Iedereen kent de atmosferische druk, althans dankzij natuurkundelessen en weersvoorspellingen. Daarnaast zijn de nuances van het effect van druk op een persoon van belang.
Wat is atmosferische druk?
Atmosferische druk - dit is de druk van de gasschaal van onze planeet, de atmosfeer, die inwerkt op alle objecten erin, evenals op het aardoppervlak. Druk komt overeen met de kracht die in de atmosfeer per oppervlakte-eenheid werkt.
Simpel gezegd is dit de kracht waarmee de lucht om ons heen inwerkt op het aardoppervlak en objecten. Door veranderingen in de atmosferische druk te volgen, kunnen weersomstandigheden worden voorspeld in combinatie met andere factoren.
Waarom en waarom ontstaat atmosferische druk?
Specialisten die de atmosfeer van de aarde en verschillende meteorologische verschijnselen bestuderen, houden nauwkeurig in de gaten hoe de luchtmassa's bewegen. Dit is de belangrijkste factor die de klimatologische omstandigheden in een bepaald gebied beïnvloedt. Deze waarnemingen maakten het mogelijk te begrijpen waarom atmosferische druk optreedt.
Zwaartekracht is de schuld. Door vele experimenten werd bewezen dat de lucht zeker niet gewichtloos is. Het bestaat uit verschillende gassen die een bepaald gewicht hebben. Zo werkt de zwaartekracht van de aarde in op lucht, wat bijdraagt aan de vorming van druk.
Interessant feit: alle lucht op de planeet (of de hele atmosfeer van de aarde) weegt 51 x 1014 ton
Over de hele wereld is de luchtmassa niet hetzelfde. Dienovereenkomstig fluctueert ook het niveau van de atmosferische druk. In gebieden met een grotere luchtmassa is er een hogere druk. Als er minder lucht is (het wordt in dergelijke gevallen ook ijl genoemd), dan is de druk lager.
Waarom verandert het gewicht van de atmosfeer? Het geheim van dit fenomeen ligt in het opwarmen van luchtmassa's. Het feit is dat luchtverwarming helemaal niet plaatsvindt door zonlicht, maar door het aardoppervlak.
Dichtbij wordt de lucht warmer en stijgt lichter en stijgt op. Op dit moment worden de gekoelde stromen zwaarder en lager. Dit proces is nog gaande. Elke luchtstroom heeft zijn eigen druk en het verschil veroorzaakt de wind.
Hoe beïnvloedt de atmosferische samenstelling de druk?
De atmosfeer bevat een enorme hoeveelheid gassen. Meestal is het stikstof en zuurstof (98%). Er is ook kooldioxide, neon, argon, enz. De atmosfeer begint met een grenslaag van 1-2 km dik en eindigt met een exosfeer op een hoogte van ongeveer 10.000 km, waar het soepel overgaat in de interplanetaire ruimte.
De samenstelling van de atmosfeer beïnvloedt de druk als gevolg van dichtheid. Elk onderdeel heeft zijn eigen dichtheid. Hoe hoger de hoogte, hoe dunner de laag van de atmosfeer en hoe lager de dichtheid. Dienovereenkomstig neemt de druk af.
Atmosferische drukmeting
In het internationale systeem van eenheden wordt de atmosferische druk gemeten in pascal (Pa). Ook in Rusland worden eenheden zoals bar, millimeter kwik en hun derivaten gebruikt. Hun gebruik is te danken aan instrumenten waarmee druk wordt gemeten - kwikbarometers. 1 mmHg komt overeen met ongeveer 133 Pa.
Barometers zijn er in twee soorten:
- vloeistof;
- mechanisch (aneroïde barometer).
Vloeibare barometers gevuld met kwik. De uitvinding van dit apparaat is een verdienste van de Italiaanse wetenschapper Evangelista Torricelli. In 1644 voerde hij een experiment uit met een container, kwik en een fles die met een open gat in een vloeistof viel.
Bij een verandering in druk steeg of viel het kwik in de kolf. Moderne kwikbarometers met schalen worden als de meest nauwkeurige, maar niet erg handig beschouwd, dus ze worden gebruikt op meteorologische stations.
