атмосферний тиск вимірюють спеціальним приладом — барометром.
На метеостанціях користуються ртутним барометром. Основна його частина — скляна трубка завдовжки 1 м, запаяна з одного кінця. У неї налита ртуть — важкий рідкий метал. Відкритим кінцем трубка занурена в широку чашу, також заповнену ртуттю. Під час перевертання ртуть із трубки виливається тільки до певного рівня. Чому ж вона не виливається повністю? Тому що повітря чинить тиск на ртуть у чаші й не випускає її з трубки. Якщо атмосферний тиск зменшується, то ртуть у трубці опускається, і навпаки. За висотою стовпчика ртуті в трубці, на яку нанесено шкалу, визначають величину атмосферного тиску в міліметрах.
Ртутний барометр
На паралелі 45° на рівні моря за температури повітря +4 °С під тиском повітря ртуть піднімається в трубці на висоту 760 мм. Такий тиск повітря вважають нормальним атмосферним тиском. Якщо стовпчик ртуті в трубці вищий за 760 мм, то тиск підвищений, нижчий — знижений. Отже, тиск стовпа повітря всієї атмосфери урівноважується вагою стовпчика ртуті заввишки 760 мм.
У походах та експедиціях користуються зручнішим приладом — барометром-анероїдом. У ньому немає ртуті. Головною його частиною є металева пружна коробка, з якої викачане повітря. Це робить її дуже чутливою до змін тиску зовні. У разі підвищення тиску вона стискується, у разі зниження — розширюється. Ці коливання через особливий механізм передаються стрілці, яка вказує на шкалі величину атмосферного тиску в міліметрах ртутного стовпчика (скорочено — мм рт. ст.).
ПОДОРОЖ У СЛОВО
Анероїд у перекладі з грецької означає безрідинний.
Барометр-анероїд
ЯК ТИСК ЗАЛЕЖИТЬ ВІД ВИСОТИ МІСЦЕВОСТІ. Атмосферний тиск залежить від висоти місцевості над рівнем моря. Що вище від рівня моря, то тиск повітря менший. Він знижується, бо з підняттям зменшується висота стовпа повітря, що тисне на земну поверхню. Крім того, з висотою тиск падає ще й тому, що зменшується щільність самого повітря. На висоті 5 км атмосферний тиск знижується удвічі порівняно з нормальним тиском на рівні моря. У нижніх шарах тропосфери з підняттям на кожні 100 м тиск зменшується приблизно на 10 мм рт. ст. У верхніх шарах тропосфери це відбувається значно повільніше (мал. 137).
Мал. 137. Зміна атмосферного тиску з висотою
Отже, для кожної місцевості характерний свій нормальний тиск: на рівні моря — 760 мм рт. ст., у горах залежно від висоти — нижчий. Наприклад, для Києва, що лежить на висоті 140-200 м над рівнем моря, нормальним є середній тиск 746 мм рт. ст.
Як атмосферний тиск впливає на людину
Із підняттям угору вже на висоті 3000 м людина починав почуватися зле. З’являються ознаки так званої гірської хвороби: слабкість, задишка, запаморочення, нудота. Вище 4000 м може піти кров з носа, тому що розриваються кровоносні судини. Іноді людина непритомніє. Відбувається це тому, що з висотою повітря стає розрідженим, у ньому зменшується кількість кисню, тиск падає. До таких умов організм людини не пристосований. Тому в літаках кабіни і салони закриті щільно, герметично. У них штучно підтримується такий самий тиск повітря, як і біля поверхні Землі.
Знаючи, як змінюється тиск, можна обчислити і абсолютну, і відносну висоту місця. Існує і особливий барометр — висотомір, у якому поряд зі шкалою атмосферного тиску є і шкала висот.
Висотомір
ЗАЛЕЖНІСТЬ ТИСКУ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ ПОВІТРЯ. Атмосферний тиск залежить і від температури повітря. Під час нагрівання об’єм повітря збільшується, воно стає менш щільним і легшим. Тому знижується і атмосферний тиск. Унаслідок охолодження повітря відбуваються зворотні явища. Отже, зі зміною температури повітря неперервно змінюється і тиск (мал. 138).
Мал. 138. Залежність тиску від температури повітря
Протягом доби він двічі підвищується (вранці та ввечері) і двічі знижується (після полудня і після півночі). Узимку, коли повітря холодне і важке, тиск вищий, ніж улітку, коли воно тепліше і легше.
За зміною тиску можна передбачити зміни погоди. Зниження тиску вказує на опади, підвищення — на суху погоду.
Зміна атмосферного тиску впливає і на самопочуття людей.
ЯК РОЗПОДІЛЯЄТЬСЯ АТМОСФЕРНИЙ ТИСК НА ЗЕМЛІ. Атмосферний тиск, як і температура повітря, розподіляється на Землі смугами: розрізняють пояси низького і високого тиску. Їх утворення пов’язане з нагріванням і переміщенням повітря.
Над екватором повітря добре прогрівається. Від цього воно розширюється, стає менш щільним, а тому легшим. Легше повітря піднімається вгору — відбувається висхідний рух повітря. Тому там біля поверхні Землі протягом року встановлюється пояс низького тиску. Над полюсами, де протягом року температури низькі, повітря охолоджується, стає щільнішим і важчим. Тому воно опускається — відбувається низхідний рух повітря — і підвищується тиск. Унаслідок цього біля полюсів утворилися пояси високого тиску. Повітря, що піднялося над екватором, розтікається до полюсів. Але, не доходячи до них, на висоті воно охолоджується, стає важчим і опускається на паралелях 30-35° в обох півкулях. Там утворюються пояси високого тиску. У помірних широтах, на паралелях 60-70° обох півкуль виникають пояси низького тиску (мал. 139).
