Атмосферний тиск: що це таке, причини утворення, одиниці вимірювання, норми, фото і відео

Атмосферний тиск: що це таке, причини утворення, одиниці вимірювання, норми, фото і відео

З атмосферним тиском кожен добре знайомий, як мінімум, завдяки уроків фізики та прогнозами погоди. Однак з наукової точки зору поняття тиску, а також особливості його виникнення виглядають набагато складніше. Крім того, інтерес викликають нюанси впливу тиску на людину.

Що таке атмосферний тиск?

Атмосферний тиск – це тиск газової оболонки нашої планети, атмосфери, яка діє на всі наявні в неї предмети, а також земну поверхню. Тиск відповідає силі, яка діє в атмосфері на одиницю площі.

Атмосфера Землі (фото з МКС)

Якщо говорити простою мовою, то це сила, з якою всюди навколишній нас повітря впливає на поверхню землі і об’єкти. Відстежуючи зміни атмосферного тиску, можна в сукупності з іншими факторами прогнозувати погодні умови.

Чому і внаслідок чого створюється атмосферний тиск?

Фахівці, що вивчають атмосферу Землі і різні метеорологічні явища, ретельно стежать за тим, як переміщуються повітряні маси. Це основний чинник, що впливає на кліматичні умови тієї чи іншої місцевості. Ці спостереження дали можливість зрозуміти, чому виникає атмосферний тиск.

Всьому виною гравітація. Шляхом безлічі експериментів доведено, що повітря аж ніяк не легкий. Він складається з різних газів, які мають певну вагу. Таким чином, на повітря діє сила тяжіння Землі, яка і сприяє утворенню тиску.

Цікавий факт: все повітря на планеті (або вся атмосфера Землі) важить 51 х 1014 тонн.

Навколо земної кулі маса повітря неоднакова. Відповідно коливається і рівень атмосферного тиску. На ділянках з більшою масою повітря спостерігається більш високий тиск. Якщо ж повітря менше (його також називають розрідженим в таких випадках), то і тиск нижче.

Рух Сонце

Чому змінюється вага атмосфери? Секрет цього явища полягає в нагріванні повітряних мас. Справа в тому, що нагрівання повітря відбувається зовсім не від сонячних променів, а за рахунок земної поверхні.

Поблизу неї повітря нагрівається і, стаючи легше, піднімається вгору. В цей час охолоджені потоки важчають і опускаються вниз. Цей процес відбувається безперервно. Кожен повітряний потік має свій тиск, а його різниця викликає вітер.

Як впливає склад атмосфери на тиск?

До складу атмосфери входить величезна кількість газів. Переважно це азот і кисень (98%). Також є вуглекислий газ, неон, аргон та ін Атмосфера починається з прикордонного шару товщиною 1-2 км і закінчується экзосферой на висоті близько 10 000 км, де плавно переходить в міжпланетний простір.

Склад атмосфери

Склад атмосфери впливає на тиск за рахунок щільності. Кожен компонент має свою щільність. Чим більше висота, тим тонше шар атмосфери і нижче його щільність. Відповідно знижується і тиск.

Вимірювання атмосферного тиску

У Міжнародній системі одиниць атмосферний тиск вимірюється в паскалях (Па). Також у Росії використовуються такі одиниці, як бар, міліметри ртутного стовпа і їх похідні. Їх застосування обумовлено приладами, за допомогою яких вимірюється тиск – ртутними барометрами. 1 мм ртутного стовпа відповідає близько 133 Па.

Барометри бувають двох типів:

• рідинні;
• механічні (барометр-анероїд).

Рідинні барометри заповнюються ртуттю. Винахід даного приладу – це заслуга італійського вченого Евангелісти Торрічеллі. У 1644 році він проводив експеримент з ємністю, ртуттю і колбою, яка відкритим отвором опускалася в рідину.

При зміні тиску ртуть то піднімалася, то опускалася в колбі. Сучасні ртутні барометри зі шкалами вважаються найбільш точними, але не дуже зручними, тому їх використовують на метеорологічних станціях.

Барометри

Більш поширені барометри-анероїди. У конструкції такого приладу передбачена металева коробка з розрідженим повітрям всередині. Коли тиск знижується, коробка розширюється. При зростаючому тиску коробка стискається і діє на прикріплену пружину. Пружина приводить в рух стрілку, яка показує на шкалі рівень тиску.

Цікавий факт: існує еталон одиниці тиску (як і інших одиниць фізичних величин). Первинний еталон, що відображає абсолютне тиск максимально точно, знаходиться у Всеросійському НДІ метрології імені Менделєєва (Санкт-Петербург).

Норма атмосферного тиску для людини

Нормальний атмосферний тиск – це 760 мм ртутного стовпа або 101 325 Па при температурі 0℃ на рівні моря (45º широти). При цьому на кожний квадратний сантиметр поверхні землі атмосфера тисне з силою в 1,033 кг Ртутний стовп висотою 760 мм врівноважує масу цього повітряного стовпа.

