Každý je obeznámen s atmosférickým tlakem, alespoň díky lekcím fyziky a předpovědím počasí. Kromě toho jsou zajímavé nuance vlivu tlaku na osobu.
Co je to atmosférický tlak?
Tlak atmosféry - to je tlak plynové skořápky naší planety, atmosféra, která působí na všechny objekty v ní, stejně jako zemský povrch. Tlak odpovídá síle, která působí v atmosféře na jednotku plochy.
Zjednodušeně řečeno, je to síla, se kterou vzduch kolem nás působí na povrch Země a objekty. Sledováním změn atmosférického tlaku lze předpovídat povětrnostní podmínky ve spojení s dalšími faktory.
Proč a proč je vytvářen atmosférický tlak?
Specialisté studující zemskou atmosféru a různé meteorologické jevy pečlivě sledují, jak se pohybují vzdušné hmoty. To je hlavní faktor ovlivňující klimatické podmínky konkrétní oblasti. Tato pozorování umožnila pochopit, proč se vyskytuje atmosférický tlak.
Gravitace je na vině. Prostřednictvím mnoha experimentů bylo prokázáno, že vzduch není v žádném případě beztíže. Skládá se z různých plynů, které mají určitou hmotnost. Tudíž gravitační síla Země působí na vzduch, což přispívá k vytváření tlaku.
Zajímavý fakt: veškerý vzduch na planetě (nebo celá atmosféra Země) váží 51 x 1014 tun
Po celém světě není hmotnost vzduchu stejná. V souladu s tím také kolísá úroveň atmosférického tlaku. V oblastech s větší hmotností vzduchu je vyšší tlak. Pokud je méně vzduchu (v takových případech se také nazývá vzácně), pak je tlak nižší.
Proč se mění váha atmosféry? Tajemství tohoto jevu spočívá v ohřevu vzduchových hmot. Faktem je, že k ohřevu vzduchu nedochází vůbec ze slunečního světla, ale kvůli zemskému povrchu.
V jeho blízkosti se vzduch zahřívá a stává se lehčí a stoupá. V této době se ochlazené proudy stávají těžšími a nižšími. Tento proces pokračuje. Každý proud vzduchu má svůj vlastní tlak a jeho rozdíl způsobuje vítr.
Jak atmosférické složení ovlivňuje tlak?
Atmosféra obsahuje obrovské množství plynů. Většinou se jedná o dusík a kyslík (98%). K dispozici je také oxid uhličitý, neon, argon atd. Atmosféra začíná mezní vrstvou o tloušťce 1 až 2 km a končí exosférou v nadmořské výšce asi 10 000 km, kde plynule přechází do meziplanetárního prostoru.
Složení atmosféry ovlivňuje tlak v důsledku hustoty. Každá součást má svou vlastní hustotu. Čím vyšší je výška, tím tenčí je vrstva atmosféry a její nižší hustota. V důsledku toho se tlak snižuje.
Měření atmosférického tlaku
V mezinárodním systému jednotek je atmosférický tlak měřen v pascalech (Pa). Také v Rusku se používají jednotky jako bar, milimetry rtuti a jejich deriváty. Jejich použití je způsobeno přístroji, kterými se měří tlak - rtuťové barometry. 1 mmHg odpovídá asi 133 Pa.
Barometry se dodávají ve dvou typech:
- tekutý;
- mechanický (aneroidní barometr).
Kapalinové barometry naplněné rtutí. Vynález tohoto zařízení je zásluhou italského vědce Evangelisty Torricelliho. V roce 1644 provedl experiment s nádobou, rtutí a baňkou, která s otevřeným otvorem upadla do kapaliny.
Při změně tlaku rtuť stoupala nebo klesala do baňky. Moderní rtuťové barometry s váhami jsou považovány za nejpřesnější, ale ne příliš pohodlné, proto se používají na meteorologických stanicích.
Více obyčejné aneroidní barometry. Konstrukce takového zařízení poskytuje kovovou krabici se vzácným vzduchem uvnitř. Když tlak poklesne, skříňka se rozšíří. Se zvyšujícím se tlakem se skříň zmenšuje a působí na připojenou pružinu. Pružina pohání šipku, která zobrazuje úroveň tlaku na stupnici.
Zajímavý fakt: Existuje standardní jednotka tlaku (stejně jako další jednotky fyzikálních veličin). Primárním standardem, který zobrazuje absolutní tlak co nejpřesněji, je Mendelovův All-Russian Research Institute of Metrology (St. Petersburg).
Atmosférický tlak na člověka
Normální atmosférický tlak - Toto je 760 mm Hg nebo 101 325 Pa při teplotě 0 ℃ při hladině moře (45 ° zeměpisná šířka). Atmosféra navíc působí na každý čtvereční centimetr zemského povrchu silou 1,033 kg. Hmotnost tohoto vzduchového sloupce vyrovnává 760 mm vysoká rtuťová kolona.
Během experimentu Torricelli také určil indikátor 760 mm. Také si všiml, že když je baňka naplněna rtutí, zůstává nahoře prázdnota. Následně byl tento jev nazýván „prázdnotou Torricellium“. Vědec ještě nevěděl, že v průběhu svého experimentu vytvořil vakuum - to znamená prostor bez jakýchkoli látek.
Při standardním tlaku 760 mmHg se člověk cítí nejpohodlněji. Pokud vezmete v úvahu předchozí data, pak vzduch tlačí na osobu se silou asi 16 tun. Proč tedy necítíme tento tlak?
Faktem je, že uvnitř těla je také tlak. Atmosférickému tlaku se přizpůsobili nejen lidé, ale také zástupci světa zvířat. Každý orgán byl formován a vyvíjen pod vlivem dané síly. Když atmosféra působí na tělo, je tato síla rozložena rovnoměrně po celé ploše. Tlak je tedy vyrovnaný a my to necítíme.
Norma atmosférického tlaku by neměla být zaměňována s klimatickou normou. Každý region má své vlastní standardy pro konkrétní časové období roku. Například obyvatelé Vladivostoku měli štěstí, protože tam se průměrný roční ukazatel atmosférického tlaku téměř rovná normě - 761 mm Hg.
A v osadách umístěných v horských oblastech (například v Tibetu) je tlak mnohem nižší - 413 mmHg. Je to kvůli výšce asi 5000 m.
Zvýšení a snížení tlaku
Když tlak překročí značku 760 mm. Hg. Art., To se nazývá zvýšené, a když je ukazatel méně než normální - nízká.
Během 24 hodin dojde k několika poklesům atmosférického tlaku. Ráno a večer stoupá a po 12 poledne a den se snižuje. K tomu dochází v důsledku skutečnosti, že se teplota vzduchu mění, a proto se jeho toky pohybují.
V zimě je nejvyšší tlak vzduchu pozorován na pevnině, protože vzduch má nízkou teplotu a vysokou hustotu. V létě je pozorována opačná situace - existuje minimální tlak.
V globálnějším měřítku závisí úroveň tlaku také na teplotě. Povrch Země se zahřívá jinak: planeta má geoidní (spíše než dokonale kulatý) tvar a otáčí se kolem Slunce. Některé zóny se více zahřívají, jiné méně. Z tohoto důvodu je atmosférický tlak rozložen zonálně po povrchu planety.
Vědci rozlišují 3 pásy, kde převládá nízký tlak, a 4 pásy s převládajícími maximy. Rovníková zóna se zahřívá nejvíce, takže se lehký teplý vzduch zvedá a poblíž povrchu se tvoří nízký tlak.
U pólů je opak pravdou: studený vzduch padá, takže zde je zaznamenán vysoký tlak. Pokud se podíváte na rozložení tlaku na povrchu planety, všimnete si, že se pásy minima a maxima střídají.
Kromě toho si musíte pamatovat na nerovnoměrné zahřívání obou polokoulí Země během roku.To vede k určitému přemístění nízkotlakých a vysokotlakých pásů. V létě se pohybují na sever a v zimě na jih.
Dopad na člověka
Atmosférický tlak má vážný dopad na lidské tělo. To je zcela přirozené, pokud vezmeme v úvahu všechny výše uvedené, pokud jde o sílu, se kterou vzduch tlačí na naše tělo a protiopatření.
Existuje koncept meteorologické závislosti, potvrzený vědou a medicínou. Meteopati jsou lidé, jejichž tělo reaguje i na minimální odchylky tlaku od normy. Patří sem také lidé s některými chronickými onemocněními (zejména kardiovaskulárním, nervovým systémem atd.).
Obecně se lidské tělo může přizpůsobit změnám klimatických podmínek. Například při cestování do země se zcela odlišnými povětrnostními podmínkami může trvat několik dní, než se aklimatizuje.
Významné odchylky od normy budou patrné pro absolutně každou osobu. To zahrnuje jak vysoký, tak nízký krevní tlak.
V běžném životě nedochází ke zvýšení atmosférického tlaku na kritickou úroveň, při které se zhoršuje blaho člověka (s výjimkou výše uvedeného počasí závislého a chronicky nemocného). Jeho účinek můžete pociťovat například při potápění do velkých hloubek.
Nízký atmosférický tlak je nebezpečnější. Jeho účinek lze snadno pociťovat ve vysoké nadmořské výšce. Existuje koncept výškové nemoci, v níž se zvyšuje množství oxidu uhličitého. Objem kyslíku v tomto případě naopak klesá, takže tkáně těla pociťují hladovění kyslíkem. Plavidla na to rychle reagují a vyvolávají prudký nárůst tlaku v těle.
Cyklón
Cyklón - Jedná se o obrovské množství vzduchu, které se otáčí ve formě víru kolem svislé osy s průměrem až několika tisíc kilometrů. Uprostřed tohoto víru je pozorován snížený tlak.
V severní polokouli se atmosférický vír cyklónu otáčí proti směru hodinových ručiček, v jižní polokouli - ve směru hodinových ručiček. Cyklony se vyskytují pravidelně, protože jejich formace přímo souvisí s rotací Země. V blízkosti rovníku nejsou žádné cyklóny.
Cyklony se dodávají ve dvou typech:
- Tropický. Vyskytují se v tropických šířkách, liší se relativně malými rozměry. Vyznačují se však obrovskou ničivou silou větru.
- Extra tropické. Tvoří se v polárních a mírných zeměpisných šířkách. Dosah v průměru několika tisíc kilometrů.
Zajímavý fakt: v tropických cyklonech je často pozorováno „oko bouře“ - jedná se o oblast asi 20 km v samém středu víru, v níž zůstává jasné a klidné počasí.
Hlavními charakteristickými rysy cyklónu jsou kolosální energie, která se projevuje ve formě silného větru, bouří, bouřek, plesků, srážek. Silným tropickým cyklónům jsou dány jedinečné názvy nebo jména, například Katrina (2005), Nina (1975), Dorian (2019).
Anticyklóna
Anticyklóna - To není jen opak cyklónu. Tento jev má jiný mechanismus výskytu. Vítr se v obou polokoulích Země pohybuje ve srovnání s cyklonem opačným směrem.
Anticyklon je oblast vysokého tlaku. Vyznačuje se uzavřenými izobary - jedná se o linie, které označují místa se stejným atmosférickým tlakem.
Anticyklon přináší stabilní povětrnostní podmínky odpovídající ročnímu období. V létě je klidné, horké počasí, v zimě mrazivé. Vyznačuje se malým počtem mraků nebo jejich úplnou nepřítomností.
V některých oblastech se tvoří anticyklony. Například nejčastěji se vyskytují nad velkými ledovými masami: v Antarktidě, Grónsku a Arktidě. Také se nachází v tropech.
Anticyklony také nesou nebezpečí a nepříjemné následky. Mohou přispět k požárům, prodloužit období sucha.Při velké nepřítomnosti větru ve velkých městech se hromadí škodlivé látky a plyny, což je zvláště akutní u lidí s onemocněním dýchacích cest.
Zajímavý fakt: Existují blokující cyklóny, které se tvoří přes konkrétní oblast a nikam se nepohybují. Nepřekračují však jiné vzdušné masy. Obvykle netrvají déle než 5 dnů, ale pravidelně v evropské části Ruska anticyklony trvají asi měsíc. Naposledy to bylo v roce 2015. Výsledkem jsou teplo, sucho, lesní požáry.
Jak se atmosférický tlak mění s výškou? Vzorcový graf
Atmosférický tlak je přímo závislý na nadmořské výšce. Čím vyšší je nižší tlak a obráceně. Pokud se zvednete 12 m nad hladinou moře, sloupec rtuti v barometru se sníží o 1 mm.
Tlak je často zobrazován v hektopascalech namísto mmHg. start .: 1 mm = 133,3 Pa = 1, 333 hPa. Vztah mezi výškou a tlakem lze ukázat pomocí jednoduchého vzorce:
∆h / ∆P = 12 m / mmHg. st nebo ∆h / ∆P = 9 m / hPa,
kde ∆h je změna výšky,
∆P - změna tlaku.
Když tedy stoupne na 9 metrů, úroveň tlaku se sníží o 1 hPa. Tento indikátor se nazývá bariková fáze. Norma atmosférického tlaku je 1013 hPa (lze zaokrouhlit na 1000).
Jak tyto údaje použít k výpočtu změny tlaku v jiné výšce? Například při zvedání 90 m se tlak sníží o 10 hPa. V tomto případě se ukazuje, že při stoupání na 900 m tlak klesne na 0.
Hustota vzduchu se však také mění s výškou, a proto, pokud jde o větší vzdálenost (od 1,5 do 2 km), musí být všechny výpočty provedeny s ohledem na tento ukazatel.
Graf změn atmosférického tlaku s nadmořskou výškou jasně ukazuje všechny výše uvedené. Má podobu zakřivené čáry, nikoli přímé čáry. Vzhledem k tomu, že hustota atmosféry není stejná, se stoupající nadmořskou výškou začne tlak klesat pomaleji. Nikdy však nedosáhne nuly, protože všude je nějaký druh látky - ve vesmíru není vakuum.
Atmosférický tlak v horách
V horách bude tlak stejně nižší. To, jak se člověk cítí současně, závisí na výšce a dalších podmínkách. Například při normální vlhkosti může stoupání 3 000 m způsobit slabost a špatný výkon. Je to kvůli nedostatku kyslíku.
Ve vlhkém klimatu se podobné pocity objevují již v nadmořské výšce 1000 m. Skutečností je, že molekuly vody vytlačují molekuly kyslíku - ve vlhkém vzduchu je méně. A v suchém podnebí můžete téměř vyšplhat až na 5000 m.
Různé výšky a jejich účinky:
- 5 km - pocit nedostatku kyslíku.
- 6 km je maximální výška, ve které se nacházejí trvalé osady.
- 8,9 km - výška Everestu. Voda se vaří při teplotě + 68 ℃. Na krátkou dobu mohou být na této úrovni vyškolení lidé.
- 13,5 km - bezpečné zůstat pouze v přítomnosti čistého kyslíku. Maximální přípustná výška, ve které můžete zůstat bez zvláštní ochrany.
- 20 km - výška nepřijatelná pro člověka. Pouze v uzavřené kabině.