Mange vet at når høyden øker, synker lufttrykket. Vurder spørsmålet om hvorfor lufttrykket avtar med høyden, gi formelen for trykkavhengigheten av høyden, og vurder også et eksempel på å løse problemet ved å bruke den resulterende formelen.
Hva er luft?
Luft er en fargeløs blanding av gasser som utgjør planetens atmosfære. Den inneholder mange forskjellige gasser, de viktigste er nitrogen (78 %), oksygen (21 %), argon (0,9 %), karbondioksid (0,03 %) og andre.
Fra et fysikksynspunkt adlyder luftens oppførsel under eksisterende forhold på jorden lovene til en ideell gass - en modell der molekylene og atomene i en gass ikke samhandler med hverandre, avstandene mellom dem er enorme sammenlignet med størrelsene, og bevegelseshastigheten ved romtemperatur er omtrent 1000 m/s.
Lufttrykk
Med tanke på spørsmålet om avhengigheten av trykk på høyden, bør du finne ut hva som representererer begrepet "press" fra et fysisk synspunkt. Lufttrykk forstås som kraften som luftsøylen trykker på overflaten med. I fysikk måles det i pascal (Pa). 1 Pa betyr at en kraft på 1 newton (N) påføres vinkelrett på en overflate på 1 m22. Dermed er et trykk på 1 Pa et veldig lite trykk.
Ved havnivå er lufttrykket 101 325 Pa. Eller, avrunding, 0,1 MPa. Denne verdien kalles trykket på 1 atmosfære. Figuren ovenfor sier at på en plattform på 1 m2 trykker luft med en kraft på 100 kN! Dette er en stor kraft, men en person føler det ikke, siden blodet inni ham skaper et lignende trykk. I tillegg refererer luft til flytende stoffer (væsker hører også til dem). Og dette betyr at den utøver det samme trykket i alle retninger. Det siste faktum antyder at trykket fra atmosfæren fra forskjellige sider på en person blir gjensidig kompensert.
Avhengighet av trykk på høyde
Atmosfæren rundt planeten vår holdes av jordens tyngdekraft. Gravitasjonskrefter er også ansvarlige for fallet i lufttrykket med økende høyde. I rettferdighet bør det bemerkes at ikke bare jordens tyngdekraft fører til en reduksjon i trykket. Og å senke temperaturen bidrar også.
Siden luft er en væske, kan du bruke den hydrostatiske formelen for trykkavhengigheten av dybden (høyde), det vil si ΔP=ρgΔh, hvor: ΔP er mengden trykk endringved endring av høyde med Δh, ρ - lufttetthet, g - akselerasjon av fritt fall.
Gitt at luft er en ideell gass, følger det av den ideelle gassligningen for tilstanden at ρ=Pm/(kT), der m er massen til 1 molekyl, T er dets temperatur, k er Boltzmanns konstant.
Ved å kombinere de to formlene ovenfor og løse den resulterende ligningen for trykk og høyde, kan følgende formel oppnås: Ph=P0e-mgh/(kT) der Ph og P0- trykk i henholdsvis høyde h og havnivå. Det resulterende uttrykket kalles den barometriske formelen. Den kan brukes til å beregne atmosfærisk trykk som en funksjon av høyden.
Noen ganger er det av praktiske grunner nødvendig å løse det omvendte problemet, det vil si å finne høyden, vite trykket. Fra den barometriske formelen kan du enkelt få høydens avhengighet av trykknivået: h=kTln(P0/Ph)/(m g).
Eksempel på problemløsning
Den bolivianske byen La Paz er den "høyeste" hovedstaden i verden. Fra ulike kilder følger det at byen ligger i en høyde på 3250 meter til 3700 meter over havet. Oppgaven er å beregne lufttrykket i La Paz høyde.
For å løse problemet bruker vi formelen for trykkavhengigheten av høyden: Ph=P0e -mg h/(kT), hvor: P0=101 325 Pa, g=9,8 m/s 2, k=1,3810-23 J/K, T=293 K (20 oC), h=3475 m (gjennomsnitt mellom 3250 m og3700 m), m=4, 81710-26 kg (med tanke på luftmassen 29 g/mol). Ved å erstatte tallene får vi: Ph=67 534 Pa.
Dermed er lufttrykket i Bolivias hovedstad 67 % av trykket ved havnivå. Lavt lufttrykk forårsaker svimmelhet og generell svakhet i kroppen når en person klatrer inn i fjellområder.