Мал. 139. Пояси атмосферного тиску
Отже, атмосферний тиск залежить від розподілу тепла і температур повітря на Землі, коли висхідні й низхідні рухи повітря зумовлені нерівномірним нагріванням земної поверхні.
ЗАПАМ’ЯТАЙТЕ
• Атмосферний тиск — це сила, з якою повітря тисне на одиницю площі земної поверхні, на всі розташовані на ній об’єкти і тіла.
• Нормальним вважають атмосферний тиск 760 мм рт. ст.
• Із підняттям на кожні 100 м атмосферний тиск знижується на 10 мм рт. ст.
• На Землі закономірно чергуються сім поясів атмосферного тиску: низького — на екваторі, два високого — поблизу тропіків, два низького — у помірних широтах, два високого — у полярних широтах обох півкуль.
ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ
- 1. Чому атмосферний тиск знижується з висотою?
- 2. Якими приладами вимірюють атмосферний тиск?
- 3. Чому змінюється тиск протягом доби (року) в одному й тому самому місці? Як впливає на це зміна температури повітря?
- 4. Як розподіляється атмосферний тиск на Землі?
- 5. Визначте приблизну відносну висоту гори, якщо біля її підошви барометр показує 720 мм рт. ст., а на вершині — 520 мм рт. ст.
- 6*. Пригадайте, яке абсолютна висота вашої місцевості. Обчисліть, який атмосферний тиск можна вважати нормальним для вашого краю.
ПРАКТИЧНА РОБОТА 5 (Продовження. Поч. див. с. 122.)
Тема: Розв’язування задач на зміну атмосферного тиску з висотою.
3. Атмосферний тиск біля земної поверхні становить 730 мм рт. ст. Визначте, яким він буде з підняттям у гори на висоту 2000 м.
4. «Артеківці» вирішили піднятися на гору Аюдаг. Визначте приблизну відносну висоту цієї гори, якщо біля її підошви барометр показує 740 мм рт. ст., а на вершині — 683 мм рт. ст.
Атмосферний тиск
Атмосферний тиск — тиск, з яким атмосфера Землі діє на земну поверхню і всі тіла, що на ній розташовані [1] .
Середньорічні значення атмосферного тиску на рівні моря для червня-серпня (зверху) та грудня-лютого (знизу)
Атмосферний тиск падає з висотою, оскільки він створюється лише шаром атмосфери, що лежить вище, і навпаки, у глибоких шахтах збільшується. Залежність P(h) описується т. зв. барометричною формулою.
Нормальним атмосферним тиском заведено вважати тиск у 760 мм рт. ст. [2] (101 325 н/м², або 101 325 Па) (на рівні моря географічної широти 45°) або 1,01325 бар (1013,25 мбар). Відзначено коливання атмосферного тиску (на рівні моря) у межах 684—809 мм рт. ст. (від 90 000 н/м² до 110 000 н/м²).
Коливання тиску
На земній поверхні атмосферний тиск змінюється залежно від місця та часу. Особливо важливі неперіодичні зміни атмосферного тиску, пов’язані з виникненням, розвитком і руйнуванням повільно рухомих ділянок високого тиску — антициклонів і відносно швидко рухомих величезних вихорів — циклонів, у яких панує знижений тиск, що визначає погоду. Зміни термічного поля Землі за сезонами року, обумовлені різницею в нагріванні океанів та материків, викликають коливання над ними й атмосферного тиску. Взимку над материками повітря холодніше, ніж над океанами, однакова маса повітря над акваторіями займає більший обсяг — утворюються пагорби. Повітря по верху «стікає» з океанів на материки. Загальна вага повітряного стовпа над континентами підвищується, тут утворюються ділянки підвищеного тиску — антициклони. Оскільки взимку над океанами повітря тепліше, над водною поверхнею вага повітря зменшується, утворюються ділянки зниженого тиску — циклони.
Історія досліджень
Ідею про існування атмосферного тиску вперше висловив Торрічеллі в 1644 році і виміряв його величину за допомогою ртутного барометра.
Розподіл атмосферного тиску на картах показують за допомогою ізобар. Ізобари липня йдуть приблизно по паралелях. На південних материках у січні утворюються області зниженого тиску, які обмежені замкнутими ізобарами.
Поблизу екватора атмосферний тиск знижений. Великої висоти та інтенсивності у приекваторіальній зоні досягають висхідні потоки, що викликають утворення потужних купчасто-дощових хмар та випадіння зливових опадів. Це смуга зенітальних дощів , які щоденно повторюються та збігаються за часом з положенням Сонця у зеніті.
На північ та південь від екватора у субтропічних широтах між 30—35-ми паралелями утворюється субтропічна зона високого тиску, що складається з ряду субтропічних антициклонів, які переміщуються у широтному напрямку. Від краю поширення субтропічних антициклонів убік екватора дмуть стійкі вітри — пасати. Схема загальної циркуляції атмосфери порушується мусонами та тропічними циклонами. Основний ареал тропічних мусонів — південно-східна околиця Євразії, він пов’язаний з акваторіями Індійського та Тихого океанів.
Переважні вітри середніх широт — західні. Тут панує західне перенесення повітряних мас.
Від субполярної зони низького тиску в напрямку північного та південного полюсів атмосферний тиск у середньому за рік знову росте. Однак стійкі антициклональні умови зберігаються переважно в Східній Антарктиді, де циклони дуже рідкісні. В Арктичному басейні навпаки, за винятком внутрішніх районів і півночі Гренландії, дуже активна циклонічна діяльність.
Барометричний тиск
Барометричний тиск (англ. barometric (atmospheric) pressure, нім. barometrischer Druck) — те ж саме, що й абсолютний атмосферний тиск.