Ilmakehän paine on voima, jolla ympäröivä ilma, eli ilmakehä, vaikuttaa meihin. Artikkelissa esitellään kokeita, joiden aikana varmistamme, että ilmanpaine todella on olemassa. Selvitämme, kuka mittasi sen ensimmäistä kertaa, mitä tapahtuu, kun ilmanpaine jakautuu epätasaisesti ja paljon muuta.
Ilmakehän paineen ilmenemismuotoja
Jos ilma painaa kaikkea ympärillä, se painaa jotain. Onko tämä todella totta, miksi se sitten näyttää meistä painottom alta? Tehdään kokeita, jotka osoittavat, että ilmanpaine todella on olemassa.
Täytä ruisku vedellä keskelle ja vedä sitten mäntä ylös. Vesi seuraa mäntää. Syynä tähän on ilmanpaine, mutta kun ihmiset eivät vielä tienneet sen olemassaolosta, he sanoivat, että luonto ei yksinkertaisesti siedä tyhjyyttä. Tiedämme nyt, että kun mäntä nousee, syntyy aluealennettu paine, ja ilmakehä puristaa vettä ruiskuun.
Kokemusta muovikortista ja purkista
Täytä lasipurkki vedellä, peitä kansi muovipalalla, esimerkiksi kortilla. Käännetään purkki ympäri ja katsotaan, että kortti pysyy paikallaan eikä putoa. Veden paineen voima kompensoidaan ilmakehän painevoimalla. Mikään ei paina vettä ylhäältä, mutta ilmapiiri painaa alha alta, minkä seurauksena kortti pysyy. Jos ilmaa pääsee muovin ja purkin väliin, kortti putoaa ja vesi valuu ulos.
Torricelli-laite
Italialainen tiedemies Torricelli mittasi ilmanpainetta ensimmäistä kertaa. Hän teki tämän niin kutsutulla elohopeabarometrillä. Ensin Torricelli täytti lasiputken elohopealla ylös, otti suuren elohopeakulhon, käänsi putken ympäri, upposi sen kulhoon ja avasi alapään. Merkurius alkoi laskeutua, mutta ei tullut kokonaan ulos, vaan laskeutui tietylle korkeudelle.
Kävi ilmi, että tämä taso on 760 mm. Siksi ilmakehän paine pystyy pitämään 760 mm:n elohopeapatsaan. Jos paine nousee, siihen mahtuu korkeampi pylväs, jos se laskee, vähemmän. Jos näin on, sen koko voidaan arvioida pilarin korkeuden perusteella. Siksi käytännössä ilmakehän ja kaasujen paine mitataan usein tarkasti elohopeamillimetreinä. Luodaan suhde elohopeamillimetrien ja tavanomaisten pascalin yksiköiden välille.
Miten elohopeamillimetrit ja pascalit liittyvät toisiinsa
Ilmakehän paine nostaa elohopeaa 760 mm. Se tarkoittaa sitäelohopeakolonni, jonka korkeus on 760 mm, jonka voima on yhtä suuri kuin normaali ilmanpainetaso. 1 mm Hg on paine, jonka tuottaa 1 mm korkea elohopeapatsas. Kuvittele, että elohopeapatsaan korkeus on 1 mm. Laske tätä korkeutta vastaava hydrostaattinen paine.
P=1 mmHg Hydrostaattinen paine lasketaan kaavalla: ρgh. ρ on elohopean tiheys, g on painovoiman aiheuttama kiihtyvyys, h on nestepatsaan korkeus. ρ=13, 6103 kg/m3, g=9, 8 N/kg, h=110 -3 m. Korvaa nämä tiedot kaavaan. Muunnoksen jälkeen 13,69,8=133,3 N/m2 säilyy. N/m2 - tämä on Pascal (Pa). Jos ilmanpaine muunnetaan hektopascaleiksi, niin 1 mm Hg. Taide. vastaa 1,333 hPa.
Hg ja sää
Torricelli katseli elohopeabarometrin lukemia pitkään. Hän huomasi mielenkiintoisen asian. Kun elohopeapatsas laskee, eli kun ilmanpaine laskee matalaksi, alkaa hetken kuluttua huono sää. Kun elohopeapatsas nousee, huono sää korvataan jonkin ajan kuluttua hyvällä säällä. Eli ilmanpaineen mittauksen avulla voit tehdä sääennusteen.
