Как повышается атмосферное давление с высотой. Влияние высоты на уровень АД. Изменение атмосферного давления с высотой

1. Понятие об атмосферном давлении и его измерение. Воздух очень легкий, однако он оказывает значительное давление на земную поверхность. Вес воздуха создает атмосферное давление.

Воздух оказывает давление на все предметы. Чтобы убедиться в этом, проделайте следующий опыт. Налейте полный стакан воды и прикройте его листом бумаги. Прижмите ладонью бумагу к краям стакана и быстро переверните его. Уберите ладонь от листа, и вы увидите, что вода из стакана не выливается, потому что давление воздуха прижимает лист к краям стакана и удерживает воду.

Атмосферное давление - сила, с которой воздух давит на земную поверхность и на все находящиеся на ней предметы. На каждый квадратный сантиметр земной поверхности воздух оказывает давление в 1,033 килограмма - т. е. 1,033 кг/см2.

Для измерения давления атмосферы используются приборы барометры. Различают ртутный барометр и металлический. Последний называется анероидом. В ртутном барометре (рис. 17) запаянная сверху стеклянная трубка с ртутью опускается открытым концом в чашу с ртутью, над поверхностью ртути в трубке - безвоздушное пространство. Изменение атмосферного давления на поверхности ртути в чаше заставляет ртутный столб подниматься или опускаться. Величина атмосферного давления определяется по высоте ртутного столба в трубке.

Основной частью барометра анероида (рис. 18) является металлическая коробочка, лишенная воздуха и очень чувствительная к изменению атмосферного давления. При уменьшении давления коробочка расширяется, при увеличении - сжимается. Изменения коробочки при помощи несложного приспособления передаются стрелке, которая и показывает на шкале атмосферное давление. Шкала делится по ртутному барометру.

Если представить столб воздуха от поверхности Земли до верхних слоев атмосферы, то вес такого воздушного столба будет равен весу столбика ртути высотой в 760 мм. Это давление названо нормальным атмосферным давлением. Таково давление воздуха на параллели 45° при температуре 0 °С на уровне моря. Если высота столбика больше 760 мм, то давление повышенное, меньше - пониженное. Атмосферное давление измеряют в миллиметрах ртутного столба (мм рт.ст).

2. Изменение атмосферного давления. Атмосферное давление в связи с изменением температуры воздуха и его перемещением непрерывно изменяется. При нагревании воздуха его объем увеличивается, плотность и вес уменьшаются. Из-за этого понижается атмосферное давление. Чем воздух плотнее, тем он тяжелее, и давление атмосферы больше. В течение суток оно дважды увеличивается (утром и вечером) и дважды понижается (после полудня и после полуночи). Давление повышается там, где воздуха становится больше, и понижается там, откуда воздух уходит. Главная причина перемещения воздуха – его нагревание и охлаждение от земной поверхности. Особенно хорошо эти колебания выражены в низких широтах. (Какое атмосферное давление будет наблюдаться над сушей и над водной поверхностью ночью?) В течение года наи большее давление в зимние месяцы, а наименьшее - летом. (Объясните такое распределение давления.) Наиболее резко эти изменения выражены в средних и высоких широтах и слабее всего в низких.

Атмосферное давление уменьшается с высотой. Почему это происходит? Изменение давления обусловлено уменьшением высоты столба воздуха, который давит на земную поверхность. Кроме того, по мере увеличения высоты, плотность воздуха понижается, давление падает. На высоте около 5 км атмосферное давление снижается наполовину по сравнению с нормальным давлением на уровне моря, на высоте 15 км - в 8 раз меньше, 20 км - в 18 раз.

Вблизи земной поверхности оно понижается приблизительно на 10 мм ртутного столба на 100 м подъема (рис. 19).

На высоте 3000 м человек начинает чувствовать себя плохо, у него появляются признаки горной болезни: одышка, головокружение. Выше 4000 м может пойти кровь из носа, так как разрываются мелкие кровеносные сосуды, возможна потеря сознания. Происходит это потому, что с высотой воздух становится разреженным, уменьшаются как количество кислорода в нем, так и атмосферное давление. Организм человека к таким условиям не приспособлен.

На земной поверхности давление распределяется неравномерно. В области экватора воздух сильно нагревается (Почему?) , и в течение года атмосферное давление пониженное. В полярных областях воздух холодный и плотный, атмосферное давление повышенное. (Почему?)

? Проверь себя

Практическ и е задания

*У подножия горы давление воздуха 740 мм рт. ст., на вершине 340 мм рт. ст. Высчитайте высоту горы.

*Подсчитайте, с какой силой давит воздух на ладонь человека, если ее площадь равна примерно 100 см2.

*Определите атмосферное давление на высоте 200 м, 400 м, 1000 м, если на уровне моря оно равно 760 мм рт. ст.

Это интересно

Самое высокое атмосферное давление - около 816 мм. рт.ст. - зарегистрировано в России, в сибирском городе Туруханске. Самое низкое (на уровне моря) давление атмосферы зафиксировано в районе Японии во время прохождения урагана «Нэнси» - около 641 мм рт.ст.

