Tutti hanno familiarità con la pressione atmosferica, almeno grazie alle lezioni di fisica e alle previsioni meteorologiche. Inoltre, le sfumature dell'effetto della pressione su una persona sono interessanti.
Cos'è la pressione atmosferica?
Pressione atmosferica - questa è la pressione del guscio di gas del nostro pianeta, l'atmosfera, che agisce su tutti gli oggetti al suo interno, nonché sulla superficie terrestre. La pressione corrisponde alla forza che agisce nell'atmosfera per unità di area.
In termini più semplici, questa è la forza con cui l'aria intorno a noi agisce sulla superficie della terra e degli oggetti. Tracciando le variazioni della pressione atmosferica, è possibile prevedere le condizioni meteorologiche insieme ad altri fattori.
Perché e perché viene creata la pressione atmosferica?
Gli specialisti che studiano l'atmosfera terrestre e vari fenomeni meteorologici monitorano attentamente come si muovono le masse d'aria. Questo è il fattore principale che influenza le condizioni climatiche di una determinata area. Queste osservazioni hanno permesso di capire perché si verifica la pressione atmosferica.
La colpa è della gravità. Attraverso molti esperimenti, è stato dimostrato che l'aria non è affatto senza peso. È costituito da vari gas che hanno un certo peso. Pertanto, la forza di gravità della Terra agisce sull'aria, il che contribuisce alla formazione della pressione.
Fatto interessante: tutta l'aria sul pianeta (o l'intera atmosfera della Terra) pesa 51 x 1014 tonnellate
In tutto il mondo, la massa d'aria non è la stessa. Di conseguenza, anche il livello della pressione atmosferica fluttua. Nelle aree con una maggiore massa d'aria c'è una pressione più elevata. Se c'è meno aria (viene anche chiamata rarefatta in questi casi), la pressione è più bassa.
Perché cambia il peso dell'atmosfera? Il segreto di questo fenomeno sta nel riscaldamento delle masse d'aria. Il fatto è che il riscaldamento dell'aria non si verifica affatto dalla luce solare, ma a causa della superficie terrestre.
Accanto ad essa, l'aria si riscalda e, diventando più leggera, si alza. In questo momento, i flussi raffreddati diventano più pesanti e più bassi. Questo processo è in corso. Ogni flusso d'aria ha la sua pressione e la sua differenza provoca il vento.
In che modo la composizione atmosferica influenza la pressione?
L'atmosfera include un'enorme quantità di gas. Principalmente è azoto e ossigeno (98%). C'è anche anidride carbonica, neon, argon, ecc. L'atmosfera inizia con uno strato limite di 1-2 km di spessore e termina con un'esosfera a un'altitudine di circa 10.000 km, dove passa uniformemente nello spazio interplanetario.
La composizione dell'atmosfera influenza la pressione dovuta alla densità. Ogni componente ha la sua densità. Maggiore è l'altezza, più sottile è lo strato dell'atmosfera e la sua densità inferiore. Di conseguenza, la pressione diminuisce.
Misurazione della pressione atmosferica
Nel Sistema internazionale di unità, la pressione atmosferica è misurata in pascal (Pa). Anche in Russia vengono utilizzate unità come barre, millimetri di mercurio e loro derivati. Il loro uso è dovuto agli strumenti con cui viene misurata la pressione - barometri al mercurio. 1 mmHg corrisponde a circa 133 Pa.
I barometri sono di due tipi:
- liquido;
- meccanico (barometro aneroide).
Barometri liquidi pieno di mercurio. L'invenzione di questo dispositivo è un merito dello scienziato italiano Evangelista Torricelli. Nel 1644, condusse un esperimento con un contenitore, mercurio e un pallone che cadde in un liquido con un foro aperto.
Con un cambiamento di pressione, il mercurio si alzava o si abbassava nel pallone. I moderni barometri al mercurio con bilancia sono considerati i più precisi, ma non molto convenienti, quindi vengono utilizzati nelle stazioni meteorologiche.