Nyt sääpalvelut ympäri vuorokauden, 3 tunnin välein, mittaavat ilmanpainetta. Jules Vernen kirja Viisitoista-vuotias kapteeni kuvaa barometrin ja sään havainnointia. Kirjan päähenkilö havaitsi, että jos elohopeapatsas putoaa nopeasti, sää huononee jyrkästi, mutta ei kauaa, jos elohopean taso laskee hitaasti, useiden päivien aikana,sää huononee vähitellen, mutta kestää pitkään.
Mitä tapahtuu, kun ilmanpaine jakautuu epätasaisesti
Otetaan huomioon synoptinen kartta. Se sisältää ilmanpaineen arvot eri alueilla, kaupungeissa, maissa, mantereilla. Ilmamassojen liikesuunta on osoitettu nuolilla. Miksi tuuli puh altaa? Ilmanpaine on paikoin korkeampi ja toisissa pienempi. Siitä, missä se on suurempi, tuuli puh altaa pienempään. Näemme sen kartan nuolien suuntaan.
Jos katsot koko planeettaa, voit nähdä, että se on erilainen eri osissa. Korkeapaineiset alueet on merkitty violetilla, missä tuulen nuolet pyörivät ja liikkuvat myötäpäivään. Tätä korkean paineen aluetta kutsutaan antisykloniksi. Yleensä on selkeä sää.
Mutta Espanja ja Portugali. Tässä havaitsemme kaksi voimakkainta antisyklonia. Ilmavirtojen vääntyminen on yhteydessä maapallon pyörimiseen.
Ja tässä on kaksi voimakasta aluetta, joilla on alhainen ilmanpaine - vain 965 hectopascals. Tämä on sykloni, jonka ilma pyörii vastapäivään.
Näin voit tarkkailla ilmanpaineen jakautumista planeettamme eri paikoissa. Nykyään meteorologit ennustavat tarkasti sään muutokset, jotka tapahtuvat, kun ilmanpaine jakautuu epätasaisesti.
Paine merenpinnan tasolla ja sen yläpuolella
Oletetaan, että barometri näyttää 1006 hPa:n painetta. Mutta joskatso tietyn alueen, kaupungin synoptista karttaa, voi käydä ilmi, että ilmanpaine on siellä erilainen. Miksi tämä tapahtuu? Tosiasia on, että synoptiset kartat osoittavat ilmanpaineen arvot merenpinnan tasolla. Voimme olla tietyllä korkeudella merenpinnan yläpuolella, joten ilmanpaine, jonka ilmapuntari näyttää huoneessa, on pienempi kuin merenpinnan tasolla.
Korkeusmittari
Miten sijaintisi korkeus mitataan? Barometrin k altaisia erikoislaitteita on olemassa, mutta niiden asteikkoa ei ole mitoitettu paineyksiköissä, vaan korkeusyksiköissä. Turisteilla ja lentäjillä on tällaiset laitteet. Niitä kutsutaan korkeusmittareiksi tai parametrisiksi korkeusmittareiksi. Kun lentäjä on maassa, hän asettaa korkeusmittarin nollaan, koska hänen korkeus maanpinnasta on nolla. Tarvittaessa hän asettaa nuolen merenpinnan yläpuolelle sen mukaan, onko hänelle tärkeää tietää, millä korkeudella lentokenttä on merenpinnan yläpuolella vai ei. Pitkän matkan lennoilla tästä voi olla hyötyä, varsinkin jos lentokenttä on vuoristossa. Sitten lentäjä määrittää korkeuden katsomalla korkeusmittarin neulaa.
Miksi ilmanpaine nousee korkeuden myötä
Kun saimme tietää, että kun ilmanpaine jakautuu epätasaisesti, tuulee, selvitetään miksi paine laskee korkeuden kasvaessa. Ilmalla on painoa, joten se vetää puoleensa maata, kohdistaa siihen painetta. Jos asetamme barometrin tiettyyn ilmakehän kerrokseen, se ilmakehän kerros painaa sitä,joka on yläpuolella. On huomattava, että ilmakehällä ei ole selkeitä rajoja.
Jos asetamme barometrin merenpinnalle, paine on yhtä suuri kuin tämän ilmakerroksen paineen ja ilmakehän päällä olevien kerrosten paineiden summa. Eli kun korkeus kasvaa, paine laskee. Herää kysymys: onko mahdollista laskea ilmanpaine kaavan Р=ρgh mukaan? Ei, koska ilman tiheyden arvo ei ole vakio ilmakehän eri kerroksissa. Alhaalla ilmassa on enemmän painetta, joten se on tiheämpää, ja yläosassa vähemmän tiheää.