Конкурс знатоков

Поверхность человеческого тела в среднем составляет 1,5 м2. Значит, на каждого из нас воздух оказывает давление в 15 т. Такое давление способно раздавить все живое. Почему же мы его не ощущаем?

Если погода меняется, плохо чувствуют себя и больные гипертонией. Рассмотрим, как влияет атмосферное давление на гипертоников и метеозависимых людей.

Метеозависимые и здоровые люди

Здоровые люди никак не ощущают какие-либо изменения погоды. У метеозависимых появляются такие симптомы:

Головокружение;
Сонливость;
Апатия, вялость;
Суставная боль;
Тревога, страх;
Нарушения функции ЖКТ;
Колебания артериального давления.

Зачастую самочувствие ухудшается осенью, когда наблюдается обострение простудных, хронических болезней. При отсутствии каких-либо патологий метеочувствительность проявляется недомоганием.

В отличие от здоровых, метеозависимые люди реагируют не только на колебания атмосферного давления, но и на повышение влажности, внезапное похолодание или потепление. Причиной этому зачастую являются:

Низкая физическая активность;
Наличие болезней;
Падение иммунитета;
Ухудшение состояния ЦНС;
Слабые кровеносные сосуды;
Возраст;
Экологическая обстановка;
Климат.

В результате ухудшается способность организма быстро приспосабливаться к изменениям погодных условий.

Высокое атмосферное давление и гипертония

Если атмосферное давление повышенное (выше 760 мм рт. ст.), ветер и осадки отсутствуют, говорят о наступлении антициклона. В этот период нет резких перепадов температуры. В воздухе повышается количество вредных примесей.

Антициклон негативно действует на гипертоников . Увеличение атмосферного давления приводит к повышению АД. Снижается работоспособность, появляются пульсация и боли в голове, сердечные боли. Другие симптомы отрицательного влияния антициклона:

Учащение сердцебиения;
Слабость;
Шум в ушах;
Покраснения лица;
Мелькание «мушек» перед глазами.

В крови снижается число лейкоцитов, что повышает риск развития инфекций.

Особенно подвержены воздействию антициклона пожилые люди с хроническими сердечно-сосудистыми болезнями . При повышении атмосферного давления увеличивается вероятность осложнения гипертонии - криза, особенно, если АД повышается до показателей 220/120 мм рт. ст. Возможно развитие прочих опасных осложнений (эмболия, тромбоз, кома).

Низкое атмосферное давление

Плохо влияет на больных гипертонией и пониженное атмосферное давление - циклон. Он характеризуется пасмурной погодой, осадками, повышенной влажностью. Давление воздуха падает ниже 750 мм рт. ст. Циклон оказывает следующее воздействие на организм: дыхание делается более частым, учащается пульс, однако, сила сердечных ударов сокращается. У некоторых людей появляется одышка.

При низком давлении воздуха падает и АД. С учётом того, что гипертоники принимают препараты для снижения давления, циклон плохо влияет на самочувствие. Появляются такие симптомы:

Головокружение;
Сонливость;
Боль в голове;
Упадок сил.

В некоторых случаях наблюдается ухудшение работы желудочно-кишечного тракта.

При повышении атмосферного давления больным гипертонией и метеозависимым людям следует избегать активных физических нагрузок. Надо больше отдыхать. Рекомендуется низкокалорийный рацион, содержащий повышенное количество фруктов.

Даже «запущенную» гипертонию можно вылечить дома, без операций и больниц. Просто не забывайте один раз в день…

Если антициклон сопровождается жарой, так же необходимо исключить физические нагрузки. Если есть возможность, надо находиться в помещении с кондиционером. Будет актуальной низкокалорийная диета. Увеличьте в рационе количество продуктов, богатых калием.

Читайте также: Какими осложнениями опасна гипертоническая болезнь

Чтобы привести в норму артериальное давление при пониженном атмосферном, врачи рекомендуют увеличить объём употребляемой жидкости. Пейте воду, настои лекарственных трав. Необходимо уменьшить физическую нагрузку, больше отдыхать.

Хорошо помогает крепкий сон. Утром можно позволить чашку напитка, содержащего кофеин. В течение дня надо несколько раз измерять давление.

Влияние давления и перемены температуры

Немало проблем со здоровьем могут доставить гипертоникам и перемены температуры воздуха. В период антициклона, сочетающегося с жарой, значительно повышается риск кровоизлияний в мозг, поражений сердца.

Из-за высокой температуры и повышенной влажности уменьшается содержание кислорода в воздухе. Особенно плохо такая погода влияет на пожилых людей.

Зависимость АД от атмосферного давления не так сильна, когда жара сочетается с небольшой влажностью и нормальным либо слегка повышенным давлением воздуха.

Однако в некоторых случаях такие погодные условия становятся причиной сгущения крови. Это усиливает риск появления тромбов и развития инфарктов, инсультов.

Самочувствие гипертоников ухудшится, если атмосферное давление повышается одновременно с резким понижением температуры окружающей среды. При повышенной влажности, сильном ветре развивается гипотермия (переохлаждение). Возбуждение симпатического отдела нервной системы вызывает уменьшение теплоотдачи и усиление теплопродукции.

Сокращение теплоотдачи вызвано снижением температуры тела из-за спазма сосудов. Процесс способствует повышению термического сопротивления организма. Для защиты от переохлаждения конечностей, кожи лица сужаются сосуды, которые находятся в этих частях тела.

