Какое значение имеет атмосферное давление
Содержание статьи
Атмосферное давление
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 17 июля 2019; проверки требуют 36 правок.
Атмосфе́рное давле́ние — давление атмосферы, действующее на все находящиеся в ней предметы и на земную поверхность, равное модулю силы, действующей в атмосфере, на единицу площади поверхности по нормали к ней[1]. В покоящейся стационарной атмосфере давление равно отношению веса вышележащего столба воздуха к площади его поперечного сечения. Атмосферное давление является одним из термодинамических параметров состояния атмосферы, оно изменяется в зависимости от места и времени[2]. Давление — величина скалярная, имеющая размерность L−1MT−2, измеряется барометром.
Единицей измерения в Международной системе единиц (СИ) является паскаль (русское обозначение: Па; международное: Pa). Кроме того, в Российской Федерации в качестве внесистемных единиц давления допущены к использованию бар, миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба, метр водяного столба, килограмм-сила на квадратный сантиметр и атмосфера техническая[3]. Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °C, называется нормальным атмосферным давлением (101 325 Па)[2].
История[править | править код]
Традиционно считалось, что всасывающие насосы работают из-за того, что «природа боится пустоты». Но голландец Исаак Бекман в тезисах своей докторской диссертации, защищенной им в 1618 году, утверждал: «Вода, поднимаемая всасыванием, не притягивается силою пустоты, но гонима в пустое место налегающим воздухом» (Aqua suctu sublata non attrahitur vi vacui, sed ab aere incumbentein locum vacuum impellitur).
В 1630 году генуэзский физик Балиани написал письмо Галилею о неудачной попытке устроить сифон для подъема воды на холм высотою примерно 21 метр. В другом письме Галилею (от 24 октября 1630 года) Балиани предположил, что подъем воды в трубе обусловлен давлением воздуха.
Наличие атмосферного давления привело людей в замешательство в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами — вода не поднималась выше 10,3 метров. Поиски причин этого и опыты с более тяжёлым веществом — ртутью, предпринятые Эванджелистой Торричелли, привели к тому, что в 1643 году он доказал, что воздух имеет вес[5]. Совместно с В. Вивиани, Торричелли провёл первый опыт по измерению атмосферного давления, изобретя первый ртутный барометр — стеклянную трубку, в которой нет воздуха. В такой трубке ртуть поднимается на высоту около 760 мм.
Изменчивость и влияние на погоду[править | править код]
На земной поверхности атмосферное давление изменяется время от времени и от места к месту. Особенно важны определяющие погоду непериодические изменения атмосферного давления, связанные с возникновением, развитием и разрушением медленно движущихся областей высокого давления (антициклонов) и относительно быстро перемещающихся огромных вихрей (циклонов), в которых господствует пониженное давление. Отмечены колебания атмосферного давления на уровне моря в пределах 641 — 816 мм рт. ст.[6] (в центральной части смерча давление падает и может достигать значения 560 мм ртутного столба)[7].
На картах атмосферное давление изображается с помощью изобар — изолиний, соединяющих точки с одинаковым приземным атмосферным давлением, обязательно приведенным к уровню моря[8].
Атмосферное давление — очень изменчивый метеоэлемент. Из его определения следует, что оно зависит от высоты соответствующего столба воздуха, его плотности, от ускорения силы тяжести, которая меняется от широты места и высоты над уровнем моря.
1 Па = 0,0075 мм рт. ст., или 1 мм рт. ст. = 133,3 Па
Стандартное давление[править | править код]
В химии стандартным атмосферным давлением с 1983 года по рекомендации IUPAC считается давление, равное 100 кПа[9]. Атмосферное давление является одной из наиболее существенных характеристик состояния атмосферы. В покоящейся атмосфере давление в любой точке равно весу вышестоящего столба воздуха с единичным сечением.
В системе СГС 760 мм рт. ст. эквивалентно 1,01325 бар (1013,25 мбар) или 101 325 Па в Международной системе единиц (СИ).