Показник 760 мм теж був визначений Торрічеллі в ході експерименту. Також він зауважив, що коли колба наповнюється ртуттю, вгорі залишається порожнеча. Згодом це явище отримало назву «торричеллиевой порожнечі». Тоді вчений ще не знав, що в ході свого експерименту створив вакуум – тобто простір, вільний від яких-небудь речовин.

При стандартному тиску 760 мм ртутного стовпа людина відчуває себе найбільш комфортно. Якщо врахувати попередні дані, то на людину повітря тисне із силою близько 16 тонн. Чому тоді ми не відчуваємо цього тиску?

Справа в тому, що усередині організму теж є тиск. Не тільки люди, але і представники тваринного світу пристосувалися до атмосферного тиску. Кожен орган формувався і розвивався під впливом цієї сили. Коли атмосфера впливає на тіло, ця сила розподіляється рівномірно по всій поверхні. Таким чином, тиск врівноважується, і ми його не відчуваємо.

Карта атмосферного тиску Росії

Норму атмосферного тиску не варто плутати з кліматичною нормою. Кожен регіон має свої стандарти для певної пори року. Наприклад, жителям Владивостока пощастило, оскільки там середньорічний показник атмосферного тиску майже дорівнює нормі – 761 мм ртутного стовпа.

А в населених пунктах, розташованих у гірській місцевості (наприклад, у Тибеті), тиск набагато нижче – 413 мм ртутного стовпа. Це пов’язано з висотою близько 5000 м.

Підвищення і пониження тиску

Коли тиск перевищує позначку в 760 мм. рт. ст., його називають підвищеним, а коли показник менше норми – зниженим.

Протягом 24 годин відбувається кілька перепадів атмосферного тиску. Вранці і ввечері воно підвищується, а після 12 годин дня і ночі – знижується. Це відбувається в зв’язку з тим, що змінюється температура повітря і, відповідно, його потоки переміщаються.

В зимовий період над материковою частиною Землі відзначається найбільш високий атмосферний тиск, тому що повітря має низьку температуру і відрізняється високою щільністю. Влітку спостерігається протилежна ситуація – зазначається мінімальний тиск.

У більш глобальних масштабах рівень тиску теж залежить від температури. Земна поверхня нагрівається неоднаково: планета має геоидную (а не ідеально круглу форму і обертається навколо Сонця. Одні зони нагріваються сильніше, інші – слабкіше. З-за цього і атмосферний тиск розподіляється по поверхні планети зонально.

Пояси атмосферного тиску

Вчені виділяють 3 поясу, де переважає низький тиск і 4 пояси з переважаючими максимумами. Зона екватора прогрівається більше всього, тому легкий тепле повітря піднімається вгору, а на поверхні утворюється низький тиск.

Поблизу полюсів все навпаки: холодне повітря опускається, тому тут відзначається високий тиск. Якщо подивитися на схему розподілу тиску по поверхні планети, можна помітити, що поясу мінімумів і максимумів чергуються.

Крім того, потрібно пам’ятати і про нерівномірному нагріванні обох півкуль Землі протягом року. Це призводить до певного зміщення поясів низького і високого тиску. Влітку вони зсуваються в північному напрямку, а взимку – в південному.

Вплив на людину

Атмосферний тиск чинить серйозний вплив на організм людини. Це цілком природно, якщо враховувати все вищесказане щодо сили, з якою повітря тисне на наше тіло і чиниться протидії.

Як зміни в погоді впливають на людину

Існує поняття метеорологічної залежності, підтверджена наукою і медициною. Метеопатамі вважаються люди, організм яких не реагує навіть на мінімальні відхилення тиску від норми. До них також відносяться люди з деякими хронічними захворюваннями (зокрема серцево-судинної, нервової системи та ін).

В цілому організм людини вміє пристосовуватися до зміни кліматичних умов. Наприклад, при подорожі в країну, з абсолютно іншими погодними умовами може знадобитися кілька днів на акліматизацію.

Значні відхилення від норми будуть відчутні для абсолютно будь-якої людини. Сюди відноситься як підвищений, так і знижений тиск.

У звичайному житті підвищення атмосферного тиску до критичного рівня, при якому погіршується самопочуття людини, не відбувається (за винятком вищезгаданих метеозалежних і хронічно хворих). Відчути його ефект можна, наприклад, при зануренні на велику глибину.

Знижений і підвищений тиск

Знижений атмосферний тиск більш небезпечно. Його вплив можна легко відчути на великій висоті. Існує поняття висотної хвороби, при якій збільшується кількість вуглекислого газу. Об’єм кисню при цьому, навпаки, знижується, тому тканини організму відчувають кисневе голодування. Судини швидко реагують на це, провокуючи різке зростання тиску в організмі.

Циклон

Циклон – це величезна маса повітря, яка обертається у вигляді вихору навколо вертикальної осі діаметром до декількох тисяч кілометрів. У центрі цього вихору спостерігається знижений тиск.

Циклони

У Північній півкулі атмосферний вихор циклону обертається проти годинникової стрілки, в Південному – за годинниковою. Циклони виникають регулярно, так як їх утворення прямо пов’язано з обертанням Землі. Не буває циклонів поряд з екватором.