Vaker aneroïde barometers. Het ontwerp van een dergelijk apparaat levert een metalen doos met ijle lucht erin. Wanneer de druk daalt, zet de doos uit. Met toenemende druk krimpt de doos en werkt in op de bevestigde veer. De veer drijft de pijl aan, die het drukniveau op de schaal weergeeft.
Interessant feit: Er is een standaard drukeenheid (evenals andere eenheden van fysieke hoeveelheden). De primaire standaard, die de absolute druk zo nauwkeurig mogelijk weergeeft, is in het Mendeleev All-Russian Research Institute of Metrology (St. Petersburg).
Atmosferische druk voor mensen
Normale atmosferische druk - Dit is 760 mm Hg of 101325 Pa bij een temperatuur van 0 ℃ op zeeniveau (45 ° noorderbreedte). Bovendien werkt de atmosfeer op elke vierkante centimeter van het aardoppervlak in met een kracht van 1,033 kg. Een 760 mm hoge kwikkolom brengt de massa van deze luchtkolom in evenwicht.
Tijdens het experiment werd door Torricelli ook een indicator van 760 mm bepaald. Hij merkte ook op dat wanneer de fles gevuld is met kwik, er een leegte aan de bovenkant overblijft. Dit fenomeen werd vervolgens 'Torricellium-leegte' genoemd. De wetenschapper wist toen nog niet dat hij tijdens zijn experiment een vacuüm creëerde - dat wil zeggen een ruimte vrij van enige stoffen.
Bij een standaarddruk van 760 mmHg voelt een persoon zich het prettigst. Als u rekening houdt met de eerdere gegevens, drukt de lucht op een persoon met een kracht van ongeveer 16 ton. Waarom voelen we deze druk dan niet?
Feit is dat er ook druk in het lichaam is. Niet alleen mensen, maar ook vertegenwoordigers van de dierenwereld hebben zich aangepast aan de atmosferische druk. Elk orgel is gevormd en ontwikkeld onder invloed van een bepaalde kracht. Wanneer de atmosfeer op het lichaam inwerkt, wordt deze kracht gelijkmatig over het hele oppervlak verdeeld. De druk is dus gebalanceerd en we voelen het niet.
De atmosferische druknorm mag niet worden verward met de klimaatnorm. Elke regio heeft zijn eigen normen voor een bepaalde tijd van het jaar. Inwoners van Vladivostok hadden bijvoorbeeld geluk, omdat daar de gemiddelde jaarlijkse atmosferische drukindicator bijna gelijk is aan de norm - 761 mm Hg.
En in nederzettingen in bergachtige gebieden (bijvoorbeeld in Tibet), is de druk veel lager - 413 mmHg. Dit komt door een hoogte van ongeveer 5000 m.
Verhoog en verlaag de druk
Wanneer de druk de markering van 760 mm overschrijdt. Hg. Art., Het wordt verhoogd genoemd en wanneer de indicator lager is dan normaal - laag.
Binnen 24 uur treden er verschillende atmosferische drukveranderingen op. 'S Morgens en' s avonds stijgt het, en na 12 uur 's middags en' s nachts neemt het af. Dit komt doordat de luchttemperatuur verandert en daardoor de stromen bewegen.
In de winter wordt boven het vasteland de hoogste atmosferische druk waargenomen, omdat de lucht een lage temperatuur en een hoge dichtheid heeft. In de zomer wordt de tegenovergestelde situatie waargenomen - er is minimale druk.
Op een meer globale schaal hangt het drukniveau ook af van de temperatuur. Het aardoppervlak warmt anders op: de planeet heeft een geoïde (in plaats van perfect ronde) vorm en draait rond de zon. Sommige zones worden meer warm, andere minder. Hierdoor wordt de atmosferische druk zonaal verdeeld over het oppervlak van de planeet.
Wetenschappers onderscheiden 3 banden waar lage druk heerst en 4 banden met heersende maxima. De evenaarzone warmt het meest op, dus er stijgt lichte warme lucht op en er vormt zich lagedruk aan de oppervlakte.
Bij de polen is het tegenovergestelde waar: koude lucht valt, dus hier wordt hoge druk genoteerd. Als je kijkt naar het drukverdelingspatroon over het oppervlak van de planeet, zul je merken dat de banden van de minima en maxima elkaar afwisselen.