Барическая ступень[править | править код]
Высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гПа (гектопаскаль), называется «барической (барометрической) ступенью». Барической ступенью удобно пользоваться при решении задач, не требующих высокой точности, например, для оценки давления по известной разности высот. Считая, что атмосфера не испытывает существенного вертикального ускорения (то есть находится в квазистатическом состоянии), из основного закона статики получаем, что барическая ступень равна:
При температуре воздуха 0 °C и давлении 1000 гПа, барическая ступень равна 8 м/гПа. Следовательно, чтобы давление уменьшилось на 1 гПа, нужно подняться на 8 метров.
С ростом температуры и увеличением высоты над уровнем моря она возрастает (в частности, на 0,4 % на каждый градус нагревания), то есть она прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна давлению. Величина, обратная барической ступени, — вертикальный барический градиент, то есть изменение давления при поднятии или опускании на 100 метров. При температуре 0 °C и давлении 1000 гПа он равен 12,5 гПа.
Изменения давления с высотой[править | править код]
Изменение давления с высотой.
С высотой атмосферное давление уменьшается. Например, горная болезнь начинается на высоте около 2-3 км, а атмосферное давление на вершине Эвереста составляет примерно 1/4 от показателя на уровне моря.
В стационарных условиях атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты, поскольку оно создаётся лишь вышележащим слоем атмосферы. Зависимость давления от высоты описывается барометрической формулой[10].
Уравнение статики выражает закон изменения давления с высотой:
где: — давление, — ускорение свободного падения, — плотность воздуха, — толщина слоя. Из основного уравнения статики следует, что при увеличении высоты () изменение давления отрицательное, то есть давление уменьшается. Так как плотность газа зависит от его давления, основное уравнение статики справедливо только для очень тонкого (бесконечно тонкого) слоя воздуха , в котором плотность воздуха почти не изменяется. На практике оно применимо, когда изменение высоты достаточно мало по отношению к приблизительной толщине атмосферы.
Приведение к уровню моря[править | править код]
Многие метеостанции рассылают так называемые «синоптические телеграммы», в которых указывается давление, приведённое к уровню моря (см. КН-01, R). Это делается для того, чтобы давление было сравнимо на станциях, расположенных на разных высотах, а также для нужд авиации. Приведённое давление используется также и на синоптических картах.
При приведении давления к уровню моря используют сокращенную формулу Лапласа:
То есть, зная давление и температуру на уровне , можно найти давление на уровне моря .
Вычисление давления на высоте по давлению на уровне моря и температуре воздуха :
где — давление Па на уровне моря [Па];
— молярная масса сухого воздуха, M = 0,029 кг/моль;
— ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;
— универсальная газовая постоянная, R = 8,31 Дж/моль·К;
— абсолютная температура воздуха, К, , где — температура Цельсия, выражаемая в градусах Цельсия (обозначение: °C);
— высота, м.
На небольших высотах каждые 12 м подъёма уменьшают атмосферное давление на 1 мм рт. ст. На больших высотах эта закономерность нарушается[5].
Более простые расчёты (без учёта температуры) дают:
где — высота в километрах.
Измерения и расчёт показывают в полном согласии, что при подъёме над уровнем моря на каждый километр давление будет падать на 0,1 долю; то же самое относится и к спуску в глубокие шахты под уровень моря — при опускании на один километр давление будет возрастать на 0,1 своего значения.
Речь идёт об изменении на 0,1 от значения на предыдущей высоте. Это значит, что при подъёме на один километр давление уменьшается до 0,9 (точнее 0,87[прим 1]) от давления на уровне моря.
В ещё более грубом приближении, двукратному изменению давления соответствует изменение высоты на каждые пять километров.
В прогнозах погоды и сводках, распространяемых для населения через интернет и по радио, используется неприведённое давление, то есть, фактическое давление на уровне местности.
