Вам понадобится
- ртутный барометр или барометр-анероид. А если вам необходимо непрерывно снимать показания давления, то следует использовать барограф.
Инструкция
Ртутный барометр , как правило, показывает атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба . Просто посмотрите по шкале уровень в колбе – и вот уже вы знаете атмосферное давление в вашем помещении. Как правило, это значение составляет 760±20 мм.рт.ст. Если требуется узнать давление в паскалях , то воспользуйтесь простой системой перевода: 1 мм.рт.ст. = 133,3 Па. Например, 760 мм.рт.ст. = 133,3*760 Па = 101308 Па. Это давление считается нормальным на уровне моря при 15°С.
Снимать показания давления со шкалы барографа тоже очень просто. Этот прибор основан на действии анероидной коробки, которая реагирует на изменение давления воздуха . Если давление повышается – стенки этой коробки прогибаются внутрь, если давление снижается – стенки выпрямляются. Вся эта система соединена со стрелкой, и вам лишь надо посмотреть, какое значение атмосферного давления стрелка показывает на шкале прибора. Не пугайтесь, если шкала будет в таких единицах как гПа – это гектопаскаль: 1 гПа = 100 Па. А для перевода в более привычные мм.рт.ст. просто воспользуйтесь равенством из предыдущего пункта.
А найти атмосферное давление на какой-то определенной высоте можно даже без использования прибора, если вам известно давление на уровне моря. Понадобятся лишь некоторые математические навыки. Воспользуйтесь вот этой формулой:P=P0 * e^(-Mgh/RT).В этой формуле:P – искомое давление на высоте h;
P0 – это давление на уровне моря в паскалях ;
M – это молярная масса воздуха , равная 0.029 кг/моль;
g – земное ускорение свободного падения, примерно равное 9.81 м/с²;
R – это универсальная газовая постоянная, принимается за 8.31 Дж/моль К;
T – температура воздуха в Кельвинах (для перевода из °C в К воспользуйтесь формулой
T = t + 273, где t – температура °C);
h – высота над уровнем моря, где находим давление, измеряется в метрах.
Атмосферное давление определяется наличием собственного веса у воздуха, который составляет атмосферу Земли. Эта атмосфера давит на ее поверхность и находящиеся на ней предметы. При этом на среднего по размерам человека давит груз, эквивалентный 15 тоннам! Но поскольку воздух, находящийся внутри организма давит с такой же силой, мы этой нагрузки не ощущаем.
Вам понадобится
- Ртутный барометр, барометр-анероид, линейка
Инструкция
Атмосферное давление измеряется барометром. К наиболее простым и эффективным приборам можно отнести ртутный барометр . Он представляет собой сосуд, заполненный ртутью и трубку длиной 1 м, запаянную с одной стороны. Заполните трубку ртутью, и опустите в сосуд, в котором тоже должно остаться некоторое количество этого вещества. После этого несколько опустится. Тщательно измерьте высоту столба ртути над уровнем жидкости в сосуде . Давление этого столба ртути будет равно атмосферному давлению. Нормальным считается атмосферное давление 760 мм ртутного столба.
Чтобы перевести давление в мм ртутного столба в Паскали, которые приняты в интернациональной системе исчисления, используйте коэффициент 133,3. Просто умножьте на это число значение атмосферного давления в мм ртутного столба.
Другой способ измерения атмосферного давления – с помощью барометра-анероида. Внутри него находится металлическая коробка с гофрированными стенками, чтобы увеличит площадь соприкосновения воздуха с ее поверхностью. Из нее откачан воздух, поэтому она вжимается при увеличении атмосферного давления и снова расправляется при его уменьшении.
Эта металлическая коробка, собственно, и называется анероид. К ней прикреплен механизм, передающий ее движение на стрелку со шкалой, которая проградуирована в мм ртутного столба и килопаскалях. По ней и определяется атмосферное давление в каждый момент времени в данной точке
Собственный вес столба воздуха создает так называемое атмосферное давление , которое действует на все тела, находящиеся в пределах Земли и ее атмосферы. Атмосферное давление обусловлено весом выше лежащих слоев воздуха. Очевидно, что оно будет меняться в зависимости от высоты над поверхностью Земли: давление на вершине горы априори меньше, чем давление на уровне моря.
