Daugelis žmonių žino, kad didėjant aukščiui oro slėgis mažėja. Apsvarstykite klausimą, kodėl oro slėgis mažėja didėjant aukščiui, pateikite slėgio priklausomybės nuo aukščio formulę, taip pat apsvarstykite problemos sprendimo pavyzdį naudojant gautą formulę.
Kas yra oras?
Oras yra bespalvis dujų mišinys, sudarantis mūsų planetos atmosferą. Jame yra daug įvairių dujų, iš kurių pagrindinės yra azotas (78 %), deguonis (21 %), argonas (0,9 %), anglies dioksidas (0,03 %) ir kt.
Fizikos požiūriu, oro elgesys Žemėje esamomis sąlygomis paklūsta idealių dujų dėsniams – modeliui, pagal kurį dujų molekulės ir atomai nesąveikauja tarpusavyje, atstumai tarp jų yra didžiuliai, palyginti su jų dydžiais, o judėjimo greitis kambario temperatūroje yra apie 1000 m/s.
Oro slėgis
Atsižvelgdami į slėgio priklausomybės nuo aukščio klausimą, turėtumėte išsiaiškinti, kas tai reiškiayra „spaudimo“sąvoka fiziniu požiūriu. Oro slėgis suprantamas kaip jėga, kuria oro stulpelis spaudžia paviršių. Fizikoje jis matuojamas paskaliais (Pa). 1 Pa reiškia, kad 1 niutono (N) jėga veikiama statmenai 1 m2 2 paviršiui. Taigi 1 Pa slėgis yra labai mažas slėgis.
Jūros lygyje oro slėgis yra 101 325 Pa. Arba, apvalinant, 0,1 MPa. Ši vertė vadinama 1 atmosferos slėgiu. Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parašyta, kad ant 1 m platformos2 oras spaudžia 100 kN jėga! Tai didžiulė jėga, tačiau žmogus to nejaučia, nes jo viduje esantis kraujas sukuria panašų spaudimą. Be to, oras reiškia skystas medžiagas (joms taip pat priklauso skysčiai). O tai reiškia, kad jis visomis kryptimis daro vienodą spaudimą. Paskutinis faktas rodo, kad atmosferos slėgis iš skirtingų pusių žmogui yra abipusiai kompensuojamas.
Slėgio priklausomybė nuo aukščio
Atmosferą aplink mūsų planetą sulaiko žemės gravitacija. Gravitacinės jėgos taip pat yra atsakingos už oro slėgio kritimą didėjant aukščiui. Tiesą sakant, reikia pažymėti, kad ne tik žemės gravitacija lemia slėgio sumažėjimą. Taip pat prisideda ir temperatūros mažinimas.
Kadangi oras yra skystis, jam galite naudoti hidrostatinę formulę slėgio priklausomybei nuo gylio (aukščio), ty ΔP=ρgΔh, kur: ΔP yra slėgio dydis pakeistikeičiant aukštį Δh, ρ - oro tankis, g - laisvo kritimo pagreitis.
Atsižvelgiant į tai, kad oras yra idealios dujos, iš idealių dujų būsenos lygties išplaukia, kad ρ=Pm/(kT), kur m yra 1 molekulės masė, T yra jos temperatūra, k yra Boltzmanno konstanta.
Sujungus aukščiau pateiktas dvi formules ir išsprendus gautą slėgio ir aukščio lygtį, galima gauti tokią formulę: Ph=P0e-mgh/(kT) kur Ph ir P0- slėgis atitinkamai aukštyje h ir jūros lygyje. Gauta išraiška vadinama barometrine formule. Jis gali būti naudojamas atmosferos slėgiui apskaičiuoti kaip aukščio funkcijai.
Kartais praktiniais tikslais reikia išspręsti atvirkštinę problemą, tai yra, žinant slėgį, rasti aukštį. Iš barometrinės formulės galite lengvai gauti aukščio priklausomybę nuo slėgio lygio: h=kTln(P0/Ph)/(m g).
Problemos sprendimo pavyzdys
Bolivijos miestas La Pasas yra „aukščiausia“sostinė pasaulyje. Iš įvairių š altinių matyti, kad miestas yra 3250–3700 metrų virš jūros lygio aukštyje. Užduotis yra apskaičiuoti oro slėgį La Paso aukštyje.
Siekdami išspręsti problemą, naudojame slėgio priklausomybės nuo aukščio formulę: Ph=P0e -mg h/(kT), kur: P0=101 325 Pa, g=9,8 m/s 2, k=1,3810-23 J/K, T=293 K (20 oC), h=3475 m (vidutiniškai nuo 3250 m iki3700 m), m=4, 81710-26 kg (atsižvelgiant į oro molinę masę 29 g/mol). Pakeitę skaičius, gauname: Ph=67 534 Pa.
Taigi, oro slėgis Bolivijos sostinėje yra 67 % slėgio jūros lygyje. Žemas oro slėgis sukelia galvos svaigimą ir bendrą kūno silpnumą, kai žmogus kopia į kalnuotas vietoves.
