Многие люди знают, что с увеличением высоты уменьшается давление воздуха. Рассмотрим вопрос, почему давление воздуха уменьшается с высотой, приведем формулу зависимости давления от высоты, а также рассмотрим пример решения задачи с использованием полученной формулы.
Что такое воздух?
Воздух - это бесцветная смесь газов, которая составляет атмосферу нашей планеты. В его состав входят множество различных газов, основными из которых являются азот (78 %), кислород (21 %), аргон (0,9 %), углекислый газ (0,03 %) и другие.
С точки зрения физики поведение воздуха при существующих условиях на Земле подчиняется законам идеального газа - модели, согласно которой молекулы и атомы газа не взаимодействуют друг с другом, расстояния между ними огромные по сравнению с их размерами, а скорости движения при комнатной температуре составляют порядка 1000 м/с.
Давление воздуха
Рассматривая вопрос зависимости давления от высоты, следует разобраться, что представляет собой концепция "давление" с физической точки зрения. Под давлением воздуха понимают силу, с которой воздушный столб давит на поверхность. В физике она измеряется в паскалях (Па). 1 Па означает, что сила в 1 ньютон (Н) перпендикулярно приложена к поверхности площадью 1 м 2 . Таким образом, давление 1 Па - это очень маленькое давление.
На уровне моря давление воздуха составляет 101 325 Па. Или, округляя, 0,1 МПа. Это значение принято называть давлением 1 атмосферы. Приведенная цифра говорит, что на площадку 1 м 2 воздух давит с силой 100 кН! Это большая сила, однако человек ее не ощущает, так как внутри него кровь создает аналогичное давление. Кроме того, воздух относится к текучим веществам (к ним также относятся жидкости). А это значит, что он оказывает по всем направлениям одинаковое давление. Последний факт говорит о том, что давление атмосферы с разных сторон на человека взаимно компенсируется.
Зависимость давления от высоты
Атмосферу около нашей планеты держит земная гравитация. Гравитационные силы также являются виновником падения давления воздуха с увеличением высоты. Справедливости ради следует отметить, что не только земное притяжение приводит к уменьшению давления. А также снижение температуры тоже вносит свой вклад.
Поскольку воздух является текучим веществом, тогда для него можно использовать гидростатическую формулу зависимости давления от глубины (высоты), то есть ΔP = ρ*g*Δh, где: ΔP - величина изменения давления при изменении высоты на Δh, ρ - плотность воздуха, g - ускорение свободного падения.
Учитывая, что воздух является идеальным газом, из уравнения состояния идеального газа следует, что ρ = P*m/(k*T), где m - масса 1 молекулы, T - его температура, k - постоянная Больцмана.
Объединяя две приведенные выше формулы и решая полученное уравнение относительно давления и высоты, можно получить следующую формулу: P h = P 0 *e -m*g*h/(k*T) , где P h и P 0 - давление на высоте h и на высоте уровня моря, соответственно. Полученное выражение называется барометрической формулой. Она может использоваться для расчетов зависимости атмосферного давления от высоты.
Иногда для практическим целей необходимо решать обратную задачу, то есть находить высоту, зная давление. Из барометрической формулы легко можно получить зависимость высоты от уровня давления: h = k*T*ln(P 0 /P h)/(m*g).
Пример решения задачи
Боливийский город Ла-Пас является самой "высокой" столицей в мире. Из разных источников следует, что город расположен на высоте от 3250 метров до 3700 метров над уровнем моря. Задача состоит в расчете давления воздуха на высоте Ла-Пас.
Для решения задачи воспользуемся формулой зависимости давления от высоты: P h = P 0 *e -m*g*h/(k*T) , где: P 0 = 101 325 Па, g = 9,8 м/с 2 , k = 1,38*10 -23 Дж/К, T = 293 K (20 o C), h = 3475 м (среднее между 3250 м и 3700 м), m = 4,817*10 -26 кг (с учетом молярной массы воздуха 29 г/моль). Подставляя цифры, получаем: P h = 67 534 Па.
Таким образом, давление воздуха в столице Боливии составляет 67 % от давления на уровне моря. Низкое давление воздуха является причиной головокружений и общей слабости организма, когда человек поднимается в горные районы.