Изменение атмосферного давления с высотой

Как известно, чем выше от уровня моря, тем меньше плотность воздуха и ниже атмосферное давление. На высоте 5 км оно понижается примерно в 2 р. Влияние давления воздуха на АД человека, находящегося высоко над уровнем моря (например, в горах), проявляется такими признаками:

Учащение дыхания;
Ускорение ЧСС;
Боль в голове;
Приступ удушье;
Носовые кровотечения.

Читайте также: Чем грозит высокое глазное давление

В основе негативного воздействия пониженного давления воздуха лежит кислородное голодание, когда организм получает меньше кислорода. В дальнейшем происходит адаптация, и самочувствие становится нормальным.

Человек, который постоянно проживает в такой местности, никак не ощущает воздействие пониженного атмосферного давления. Следует знать, что у гипертоников при подъёме на высоту (например, при перелетах) может резко меняться АД, что грозит потерей сознания.

Под землей и водой давление воздуха повышено. Его влияние на артериальное давление прямо пропорционально расстоянию, на которое надо спуститься.

Появляются следующие симптомы: дыхание делается глубоким и редким, ЧСС уменьшается, но незначительно. Слегка немеет кожный покров, слизистые становятся сухими.

Организм гипертоника, как и обычного человека, лучше приспосабливается к изменениям атмосферного давления, если они происходят медленно.

Гораздо более тяжёлые симптомы развиваются из-за резкого перепада: повышения (компрессии) и снижения (декомпрессии). В условиях повышенного давления атмосферы работают шахтёры, водолазы.

Они спускаются и поднимаются под землю (под воду) через шлюзы, где давление повышается/понижается постепенно. При повышенном атмосферном давлении в крови растворяются газы, содержащиеся в воздухе. Этот процесс называется «сатурация». При декомпрессии они выходят из крови (десатурация).

Если человек опустится на большую глубину под землю или под воду в нарушение режима вышлюзования, организм перенасытится азотом. Разовьется кессонная болезнь, при которой пузырьки газа проникают в сосуды, вызывая множественные эмболии.

Первые симптомы патологии болезни - мышечные, суставные боли. В тяжёлых случаях лопают барабанные перепонки, кружится голова, развивается лабиринтный нистагм. Кессонная болезнь иногда заканчивается летальным исходом.

Метеопатия

Метеопатией называется негативная реакция организма на перемены погоды. Симптомы варьируются от лёгкого недомогания до тяжёлых нарушений работы миокарда, которые могут вызвать необратимые поражения тканей.

Интенсивность и длительность проявлений метеопатии зависят от возраста, комплекции, наличия хронических заболеваний. У некоторых недомогания продолжаются до 7 дн. По данным медицинской статистики метеопатия есть у 70% людей с хроническими недугами и у 20% здоровых.

Реакция на перемену погоды зависит от степени чувствительности организма. Первая (начальная) стадия (или метеочувствительность) характеризуется небольшим ухудшением самочувствия, не подтверждающимся клиническими исследованиями.

Вторая степень называется метеозависимость, она сопровождается изменениями АД и ЧСС. Метеопатия – это наиболее тяжёлая третья степень.

При гипертонии, сочетающейся с метеозависимостью, причиной ухудшения самочувствия могут стать не только колебания атмосферного давления, но и другие изменения окружающей среды. Таким больным нужно обращать внимание на погодные условия и прогнозы синоптиков. Это позволит вовремя принять меры, рекомендованные врачом.

2.Ветер.

3.Типы воздушных масс.

4.Атмосферные фронты.

5.Струйные течения.

1. Давление изменяется в результате перемещений воздуха – его оттока из одного места и притока в другое. Перемещения эти связаны с различиями в плотности воздуха, возникающими при неравномерном нагревании его от подстилающей поверхности.

Если какой либо участок земной поверхности прогревается сильнее, то восходящее движение воздуха будет активнее, произойдет отток воздуха на соседние, менее нагретые участки и, как следствие, давление будет понижаться. Приток воздуха наверху на соседние участки вызовет повышение давления на их поверхность. В соответствии с распределением давления у поверхности возникает движение воздуха в сторону нагретого участка. Отток воздуха из мест с более высоким давлением компенсируется его опусканием. Таким образом, неравномерное нагревание поверхности вызывает движение воздуха, его циркуляцию: подъем над нагретым участком, отток на некоторой высоте в стороны, опускание над менее нагретыми участками и движение у поверхности к нагретому участку.

Движение воздуха также может быть вызвано неравномерным охлаждением поверхности. Но в этом случае над охлажденным участком воздух сжимается и на некоторой высоте давление становится ниже, чем на этом же уровне над соседними, менее холодными участками. Наверху возникает движение воздуха в сторону холодного участка, сопровождающегося ростом давления на его поверхность; соответственно, над соседними участками давление понижается. У поверхности воздух начинает растекаться из области повышенного давления в области пониженного, т.е. от холодного участка в стороны.

Таким образом, термические причины (изменение температуры) приводят к появлению динамических причин изменения давления (движение воздуха).