Più comune barometri aneroidi. Il design di tale dispositivo prevede una scatola di metallo con aria rarefatta all'interno. Quando la pressione cala, la scatola si espande. Con l'aumentare della pressione, la scatola si restringe e agisce sulla molla allegata. La molla aziona la freccia, che mostra il livello di pressione sulla bilancia.
Fatto interessante: È presente un'unità di pressione standard (nonché altre unità di quantità fisiche). Lo standard primario, che mostra la pressione assoluta nel modo più accurato possibile, è nell'Istituto di ricerca metrologico russo di Mendeleev (San Pietroburgo).
Pressione atmosferica per l'uomo
Pressione atmosferica normale - Si tratta di 760 mm Hg o 101 325 Pa a una temperatura di 0 ℃ a livello del mare (latitudine 45º). Inoltre, l'atmosfera agisce su ogni centimetro quadrato della superficie terrestre con una forza di 1.033 kg. Una colonna di mercurio alta 760 mm bilancia la massa di questa colonna d'aria.
Anche un indicatore di 760 mm è stato determinato da Torricelli durante l'esperimento. Ha anche notato che quando il pallone è pieno di mercurio, un vuoto rimane in alto. Successivamente, questo fenomeno fu chiamato "vuoto di Torricellium". Quindi lo scienziato non sapeva ancora che nel corso del suo esperimento aveva creato un vuoto, cioè uno spazio privo di sostanze.
Ad una pressione standard di 760 mmHg, una persona si sente a proprio agio. Se si prendono in considerazione i dati precedenti, la persona preme l'aria con una forza di circa 16 tonnellate. Perché allora non sentiamo questa pressione?
Il fatto è che c'è anche una pressione all'interno del corpo. Non solo le persone, ma anche i rappresentanti del mondo animale si sono adattati alla pressione atmosferica. Ogni organo è stato formato e sviluppato sotto l'influenza di una data forza. Quando l'atmosfera agisce sul corpo, questa forza viene distribuita uniformemente su tutta la superficie. Pertanto, la pressione è bilanciata e non la sentiamo.
La norma sulla pressione atmosferica non deve essere confusa con la norma climatica. Ogni regione ha i suoi standard per un determinato periodo dell'anno. Ad esempio, i residenti di Vladivostok sono stati fortunati, perché lì l'indicatore della pressione atmosferica media annua è quasi uguale alla norma - 761 mm Hg.
E negli insediamenti situati nelle aree montuose (ad esempio, in Tibet), la pressione è molto più bassa - 413 mmHg. Ciò è dovuto ad un'altezza di circa 5000 m.
Aumento e diminuzione della pressione
Quando la pressione supera il segno di 760 mm. Hg. Art., Si chiama aumentato, e quando l'indicatore è inferiore al normale - basso.
Entro 24 ore si verificano diverse cadute di pressione atmosferica. Al mattino e alla sera si alza, e dopo le 12 del pomeriggio e della notte - diminuisce. Ciò si verifica a causa del fatto che la temperatura dell'aria cambia e, di conseguenza, i suoi flussi si spostano.
In inverno, la più alta pressione atmosferica si osserva sulla terraferma, perché l'aria ha una bassa temperatura e un'alta densità. In estate si osserva la situazione opposta: c'è una pressione minima.
Su una scala più globale, il livello di pressione dipende anche dalla temperatura. La superficie terrestre si riscalda in modo diverso: il pianeta ha una forma geoide (piuttosto che perfettamente rotonda) e ruota attorno al Sole. Alcune zone si riscaldano di più, altre di meno. Per questo motivo, la pressione atmosferica è distribuita zonalmente sulla superficie del pianeta.
Gli scienziati distinguono 3 cinture in cui prevale la bassa pressione e 4 cinture con i massimi prevalenti. La zona dell'equatore si riscalda di più, quindi l'aria calda leggera aumenta e si forma una bassa pressione vicino alla superficie.
Vicino ai poli, è vero il contrario: l'aria fredda sta cadendo, quindi qui si nota l'alta pressione. Se osservi il modello di distribuzione della pressione sulla superficie del pianeta, noterai che le cinture dei minimi e dei massimi si alternano.
