Ne visi zina, ka atmosfēras spiediens dažādos augstumos ir atšķirīgs. Ir pat speciāla ierīce gan spiediena, gan augstuma mērīšanai. To sauc par barometru- altimetru. Rakstā mēs detalizēti izpētīsim, kā atmosfēras spiediens mainās līdz ar augstumu un kāds ar to ir saistīts ar gaisa blīvumu. Apskatīsim šo atkarību no grafika piemēra.
Atmosfēras spiediens dažādos augstumos
Atmosfēras spiediens ir atkarīgs no augstuma. Palielinot to par 12 m, spiediens samazinās par 1 mm Hg. Šo faktu var uzrakstīt, izmantojot šādu matemātisko izteiksmi: ∆h/∆P=12 m/mm Hg. Art. ∆h ir augstuma izmaiņas, ∆P ir atmosfēras spiediena izmaiņas, mainoties augstumam par ∆h. Kas no tā izriet?
Formula parāda, kā atmosfēras spiediens mainās atkarībā no augstuma. Tātad, ja pacelsimies par 12 m, tad asinsspiediens pazemināsies par 12 mm Hg, ja par 24 m - tadpie 2 mmHg. Tādējādi, mērot atmosfēras spiedienu, var spriest par augstumu.
Dzīvsudraba staba milimetri un hektopaskāli
Dažās problēmās spiedienu izsaka nevis dzīvsudraba staba milimetros, bet paskalos vai hektopaskālos. Rakstīsim augstāk minēto sakarību gadījumam, kad spiediens ir izteikts hektopaskālos. 1 mmHg Art.=133,3 Pa=1,333 hPa.
Tagad izteiksim augstuma un atmosfēras spiediena attiecību nevis dzīvsudraba staba milimetros, bet gan hektopaskālos. ∆h/∆P=12 m/1, 333 hPa. Pēc aprēķina iegūstam: ∆h/∆P=9 m/hPa. Izrādās, kad paceļamies 9 metrus, spiediens samazinās par vienu hektopaskālu. Normāls spiediens ir 1013 hPa. Noapaļosim 1013 līdz 1000 un pieņemsim, ka tas ir tieši BP uz Zemes virsmas.
Ja mēs uzkāpjam 90 metrus, kā atmosfēras spiediens mainās atkarībā no augstuma? Tas samazinās par 10 hPa, par 90 m - par 100 hPa, par 900 m - par 1000 hPa. Ja spiediens uz zemi ir 1000 hPa, un mēs uzkāpām 900 m uz augšu, tad atmosfēras spiediens kļuva par nulli. Tātad, izrādās, ka atmosfēra beidzas deviņu kilometru augstumā? Nē. Tādā augstumā ir gaiss, tur lido lidmašīnas. Tātad, kāds ir darījums?
Saistība starp gaisa blīvumu un augstumu. Funkcijas
Kā mainās atmosfēras spiediens līdz ar augstumu Zemes virsmas tuvumā? Augšējā attēlā jau ir sniegta atbilde uz šo jautājumu. Jo lielāks augstums, jo mazāks gaisa blīvums. Kamēr esam tuvu zemes virsmai, gaisa blīvuma izmaiņas ir nemanāmas. Tāpēc katramuz augstuma vienību spiediens samazinās par aptuveni tādu pašu vērtību. Abus izteicienus, kurus pierakstījām iepriekš, vajadzētu uzskatīt par pareiziem tikai tad, ja atrodamies tuvu Zemes virsmai, ne augstāk par 1-1,5 km.
Grafiks, kurā parādīts, kā atmosfēras spiediens mainās atkarībā no augstuma
Tagad pāriesim pie redzamības. Izveidosim grafiku, kurā attēlots atmosfēras spiediens un augstums. Nulles augstumā P0=760 mm Hg. Art. Sakarā ar to, ka, palielinoties augstumam, spiediens samazinās, atmosfēras gaiss būs mazāk saspiests, tā blīvums samazināsies. Tāpēc grafikā spiediena atkarība no augstuma netiks aprakstīta ar taisni. Ko tas nozīmē?
Kā atmosfēras spiediens mainās atkarībā no augstuma? Virs zemes? 5,5 km augstumā tas samazinās 2 reizes (Р0/2). Izrādās, ja pacelsimies vienā augstumā, tas ir, 11 km, spiediens samazināsies vēl uz pusi un būs vienāds ar Р0/4 utt.
Savienosim punktus un redzēsim, ka grafiks nav taisna līnija, bet gan līkne. Kāpēc, pierakstot atkarības attiecību, šķita, ka atmosfēra beidzas 9 km augstumā? Mēs uzskatījām, ka grafiks ir taisns jebkurā augstumā. Tas būtu gadījumā, ja atmosfēra būtu šķidra, tas ir, ja tās blīvums būtu nemainīgs.
Ir svarīgi saprast, ka šis grafiks ir tikai fragments no atkarības mazos augstumos. Nevienā šīs līnijas punktā spiediens nesamazinās līdz nullei. Pat dziļā kosmosā ir gāzes molekulas, kuru tomēr navsaistība ar zemes atmosfēru. Nevienā Visuma punktā nav absolūta vakuuma, tukšuma.