2. Движение воздуха в горизонтальном направлении называется ветром . Ветер характеризуется скоростью, силой и направлением. Скорость ветра измеряется в метрах в секунду (м/сек), иногда в км/час, в баллах (шкала Бофорта от 0 до 12 баллов) и по международному коду в узлах (узел равен 0,5 м/сек). Средняя скорость ветра у земной поверхности 5 – 10 м/сек. Наибольшая средняя годовая скорость ветра 22 м/сек наблюдалась на побережье Антарктиды. Средняя суточная скорость ветра там иногда доходит до 44 м/сек, а в отдельные моменты достигает 90 м/сек. На Ямайке отмечен ураганный ветер, достигавший в некоторые моменты скорости 84 м/сек.

Сила ветра определяется давлением, оказываемым движущимся воздухом на предметы и измеряется кг/м2. Сила ветра зависит от его скорости.

Направление ветра определяется положением той точки горизонта, откуда он дует. Для обозначения направления ветра в практике горизонт делят на 16 румбов. Румб – направление к точке видимого горизонта относительно стран света.

В барическом минимуме возникает движение воздуха против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном полушарии, с отклонением его к центру. В барическом максимуме воздух движется по часовой стрелке в северном полушарии, с отклонением к периферии.

Воздух тропосферы не везде одинаков, потому что неодинаково распределение солнечного тепла по земной поверхности и различна сама поверхность. В результате взаимодействия с подстилающей поверхностью воздух приобретает те или иные физические свойства, а перемещаясь из одних условий в другие, быстро меняет их – трансформируется. Так как воздух перемещается непрерывно, трансформация его происходит постоянно. При этом в первую очередь изменяются температура и влажность. В определенных условиях (над пустынями, индустриальными центрами) воздух содержит много примесей, что отражается на его оптических свойствах.

3. Относительно однородные массы воздуха , распространяющиеся на несколько тысяч километров в горизонтальном направлении и на несколько километров в вертикальном направлении, называют воздушными массами. Воздушные массы характеризуются близкой температурой, давлением, влажностью, прозрачностью. Они формируются при длительном пребывании воздуха над относительно однородной поверхностью.

По температурным показателям выделяют воздушные массы теплые и холодные (ТВ и ХВ). Теплые воздушные массы – это те, которые перемещаются с теплой поверхности на более холодную. При перемещении ТВ теплый воздух охлаждается, достигает уровня конденсации и выпадают осадки. ХВ перемещаются с более холодной поверхности на более теплую. Когда ХВ поступают на более теплую поверхность, они нагреваются и поднимаются вверх.

В зависимости от характера подстилающей поверхности ВМ подразделяются на морские и континентальные. Морские ВМ характеризуются большим содержанием влаги. Континентальные ВМ формируются над сушей, более сухие.

По географическому положению выделяют четыре типа воздушных масс (ВМ). Экваториальный тип ВМ (ЭВ) формируется над экваториальной зоной низкого давления, между 50с. и ю.ш. ЭВ влажные, характеризуются восходящими движениями ВМ, конвективными процессами и осадками. Тропический тип ВМ (ТВ) формируется над тропическими широтами с высоким давлением, высокими температурами, антициклональной циркуляцией. Они могут быть морскими (мТВ) и континентальными (кТВ). Континентальные ТВ характеризуются значительной запыленностью. Умеренный (полярный) тип ВМ (УВ, ПВ) располагается над 400 – 600с. и ю.ш., мПВ различается в зависимости от морских течений (теплые, холодные), а кПВ различаются в различных районах материков. В Западной Европе на формирование кПВ влияет Гольфстрим, на восточном побережье Азии – муссоны, а во внутренних частях материка Евразия – резко-континентальный тип климата. Арктический (антарктический) тип ВМ (АВ) отличается от ПВ в среднем более низкими температурами, меньшей абсолютной влажностью и малой запыленностью. Выделяют антарктический континентальный подтип – кАВ и арктический морской и континентальный подтипы – кАВ и мАВ.

4. Различные по физическим свойствам воздушные массы в результате постоянного их перемещения сближаются. В зоне сближения – переходной зоне – концентрируются большие запасы энергии и атмосферные процессы особенно активны. Между сближающимися воздушными массами возникают поверхности, характеризующиеся резким изменением метеорологических элементов и называемые фронтальными поверхностями или атмосферными фронтами.

Фронтальная поверхность располагается всегда под углом к подстилающей поверхности и наклонена в сторону более холодного воздуха, вклинивающийся под теплый. Угол наклона фронтальной поверхности очень мал, обычно меньше 10. Это значит, что фронтальная поверхность на расстоянии 200 км от линии фронта находится на высоте всего 1 – 2 км. От пересечения фронтальной поверхности с поверхностью Земли образуется линия атмосферного фронта. Ширина атмосферного фронта в приземном слое – от нескольких километров до нескольких десятков километров, длина – от нескольких сотен до нескольких тысяч километров.

Холодный воздух всегда расположен пол фронтальной поверхностью, теплый – над ней. Равновесие наклонной фронтальной поверхности поддерживается силой Кориолиса. В экваториальных широтах, где сила Кориолиса отсутствует, атмосферные фронты не возникают.