Вес воздуха. Определение понятия
Воздух, как и любое другое тело, имеет вес, а значит, давит на поверхность, находящуюся под ним. Столб воздуха давит на 1 куб. см поверхности с такой же силой, как гиря массой 1 кг 33 г.
Атмосферное давление – сила, с которой воздух давит на земную поверхность и находящиеся на ней предметы.
Человек не чувствует то высокое давление, с которой воздух давит на него, т.к. оно уравновешивается тем давлением воздуха, который находится внутри организма.
Масса воздуха на различных высотах неодинакова. Чем выше – тем значения атмосферного давления ниже.
Рис. 1. Таблица изменения атмосферного давления и температуры воздуха с высотой
Приборы для измерения атмосферного давления
Существуют различные приборы для измерения атмосферного давления:
1. Ртутные барометры
2. Анероиды
3. Гипсотермометры
Рис. 2. Ртутный барометр
Атмосферное давление по барометру измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.).
Нормальное атмосферное давление – давление 760 мм рт. ст. на широте 45 градусов на уровне моря при температуре 0 градусов.Если высота ртути поднимается выше 760 мм рт. ст., то такое давление называют повышенным, и наоборот. Для каждой территории Земли есть свои показатели нормального атмосферного давления, ведь не все точки лежат на высоте 0 метров и на 45-й широте. Например, для Москвы нормальное атмосферное давление – 747-748 мм рт. ст. Для Санкт-Петербурга нормальное атмосферное давление – 753 мм рт. ст., т.к. он лежит ниже Москвы.
Рис. 3. Барометр-анероид
Рис. 4. Гипсотермометр (1 – гипсотермометр (вместе с термометром); 2 – стеклянная трубка; 3 – металлический сосуд)
Гипсометр, термобарометр, прибор для измерения атмосферного давления по температуре кипящей жидкости. Кипение жидкости наступает, когда упругость образующегося в ней пара достигает величины внешнего давления. Измерив температуру пара кипящей жидкости, по специальным таблицам находят величину атмосферного давления.
Изменение атмосферного давления
Закономерности изменения атмосферного давления:
1. При подъеме на каждые 10,5 метров атмосферное давление уменьшается на 1 мм рт. ст.
2. Давление теплого воздуха на земную поверхность меньше, чем холодного (т.к. холодный воздух тяжелее).
Кроме того, значения атмосферного давления меняются в течение суток, времен года.
Список литературы
Основная
1. Начальный курс географии: учеб. для 6 кл. общеобразоват. учреждений / Т.П. Герасимова, Н.П. Неклюкова. – 10-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010. – 176 с.
2. География. 6 кл.: атлас. – 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа; ДИК, 2011. – 32 с.
3. География. 6 кл.: атлас. – 4-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, ДИК, 2013. – 32 с.
4. География. 6 кл.: конт. карты: М.: ДИК, Дрофа, 2012. – 16 с.
Энциклопедии, словари, справочники и статистические сборники
1. География. Современная иллюстрированная энциклопедия / А.П. Горкин. – М.: Росмэн-Пресс, 2006. – 624 с.
1.Федеральный институт педагогических измерений ().
2. Русское географическое общество ().
3.Geografia.ru ().
4. Большая Советская Энциклопедия ().
Сообщая по радио о погоде, дикторы в конце обычно сообщают: атмосферное давление 760 мм ртутного столба (или 749, или 754 и т.д.). Но многие ли понимают, что это значит, и откуда синоптики берут эти данные? О том, как измеряют атмосферное давление, как оно изменяется и влияет на человека, вы узнаете из этой статьи.
Немного истории
Первым атмосферное давление измерил итальянский ученый Эванджелиста Торричелли в 1643 году. Развивая учения Галилея, Торричелли после долгих опытов, доказал, что воздух имеет вес, и давление атмосферы уравновешивается столбом воды в 32 фута, или 10,3 м. Он пошел в своих исследованиях ещё дальше и позже изобрел прибор для измерения атмосферного давления — барометр.
Атмосферное давление, что это?