Inoltre, è necessario ricordare il riscaldamento irregolare di entrambi gli emisferi della Terra durante l'anno.Ciò porta ad un certo spostamento delle cinghie di alta e bassa pressione. In estate, si spostano verso nord e in inverno - verso sud.
Impatto umano
La pressione atmosferica ha un grave effetto sul corpo umano. Questo è abbastanza naturale, se prendiamo in considerazione tutto quanto sopra per quanto riguarda la forza con cui l'aria preme sul nostro corpo e la contrazione.
Esiste un concetto di dipendenza meteorologica, confermato dalla scienza e dalla medicina. I meteorologi sono persone il cui corpo risponde anche a minime deviazioni della pressione dalla norma. Includono anche persone con alcune malattie croniche (in particolare, cardiovascolare, sistema nervoso, ecc.).
In generale, il corpo umano può adattarsi ai cambiamenti delle condizioni climatiche. Ad esempio, quando si viaggia in un paese con condizioni meteorologiche completamente diverse, potrebbero essere necessari diversi giorni per acclimatarsi.
Deviazioni significative dalla norma saranno evidenti per qualsiasi persona. Ciò include sia la pressione alta che bassa.
Nella vita ordinaria, non si verifica un aumento della pressione atmosferica a un livello critico al quale peggiora il benessere di una persona (ad eccezione dei summenzionati dipendenti dal clima e malati cronici). Puoi sentirne l'effetto, ad esempio, quando ti immergi a grandi profondità.
La bassa pressione atmosferica è più pericolosa. Il suo effetto può essere sentito facilmente in alta quota. Esiste il concetto di mal di montagna, in cui aumenta la quantità di anidride carbonica. Il volume di ossigeno in questo caso, al contrario, diminuisce, quindi i tessuti del corpo avvertono la fame di ossigeno. Le navi rispondono rapidamente a questo, provocando un forte aumento della pressione nel corpo.
Ciclone
Ciclone - Questa è un'enorme massa d'aria che ruota sotto forma di un vortice attorno ad un asse verticale con un diametro fino a diverse migliaia di chilometri. Al centro di questo vortice, si osserva una pressione ridotta.
Nell'emisfero settentrionale, il vortice atmosferico di un ciclone ruota in senso antiorario, nell'emisfero meridionale - in senso orario. I cicloni si verificano regolarmente, poiché la loro formazione è direttamente correlata alla rotazione della Terra. Non ci sono cicloni vicino all'equatore.
I cicloni sono disponibili in due tipi:
- Tropicale. Si verificano alle latitudini tropicali, differiscono per dimensioni relativamente piccole. Tuttavia, sono caratterizzati da un'enorme forza distruttiva del vento.
- Extra tropicale. Formata a latitudini polari e temperate. Raggiungi diverse migliaia di chilometri di diametro.
Fatto interessante: nei cicloni tropicali si osserva spesso "l'occhio del ciclone" - questa è una zona a circa 20 km nel centro del vortice, in cui rimane un clima limpido e calmo.
Le principali caratteristiche distintive del ciclone sono l'energia colossale, che si manifesta sotto forma di forti venti, tempeste, temporali, squallidi, precipitazioni. A potenti cicloni tropicali vengono assegnati nomi o nomi univoci, ad esempio Katrina (2005), Nina (1975), Dorian (2019).
Anticiclone
Anticiclone - Questo non è solo il contrario del ciclone. Questo fenomeno ha un diverso meccanismo di occorrenza. Il vento in entrambi gli emisferi della Terra si muove nella direzione opposta rispetto al ciclone.
L'anticiclone è un'area ad alta pressione. È caratterizzata da isobare chiuse: si tratta di linee che segnano luoghi con la stessa pressione atmosferica.
L'anticiclone porta condizioni meteorologiche stabili adeguate al periodo dell'anno. In estate è calmo, fa caldo, in inverno gelido. È caratterizzato da un piccolo numero di nuvole o dalla loro completa assenza.