Если воздушные течения направляются я обеих сторон вдоль фронта и фронт заметно не перемещается ни в сторону холодного, ни в сторону теплого воздуха, он называется стационарным. Если же воздушные течения направлены перпендикулярно к фронту, фронт смещается в ту или иную сторону в зависимости от того, какая воздушная масса активнее. В соответствии с этим фронты делятся на теплые и холодные.

Теплый фронт перемещается в сторону холодного воздуха, т.к. более активна теплая ВМ. Теплый воздух натекает на отступающий холодный, спокойно поднимаясь вверх по плоскости раздела (восходящее скольжение), и адиабатически охлаждается, что сопровождается конденсацией находящейся в нем влаги. Теплый фронт приносит потепление. При медленном поднятии теплого воздуха формируются типичные облачные системы.

Холодный фронт перемещается в сторону теплого воздуха и приносит похолодание. Холодный воздух движется быстрее теплого, подтекает под него, выталкивая его вверх. При этом нижние слои холодного воздуха отстают в своем движении от верхних и фронтальная поверхность сравнительно круто поднимается над подстилающей поверхностью.

В зависимости от степени устойчивости теплого воздуха и скорости движения фронтов различают холодный фронт первого и второго порядка. Холодный фронт первого порядка движется медленно, теплый воздух поднимается спокойно. Облачность сходна с облачностью теплого фронта, но зона осадков уже (следствие сравнительно большого наклона фронтальной поверхности). Холодный фронт второго порядка – быстродвижущийся. Восходящее движение теплого воздуха способствует формированию кучево-дождевых облаков, шквалистых ветров, ливней.

При смыкании теплого и холодного фронтов образуется сложный фронт – фронт окклюзии. Смыкание фронтов происходит потому, что холодный фронт, перемещаясь быстрее теплого, может догнать его. Теплый воздух, оказавшийся в пространстве между двумя фронтами, вытесняется вверх, холодные воздушные массы двух фронтов соединяются. В зависимости от того, которая из соединяющихся воздушных масс теплее, окклюзия происходит по типу холодного (теплее воздух теплого фронта) или по типу теплого (теплее воздух холодного фронта).

Сплошных постоянных атмосферных фронтов между различными типами ВМ нет, но существуют фронтальные зоны, в которых постоянно возникает, обостряется и разрушается множество фронтов различной интенсивности. Эти зоны называют климатическими фронтами. Они отражают среднее многолетнее положение фронтов, разделяющих области преобладания различных типов ВМ.

Между арктической (антарктической) ВМ и полярной ВМ располагается арктический (антарктический) фронт.

Массы умеренного воздуха от тропических ВМ отделяет полярный фронт северного и южного полушарий. Продолжение полярного фронта в тропических широтах – пассатный фронт – разделяет две разные массы тропического воздуха, одна из которых – трансформировавшийся умеренный воздух. Тропические ВМ от экваториальных ВМ отделены тропическим фронтом.

Все фронты непрерывно перемещаются и изменяются; поэтому действительное положение того или иного участка фронта может значительно отклоняться от среднего многолетнего его положения.

По расположению климатических фронтов можно судить о расположении ВМ и их перемещении в зависимости от сезона.

5. Во фронтальных зонах, где температурные градиенты велики, возникают сильные ветры, скорость которых, возрастая с высотой, достигает максимума (более 30 м/сек) вблизи тропопаузы. Ураганные ветры во фронтальных зонах верхней тропосферы, реже – нижней стратосферы получили название струйных течений. Это сравнительно узкие (их ширина – несколько сотен километров), сплюснутые (толщина – несколько километров) струи воздуха, перемещающиеся в середине воздушного потока, имеющего значительно меньшие скорости. Тропосферные струйные течения имеют преимущественно западное направление, а стратосферные – зимой преимущественно западное, а летом – восточное направление. Тропосферные струйные течения подразделяются на течения умеренных и субтропических широт. Струйные течения играют значительную роль в режиме циркуляции атмосферы.

Все тела во Вселенной имеют свойство притягиваться друг к другу. Крупные и массивные обладают более высокой силой притяжения по сравнению с мелкими. Этот закон присущ и нашей планете.

Земля притягивает к себе любые объекты, которые на ней находятся, в том числе окружающую ее газовую оболочку – атмосферу. Хотя воздух намного легче планеты, он имеет большой вес и давит на всё, что находится на земной поверхности. Таким образом возникает атмосферное давление.

Под атмосферным давлением понимают гидростатическое давление газовой оболочки на Землю и расположенные на ней объекты. На разной высоте и в различных уголках земного шара оно имеет различные показатели, но на уровне моря стандартным принято считать 760 мм ртутного столба.

Это означает, что на квадратный сантиметр любой поверхности оказывает давление воздушный столб массой 1,033 кг. Соответственно, на квадратный метр приходится давление более чем в 10 тонн.

О существовании давления атмосферы люди узнали только в XVII столетии. В 1638 году тосканский герцог решил приукрасить свои сады во Флоренции красивыми фонтанами, но неожиданно обнаружил, что вода в построенных сооружениях не поднимается выше 10,3 метров.

Решив выяснить причину подобного явления, он обратился за помощью к итальянскому математику Торричелли, который путем опытов и анализа определил, что воздух имеет вес.

