Причина существования атмосферного давления.

Главная причина существования атмосферного давления — притяжение воздуха к Земле под действием силы тяжести. Воздух имеет массу, поэтому на него, как и на любое другое вещество, действует земное притяжение. В результате верхние слои атмосферы давят на нижние, а вся толща воздуха создаёт давление на поверхность Земли и находящиеся на ней предметы.

Как возникает атмосферное давление?

Атмосфера Земли состоит из смеси газов, главным образом азота и кислорода. Хотя воздух невидим и кажется очень лёгким, он обладает массой и весом.

Представим столб воздуха, который простирается от поверхности Земли до верхних слоёв атмосферы. Под действием силы тяжести этот воздух притягивается к Земле. Его вес создаёт давление, которое передаётся через газ во всех направлениях.

При этом молекулы воздуха непрерывно и хаотично движутся, сталкиваясь друг с другом и с окружающими поверхностями. Именно удары молекул о поверхности непосредственно создают газовое давление. А земная гравитация удерживает атмосферу и определяет распределение давления по высоте.

Таким образом, существование атмосферного давления объясняется двумя физическими явлениями:

1. Силой тяжести, которая удерживает воздух около Земли и вызывает его сжатие под весом вышележащих слоёв.

2. Хаотическим движением молекул газа, благодаря которому воздух оказывает давление на поверхности тел во всех направлениях.

Чему равно атмосферное давление?

Нормальное атмосферное давление на уровне моря принимают равным:

• 101 325 паскалей (Па);

• 101,325 килопаскаля (кПа);

• 760 миллиметров ртутного столба (мм рт. ст.);

• приблизительно 1 атмосфере (атм).

Это довольно большое давление. Например, на поверхность площадью 1 квадратный метр при нормальном атмосферном давлении действует сила около 101 325 ньютонов, что соответствует весу груза массой примерно 10,3 тонны.

Однако человек не ощущает такой огромной нагрузки, поскольку давление воздуха действует со всех сторон, а внутреннее давление жидкостей и газов организма в значительной степени его уравновешивает.

Почему атмосферное давление уменьшается с высотой?

Чем выше мы поднимаемся над поверхностью Земли, тем меньше становится атмосферное давление.

Это связано с тем, что над нами остаётся всё меньшая масса воздуха. Кроме того, в нижних слоях атмосферы воздух сильнее сжат весом вышележащих слоёв, поэтому его плотность обычно выше.

Например, ориентировочные значения давления составляют:

Это приблизительные значения для стандартной атмосферы. В действительности давление зависит также от температуры и погодных условий.

Почему атмосферное давление меняется?

Атмосферное давление не является постоянным. Оно зависит от нескольких факторов.

Температура воздуха. При нагревании воздух обычно расширяется и становится менее плотным. В реальной атмосфере температурные различия вызывают перераспределение воздушных масс, что может приводить к изменению давления у поверхности Земли.

Высота над уровнем моря. С увеличением высоты давление уменьшается, поскольку сокращается масса воздуха, расположенного выше.

Движение воздушных масс. Перемещение воздуха и процессы атмосферной циркуляции приводят к образованию областей повышенного и пониженного давления — антициклонов и циклонов.

Влажность воздуха. Водяной пар влияет на плотность воздушной смеси и атмосферные процессы, поэтому также может участвовать в изменении давления.

Как доказать существование атмосферного давления?

Одним из самых известных доказательств стал опыт итальянского учёного Эванджелисты Торричелли, проведённый в 1643 году.

Учёный заполнил длинную стеклянную трубку ртутью, закрыл её конец и перевернул трубку в сосуд с ртутью. Часть ртути опустилась, но в трубке остался столб высотой около 760 мм.

Это происходило потому, что атмосферное давление, действующее на поверхность ртути в сосуде, уравновешивало давление столба ртути в трубке.

На этом принципе основана работа ртутного барометра — прибора для измерения атмосферного давления.

Другой известный пример — опыт с магдебургскими полушариями. Когда из соединённых металлических полушарий откачивали воздух, внешнее атмосферное давление настолько сильно прижимало их друг к другу, что разъединить полушария было чрезвычайно трудно.

Что было бы без силы тяжести?

Если бы Земля не обладала достаточной силой притяжения, она не смогла бы удерживать плотную газовую оболочку. Молекулы газов постепенно рассеивались бы в космическом пространстве, и привычной нам атмосферы не существовало бы.

При отсутствии атмосферы не было бы и атмосферного давления в его обычном понимании.

При этом само газовое давление может существовать и без гравитации, например внутри герметичного сосуда. Однако именно сила тяжести позволяет Земле удерживать огромную массу воздуха и формирует характерное распределение атмосферного давления.

Вывод

Основная причина существования атмосферного давления на Земле — сила земного притяжения, действующая на имеющий массу воздух. Под действием тяжести атмосфера удерживается около планеты, а её нижние слои испытывают воздействие веса расположенного над ними воздуха.

Непосредственно давление на тела создаётся непрерывными ударами движущихся молекул газа. Поэтому атмосферное давление действует не только сверху вниз, но и во всех остальных направлениях.

Чем больше масса воздуха над определённой точкой, тем, при прочих равных условиях, выше давление. Именно поэтому у поверхности Земли оно обычно значительно больше, чем на больших высотах.