См. также[править | править код]
Видеоурок: атмосферное давление
- Фактическая погода
- Атмосфера
- Разгерметизация
Примечания[править | править код]
Источники[править | править код]
Сноски[править | править код]
- ↑ Формула предполагает температуру одинаковой на всех высотах. На самом же деле температура атмосферы меняется с высотой по довольно сложному закону. Тем не менее формула даёт неплохие результаты, и на высотах до 50-100 километров ею можно пользоваться. Так, нетрудно определить, что на высоте Эльбруса — около 5,6 км — давление упадёт примерно вдвое, а на высоте 22 км (рекордная высота подъёма стратостата с людьми) давление упадёт до 50 мм рт. ст.
Литература[править | править код]
- Хргиан А. Х. Физика атмосферы. — 2 изд. — М., 1958.
- Бургесс Э. К границам пространства, пер. с англ.. — М.: Изд. иностранной литературы, 1957. — 223 с.
Ссылки[править | править код]
- Медиафайлы по теме Атмосферное давление на Викискладе
- Атмосферное давление // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890-1907.
- График изменения атмосферного давления при изменении высоты
Источник
Значение атмосферного давления в жизни человека.
Введение.
Практически каждый день мы слышим слово «давление»: от знакомых и незнакомых людей в школе и дома, из средств массовых информаций и из учебников. Однако разные источники сообщают нам о разном давлении: синоптики говорят об атмосферном давлении, врачи — об артериальном, водители проверяют давление в шинах своих автомобилей, работники коммунальных служб заботятся о давлении воды в трубах и так далее. Принято считать, что любая сфера человеческой жизни и деятельности не обходится без влияния на нее атмосферного давления. Мы решили остановиться на артериальное давление, которое создается работой сердца каждого человека.
Цели нашего исследования:
Изучение данных из различных источников с целью выяснения нормального артериального давления и влияния на него атмосферного. Использование полученных знаний для сохранения здоровья.
Задачи:
1. Проследить изменение артериального давления в различных условиях.
2. Выяснить, насколько школьники осведомлены о своем давлении.
3. Сформулировать правила ведения здорового образа жизни с учетом изменений атмосферного и артериального давления.
Предмет исследования: атмосферное и артериальное давление.
Объект исследования: учащиеся школы, взрослые родственники.
Основная часть.
I. Как образуется атмосферное давление.
II. Как образуется артериальное давление.
III. Взаимосвязь атмосферного и артериального давления.
IV. Влияние давления на человека и природу.
V. Практическая часть.
VI. Выводы.
I. Давле́ние — физическая величина, численно равная силе F, действующей на единицу площади поверхности S перпендикулярно этой поверхности.[1] Атмосферное давление — давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и Земную поверхность. Атмосферное давление создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле. Наличие атмосферного давления привело людей в замешательство в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами — вода не поднималась выше 10,3 метров. Поиски причин этого и опыты с более тяжелым веществом — ртутью, предпринятые Эванджелистой Торричелли привели к тому, что в 1643 он доказал, что воздух имеет вес[1]. Совместно с В. Вивиани, Торричелли провёл первый опыт по измерению атмосферного давления, изобретя трубку Торричелли (первый ртутный барометр) — стеклянную трубку, в которой нет воздуха. В такой трубке ртуть поднимается на высоту около 760 мм[2] Нормальным атмосферным давлением называют давление на уровне моря при температуре 15 °C. Оно равно 760 мм рт. ст. 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.