Атмосферное давление — давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и на земную поверхность. В каждой точке атмосферы атмосферное давление равно весу вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице площади. С высотой атмосферное давление убывает. В соответствии с международной системой единиц (система СИ) основной единицей для измерения атмосферного давления является гектопаскаль (гПа), однако, в обслуживании ряда организаций разрешается применять старые единицы: миллибар (мб) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). Нормальным атмосферным давлением (на уровне моря) принято значение 760 мм ртутного столба (мм рт. ст.) при температуре 0 °С.
Зачем его измеряют?
Измеряют атмосферное давление для того, чтобы с большей вероятностью предсказать возможное изменение погоды. Существует прямая связь между изменениями давления и изменениями погоды. Рост или понижение атмосферного давления с некоторой вероятностью может служить признаком изменения погоды.
Изменение атмосферного давления с высотой
Газы сильно сжимаемы и чем сильнее сжат газ, тем больше его плотность и тем большее давление он производит. Нижние слои воздуха сжаты всеми вышележащими слоями. Чем выше от поверхности Земли, тем воздух слабее сжат, тем меньше его плотность и, следовательно, тем меньшее давление он производит. Так, например, когда воздушный шар поднимается над Землей, то давление воздуха на шар становится меньше не только потому, что высота столба воздуха над ним уменьшается, но еще и потому, что плотность воздуха вверху меньше, чем внизу. Так как все метеостанции, измеряющие атмосферное давление, расположены на разных высотах и полученные на них показатели чаще всего приводят к уровню моря. Делают это потому, что атмосферное давление довольно существенно убывает с высотой. Так на высоте 5 000 м оно уже примерно в два раза ниже. Поэтому для получения представления о реальном пространственном распределении атмосферного давления и для сравнимости его величины в различных местностях и на разных высотах, для составления синоптических карт давление приводят к единому уровню - к уровню моря.
В течение суток давление также меняется, но незначительно, т.е. имеет суточный ход. Ночью повышается, а днем в период максимальных температур понижается. Особенно правильный суточный ход оно имеет в тропических странах, где дневное колебание достигает 2,4 мм рт. ст., а ночное — 1,6 мм рт. ст. С увеличением широты амплитуда изменения АД уменьшается, но вместе с тем становятся более сильными непериодические изменения атмосферного давления.
Распределение атмосферного давления по земной поверхности обусловливает движение воздушных масс и атмосферных фронтов, определяет направление и скорость ветра.
Влияние атмосферного давления на самочувствие
На самочувствие человека, достаточно долго проживающего в определённой местности, обычное, т.е. характерное давление не должно вызывать особого ухудшения самочувствия.
Пребывание в условиях повышенного атмосферного давления почти ничем не отличается от обычных условий. Лишь при очень высоком давлении отмечается небольшое сокращение частоты пульса и снижение минимального кровяного давления. Более редким, но глубоким становится дыхание. Незначительно понижается слух и обоняние, голос становится приглушенным, появляется чувство слегка онемевшего кожного покрова, сухость слизистых и др. Однако все эти явления относительно легко переносятся.
Более неблагоприятные явления наблюдаются в период изменения атмосферного давления — повышения (компрессии) и особенно его снижения (декомпрессии) до нормального. Чем медленнее происходит изменение давления, тем лучше и без неблагоприятных последствий приспосабливается к нему организм человека.
При пониженном атмосферном давлении отмечается учащение и углубление дыхания, учащение сердечных сокращений (сила их более слабая), некоторое падение кровяного давления, наблюдаются также изменения в крови в виде увеличения количества красных кровяных телец. В основе неблагоприятного влияния пониженного атмосферного давления на организм лежит кислородное голодание. Оно обусловлено тем, что с понижением атмосферного давления понижается и парциальное давление кислорода, поэтому при нормальном функционировании органов дыхания и кровообращения в организм поступает меньшее количество кислорода.
Повлиять на погоду мы не в состоянии. Но вот помочь своему организму пережить этот тяжелый период совсем несложно. При прогнозе значительного ухудшения погодных условий, а следовательно и резких перепадов атмосферного давления, прежде всего следует не паниковать, успокоиться, максимально снизить физическую нагрузку, а для тех у кого адаптация протекает довольно сложно, необходимо посоветоваться с врачом о назначении соответствующих лекарственных средств.