Bovendien moet u zich herinneren aan de ongelijkmatige verwarming van beide hemisferen van de aarde gedurende het jaar.Dit leidt tot een zekere verplaatsing van de lagedruk- en hogedrukriemen. In de zomer trekken ze naar het noorden en in de winter naar het zuiden.
Menselijke impact
Atmosferische druk heeft een ernstig effect op het menselijk lichaam. Dit is heel natuurlijk, als we rekening houden met al het bovenstaande met betrekking tot de kracht waarmee lucht op ons lichaam drukt en de tegenwerking.
Er is een concept van meteorologische afhankelijkheid, bevestigd door wetenschap en geneeskunde. Meteopaths zijn mensen van wie het lichaam zelfs reageert op minimale afwijkingen van de druk van de norm. Ze omvatten ook mensen met enkele chronische ziekten (met name cardiovasculair, zenuwstelsel, enz.).
Over het algemeen kan het menselijk lichaam zich aanpassen aan veranderingen in klimatologische omstandigheden. Als u bijvoorbeeld naar een land reist met compleet andere weersomstandigheden, kan het enkele dagen duren om te acclimatiseren.
Significante afwijkingen van de norm zullen voor absoluut iedereen merkbaar zijn. Dit omvat zowel hoge als lage bloeddruk.
In het gewone leven komt een toename van de atmosferische druk tot een kritiek niveau waarbij het welzijn van een persoon niet verslechtert niet voor (met uitzondering van de eerder genoemde weersafhankelijke en chronisch zieken). Je kunt het effect bijvoorbeeld voelen wanneer je naar grote diepten duikt.
Lage atmosferische druk is gevaarlijker. Het effect is gemakkelijk te voelen op grote hoogte. Er is het concept hoogteziekte, waarbij de hoeveelheid kooldioxide toeneemt. Het zuurstofvolume neemt in dit geval daarentegen af, zodat de weefsels van het lichaam zuurstofgebrek voelen. Schepen reageren hier snel op en veroorzaken een sterke toename van de druk in het lichaam.
Cycloon
Cycloon - Dit is een enorme luchtmassa die roteert in de vorm van een vortex rond een verticale as met een diameter tot enkele duizenden kilometers. In het midden van deze vortex wordt een onderdruk waargenomen.
Op het noordelijk halfrond draait de atmosferische draaikolk van een cycloon tegen de klok in, op het zuidelijk halfrond - met de klok mee. Cyclonen komen regelmatig voor, omdat hun vorming direct verband houdt met de rotatie van de aarde. Er zijn geen cyclonen nabij de evenaar.
Cyclonen zijn er in twee soorten:
- Tropisch. Komt voor op tropische breedtegraden, verschillen in relatief kleine maten. Ze worden echter gekenmerkt door een enorme, vernietigende kracht van de wind.
- Extra tropisch. Gevormd op polaire en gematigde breedtegraden. Bereik enkele duizenden kilometers in diameter.
Interessant feit: in tropische cyclonen wordt vaak het "oog van de storm" waargenomen - dit is een gebied ongeveer 20 km in het centrum van de vortex, waar helder en kalm weer blijft.
De belangrijkste onderscheidende kenmerken van de cycloon zijn de kolossale energie, die zich manifesteert in de vorm van harde wind, stormen, onweersbuien, buien, neerslag. Krachtige tropische cyclonen krijgen unieke namen of namen, bijvoorbeeld Katrina (2005), Nina (1975), Dorian (2019).
Anticycloon
Anticycloon - Dit is niet alleen het tegenovergestelde van cycloon. Dit fenomeen heeft een ander verschijningsmechanisme. Wind in beide hemisferen van de aarde beweegt in de tegenovergestelde richting vergeleken met de cycloon.
De anticycloon is een hogedrukgebied. Het wordt gekenmerkt door gesloten isobaren - dit zijn lijnen die plaatsen markeren met dezelfde atmosferische druk.
De anticycloon zorgt voor stabiele weersomstandigheden passend bij de tijd van het jaar. In de zomer is het kalm, warm weer, in de winter ijzig. Het wordt gekenmerkt door een klein aantal wolken of hun volledige afwezigheid.