II. Известно, что общее количество крови в организме составляет 6-8% от массы тела. Применяя нехитрый расчет, можно легко узнать объем крови у каждого человека. Так при массе в 75 килограммов объем крови составляет 4,5-6 литров. И вся она заключена в систему сообщающихся друг с другом сосудов. Так вот, при сокращении сердца кровь продвигается по кровеносным сосудам, давит на стенку артерий, и это давление называется артериальным. Артериальное давление способствует продвижению крови по сосудам. Различают два показателя артериального давления:
• систолическое артериальное давление (САД), называемое еще «верхним» — отражает давление в артериях, которое создается при сокращении сердца и выбросе крови в артериальную часть сосудистой системы;
• диастолическое артериальное давление (ДАД), называемое еще «нижним» — отражает давление в артериях в момент расслабления сердца, во время которого происходит его наполнение перед следующим сокращением. И систолическое артериальное давление и диастолическое артериальное давление измеряются в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Артериальное давление подвержено изменениям на протяжении даже одного дня. Например, от значительно повышенного 175/100 мм рт. ст. оно может измениться на протяжении суток до нормального 105/60 мм рт. ст.[3] Существуют травматичный, то есть инвазивный, метод измерения давления — он самый точный. Но у детей его применяют крайне редко — только в очень сложных случаях и во время операций на сердце и сосудах. Суть его в ведении иглы с манометром в сосуд и измерении давления крови напрямую. Для обычного определения давления, в том числе и в домашних условиях используют специальные тонометры и метод Короткова. Когда измеряют давление по методу Короткова, на правильность измерений влияет множество факторов, в том числе ширина и длина манжетки, одеваемой на руку. Поэтому у врача для измерения давления у детей должен быть набор специальных манжеток: для грудничков, для дошкольников и для школьников.
III. показал зависимость величин артериального давления от уровня атмосферного давления. Так, при высоком барометрическом давлении (750-770 мм рт. ст.) дистоническое артериальное давление повышалось на 10,3 %. За нижнюю границу нормы для взрослых до 25 лет принимается артериальное давление, равное 120/70 мм рт. ст. Для возрастной группы 25-40 лет — соответственно 125 (130)/70 (80) мм рт. ст. У школьников 14-17 лет верхняя граница артериального давления составляет 90-130 мм рт. ст, а нижняя 60-80 мм рт. ст. Более опасны повышения давления для «молодой» части населения. На территории России диапазон колебания давления составляет от 720 мм ртутного столба до 820 мм. Давление воздуха падает с высотой и у земли это падение в среднем составляет 1 мм рт. ст. на каждые 12 метров высоты. В обычном лифте давление меняется примерно на 0,08 мм рт. ст. в секунду, то есть в 100 раз быстрее, чем от погоды. Даже когда вы спокойно поднимаетесь или спускаетесь по ступенькам, давление воздуха вокруг вас меняется в 10-20 раз быстрее, чем при прохождении «штормового» циклона. Если же посмотреть на все способы изменения атмосферного давления, которым подвергает себя городской житель, то картина будет совсем «удручающая». Например, житель квартиры на 12-м этаже «меняет» давление вокруг себя на 5 мм рт. ст., по крайней мере, два раза в сутки. [2]
IV. Влияние давления на человека и природу.
Погода (температура, влажность, ветер, солнечная радиация) безусловно влияет на состояние человека. Но люди, по каким-то причинам, «крайним» в этом списке объявили, достаточно невинное давление воздуха. Однако не стоит бояться резких перемен атмосферного давления — оно, в отличие от артериального, не причиняет никакого вреда. По данным о влиянии барометрического давления на артериальное давление человека можно различать 3 варианта взаимосвязи барометрического и артериального давлений:
1. Прямая зависимость. При повышении атмосферного давления максимальное и минимальное артериальные давления повышаются, а при понижении — снижаются. Это чаще всего встречается при гипотонии;
2. Неполное соответствие или частичная обратная зависимость. Колебания атмосферного давления совпадают с аналогичными колебаниями максимального артериального давления, в то время как уровень минимального не меняется, или, наоборот, минимальное следует за ходом барометрического давления, а максимальное не изменяется, что чаще всего наблюдается у лиц с нормальным артериальным давлением;
3. Обратная зависимость. При падении атмосферного давления повышается уровень максимального и минимального артериального, а при повышении» атмосферного артериальное давление снижается, что характерно, для больных гипертонической болезнью.[4]
Чем выше поднимается человек в горы, тем давление у него будет значительно выше. Местами проведения горных работ, отдыха и развлечения, транспортировки, сельскохозяйственных работ и прохождения военной службы все чаще становятся высокогорные условия. Проблема состоит в том, что с увеличением высоты над уровнем моря постепенно снижается полное атмосферное давление (барометрическое давление, Рв) и содержание кислорода в окружающей среде (эта часть общего давления приходится на кислород, PO2). Причиной были не только повышенная мышечная утомляемость, но и ухудшение умственной деятельности. Ослаблены были память, способность считать, принимать решения и оценивать ситуацию. Плотность морской соленой воды на 1-2% больше, чем плотность пресной воды. Поэтому можно с достаточной точностью считать, что погружение в море на каждые 10 метров дает увеличение гидростатического давления на одну атмосферу.