Тема: Барическое поле
Цель:
Задачи:
Задание № 1
1) 2000м/10,5м*1,33 = 253 гПа
2) 4000/15*1,33 = 354,6 гПа
3)8200м-6000м = 2240м
4) 2240/20*1,33=149 гПа
255 гПа
Задание № 2
1) 2000м/10,5м*1,33 = 253 гПа
2) 1000/15*1,33 = 88,6 гПа
3) 1013 – 253 – 88,6 = 670 гПа
4) 2000/15*1,33 = 177 гПа
5) 670 – 177 = 493 гПа
Задание № 3
1) 255 – 200 = 55 гПа
2) 55 гПа * 20 = 1100м
3) 8240 * 1100 = 9 340 м
Задание № 4
| Высота, м | Вычисления | Полученное значение, гПа |
| 1013 – (500*1,33/10,5) | ||
| 950– 63 | ||
| 887 - 63 | ||
| 824 - 63 | ||
| 717 - 44 | ||
| 673 - 44 | ||
| 629 - 44 | ||
| 585 - 44 | ||
| 541 – 44 | ||
| 497 – 44 | ||
| 453 – 44 | ||
| 376 – 33 | ||
| 343 – 33 | ||
| 310 – 33 | ||
| 277 - 33 | ||
| 244 – (348/20*1,33) |
Высотная болезнь (высотная гипоксия
акклиматизации;
Задание № 5
Барическое поле.
|
Задание № 6
Объясните причину.
а) день б) ночь
| . | |||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | |||||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | ||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | . |
СУША / МОРЕ
Пример таких территорий:
Задание № 7
Задание № 8
Рис. 6.5. Определение высоты объекта по уровню атмосферного давления
Задание № 9
Изобразите линии движения воздуха в циклонах и антициклонах северного полушария, учитывая отклоняющую силу Кориолиса.
Рис. 6.6 Движение воздуха в циклонах и антициклонах
Таблица 6.3. Характеристтики атмосферных вихрей
Задание № 10
Рис. 6.7. Изобарическая поверхность
Фрагмент какого атмосферного вихря у вас получился?
Назовите 2 признака, по которым вы его определили:
Задание № 11
Рис. 6.8. Распределение атмосферного давления между сушей и морем в разные сезоны года
Схема образования какого ветра показана на данном рисунке?_____________
Задание № 12
Изобразите на рисунках сезонное распределение барического поля, подпишите и условно вычертите атмосферные вихри (изобары), образующиеся над указанными поверхностями. Стрелками указать направление движения воздушных масс при таком распределении барического поля.
Рис. 6.9. Распределение атмосферного давления между сушей и морем в разные сезоны года
Задание № 13
Рис. 6.10. Распределение атмосферного давления между сушей и морем в разное время суток
Схема образования какого ветра показана на данном рисунке?_________
Задание № 14
Таблица 6.4. Распределение минимума и максимума атмосферного давления
Объясните почему:
Задание № 15
Изобразите условные атмосферные вихри и направления движения воздуха в них. Для циклона принять давление в центре 985 гПа, для антициклона – 1030 гПа. Изобары провести через 5 гПа и указать следующие значения давления при удалении от центра атмосферного вихря.
Рис. 6.11 – Атмосферные вихри Северного и Южного полушарий
Задание № 16
На какую высоту нужно подняться, чтобы давление атмосферного воздуха уменьшилось на 1 мм рт.ст.? Исходите из того, что у подножия горы давление составляло 760 мм рт.ст., а высота горы составляет 2100м и давление там составляет 560 мм рт.ст. Переведите указанные значения в гПа.
Вычертите схему условной горы, нанесите на неё значения атмосферного давления. Запишите свои действия по вычислению атмосферного давления.
Задание № 17
Определите высоту горы, если у подножия атмосферное давление составляет 760 мм рт.ст., а на вершине 360 мм рт.ст. Переведите указанные значения в гПа.