In bepaalde gebieden worden anticyclonen gevormd. Ze ontstaan bijvoorbeeld meestal over grote ijsmassa's: op Antarctica, Groenland en het noordpoolgebied. Komt ook voor in de tropen.
Anticyclonen hebben ook een gevaar en onaangename gevolgen. Ze kunnen bijdragen aan branden, langdurige droogte.Met een lange afwezigheid van wind in grote steden hopen zich schadelijke stoffen en gassen op, wat vooral acuut is voor mensen met luchtwegaandoeningen.
Interessant feit: Er zijn blokkerende cyclonen die zich over een bepaald gebied vormen en nergens heen bewegen. Ze passeren echter geen andere luchtmassa's. Meestal duren ze niet langer dan 5 dagen, maar regelmatig in het Europese deel van Rusland gaan anticyclonen ongeveer een maand mee. De laatste keer was in 2015. Het resultaat is hitte, droogte, bosbranden.
Hoe verandert de atmosferische druk met de hoogte? Formule-diagram
De atmosferische druk is direct afhankelijk van de hoogte. Hoe hoger hoe lager de druk en vice versa. Als u 12 m boven zeeniveau stijgt, neemt de kwikstaaf in de barometer met 1 mm af.
Druk wordt vaak weergegeven in hectopascal in plaats van mmHg. st .: 1 mm = 133,3 Pa = 1, 333 hPa. De relatie tussen hoogte en druk kan worden weergegeven met een eenvoudige formule:
∆h / ∆P = 12 m / mmHg. st of ∆h / ∆P = 9 m / hPa,
waar ∆h de hoogteverandering is,
∆P - drukverandering.
Dus als het stijgt tot 9 meter, daalt het drukniveau met 1 hPa. Deze indicator wordt de barische fase genoemd. De atmosferische druknorm is 1013 hPa (kan worden afgerond op 1000).
Hoe deze gegevens gebruiken om de drukverandering op een andere hoogte te berekenen? Als u bijvoorbeeld 90 m optilt, neemt de druk af met 10 hPa. In dit geval blijkt dat bij het stijgen tot 900 m de druk daalt tot 0.
Maar de luchtdichtheid verandert ook met de hoogte, dus als het gaat om een grotere afstand (vanaf 1,5-2 km), moeten alle berekeningen worden uitgevoerd rekening houdend met deze indicator.
De grafiek van atmosferische drukveranderingen met hoogte toont duidelijk al het bovenstaande. Het heeft de vorm van een gebogen lijn, geen rechte lijn. Vanwege het feit dat de dichtheid van de atmosfeer niet hetzelfde is, begint de druk bij toenemende hoogte langzamer te dalen. Het zal echter nooit de nul bereiken, omdat er overal een soort substantie is - er is geen vacuüm in het universum.
Atmosferische druk in de bergen
In de bergen zal de druk sowieso lager zijn. Hoe iemand zich tegelijkertijd voelt, hangt af van de lengte en van aanvullende voorwaarden. Bij een normale luchtvochtigheid kan een klim van 3.000 m bijvoorbeeld zwakte en slechte prestaties veroorzaken. Dit komt door een gebrek aan zuurstof.
In een vochtig klimaat ontstaan soortgelijke sensaties al op een hoogte van 1000 m. Feit is dat watermoleculen zuurstofmoleculen verdringen - in vochtige lucht is dat minder. En in een droog klimaat kun je bijna tot 5000 m klimmen.
Verschillende hoogtes en hun effecten:
- 5 km - een gevoel van zuurstofgebrek.
- 6 km is de maximale hoogte waarop permanente nederzettingen zich bevinden.
- 8,9 km - de hoogte van de Everest. Water kookt bij een temperatuur van + 68 ℃. Voor korte tijd kunnen getrainde mensen op dit niveau zijn.
- 13,5 km - veilig om alleen te verblijven in de aanwezigheid van pure zuurstof. De maximaal toegestane hoogte waarop u kunt verblijven zonder speciale bescherming.
- 20 km - een voor mensen onaanvaardbare hoogte. Alleen onder voorbehoud dat u zich in een afgesloten cabine bevindt.