Атмосферное давление – один из важнейших параметров газовой оболочки Земли. Поскольку в разных местах оно различается, для его замеров используют специальное устройство – барометр. Обычный бытовой прибор представляет собой металлическую коробку с основанием из гофры, в которой напрочь отсутствует воздух.

При росте давления эта коробка сжимается, а при снижении давления, напротив, расширяется. Вместе с движением барометра двигается прикрепленная к нему пружинка, которая оказывает влияние на стрелку на шкале.

На метеорологических станциях используют жидкостные барометры. В них давление измеряют по высоте ртутного столбика, заключенного в стеклянную трубку.

Поскольку атмосферное давление создается вышележащими пластами газовой оболочки, по мере повышения высоты оно изменяется. На него могут оказывать влияние как плотность воздуха, так и высота самого воздушного столба. Кроме того, давление меняется в зависимости от места на нашей планете, так как разные районы Земли расположены на различных высотах над уровнем моря.

Время от времени над земной поверхностью создаются медленно передвигающиеся области повышенного или пониженного давления. В первом случае они носят название антициклоны, во втором – циклоны. В среднем показатели давления на уровне моря варьируются от 641 до 816 мм ртутного столба, хотя внутри торнадо могут опускаться до 560 мм.

Распределение атмосферного давления по Земле является неравномерным, что связано, в первую очередь, с движением воздуха и его способностью создавать так называемые барические вихри.

В северном полушарии вращение воздуха по часовой стрелке приводит к образованию нисходящих воздушных потоков (антициклонов), которые приносят в конкретную местность ясную либо малооблачную погоду с полным отсутствием дождя и ветра.

Если воздух вращается против часовой стрелки, то над землей образуются восходящие вихри, характерные для циклонов, с сильными осадками, шквальными ветрами, грозами. В южном полушарии циклоны движутся по часовой стрелке, антициклоны – против нее.

На каждого человека давит воздушный столб массой от 15 до 18 тонн. В иных ситуациях такой вес мог бы раздавить всё живое, но давление внутри нашего организма равняется атмосферному, поэтому при нормальных показателях в 760 мм ртутного столба мы не испытываем никакого дискомфорта.

Если же атмосферное давление выше или ниже нормы, некоторые люди (особенно пожилые или больные) чувствуют недомогание, головную боль, отмечают обострение хронических болезней.

Чаще всего неприятные ощущения человек испытывает на больших высотах (например, в горах), поскольку в таких районах давление воздуха ниже, чем на уровне моря.

Скорости движения молекул, входящих в состав воздуха, неодинаковы. В определенной части молекул скорость намного выше, чем у подавляющего большинства. За счет этого они могут подниматься над Землей на значительную высоту. Относительное количество таких молекул с высотой уменьшается. Соответственно уменьшается и создаваемый ими давление.

Атмосферное давление уменьшается при увеличении высоты над поверхностью Земли.

Зависимость атмосферного давления от высоты над поверхностью Земли впервые обнаружил Блез Паскаль. Группа его учеников поднялась на гору Так -де -Дом (Франция) и обнаружила, что на вершине горы столб ртути на 7,5 см короче, чем у ее подножия.

Экспериментально установлено, что у поверхности Земли при небольших изменениях высоты (в несколько сотен метров) давление изменяется на 1 мм рт. ст. каждые 11м высоты.

Когда высота меняется на десятки или сотни метров, плотность воздуха примерно можно считать постоянной. При подъеме на высоту h давление воздуха уменьшается на ДР = ?gh, где? - плотность воздуха. На уровне моря она приблизительно равна 1,3 кг/м3, что примерно в 10 000 раз меньше плотности ртути. Итак, уменьшению давления на 1 мм ртутного столба соответствует подъем на высоту, в 10 000 раз больше 1 мм, то есть примерно на 11 м (высота трехэтажного дома).

Для больших высот - например, высоты гор - нужно учитывать, что с увеличением высоты уменьшается плотность воздуха, в результате чего давление с увеличением высоты уменьшается медленнее. Скажем, при подъеме с уровня моря на 2 км давление уменьшается

примерно на 20 кПа, а при подъеме с 8 км до 10 км давление уменьшается только на 9 кПа.

На верхних этажах многоэтажного дома давление воздуха на несколько миллиметров ртутного столба меньше, чем на нижних этажах, - это можно заметить с помощью обычного барометра - анероида.

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.

По какому закону меняется атмосферное давление с высотой?

Допустим, что известно давление на одном уровне. Какое оно в тот же момент на другом уровне? Возьмем вертикальный столб воздуха с поперечным разрезом, равным единице, и выделим в этом столбе тонкий слой, ограниченный снизу поверхностью на высоте Z , а сверху – поверхностью на высоте (Z+dZ). Толщина слоя dZ.

Рисунок 3.1 – Силы, которые действуют на элементарный объем воздуха

На нижнюю поверхность выделенного элементарного объема соседний воздух действует с силой давления, которая направленная снизу вверх. Модуль этой силы на рассмотренной поверхности площадью, равной единице, и будет давлением воздуха Р на этой поверхности. На верхнюю поверхность элементарного объема соседний воздух действует с силой давления, которая направлена сверху вниз. Модуль этой силы P+dP есть давление на верхней границе. Это давление отличается от давления на нижней границе на маленькую величину dр, причем заранее не известно, будет dр положительным или отрицательной, то есть будет давление на верхней границе выше или ниже, чем на нижней границе.