Вычертите схему условной горы, нанесите на неё значения атмосферного давления. Запишите свои действия по вычислению атмосферного давления
Задание № 18
Вычертить изобары. Перевести мм рт.ст. в гПа и подписать ниже все значения. Стрелками указать куда дует ветер, учитывая динамику закручивания ветров в Северном полушарии.
| ∙ | |||||||
| ∙ | ∙ | ||||||
| ∙ | |||||||
| ∙ | |||||||
| ∙ | |||||||
| ∙ | |||||||
| ∙ | ∙ | ||||||
| ∙ | ∙ | ∙ | |||||
| ∙ | |||||||
| ∙ |
Рис. 6.12. Распределение ветра в зависимости от уровня атмосферного давления
Ответить на вопросы:
Задание № 19
Вычертить изобары. Перевести гПа в мм рт.ст. и подписать ниже все значения. Стрелками указать куда дует ветер, учитывая динамику закручивания ветров в Северном полушарии.
| ∙ | |||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ |
Рис. 6.13. Распределение ветра в зависимости от уровня атмосферного давления
Ответить на вопросы:
Задание № 20
Дано барическое поле. Вычертите изобары. Подпишите получившиеся воздушные вихри буквами, которыми их принято обозначать в метеорологии. Укажите стрелками как будут двигаться воздушные массы в каждом воздушном вихре с учётом особенностей Северного полушария.
| ∙ | |||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ∙ | |||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ∙ | |||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ |
Рис. 6.14. Распределение ветра в зависимости от уровня атмосферного давления
Ответить на вопросы:
Практическая работа № 6
Тема: Барическое поле
Цель: изучение закономерностей распределения атмосферного давления и процессов в барических полях.
Задачи:
1. Изучение приборов для измерения атмосферного давления и направления ветра.
2. Приобретение навыка построения барических полей.
3. Приобретение навыка вычисления изменения давления с высотой.
4. Научиться делать логические выводы о состоянии погоды и перемещении воздушных масс на основании барических полей.
Задание № 1
Какое атмосферное давление будет в горах на высоте 8240 м. Исходить из того, что давление на уровне моря составляет 1013 гПа. Привести расчёт.
Каждые 10,5 м давление падает на 1 мм рт ст. С высоты 2000 м 1 мм рт. ст. на 15 м. С высоты 6000 м 1 мм рт. ст. на 20 м.
1 гПа = 0,75 мм рт. ст. Или 1 мм рт. ст. = 1,333 гПа (133,322 Па).
1) 2000м/10,5м*1,33 = 253 гПа
2) 4000/15*1,33 = 354,6 гПа
3)8200м-6000м = 2240м
4) 2240/20*1,33=149 гПа
5) 1013 – 253 – 356,4 – 149 = 255 гПа
Задание № 2
Вы находитесь в горах на высоте 5000 м, какое давление будет на этой высоте? Какое на высоте 3000 м? Привести расчёты в гПа. Исходить из того, что давление на уровне моря составляет 1013 гПа.
1) 2000м/10,5м*1,33 = 253 гПа
2) 1000/15*1,33 = 88,6 гПа
3) 1013 – 253 – 88,6 = 670 гПа
4) 2000/15*1,33 = 177 гПа
5) 670 – 177 = 493 гПа
Задание № 3
На какой высоте вы находитесь, если измеренное вами атмосферное давление составляет 200 гПа? Исходить из того, что давление на уровне моря составляет 1013 гПа. Привести расчёты.
Из задания 1, давление на высоте 8240 = 255 гПа
1) 255 – 200 = 55 гПа
2) 55 гПа * 20 = 1100м
3) 8240 * 1100 = 9 340 м
Задание № 4
Вы начинаете восхождение в горы, максимальная высота горы составляет 8848 м. Вычислите значения атмосферного давления через каждые 500 м.