Gli anticicloni si formano in alcune aree. Ad esempio, il più delle volte si presentano su grandi masse di ghiaccio: in Antartide, Groenlandia e Artico. Si trova anche ai tropici.
Gli anticicloni comportano anche un pericolo e conseguenze spiacevoli. Possono contribuire a incendi, siccità prolungate.Con una lunga assenza di vento nelle grandi città, si accumulano sostanze e gas nocivi, che è particolarmente acuto per le persone con malattie respiratorie.
Fatto interessante: Ci sono cicloni bloccanti che si formano su un'area specifica e non si spostano da nessuna parte. Tuttavia, non passano altre masse d'aria. Di solito durano non più di 5 giorni, ma regolarmente nella parte europea della Russia gli anticicloni durano per circa un mese. L'ultima volta è stato nel 2015. Il risultato è calore, siccità, incendi boschivi.
Come cambia la pressione atmosferica con l'altezza? Grafico delle formule
La pressione atmosferica dipende direttamente dall'altitudine. Maggiore è la pressione più bassa e viceversa. Se si sale a 12 m sul livello del mare, la barra di mercurio nel barometro diminuirà di 1 mm.
La pressione viene spesso visualizzata in ettopascal anziché in mmHg. punto: 1 mm = 133,3 Pa = 1, 333 hPa. La relazione tra altezza e pressione può essere mostrata usando una semplice formula:
∆h / ∆P = 12 m / mmHg. st o ∆h / ∆P = 9 m / hPa,
dove ∆h è la variazione di altezza,
∆P - variazione di pressione.
Pertanto, quando si sale a 9 metri, il livello di pressione diminuisce di 1 hPa. Questo indicatore è chiamato stadio barico. La norma della pressione atmosferica è 1013 hPa (può essere arrotondata fino a 1000).
Come utilizzare questi dati per calcolare la variazione di pressione ad un'altezza diversa? Ad esempio, quando si solleva 90 m, la pressione diminuirà di 10 hPa. In questo caso, risulta che quando si sale a 900 m, la pressione scende a 0.
Ma la densità dell'aria cambia anche con l'altezza, quindi, quando si tratta di una distanza maggiore (a partire da 1,5-2 km), tutti i calcoli devono essere effettuati tenendo conto di questo indicatore.
Il grafico delle variazioni della pressione atmosferica con l'altitudine mostra chiaramente tutto quanto sopra. Prende la forma di una linea curva, non una linea retta. A causa del fatto che la densità dell'atmosfera non è la stessa, con l'aumentare dell'altitudine, la pressione inizia a diminuire più lentamente. Tuttavia, non raggiungerà mai lo zero, perché c'è un qualche tipo di sostanza ovunque - non c'è vuoto nell'Universo.
Pressione atmosferica in montagna
In montagna, la pressione sarà comunque più bassa. Il modo in cui una persona si sente allo stesso tempo dipende dall'altezza e dalle condizioni aggiuntive. Ad esempio, con un'umidità normale, una salita di 3.000 m può causare debolezza e scarse prestazioni. Ciò è dovuto alla mancanza di ossigeno.
In un clima umido, sensazioni simili sorgono già a un'altitudine di 1000 m. Il fatto è che le molecole d'acqua spostano le molecole di ossigeno - nell'aria umida è inferiore. E in un clima secco, puoi quasi arrampicarti fino a 5000 m.
Diverse altezze e i loro effetti:
- 5 km - una sensazione di mancanza di ossigeno.
- 6 km è l'altezza massima alla quale si trovano insediamenti permanenti.
- 8.9 km - l'altezza dell'Everest. L'acqua bolle ad una temperatura di + 68 ℃. Per un breve periodo, le persone addestrate possono essere a questo livello.
- 13,5 km - sicuro per rimanere solo in presenza di ossigeno puro. L'altezza massima consentita alla quale è possibile rimanere senza una protezione speciale.
- 20 km - un'altezza inaccettabile per l'uomo. Solo soggetto a essere in una cabina sigillata.