Что касается сил давления, которые действуют на боковые стенки объема, то допустим, что в горизонтальном направлении атмосферное давление не меняется. Это значит, что силы давления, которые действуют со всех сторон на боковые стенки, уравновешиваются: их равнодействующая равняется нулю. Отсюда вытекает, что воздух в горизонтальном направлении не имеет ускорения и не перемещается.

Кроме того, на рассмотренный элементарный объем действует сила тяжести, которая направленная вниз и равняется ускорению свободного падения g, умноженному на массу воздуха во взятом объеме. Поэтому при вертикальном разрезе, равном единице, объем равняется dz, масса воздуха в нем равняется ρdz, где ρ – плотность воздуха, а сила тяжести равняется gρdz.

Сила тяжести gρdz и сила давления Р+dp направлены вниз; возьмем их с отрицательным знаком. Вверх направлена сила давления Р, ее возьмем с знаком “ + “.

В состоянии равновесия:

- (Р + dp) + Р – gρdz = 0

или dр = - gρdz (3.4)

Отсюда следует, что при движении вверх атмосферное давление падает.

Уравнение (3.4) называется основным уравнением статики атмосферы.

= - gp

- gp = 0

- g = 0,

-- падение давления на единицу прироста высоты, то есть вертикальный барический градиент (вертикальный градиент давления).

- вертикальный барический градиент, отнесенный к единице массы и направленный вверх.

Основное уравнение статики выражает условие равновесия между двумя силами, которые действуют на единицу массы воздуха по вертикали – вертикальным барическим градиентом и силой тяжести.

Чтобы получить уравнение для изменения давления при конечном приросте высоты нужно проинтегрировать уравнение (3.4) в пределах от уровня z 1 до z 2 с давлением от Р 1 до Р 2 . При этом плотность воздуха ρ есть переменной величиной, функцией высоты.

ρ =

dp = - dz ли

= -dz (3.5)

Проинтегрируем уравнение (3.5)

= -

ln p 2 – ln p 1 = -

Температура – величина перемена, зависит от высоты. Но эта зависимость не может быть точно описана математической функцией. Поэтому, берут среднее значение температуры T m между уровнями z 1 и z 2 . Тогда среднюю температуру можно вынести за знак интеграла.

ln p 2 – ln p 1 = -

ln = -(z 2 – z 1) (3.6)

Потенцируем уравнения 3.6, и получим:

(3.7)

Уравнение (3.7) называется барометрической формулой.

Эта формула показывает, как меняется атмосферное давление с высотой в зависимости от температуры воздуха.

С помощью барометрической формулы можно решить три задачи:

зная давление на одном уровне и среднюю температуру слоя воздуха, найти давление на другом уровне;

зная давление на обоих уровнях и среднюю температуру слоя воздуха, найти разность уровней (барометрическое нивелирование);

зная разность уровней и значения давления на них, найти среднюю температуру слоя воздуха.

В случае расчетов для влажного воздуха берется значение R для сухого воздуха, умноженное на (1 + 0,378).

Важным вариантом первой задачи есть приведение давления к уровню моря . Зная давление на некоторой станции, расположенной на высоте Z над уровнем моря, и температуру t на этой станции, вычисляют сначала среднюю температуру на рассмотренной станции и на уровне моря. Для уровня станции берется фактическая температура, а для уровня моря – та же температура, но увеличенная в той мере, в которой в среднем меняется температура воздуха с высотой. Средний вертикальный градиент температуры в тропосфере принимается равным 0,6 °С /100 г.

Итак, если станция имеет высоту 200 м и температура на ней 16 °С, то для уровня моря температура принимается равной 17,2 °С, а средняя температура составит 16,6 °С. После этого по давлению на станции и по полученной средней температуре определяется давление на уровне моря. Приведение давления к уровню моря необходимо потому, что на приземные карты погоды всегда наносится давление, приведенное к уровню моря. Этим исключается влияние расхождений в высотах станций на значение давления и становится возможной выяснить горизонтальное распределение давления.

Сообщая по радио о погоде, дикторы в конце обычно сообщают: атмосферное давление 760 мм ртутного столба (или 749, или 754 и т.д.). Но многие ли понимают, что это значит, и откуда синоптики берут эти данные? О том, как измеряют атмосферное давление, как оно изменяется и влияет на человека, вы узнаете из этой статьи.

Немного истории

Первым атмосферное давление измерил итальянский ученый Эванджелиста Торричелли в 1643 году. Развивая учения Галилея, Торричелли после долгих опытов, доказал, что воздух имеет вес, и давление атмосферы уравновешивается столбом воды в 32 фута, или 10,3 м. Он пошел в своих исследованиях ещё дальше и позже изобрел прибор для измерения атмосферного давления — барометр.

Атмосферное давление, что это?