V. Мы провели несколько исследований, касающихся артериального давления.
Для начала среди учащихся 6,7,9 классов было проведено анкетирование. Дети отвечали на вопросы:
1. Знаете ли вы, что такое давление? Есть ли у вас давление?
2. Какие факторы влияют на давление и к чему может привести изменение давления?
3. В каких числах выражается давление человека? Отличается ли давление у людей разного возраста?
4. Влияет ли атмосферное давление на артериальное?
5. Что необходимо предпринимать для нормализации давления и профилактики гипертонии?
Выводы:
1. Несколько человек считают, что давление — это давление циркуляции крови.
Среди опрошенных 60 человек только 39 человек знают, о том, что у них есть давление — это 65%, и 21 ученик не знает о своем давлении — это 35%.
2. По мнению детей на давление влияют: погода, нагрузка, переутомление, неправильная пища, нервозность. Учащиеся знают, что изменение давления в сторону повышения может привести к серьезным нарушениям здоровья, а иногда и к смерти.
3. 45 % опрошенных знают, что нормальным считается давление в пределах 139/89, причем, у детей оно чуть ниже, чем у взрослых. Также 71% учащихся знают, что у пожилых людей давление почти во всех случаях выше, чем у людей среднего возраста, что связано с возрастными изменениями организма человека.
4. 32% учащихся считают, что существует прямая взаимосвязь между атмосферным и артериальным давлением.
5. 99 % опрошенных считают, что для нормализации давления и профилактики гипертонии необходимо вести здоровый образ жизни, следить за своим весом, правильно питаться и избегать стрессов.
Факторы влияющие на изменение давления.
1.Напитки. Проведем опыт: для начала было измерено давление. У меня и у мамы. Результаты были занесены в таблицу. Затем мы с ней выпили кофе и стали измерять давление в течение 3 часов. Получилось следующее.
Время после употребления кофе | До начала эксперимента | Через час | Через 2часа | Через 3 часа |
Моё давление | 100/70 | 110/75 | 110/75 | 108/70 |
Давление у папы | 120/90 | 130/100 | 132/100 | 130/95 |
Вывод: кофе влияет на увеличение давления.
Есть другие напитки, которые влияют на давление, например: зеленый чай.
Но давление нормализуется после питья зеленого чая лишь через определенный промежуток времени: год или меньше. Бытует множество слухов, которые связывают с употреблением алкоголя. Одни утверждают, что употребление алкоголя ведет к повышению артериального давления, те же, кто любит выпить крепкие напитки, утверждают об обратном чудодейственном эффекте. Ходят слухи и о «горячительном» воздействии. Многие уверены, что спиртосодержащие напитки «согревают». Также утверждают, что алкоголь снимает стресс. Употребление спиртных крепких напитков способствует расширению сосудов. Но только в том случае, если количество выпитых напитков небольшое, всего пятьдесят граммов. Именно такое количество коньяка или водки способствует нормализации кровоснабжению всех внутренних органов и расширяет сосуды. Кожа краснеет и в организме возникает приятное «тепло». Но теплоотдача увеличивается, а организм постепенно, со временем, остывает еще больше. Не стоит забывать и о том, что спиртное способствует учащению сердечного биения и как следствие — повышается артериальное давление. Ведь давление зависит напрямую от объема «выталкиваемой» крови.
Однако очевидно одно — алкоголь вреден для здоровья.
2. Возраст и время суток.