Вблизи земной поверхности при подъеме на каждые 8 м атмосферное давление падает на 100 Па = 1 мбар.
Из последней формулы путем математических преобразований следует формула зависимости атмосферного давления от высоты на уровнем моря.
Для упрощенного случая, когда температура воздуха постоянна, зависимость атмосферного давления от высоты над поверхностью Земли описывается так называемой барометрической формулой:
(Т= const)
где р – давление на высоте h,
р о – давление на уровне моря (h=0),
М – молярная масса газа (для воздуха М=0,029 кг/моль)
h – высота, на которой измеряется атмосферное давление,
R – универсальная газовая постоянная (R=8,31 Дж/(моль·К)),
T – температура (по шкале Кельвина, ОºК= ─273,15…ºС),
е – экспонента (е = 2,71828).
Данная экспоненциальная зависимость описывается графиком, изображенном на рисунке:
р
Для характеристики атмосферного давления, как правило, используют единицы измерения, не входящие в СИ: миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.) и физическая атмосфера (атм).
● На уровне моря среднегодовое атмосферное давление составляет
р н =1,01325·10 5 Па = 760 мм рт. ст. = 1 атм (при среднегодовой температуре 15ºС) –
это значение считается нормальным атмосферным давлением;
● Атмосферное давление зависит от места измерения, температуры воздуха и погоды;
● Многие устройства действуют только благодаря наличию атмосферного давления
(пипетки, поршневые вакуумные и нагнетательные насосы, центробежные насосы);
● Различие атмосферного давления в разных местах атмосферы во многом определяют
возникновение различных метеорологических явлений.
А Н Т И Ц И К Л О Н
Антициклон - это атмосферная масса, вихревое движение воздуха с высоким давлением в центре, по часовой стрелке - в Северном полушарии, против часовой стрелки - в Южном . Отличительной особенностью антициклонов является строго определённое направление ветра. Ветер направлен от центра к периферии антициклона, то есть в направлении снижения давления воздуха. Другой составляющей ветров в антициклоне является воздействие силы Кориолиса, обусловленной вращением Земли. В Северном полушарии это приводит к повороту движущегося потока вправо. В Южном полушарии, соответственно, влево. Именно поэтому ветер в антициклонах Северного полушария движется по направлению движения часовой стрелки, а в Южном - наоборот. Для циклонов характерно обратное направление ветров. В низком антициклоне, холодном, изобары остаются замкнутыми только в самых нижних километрах, а в средней тропосфере повышенное давление вообще не обнаруживается; возможно также наличие над таким антициклоном высотного циклона. Высокий антициклон тёплый и сохраняет замкнутые изобары с антициклонической циркуляцией даже в верхней тропосфере. Иногда антициклон бывает многоцентровым.
Антициклоны достигают размера несколько тысяч километров в поперечнике. В центре антициклона давление обычно 1020-1030 гПа, но может достигать 1070-1080 гПа. Как и циклоны, антициклоны перемещаются в направлении общего переноса воздуха в тропосфере, то есть с запада на восток, отклоняясь при этом к низким широтам. Средняя скорость перемещения антициклона составляет около 30 км/ч в Северном полушарии и около 40 км/ч в Южном, но нередко антициклон надолго принимает малоподвижное состояние.
Признаки антициклона: устойчивая и умеренная погода, которая держится несколько дней. В летний период антициклон приносит жаркую, малооблачную погоду. В зимний период характеризуется морозной погодой и туманами.
Важной особенностью антициклонов является образование их на определённых участках. В частности, над ледовыми полями формируются антициклоны. И чем мощнее ледовый покров, тем сильнее выражен антициклон; именно поэтому антициклон над Антарктидой очень мощный, а над Гренландией маломощный, над Арктикой - средний по выраженности. Мощные антициклоны также развиваются в тропическом поясе.
