Birçok insan, yükseklik arttıkça hava basıncının düştüğünü bilir. Hava basıncının yükseklikle neden azaldığı sorusunu düşünün, basıncın yüksekliğe bağımlılığı için bir formül verin ve ayrıca elde edilen formülü kullanarak problemi çözmenin bir örneğini düşünün.
Hava nedir?
Hava, gezegenimizin atmosferini oluşturan renksiz bir gaz karışımıdır. Başlıcaları nitrojen (%78), oksijen (%21), argon (%0,9), karbondioksit (%0,03) ve diğerleri olmak üzere birçok farklı gaz içerir.
Fizik bakış açısına göre, Dünya'daki mevcut koşullar altında havanın davranışı ideal gaz yasalarına uyar - bir gazın moleküllerinin ve atomlarının birbirleriyle etkileşime girmediği bir model. aralarındaki mesafeler boyutlarına göre çok büyüktür ve oda sıcaklığındaki sıcaklıklarda hareket hızları yaklaşık 1000 m/s'dir.
Hava basıncı
Basıncın irtifaya bağımlılığı sorusunu göz önünde bulundurarak, neyi temsil ettiğini bulmalısınız.fiziksel açıdan "basınç" kavramıdır. Hava basıncı, hava sütununun yüzeye bastırdığı kuvvet olarak anlaşılır. Fizikte paskal (Pa) ile ölçülür. 1 Pa, 1 m22'lik bir yüzeye dik olarak 1 newton (N)'luk bir kuvvetin uygulandığı anlamına gelir. Dolayısıyla 1 Pa'lık bir basınç çok küçük bir basınçtır.
Deniz seviyesinde hava basıncı 101.325 Pa'dır. Veya yuvarlama, 0,1 MPa. Bu değere 1 atmosferin basıncı denir. Yukarıdaki şekil, 1 m2 bir platformda 100 kN'luk bir kuvvetle hava preslerinin olduğunu söylüyor! Bu büyük bir güçtür, ancak içindeki kan benzer bir basınç oluşturduğundan kişi bunu hissetmez. Ek olarak hava, akışkan maddelere atıfta bulunur (sıvılar da bunlara aittir). Bu da her yöne aynı basıncı uyguladığı anlamına gelir. Son gerçek, atmosferin farklı yönlerden bir kişi üzerindeki baskısının karşılıklı olarak telafi edildiğini gösteriyor.
Basıncın irtifaya bağımlılığı
Gezegenimizin etrafındaki atmosfer, dünyanın yerçekimi tarafından tutulur. Yerçekimi kuvvetleri, artan irtifa ile hava basıncındaki düşüşten de sorumludur. Adil olmak gerekirse, sadece dünyanın yerçekiminin basınçta bir azalmaya yol açmadığına dikkat edilmelidir. Ayrıca sıcaklığı düşürmek de katkıda bulunur.
Hava bir sıvı olduğundan, onun için basıncın derinliğe (yüksekliğe) bağımlılığı için hidrostatik formülü kullanabilirsiniz, yani ΔP=ρgΔh, burada: ΔP basınç miktarıdır değişiklikyüksekliği Δh, ρ - hava yoğunluğu, g - serbest düşüş ivmesi ile değiştirirken.
Havanın ideal bir gaz olduğu göz önüne alındığında, ideal gaz durum denkleminden ρ=Pm/(kT) çıkar, burada m 1 molekülün kütlesidir, T ise sıcaklığıdır, k Boltzmann sabitidir.
Yukarıdaki iki formülü birleştirerek ve elde edilen basınç ve yükseklik denklemini çözerek, aşağıdaki formül elde edilebilir: Ph=P0e-mgh/(kT) burada Ph ve P0- sırasıyla h yüksekliğinde ve deniz seviyesindeki basınç. Ortaya çıkan ifadeye barometrik formül denir. Atmosfer basıncını rakımın bir fonksiyonu olarak hesaplamak için kullanılabilir.
Bazen pratik amaçlar için ters problemini çözmek, yani yüksekliği bulmak, basıncı bilmek gerekir. Barometrik formülden, yüksekliğin basınç seviyesine bağımlılığını kolayca elde edebilirsiniz: h=kTln(P0/Ph)/(m g).
Problem çözme örneği
Bolivya'nın La Paz şehri dünyanın "en yüksek" başkentidir. Çeşitli kaynaklardan şehrin deniz seviyesinden 3250 metre ile 3700 metre yükseklikte yer aldığı anlaşılmaktadır. Görev, La Paz'ın yüksekliğindeki hava basıncını hesaplamaktır.
Problemi çözmek için, basıncın yüksekliğe bağımlılığı formülünü kullanırız: Ph=P0e -mg h/(kT), burada: P0=101 325 Pa, g=9,8 m/s 2, k=1,3810-23 J/K, T=293 K (20 oC), h=3475 m (ortalama 3250 m ile3700 m), m=4, 81710-26 kg (29 g/mol havanın molar kütlesi dikkate alınarak). Rakamları değiştirerek şunu elde ederiz: Ph=67,534 Pa.
Böylece Bolivya'nın başkentindeki hava basıncı, deniz seviyesindeki basıncın %67'sidir. Düşük hava basıncı, bir kişi dağlık alanlara tırmandığında baş dönmesine ve vücudun genel zayıflığına neden olur.
