§ 19. Изменение давления воздуха с высотой

Плотность и разреженность воздуха

Поверхность Земли условно можно представить как дно воздушного океана, окутывающего земной шар. Основная масса воздуха сосредоточена в нижних слоях атмосферы. Чем ближе воздушный слой к поверхности Земли, тем он плотнее. Так как воздух имеет вес, то верхние слои воздуха давят на нижние и уплотняют их. Чем плотнее воздух, тем больше он оказывает давление на предметы, окружающие его. Выше над поверхностью Земли слои воздуха менее плотные, а это значит, что такой воздух оказывает давление на окружающие его предметы значительно меньше, чем у поверхности Земли (рис. 45).

Рис. 45. Изменение давления воздуха с высотой

Чем выше над Землей находится воздух, тем меньше его плотность и тем больше он разрежен.

Туристы и альпинисты, совершающие восхождения на высочайшие горные вершины, на себе испытывают разреженность воздуха. Им хорошо знакомы признаки «горной» болезни, возникающей из-за уменьшения давления воздуха: тошнота, головокружение, головная боль.

Величина атмосферного давления

Опыт Эванджелиста Торричелли. Более 300 лет назад итальянский ученый Э. Торричелли продемонстрировал опыт, доказывающий существование атмосферного давления и позволяющий точно определить его величину (рис. 46).

Рис. 46. Опыт Э. Торричелли. Ртутный барометр

Состоял этот опыт в следующем. Стеклянную трубку длиной около 1 м запаивали с одного конца и наполняли ртутью. Открытый конец трубки зажимали пальцем, после чего ее переворачивали, опускали зажатым концом в сосуд с ртутью, и палец отнимали. Ртуть в трубке несколько опускалась (часть ртути выливалась в сосуд) и устанавливалась на уровне высотой около 760 мм. Результаты опыта вызвали вопрос: почему ртуть полностью не выливалась из трубки? Что удерживало ее? Дело в том, что атмосферный воздух давит на окружающие предметы со всех сторон, в том числе и на поверхность ртути в сосуде, и не дает ей вылиться полностью из трубки. Опыт Э. Торричелли дал возможность точно определить величину атмосферного давления.

Давление атмосферы, равное 760 мм ртутного столба, принято считать нормальным атмосферным давлением на уровне моря.

Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.) – это единица измерения давления.

Если давление выше 760 мм рт. ст., то оно считается повышенным, если ниже, – то пониженным.

Приборы, измеряющие давление воздуха. Приборы, применяемые для измерения атмосферного давления, называют барометрами.

Трубка и чашка с ртутью – основные части простого прибора для измерения атмосферного давления (рис. 46). Он называется ртутным барометром. Конструкции барометров бывают разные. На рисунке 47 изображен барометр-анероид (в переводе с греческого «анероид» означает безжидкостный). Так его называют потому, что он не содержит ртути.

Рис. 47. Барометр-анероид

Пользуясь барометром, можно предсказать перемену погоды: если он показывает низкое давление, надо ожидать наступления ненастной погоды. Повышение атмосферного давления обычно предшествует ясной погоде. За состоянием атмосферного давления постоянное наблюдение ведется на метеорологических станциях. Ежедневно в прогнозе погоды по радио и телевидению сообщают величину атмосферного давления, например: «Сегодня в нашем городе атмосферное давление 740 мм рт. ст.». У некоторых больных и так называемых «метеозависимых» людей от величины атмосферного давления зависит их самочувствие.

Атмосферное давление – одно из важных условий для жизни человека. Оно имеет большое значение в обеспечении процесса дыхания. Происходит это так: когда мы делаем вдох, грудная клетка поднимается и расширяется, объем ее увеличивается, давление в легких становится ниже атмосферного и воздух входит (засасывается) в легкие. Затем, при выдохе, грудная клетка опускается, объем ее уменьшается, давление воздуха в легких становится выше атмосферного и часть его вытесняется наружу.

1. 1 м³ воздуха у поверхности Земли весит 1290 г, на высоте 12 км – 319 г, на высоте 40 км – 4 г. Как объяснить эти факты?

2. Как вы думаете, почему давление воздуха уменьшается по мере подъема над уровнем поверхности Земли?

3. Постарайтесь объяснить, почему кабины летательных аппаратов, предназначенных для полета на больших высотах, делают герметичными.