Интересным примером резких изменений в формировании различных воздушных масс служит Евразия. В летнее время над её центральными районами формируется область низкого давления, куда засасывается воздух с соседних океанов. Особенно сильно это проявляется в Южной и Восточной Азии: бесконечная вереница циклонов несет влажный тёплый воздух вглубь материка. Зимой ситуация резко меняется: над центром Евразии формируется область высокого давления - Азиатский максимум, холодные и сухие ветры из центра которого (Монголия, Тыва, Юг Сибири), расходящиеся по часовой стрелке, разносят холод вплоть до восточных окраин материка и вызывают ясную, морозную, практически бесснежную погоду на Дальнем Востоке, в Северном Китае. В западном направлении антициклоны влияют менее интенсивно. Резкие снижения температуры возможны только, если центр антициклона переместится к западу от точки наблюдения, потому что ветер меняет направление с южного на северный. Подобные процессы часто наблюдаются на Восточно-Европейской равнине.
Ц И К Л О Н
Цикло́н (от др.-греч. κυκλῶν - «вращающийся») - атмосферный вихрь огромного (от сотен до нескольких тысяч километров) диаметра с пониженным давлением воздуха в центре.
Воздух в циклоне циркулирует против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном . Кроме того, в воздушных слоях на высоте от земной поверхности до нескольких сот метров, ветер имеет слагаемое, направленное к центру циклона, по барическому градиенту (в сторону убывания давления). Величина слагаемого уменьшается с высотой.
Движение воздуха (пунктирные
стрелки) и изобары (непрерывны
е линии) в циклоне в северном полушарии.
Циклон - не просто противоположность антициклону, у них различается механизм возникновения. Циклоны постоянно и естественным образом появляются из-за вращения Земли, благодаря силе Кориолиса . Следствием теоремы Брауэра о неподвижной точке является наличие в атмосфере как минимум одного циклона или антициклона.
Схематическое изображение процесса
образования циклонов из-за вращения
Земли
Различают два основных вида циклонов - внетропические и тропические . Первые образуются в умеренных или полярных широтах и имеют диаметр от тысячи километров в начале развития, и до нескольких тысяч в случае так называемого центрального циклона. Среди внетропических циклонов выделяют южные циклоны, образующиеся на южной границе умеренных широт (средиземноморские, балканские, черноморские, южнокаспийские и т. д.) и смещающиеся на север и северо-восток. Южные циклоны обладают колоссальными запасами энергии; именно с южными циклонами в средней полосе России и СНГ связаны наиболее сильные осадки, ветры, грозы, шквалы и другие явления погоды.
Тропические циклоны образуются в тропических широтах и имеют меньшие размеры (сотни, редко - более тысячи километров), но бо́льшие барические градиенты и скорости ветра, доходящие до штормовых. Для таких циклонов характерен также т.н. «глаз бури» - центральная область диаметром 20-30 км с относительно ясной и безветреной погодой. Тропические циклоны могут в процессе своего развития превращаться во внетропические. Ниже 8-10° северной и южной широты циклоны возникают очень редко, а в непосредственной близости от экватора - не возникают вовсе.
Циклоны возникают не только в атмосфере Земли, но и в атмосферах других планет. Например, в атмосфере Юпитера уже многие годы наблюдается так называемое Большое красное пятно, которое является, по всей видимости, долгоживущим антициклоном. Однако циклоны в атмосферах других планет изучены недостаточно.
Для начала, давайте вспомним курс физики средней школы, где объясняется, почему и как изменяется атмосферное давление в зависимости от высоты. Чем выше расположена местность над уровнем моря, тем ниже там давление. Объяснить это очень просто: атмосферное давление указывает на силу, с которой давит столб воздуха на все, что находится на поверхности Земли. Естественно, что чем выше ты поднимешься, тем меньше будет высота воздушного столба, его масса и оказываемое давление.
Кроме того, на высоте воздух разрежен, в нем содержится гораздо меньшее количество газовых молекул, что тоже моментально сказывается на массе. И не нужно забывать, что с увеличением высоты воздух очищается от токсичных примесей, выхлопных газов и прочих «прелестей», в результате чего его плотность уменьшается, а показатели атмосферного давления падают.
Исследования показали, что зависимость атмосферного давления от высоты отличается следующим: повышение на десять метров вызывает снижение параметра на одну единицу. До тех пор, пока высота местности не превышает пятисот метров над уровнем моря, изменения показателей давления воздушного столба практически не ощущаются, но если подняться на пять километров, значения будут вдвое меньше оптимальных. Сила оказываемого воздухом давления также зависит от температуры, которая очень понижается при подъеме на большую высоту.