Таблица 6.1.Вычисление изменений значений атмосферного давления с высотой
| Высота, м | Вычисления | Полученное значение, гПа |
| 1013 – (500*1,33/10,5) | ||
| 950– 63 | ||
| 887 - 63 | ||
| 824 - 63 | ||
| 761 – (500*1,33/15) = 761 – 44 | ||
| 717 - 44 | ||
| 673 - 44 | ||
| 629 - 44 | ||
| 585 - 44 | ||
| 541 – 44 | ||
| 497 – 44 | ||
| 453 – 44 | ||
| 409 – (500*1,33/20) = 409 - 33 | ||
| 376 – 33 | ||
| 343 – 33 | ||
| 310 – 33 | ||
| 277 - 33 | ||
| 244 – (348/20*1,33) |
Рис. 6.1. Распределение давления с высотой
О какой горе идёт речь в данном задании?
В какой горной системе она расположена?
Для чего нужны альпинистам подобные расчёты?
Для того, чтобы иметь представление о распределения давления на разных высотах.
С какими трудностями сталкиваются альпинисты при восхождении на такую высоту?
Высотная болезнь (высотная гипоксия ) - болезненное состояние, связанное с кислородным голоданием вследствие понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, которое возникает высоко в горах.
Какие меры предосторожности они применяют?
Человек способен адаптироваться к высотной гипоксии, спортсмены используют эти виды адаптации для того, чтобы повысить свои спортивные характеристики. Пределом возможной адаптации считаются высоты от 8000 метров, после которых наступает смерть.
Для предотвращения и снижения проявлений горной болезни рекомендуется:
до высоты 3000 м каждый день увеличить высоту не более чем на 600 м, а при наборе
высоты более 3000 м через каждые 1000 м делать один день простоя на высоте для
акклиматизации;
либо при первых проявлениях симптомов на любой высоте делать остановку на этой высоте для акклиматизации, и продолжать подъем только при исчезновении симптоматических проявлений, если в течение трех суток симптомы не исчезли, следует предполагать наличие других заболеваний, начать спуск и обратиться за медицинской помощью.
при доставке транспортом на большую высоту, не подниматься ещё выше в течение первых 24 часов;
необходимо обильное питье и пища богатая углеводами;
помнить о том, что на высотах более 5800 м симптомы горной болезни будут только
нарастать, несмотря на любую акклиматизацию, поэтому даже при отличном здоровье и самочувствии следует избегать самостоятельного посещения высот более 5000 м, тем более что обычно на таких высотах редко попадаются люди и в случае ухудшения самочувствия помощь оказать будет некому.
Задание № 5
Барическое поле. Соедините точки изобарами. Используйте для градиентной «заливки» фона фиолетовый цвет: max давление – насыщенный цвет; min давление – полупрозрачный цвет. Концы изобар, которые не удаётся сомкнуть в пределах выделенного поля изображения выводятся к его рамке.
На получившейся схеме барического поля в каких точках (латинские буквы) давление будем минимальным________, максимальным___________.
Как последовательно будет изменяться давление(расти или падать) по линиям:
В-А______________________, разница составит _______________гПа,
Е-G ______________________, разница составит _______________гПа,
G-F ______________________, разница составит _______________гПа,
С-А______________________, разница составит _______________гПа,
F-B______________________, разница составит _______________гПа,
D-C______________________, разница составит _______________гПа.
Как будет изменяться давление атмосферного воздуха по линии ЕАF?
Каким значениям оно будет соответствовать в каждой из точек? Заполнить таблицу.
Таблица 6.2. Распределение давления в барическом поле
|
Рис. 6.2. Формирование барического поля
С каким «шагом» проведены изобары?
Исходя из расстояния между изобарами ответьте: с западной или с восточной стороны температура будет выше, с какой – ниже? Почему?
Задание № 6
Вычертите изобары. Укажите стрелками направление куда дует ветер. Объясните причину.
Для какого времени суток характерно такое распределение атмосферного давления?
а) день б) ночь
| . | |||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | |||||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | ||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | . |
СУША / МОРЕ
Рис. 6.3. Особенности распределения атмосферного давления днём и ночью между суше и морем
Как будут распределены значения в другое время суток?
Как будут распределены значения в другое время года?
Пример таких территорий:
Задание № 7
На какую высоту нужно подняться, чтобы атмосферное давление уменьшилось на 1 мм.рт.ст.
Привести расчет:
1) 760 – 560 = 200 мм рт. ст.
2) 2100 м / 200 мм рт. ст. = 10,5 м
| 560 мм.рт.ст.
