Атмосферное давление

Как узнать о том, что воздух имеет вес? Как изменяются объем и вес воздуха в зависимости от нагрева и охлаждения?

1. Как образуется атмосферное давление? В результате многих опытов было установлено, что воздух имеет вес. В этом можно легко убедиться.

Постелите на стол газету. Под нее приблизительно на середину положите деревянную линейку. 2/3 длины линейки должно быть под газетой, а 1/3 - выходить из-за края стола. Теперь нужно ударить кулаком по краю линейки, газета не сдвинется с места. Если удар сильный, то, возможно, линейка сломается. Это происходит оттого, что при ударе по линейке оказали сопротивление не только газета сверху, но и вес воздуха над ней.

Весь воздушный слой на каждый квадратный сантиметр поверхности Земли давит весом 1 кг 33 г. Поверхность тела человека среднего роста приблизительно 15 ООО см2. На него оказывается давление 15 500 кг, или более 15 т. Ладонь человека около 150 см2, воздух оказывает давление на нее весом 150 кг. Это примерно общий вес двух человек. Но мы не ощущаем такого давления, потому что внутреннее давление нашего тела находится в равновесии с внешним давлением атмосферы.
Сила, с которой воздух давит на земную поверхность, называется атмосферным давлением, или давлением воздуха.

2. Изменение давления по высоте. Основная масса воздуха падает на слой атмосферы, близкий к поверхности Земли. Половина всего веса атмосферы приходится на его толщу до 5 км, а на верхний слой выше 15 км приходится всего 0,1 часть.

Понижение давления воздуха соответственно высоте оказывает большое влияние на организм человека. Когда человек поднимается на высоту 3000 м, то начинает болеть горной болезнью: быстро устает, голова кружится, появляется тошнота, задыхается. На высоте 4000 м разрываются кровеносные сосуды, идет кровь из носа, человек теряет сознание. Это связано с тем, что при уменьшении общего давления воздуха понижается давление кислорода в его составе. Это приводит к нехватке кислорода для дыхания человека. Человек может подняться на высоту выше 4,5 км лишь с использованием для дыхания кислородных баллонов. Для высоты 14 км кислородных баллонов недостаточно. Внутреннее давление как бы раздувает человека. Кожа может не выдержать, разорваться и откроется кровотечение. Поэтому кабины самолетов, поднимающихся на большую высоту, герметично закрываются, чтобы воздух не проникал внутрь. В кабинах таких самолетов и космических кораблей искусственно создают такое давление и состав воздуха, как у поверхности Земли. Кроме того, космонавты для личной безопасности надевают скафандр.

Для сравнения атмосферного давления в различных зонах земной поверхности и на различных высотах берется давление на широте 45° на уровне моря. (Подумайте, почему именно широта 45°.) Это давление, равное высоте 760 мм ртутного столба, называют нормальным давлением. При подъеме из нижнего слоя атмосферы на каждые 10 м высоты давление уменьшается примерно на 1 мм.
Атмосферное давление изменяется не только с изменением высоты, но и в зависимости от погодных условий. Нагреваясь, воздух расширяется, поднимается вверх, разрежается. Соответственно уменьшается его давление. Наоборот, охлаждаясь, воздух уплотняется, давление увеличивается.

3. Измерение атмосферного давления. Атмосферное давление измеряют с помощью прибора барометра (по-гречески барос - тяжесть, метр - мера). Применяется два вида барометра - ртутный и анероид (по-гречески анероид - без воды).

Рис. 51. Ртутный барометр.

Сначала познакомимся с принципом работы ртутного барометра. Запаянную с одного конца стеклянную трубку длиной 1 м наполняют ртутью. Открытым концом трубка погружается в чашку с ртутью. При этом какая-то часть ртути выливается в чашку. Дойдя до определенного уровня, ртуть прекращает выливаться и стабилизируется (рис. 51). Причиной этому является то, что воздух как бы вдавливает ртуть в чашку и не дает выливаться ей из трубки. Если атмосферное давление увеличивается, то некоторое количество ртути проходит в трубку и уровень ее поднимается. Наоборот, при уменьшении атмосферного давления некоторое количество ртути из трубки выливается, и уровень ее опускается.
Высота ртутного столба трубки показывает величину давления воздуха. Ее точную величину в миллиметрах (мм) определяют по шкале с делениями, закрепленной на трубке.
Ртутный барометр применяют для измерения давления в нормальных постоянных условиях. Перемещать его с места на место очень неудобно. Поэтому для измерений давления в экспедициях, на экскурсиях, в туристических походах используют прибор барометр-анероид (рис. 52). Он состоит из круглой металлической коробки. Из коробочки выкачан воздух, поэтому она очень чувствительна к изменению давления снаружи. При повышении давления поверхность коробочки сжимается, при понижении - расширяется. Эти колебания с помощью прикрепленной к коробочке пружины передаются стрелке. Давление определяется по шкале вдоль циферблата.

Рис. 52. Барометр-анероид.