Для уровня АД и общего состояния человеческого организма очень важна величина не только атмосферного, но и парциального давления, которое зависит от концентрации в воздухе кислорода. Пропорционально уменьшению значений давления воздуха понижается и парциальное давление кислорода, что приводит к недостаточному снабжению этим необходимым элементом клеток и тканей организма и развитию гипоксии. Это объясняется тем, что диффузия кислорода в кровь и последующая транспортировка его к внутренним органам происходит благодаря разнице значений парциального давления крови и легочных альвеол, а при подъеме на большую высоту разница этих показаний становится существенно меньше.
Как высота влияет на самочувствие человека
Основным негативным фактором, воздействующим на высоте на организм человека, является недостаток кислорода. Именно в результате гипоксии развиваются острые нарушения состояния сердца и кровеносных сосудов, повышение АД, пищеварительные расстройства и ряд других патологий.
Гипертоникам и людям, склонным к скачкам давления, не стоит подниматься высоко в горы и желательно не совершать многочасовые перелеты. О профессиональных занятиях альпинизмом и горном туризме им тоже придется позабыть.
Выраженность происходящих в организме изменений позволила выделить несколько зон высоты:
- До полутора – двух километров над уровнем моря - относительно безопасная зона, в которой не наблюдается особых изменений в работе организма и состоянии жизненно важных систем. Ухудшение самочувствия, понижение активности и выносливости наблюдается очень редко.
- От двух до четырех километров - организм пытается своими силами справиться с дефицитом кислорода, благодаря учащению дыхания и совершению глубоких вдохов. Тяжелую физическую работу, которая требует потребления большого объема кислорода, выполнять тяжело, но легкая нагрузка хорошо переносится в течение нескольких часов.
- От четырех до пяти с половиной километров - самочувствие заметно ухудшается, выполнение физической работы затруднено. Появляются психоэмоциональные расстройства в виде приподнятости настроения, эйфории, неадекватных поступков. При длительном нахождении на такой высоте возникают головные боли, ощущение тяжести в голове, проблемы с концентрацией внимания, вялость.
- От пяти с половиной до восьми километров - заниматься физической работой невозможно, состояние резко ухудшается, высок процент потери сознания.
- Выше восьми километров - на такой высоте человек способен сохранять сознание в течение максимум нескольких минут, после чего следует глубокий обморок и смерть.
Для протекания в организме обменных процессов необходим кислород, дефицит которого на высоте приводит к развитию горной болезни. Основными симптомами расстройства являются:
- Головная боль.
- Учащение дыхания, одышка, нехватка воздуха.
- Носовое кровотечение.
- Тошнота, приступы рвоты.
- Суставные и мышечные боли.
- Нарушения сна.
- Психоэмоциональные нарушения.
На большой высоте организм начинает испытывать недостаток кислорода, в результате чего нарушается работа сердца и сосудов, повышается артериальное и внутричерепное давление, выходят из строя жизненно важные внутренние органы. Чтобы успешно побороть гипоксию нужно включить в рацион питания орехи, бананы, шоколад, крупы, фруктовые соки.
Влияние высоты на уровень АД
При подъеме на большую высоту и разреженный воздух вызывают учащение частоты сердечных сокращений, повышение показателей кровяного давления. Однако при дальнейшем увеличении высоты уровень АД начинает снижаться. Уменьшение содержания в воздухе кислорода до критических значений вызывает угнетение сердечной деятельности, заметное понижение давления в артериях, тогда как в венозных сосудах показатели возрастают. Как следствие у человека возникают аритмия, цианоз.
Не так давно группа итальянских исследователей решила впервые подробно изучить, как влияет высота на уровень АД. Для проведения исследований была организована экспедиция на Эверест, в ходе которой каждые двадцать минут определялись показатели давления участников. Во время похода подтвердилось повышение АД при восхождении: результаты показали, что систолическое значение возросло на пятнадцать, а диастолическое на десять единиц. При этом было отмечено, что максимальные значения АД определялись в ночное время суток. Также изучалось действие гипотензивных препаратов на разной высоте. Выяснилось, что исследуемый препарат эффективно помогал на высоте до трех с половиной километров, а при подъеме выше пяти с половиной стал абсолютно бесполезен.