Мы измеряли давление моей сестры (14 лет) и моей бабушки (72 года) в течение двух дней и получили следующие результаты:
Время измерения | утро | день | вечер | утро | день | вечер |
АД сестры | 110/73 | 112/75 | 120/80 | 110/70 | 115/76 | 120/70 |
АД бабушки | 150/98 | 160/100 | 165/98 | 143/92 | 150/92 | 157/110 |
Выводы: давление подростка и взрослого человека отличается не только в зависимости от возраста, но и в течение времени суток: у взрослого оно выше, чем у подростка; в течение дня оно увеличивается независимо от возраста.
3. Зависимость АД от атмосферного давления
В результате действия на человеческий организм атмосферного давления происходит сужение сосудов, а, следовательно, повышение артериального давления, а при понижении атмосферного давления понижается и АД.
Атмосферное давление (мм. рт. ст) | 760 | 750 | 745 |
АД подростка | 115/80 | 108/75 | 107/75 |
АД пожилого человека | 145/98 | 140/92 | 140/90 |
4. Влияние стрессов на АД.
Человек каждый день встречается с различными стрессовыми ситуациями, поэтому главное знать, каким образом нужно их встречать. Наиболее опасно, когда такие ситуации застают человека во время малоподвижного состояния (на уроке). Всем известно, что при стрессе вырабатывается гормон надпочечников — адреналин. Он приводит все органы человеческого организма в экстремальную работу. При этом значительно учащается сердцебиение, а так же стимулируется выработка глюкокортикоидов, которые, в свою очередь тоже повышают АД. Так же во время стрессовых ситуаций за счет тромбоцитарных факторов повышается свертываемость крови, что приводит к повышению АД.
Эмоциональный стресс приводит к повышению АД, которое может сохраняться дольше действия самого стимула. При исследовании, в которое я проводила с одноклассниками в момент сильных переживаний, оказалось, что АД может повышаться более чем на 20 мм рт. ст. и сохраняется повышенным. в течение 15 минут и более.
Правила ведения здорового образа жизни с учетом изменений атмосферного и артериального давления:
1. Рациональное питание (что включает в себя потребление больше фруктов и овощей, а также продуктов с низким содержанием жира, увеличение в рационе доли ненасыщенных жиров (это, к примеру, растительные масла) и снижение доли насыщенных жиров (животные жиры).
2. Физическая активность (гимнастика, аэробика, плавание, активная хотьба хотя бы по 30т минут в день).
3. Общая гигиена организма.
4. Закаливание.
5. Отказ от вредных привычек.
VI. Выводы.
Данные, полученные в ходе проведенной работы, позволяют сделать вывод о зависимости самочувствия человека от изменения атмосферного давления. На организм человека влияет как пониженное, так и повышенное атмосферное давление.
В ходе исследования удалось проследить изменение артериального давления в различных условиях; выяснить, насколько школьники осведомлены о своем давлении, а также сформулировать правила ведения здорового образа жизни с учетом изменений атмосферного и артериального давления.
Литература.
1. , Базакуца физических величин. — Харьков: Вища школа, 1984.
2. , . Основы медицинских знаний: Учебно-методический комплекс для студентов специальности — ПСИХОЛОГИЯ. — Минск.: Изд-во МИУ, 2009
3. Книга о здоровье: Сборник // Сост.: , , . Под. Ред. . — М.: Медицина, 1988.
4. В. Михайлов, А. Палько. Выбираем здоровье! — 2-е изд. — М.: Молодая гвардия, 1987.
Ссылки на Интернет — источники.[ ]
1. https://ru. wikipedia. org/wiki/%C0%F2%EC%EE%F1%F4%E5%F0%ED%EE%E5_%E4%E0%E2%EB%E5%ED%E8%E5#cite_note-autogenerated1-1
2. https://ru. wikipedia. org/wiki/%C0%F2%EC%EE%F1%F4%E5%F0%ED%EE%E5_%E4%E0%E2%EB%E5%ED%E8%E5#cite_note-2
3. https://ztema. ru/illness/kardiologiya/arterialnaya-gipertoniya/
4. https://www. moscow-faq. ru/articles/wayoflive/zdorove/2009/December/5044
Источник