Mnogi ljudi znaju da kako se visina povećava, vazdušni pritisak opada. Razmotrite pitanje zašto se tlak zraka smanjuje s visinom, dajte formulu za ovisnost tlaka o visini, a također razmotrite primjer rješavanja problema koristeći rezultirajuću formulu.
Šta je zrak?
Vazduh je bezbojna mešavina gasova koja čini atmosferu naše planete. Sadrži mnogo različitih gasova, od kojih su glavni azot (78%), kiseonik (21%), argon (0,9%), ugljen dioksid (0,03%) i drugi.
S tačke gledišta fizike, ponašanje vazduha u postojećim uslovima na Zemlji povinuje se zakonima idealnog gasa - model prema kojem molekuli i atomi gasa ne interaguju jedni s drugima, tj. udaljenosti između njih su ogromne u odnosu na njihove veličine, a brzina kretanja na sobnoj temperaturi je oko 1000 m/s.
Pritisak zraka
S obzirom na pitanje zavisnosti pritiska od nadmorske visine, trebalo bi da shvatite šta predstavljaje koncept "pritiska" sa fizičke tačke gledišta. Pod vazdušnim pritiskom se podrazumeva sila kojom vazdušni stub pritiska površinu. U fizici se mjeri u paskalima (Pa). 1 Pa znači da je sila od 1 njutn (N) primijenjena okomito na površinu od 1 m22. Dakle, pritisak od 1 Pa je vrlo mali pritisak.
Na nivou mora, vazdušni pritisak je 101,325 Pa. Ili, zaokružujući, 0,1 MPa. Ova vrijednost se naziva tlakom od 1 atmosfere. Gornja figura kaže da na platformi od 1 m2 pritisne zrak sa silom od 100 kN! Ovo je velika sila, ali je čovjek ne osjeća, jer krv u njemu stvara sličan pritisak. Osim toga, zrak se odnosi na tečne tvari (u njih spadaju i tečnosti). A to znači da vrši isti pritisak u svim smjerovima. Poslednja činjenica sugeriše da se pritisak atmosfere sa različitih strana na osobu međusobno kompenzuje.
Zavisnost pritiska od nadmorske visine
Atmosferu oko naše planete drži Zemljina gravitacija. Gravitacione sile su takođe odgovorne za pad vazdušnog pritiska sa povećanjem visine. Pošteno radi, treba napomenuti da ne samo Zemljina gravitacija dovodi do smanjenja pritiska. I snižavanje temperature takođe doprinosi.
Pošto je vazduh fluid, onda za njega možete koristiti hidrostatičku formulu za zavisnost pritiska od dubine (visine), odnosno ΔP=ρgΔh, gde je: ΔP količina pritiska promijenitipri promjeni visine za Δh, ρ - gustina zraka, g - ubrzanje slobodnog pada.
S obzirom da je vazduh idealan gas, iz jednačine stanja idealnog gasa sledi da je ρ=Pm/(kT), gde je m masa 1 molekula, T njegova temperatura, k je Boltzmannova konstanta.
Kombinujući gornje dvije formule i rješavajući rezultirajuću jednadžbu za pritisak i visinu, može se dobiti sljedeća formula: Ph=P0e-mgh/(kT) gdje je Ph i P0- pritisak na visini h i na nivou mora, respektivno. Rezultirajući izraz naziva se barometrijska formula. Može se koristiti za izračunavanje atmosferskog pritiska kao funkcije nadmorske visine.
Ponekad je u praktične svrhe potrebno riješiti inverzni zadatak, odnosno pronaći visinu, znajući pritisak. