Как давит воздух на Землю
Нормальным средним современная физика считает давление, когда столбик атмосферы над 1 см2 площади весит 1,033 кг. Показатели были получены на нулевом уровне моря при 0⁰С, на широте 45⁰. Эта масса поднимает ртуть в трубке барометра вверх на 760 мм. Иногда показатель фиксируют в других физических единицах – Паскалях.
Для измерения величины используют барометры:
- Ртутные.
- Металлические (анероиды).
Основная деталь ртутного – это запаянная стеклянная трубка, которая открытым концом опущена в емкость с ртутью. Земной воздух давит на серебристую жидкость, та поднимается по трубочке, рядом с которой помещают миллиметровую шкалу.
На сколько миллиметров поднялся столбик, таким и будет значение, показывающее, как сильно атмосфера давит на площадь 1 см2.
Ртутный барометр
Анероиды сделаны по другому принципу. По сути – это металлическая коробка, из которой откачали воздух. Атмосфера (она более плотная, чем содержимое коробки) давит на стенки, и они прогибаются. Через систему рычагов они соединяются со стрелкой, которая указывает на текущее значение.
Величина давления атмосферы колеблется вокруг нормальных значений и зависит от погоды. Минимум (641,3 мм рт.ст.) был зафиксирован внутри тайфуна «Нэнси», зародившегося в Тихом океане и обрушившегося на Японию в 1961 году.
Рекордно высоко поднялась ртуть в барометре (815,85 мм рт.ст.) однажды зимой в одном из городов Красноярского края в России. До этого рекордсменом считался Хубсубульский аймак в Монголии.
Определение циклона
Область пониженного давления в атмосфере – это циклон. Он проявляется в виде шторма или даже смерча. В центре циклона давление значительно ниже, чем по краям.
Если он образовался в северном полушарии, движение воздушных масс будет совершаться против циркуляции часовой стрелки. В южной стороне планеты – наоборот. Сила Кориолиса двигает циклон вправо, а в южном – влево.
Область пониженного атмосферного давления, где формируется смерч или шторм, располагается изначально над водной поверхностью. Поэтому такое явление природы приносит с собой дождливую, облачную погоду. Частые порывы ветра вызваны разницей давления в центре и периферии циклона. Область пониженного атмосферного давления воздуха формируется с летними дождями и похолоданием, а зимой – оттепелями и снегопадами. Воздух при этом движется от края циклона к его центру, где он поднимается и охлаждается.
Почему оно не одинаковое
Атмосферное давление меняется и на это влияют:
- высота точки над уровнем моря;
- сезон;
- время суток;
- климатическая зона;
- изменения температуры.
Чем выше, тем ниже
Чем выше точка над уровнем моря, тем все более разреженным становится воздух, тем ниже становится давление атмосферы. В нижних слоях воздушной оболочки земли давление убывает каждые 11 метров на 1 мм рт.ст.
Например, на высоте 20 км оно составляет лишь 47 мм рт.ст. Поэтому при подъеме на такое расстояние от поверхности Земли у человека закипает кровь и межтканевые жидкости. Если не находиться в герметической кабине самолета или аэростата, то смерть наступит почти мгновенно.
Известно, что в разных населенных пунктах планеты норма давления атмосферы своя. Это логично, так как находиться они могут на разной высоте. Так, например, Челябинск построен на возвышении — 226 м от нулевой отметки уровня мирового океана. Нормальное атмосферное давление для него — это 739 мм рт.ст.
Расположение Кургана по отношению к поверхности мирового океана – 72 м, и типичные показания барометра, которые можно считать нормальными – 753 мм рт. ст.
Перепады температуры
Какое время года на дворе – это тоже влияет на показатель. Зимой он выше, так как зимний воздух холоднее и плотнее. Летом – ниже, потому что воздух теплее и разреженнее.
Та же температурная причина изменений уровня ртутного столбика в течение суток. Суточные колебания происходят в пределах 4 – 5 мм, а сезонные — не превышают 30 мм рт. ст. Все те же физические явления объясняют то, что в Арктике и Антарктиде постоянно высокое атмосферное давление, а на экваторе – низкое.
Циклон, вид из космоса
Неравномерное прогревание воздуха — фактор, ответственный за формирование территорий с пониженным давлением, вокруг которых формируются циклоны. Снижение показаний барометра может указывать на возможность дождя.
Считается, что дождь, если ртуть ниже 760 мм. И если задуматься, какое атмосферное давление правомерно считать низким и, наоборот, высоким, то эта цифра и будет пограничным критерием.
Метеозависимые люди очень чувствительны к перепадам давления. Значение ниже 750 мм рт.ст. для многих из них связано с неприятными ощущениями.
Медики объясняют это тем, что при низких показаниях барометра давление газов внутри тела, в жидкостях и полостях, становится выше, чем снаружи. Это раздражает рецепторы в органах и человек может ощущать ломоту в суставах.
Кроме того, ощущается кислородное голодание, не редки случаи головокружений, сонливости, оглушенного состояния.
Циркуляция воздуха
Образование областей пониженного атмосферного давления воздуха связано с процессом его циркуляции.
Она происходит из-за наклона земной оси и неоднородности прогрева планеты на экваторе и полюсах. Область пониженного атмосферного давления воздуха формируется благодаря высоким температурам на экваторе. Он при нагреве расширяется и поднимается вверх. А учитывая тот факт, что на полюсах происходит обратное действие и возникает повышенное давление, происходит циркуляция воздушных масс.
Причем, если в одной области образовывается низкое давление, то в другой обязательно будет формироваться повышенное.
Наименование вихрей
Чтоб избежать путаницы в определении метеорологами циклонов, область пониженного атмосферного давления начали называть каждый своим именем. Они отражали все его параметры, координаты и скорость передвижения. Было предложено именовать их цифрами и буквами, названиями птиц и животных. Очень популярным было называть циклоны женскими именами. Это было удобно и эффективно. Однако в конце 70-х и мужские имена стали применяться для таких целей. Подобная система позволила избежать ошибок и путаницы при обмене информацией о приближающемся шторме.
Ознакомившись с представленной выше информацией, можно прийти к выводу, что область пониженного давления – это циклон. Он приносит с собой влажную, пасмурную погоду. По силе различают как незначительные возмущения, так и ужасающие ураганы. Они могут принести как незначительные ухудшения погоды, так и крайне большие разрушения. Разобравшись в механизме их возникновения, можно понять, почему с каждым годом наблюдается рост сильных бурь и смерчей, которые порой появляются в совершенно непредвиденных для них областях. К этому приводит глобальное потепление, вызванное деятельностью человека на планете.
Атмосферное давление
Вспомните из курса природоведения, что называют атмосферным давлением.
Понятие об атмосферном давлении.
Воздух невидимое и легкое. Однако и оно, как и всякая вещество, имеет массу и вес. Поэтому оно оказывает давление на земную поверхность и на все тела, на ней находятся.
Это давление определяется весом столба воздухавысотой с всю атмосферу — от земной поверхности до самой ее верхней границы.
Установлено, что такой столб воздуха давит на каждый 1 см2 поверхности ссилой в 1 кг 33 г (соответственно на 1 м2 — Более 10 т!)
Итак, атмосферное давление
— Это сила, с которой воздух давит на земную поверхность и на все предметы на ней.
Поверхность тела человека составляет в среднем 1,5 м2. Согласно воздуха давить на нее весом в 15 т. Такое давление способно раздавитьвсе живое.
Почему же мы его не ощущаем? Это связано с тем, что внутричеловеческого организма также существует давление — внутренний, и он равно атмосферному.Если это равновесие нарушается, человек чувствует себя плохо.
Измерение атмосферного давления.
Атмосферное давление измеряют с помощью специального прибора — барометра. В переводе с греческого это слово означает «Измеритель тяжести».
На метеостанциях используют ртутный барометр
. Основная его часть — стеклянная трубка длиной 1м, запаянная с одного конца. В нее налито ртуть — тяжелый жидкий металл.
Открытым концом трубка погружена в широкую чашу, также заполненную ртутью. При переворачивании ртуть из трубки вылилась только до определенного уровня и остановилась.
Почему же онаостановилась, а не вылилась вся? Потому что воздух оказывает давление на ртуть в чаше и невыпускает ее всю из трубки.
Если атмосферное давление уменьшается, то ртуть в трубке опускается и наоборот. По высоте столба ртути в трубке, на которую нанесена шкала,определяют величину атмосферного давления в миллиметрах.
На параллели 450 на уровне моря притемпературе воздуха 0 0С под давлением воздуха столбик ртутиподнимается в трубке на высоту 760 мм. Такое давление воздуха считается нормальным атмосферным давлением
.
Если столб ртути в трубке поднимается выше 760 мм, то давление повышенный
, Ниже —
снижен
.Следовательно, давление столба воздуха всей атмосферы уравновешивается весом столба ртутивысотой 760 мм.
В походах и экспедициях пользуются более удобнымприбором — барометром-анероид
.»Анероид» в переводе с греческого означает «безридинний»:в нем нет ртути. Главной его частью является металлическая упругая коробочка, из которойскачали воздуха. Это делает ее очень чувствительной к изменениям давления извне.
Приповышенные давления она сжимается, при снижении — расширяется. Эти колебаниячерез особый механизм передаются стрелке, которая указывает на шкале величинуатмосферного давления в миллиметрах ртутного столба.
Зависимость давления от высоты местности и температуры воздуха.
Атмосферное давление зависит от высоты местности. Чем выше уровняморя, тем давление воздуха меньше. Он снижается, так как с поднятием уменьшаетсявысота столба воздуха, который давит на земную поверхность.
Кроме того, с высотой давление падает еще и потому, что уменьшается плотность самого воздуха. На высоте 5 кматмосферное давление снижается наполовину по сравнению с нормальным давлением на уровнеморя. В тропосфере с подъемом на каждые 100 м давление уменьшается примерно на 10мм рт. ст.
Зная, как изменяется давление, можно вычислить иабсолютное и относительное высоту места. Существует и особый барометр — высотомер
, В котором наряду со шкалойатмосферного давления, есть и шкала высот.
Итак, для каждой местности будет характерен свой нормальное давление: на уровне моря — 760 мм рт.века, в горах в зависимости от высоты — ниже. Например, для Киева, лежащейна высотах 140-200 м над уровнем моря, нормальным будет среднее давление 746 мм рт. ст.
Атмосферное давление зависит и от температуры воздуха.При нагревании объем воздуха увеличивается, оно становится менее плотным и легким.
За этого уменьшается и атмосферное давление. При охлаждении происходят обратныеявления. Следовательно, с изменением температуры воздуха непрерывно меняется и давление.
В течение суток он дважды повышается (утром и вечером) и дважды снижается (После полудня и после полуночи). Зимой, когда воздух холодный и тяжелое, давлениевыше, чем летом, когда оно более теплоеи легкое.
Итак, за изменением давления можно предсказать изменения погоды. Снижение давленияуказывает на осадки, повышение — на сухую погоду. Изменение атмосферного давления влияети на самочувствие людей.
Распределение атмосферного давления на Земле.
Атмосферноедавление, как и температура воздуха, распределяется на Земле полосами: различаютпояса низкого и высокого давления. Их образование связано с нагревом иперемещением воздуха.
Над экватором воздух хорошо прогревается. От этогооно расширяется, становится менее плотным, а потому легче. Легче воздуха поднимаетсявверх — происходит восходящее движение воздуха. Поэтому там у поверхности Землитечение года устанавливается пояснизкого давления
. Над полюсами, где в течение года температуры низкие, воздухохлаждается, становится более плотным и тяжелым.
Поэтому оно опускается -происходит нисходящее движение воздух — и увеличивается давление. Поэтому уполюсов образовались поясавысокогодавления
. Воздух, поднявшееся над экватором, растекаетсяк полюсам.
Но, не доходя до них, на высоте оно охлаждается, становится тяжелееи опускается на параллелях 30-350 в обоих полушариях. Как следствие — тамобразуются поясавысокого давления
. В умеренных широтах, на параллелях 60-650обоих полушарий образуются
пояса низкого давления
.
Таким образом, наблюдается тесная зависимость атмосферногодавления от распределения тепла и температур воздуха на Земле, когда восходящие инисходящие движения воздуха обуславливают неравномерное нагревание земной поверхности.
Вопросы и задания
1. Определите, сколько весит воздух, находящийсяв классе, если его длина 8 м, ширина 6 м, высота 3 м.
2. Почему атмосферное давление уменьшается с высотой?
3. Почему изменяется давление в одном и том жеместе? Как влияет на это изменение температуры воздуха?
4. Определите, примерно относительная высота горнойвершины, если у подошвы горы барометр показывает 720 мм, а на вершине — 420 мм.
5. Как распределяется атмосферное давление на Земле?
6. Вспомните, какая абсолютная высота вашейместности. Вычислите, который атмосферное давление можно считать нормальным для вашегоместности.
Виды циклонов
Область пониженного атмосферного давления воздуха бывает различной силы. Различают 4 типа циклонов:
- Возмущение, которое характеризуется движением воздуха со скоростью не более 17 м/с.
- Депрессия – скорость находится в диапазоне 17-20 м/с.
- Штормом называю циклон, центр которого движется до 38 м/с.
- Если движение «глаза бури» превышает 39 м/с, это уже ураган.
Тропический вихрь
Вихри тропических широт гораздо сильнее образующихся в умеренных широтах циклонов.
В районе 5-20 градусов южной и северной широты над поверхностью океана возникают подобные природные явления. Там, где формируется область пониженного атмосферного давления, происходит движение воздушных масс. Однако в тропических циклонах оно порой очень велико. Достигает 10-30 м/с. . Здесь наблюдается тихая погода. Чем он шире, тем разрушительнее буря. Обычно «глаз бури» составляет 30 км, но бывает, доходит до 70 км. Глобальное потепление приводит к увеличению мощи циклонов тропических широт. Конечно, встречаются и незначительные по силе подобные погодные явления. Однако мощные штормы и ураганы порой доходят до Европейских стран, Америки, где оставляют колоссальные разрушения с многочисленными жертвами.