760 мм.рт.ст. |
Рис. 6.4. Закономерность изменение атмосферного давления с высотой
Движение. Теплота Китайгородский Александр Исаакович
Изменение давления с высотой
Изменение давления с высотой
С изменением высоты давление падает. Впервые это было выяснено французом Перье по поручению Паскаля в 1648 г. Гора Пью де Дом, около которой жил Перье, была высотой 975 м. Измерения показали, что ртуть в торричеллиевой трубке падает при подъеме на гору на 8 мм. Вполне естественно падение давления воздуха с увеличением высоты. Ведь наверху на прибор уже давит меньший столб воздуха.
Если вы летали в самолете, то знаете, что на передней стенке кабины помещен прибор, показывающий с точностью до десятков метров высоту, на которую поднялся самолет. Прибор называется альтиметром. Это обычный барометр, но проградуированный на значения высот над уровнем моря.
Давление падает с возрастанием высоты; найдем формулу этой зависимости. Выделим небольшой слой воздуха площадью в 1 см 2 , расположенный между высотами h 1 и h 2 . В не очень большом слое изменение плотности с высотой мало заметно. Поэтому вес выделенного объема (это цилиндрик высотой h 2 ? h 1 и площадью 1 см 2) воздуха будет mg = ?(h 2 ? h 1)g . Этот вес и дает падение давления при подъеме с высоты h 1 на высоту h 2 . То есть
Но по закону Бойля – Мариотта плотность газа пропорциональна давлению. Поэтому
Слева стоит доля, на которую возросло давление при снижении с h 2 до h 1 . Значит, одинаковым снижениям h 2 ? h 1 будет соответствовать прирост давления на один и тот же процент.
Измерения и расчет показывают в полном согласии, что при подъеме над уровнем моря на каждый километр давление будет падать на 0,1 долю. То же самое относится и к спуску в глубокие шахты под уровень моря – при опускании на один километр давление будет возрастать на 0,1 долю своего значения.
Речь идет об изменении на 0,1 долю от значения на предыдущей высоте. Это значит, что при подъеме на один километр давление уменьшается до 0,9 от давления на уровне моря, при подъеме на следующий километр оно становится равным 0,9 от 0,9 давления на уровне моря; на высоте в 3 километра давление будет равно 0,9 от 0,9 от 0,9, т.е. (0,9) 3 давления на уровне моря. Нетрудно продлить это рассуждение и далее.
Обозначая давление на уровне моря через p 0 , можем записать давление на высоте h (выраженной в километрах):
p = p 0 (0,87) h = p 0 ·10 ?0,06h .
В скобках записано более точное число: 0,9 – это округленное значение. Формула предполагает температуру одинаковой на всех высотах. На самом же деле температура атмосферы меняется с высотой и притом по довольно сложному закону. Тем не менее формула дает неплохие результаты, и на высотах до сотни километров ею можно пользоваться.
Нетрудно определить при помощи этой формулы, что на высоте Эльбруса – около 5,6 км – давление упадет примерно вдвое, а на высоте 22 км (рекордная высота подъема стратостата с людьми) давление упадет до 50 мм Hg.
Когда мы говорим про давление 760 мм Hg – нормальное, не нужно забывать добавить: «на уровне моря». На высоте 5,6 км нормальным давлением будет не 760, а 380 мм Hg.
Вместе с давлением по тому же закону падает с возрастанием высоты и плотность воздуха. На высоте 160 км воздуха останется маловато.
Действительно,
(0,87) 160 = 10 ?10 .
У земной поверхности плотность воздуха равна примерно 1000 г/м 3 , значит, на высоте 160 км на один, кубический метр должно приходиться по нашей формуле 10 ?7 г воздуха. На самом же деле, как показывают измерения, произведенные при помощи ракет, плотность воздуха на этой высоте раз в десять больше.
Еще большее занижение против истины дает наша формула для высот в несколько сот километров. В том, что формула становится непригодной на больших высотах, виновато изменение температуры с высотой, а также особое явление – распад молекул воздуха под действием солнечного излучения. Здесь мы не станем на этом останавливаться.