Атмосферное давление — давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и на земную поверхность. В каждой точке атмосферы атмосферное давление равно весу вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице площади. С высотой атмосферное давление убывает. В соответствии с международной системой единиц (система СИ) основной единицей для измерения атмосферного давления является гектопаскаль (гПа), однако, в обслуживании ряда организаций разрешается применять старые единицы: миллибар (мб) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). Нормальным атмосферным давлением (на уровне моря) принято значение 760 мм ртутного столба (мм рт. ст.) при температуре 0 °С.

Зачем его измеряют?

Измеряют атмосферное давление для того, чтобы с большей вероятностью предсказать возможное изменение погоды. Существует прямая связь между изменениями давления и изменениями погоды. Рост или понижение атмосферного давления с некоторой вероятностью может служить признаком изменения погоды.

Изменение атмосферного давления с высотой

Газы сильно сжимаемы и чем сильнее сжат газ, тем больше его плотность и тем большее давление он производит. Нижние слои воздуха сжаты всеми вышележащими слоями. Чем выше от поверхности Земли, тем воздух слабее сжат, тем меньше его плотность и, следовательно, тем меньшее давление он производит. Так, например, когда воздушный шар поднимается над Землей, то давление воздуха на шар становится меньше не только потому, что высота столба воздуха над ним уменьшается, но еще и потому, что плотность воздуха вверху меньше, чем внизу. Так как все метеостанции, измеряющие атмосферное давление, расположены на разных высотах и полученные на них показатели чаще всего приводят к уровню моря. Делают это потому, что атмосферное давление довольно существенно убывает с высотой. Так на высоте 5 000 м оно уже примерно в два раза ниже. Поэтому для получения представления о реальном пространственном распределении атмосферного давления и для сравнимости его величины в различных местностях и на разных высотах, для составления синоптических карт давление приводят к единому уровню - к уровню моря.

В течение суток давление также меняется, но незначительно, т.е. имеет суточный ход. Ночью повышается, а днем в период максимальных температур понижается. Особенно правильный суточный ход оно имеет в тропических странах, где дневное колебание достигает 2,4 мм рт. ст., а ночное — 1,6 мм рт. ст. С увеличением широты амплитуда изменения АД уменьшается, но вместе с тем становятся более сильными непериодические изменения атмосферного давления.

Распределение атмосферного давления по земной поверхности обусловливает движение воздушных масс и атмосферных фронтов, определяет направление и скорость ветра.

Влияние атмосферного давления на самочувствие

На самочувствие человека, достаточно долго проживающего в определённой местности, обычное, т.е. характерное давление не должно вызывать особого ухудшения самочувствия.

Пребывание в условиях повышенного атмосферного давления почти ничем не отличается от обычных условий. Лишь при очень высоком давлении отмечается небольшое сокращение частоты пульса и снижение минимального кровяного давления. Более редким, но глубоким становится дыхание. Незначительно понижается слух и обоняние, голос становится приглушенным, появляется чувство слегка онемевшего кожного покрова, сухость слизистых и др. Однако все эти явления относительно легко переносятся.

Более неблагоприятные явления наблюдаются в период изменения атмосферного давления — повышения (компрессии) и особенно его снижения (декомпрессии) до нормального. Чем медленнее происходит изменение давления, тем лучше и без неблагоприятных последствий приспосабливается к нему организм человека.

При пониженном атмосферном давлении отмечается учащение и углубление дыхания, учащение сердечных сокращений (сила их более слабая), некоторое падение кровяного давления, наблюдаются также изменения в крови в виде увеличения количества красных кровяных телец. В основе неблагоприятного влияния пониженного атмосферного давления на организм лежит кислородное голодание. Оно обусловлено тем, что с понижением атмосферного давления понижается и парциальное давление кислорода, поэтому при нормальном функционировании органов дыхания и кровообращения в организм поступает меньшее количество кислорода.

Повлиять на погоду мы не в состоянии. Но вот помочь своему организму пережить этот тяжелый период совсем несложно. При прогнозе значительного ухудшения погодных условий, а следовательно и резких перепадов атмосферного давления, прежде всего следует не паниковать, успокоиться, максимально снизить физическую нагрузку, а для тех у кого адаптация протекает довольно сложно, необходимо посоветоваться с врачом о назначении соответствующих лекарственных средств.

Как изменяется объем воздуха при нагревании и охлаждении? Как доказать, что воздух имеет вес? Какой воздух, теплый или холодный, тяжелее?

2. Изменение атмосферного давления. Атмосферное давление в связи с изменением температуры воздуха и его перемещением непрерывно изменяется. При нагревании воздуха его объем увеличивается, плотность и вес уменьшаются. Из-за этого понижается атмосферное давление. Чем воздух плотнее, тем он тяжелее, и давление атмосферы больше. В течение суток оно дважды увеличивается (утром и вечером) и дважды понижается (после полудня и после полуночи). Давление повышается там, где воздуха становится больше, и понижается там, откуда воздух уходит. Главная причина перемещения воздуха – его нагревание и охлаждение от земной поверхности. Особенно хорошо эти колебания выражены в низких широтах. (Какое атмосферное давление будет наблюдаться над сушей и над водной поверхностью ночью?) В течение года наибольшее давление в зимние месяцы, а наименьшее - летом. (Объясните такое распределение давления.) Наиболее резко эти изменения выражены в средних и высоких широтах и слабее всего в низких.