Циклони бувають двох типів:

1. Тропічні. Виникають в тропічних широтах, відрізняються відносно невеликими розмірами. Проте їм властива величезна, руйнівна сила вітру.
2. Внетропические. Формуються у полярних та помірних широтах. Досягають декількох тисяч кілометрів у діаметрі.

Цікавий факт: в тропічних циклонах нерідко спостерігається «око бурі» – це область розміром близько 20 км в самому центрі вихору, в якій зберігається ясна і безвітряна погода.

Головні відмітні особливості циклону – колосальна енергія, яка проявляється у вигляді сильних вітрів, бур, гроз, шквалів, опадів. Потужним тропічних циклонів присвоюють унікальні імена або назви, наприклад, «Катріна» (2005), «Ніна» (1975), «Доріан» (2019).

Антициклон

Антициклон – це не тільки протилежність циклону. Дане явище має інший механізм виникнення. Вітер в обох півкулях Землі рухається в зворотному напрямку в порівнянні з циклоном.

Антициклон

Антициклон-це область високого тиску. Їй властиві замкнуті ізобари – лінії, якими відзначаються місця з однаковим атмосферним тиском.

Антициклон приносить стабільні погодні умови, відповідні пори року. Влітку це спекотна безвітряна погода, взимку – морозна. Характеризується малою кількістю хмар або повною їх відсутністю.

Формуються антициклони на певних ділянках. Наприклад, найчастіше вони виникають над великими масивами льоду: в Антарктиді, Гренландії, Арктики. Також зустрічаються в тропіках.

Антициклони теж несуть в собі небезпеку і неприємні наслідки. Вони можуть сприяти виникненню пожеж, тривалих посух. При довгому відсутності вітру у великих містах накопичуються шкідливі речовини, гази, що особливо гостро відчувають люди з захворюваннями дихальних шляхів.

Різниця між циклоном і антициклономЦікавий факт: існують блокуючі циклони, які формуються над певною зоною і нікуди не рухаються. При цьому вони не пропускають інші повітряні маси. Зазвичай вони тривають не довше 5 діб, але регулярно в Європейській частині Росії антициклони тримаються близько місяця. Останній раз це було в 2015 році. Результат – спека, посуха, лісові пожежі.

Як з висотою змінюється атмосферний тиск? Формула, графік

Атмосферний тиск безпосередньо залежить від висоти. Чим вище, тим тиск нижче, і навпаки. Якщо піднятися на 12 м вище рівня моря, стовпчик ртуті в барометрі знизиться на 1 мм.

Тиск частіше відображають в гектопаскалях замість мм рт. ст.: 1 мм = 133,3 Па = 1, 333 гПа. Показати співвідношення висоти і тиску можна за допомогою нескладної формули:

∆h/∆P=12 м/мм рт. ст або ∆h/∆P=9 м/гПа,

де ∆h — зміна висоти,
∆P — зміна тиску.

Таким чином, при підйомі на 9 метрів, рівень тиску знижується на 1 гПа. Цей показник називається баричной щаблем. Норма атмосферного тиску 1013 гПа (можна округлити до 1000).

Як за допомогою цих даних розрахувати зміну тиск на іншій висоті? Наприклад, при підйомі на 90 м тиск знизиться на 10 гПа. В такому разі виходить, що при підйомі на 900 м тиск впаде до 0.

Але з висотою змінюється і щільність повітря, тому, коли мова йде про більшої дистанції (починаючи з 1,5-2 км), всі розрахунки треба проводити з урахуванням даного показника.

Графік співвідношення висоти і тиску

Графік зміни атмосферного тиску з висотою наочно відображає все вищесказане. Він набуває вид кривої лінії, а не прямий. З-за того, що щільність атмосфери неоднакова, із збільшенням висоти тиск починає знижуватися повільніше. Проте воно ніколи не досягне нуля, оскільки всюди є якесь речовина у Всесвіті немає вакууму.

Атмосферний тиск в горах

В горах тиск буде в будь-якому випадку нижче. Як себе при цьому почуває людина, залежить від висоти, а також додаткових умов. Наприклад, при нормальній вологості підйом на 3000 м може викликати слабкість, зниження працездатності. Це пояснюється нестачею кисню.

У вологому кліматі аналогічні відчуття виникають вже на висоті 1000 м. Справа в тому, що молекули води витісняють молекули кисню – у вологому повітрі його менше. А в сухому кліматі можна практично без проблем піднятися на 5000 м.

Зниження тиску з висотою

Різна висота і її вплив:

1. 5 км – відчуття нестачі кисню.
2. 6 км – максимальна висота, на якій розташовуються постійні поселення.
3. 8,9 км – висота Евересту. Вода закипає при температурі +68℃. Недовго перебувати на такому рівні можуть підготовлені люди.
4. 13,5 км – безпечно перебувати лише при наявності чистого кисню. Максимально допустима висота, на якій можна перебувати без спеціального захисту.
5. 20 км – висота, неприпустима для людини. Тільки за умови знаходження в герметичній кабіні.

Цікаве відео про атмосферний тиск

Джерело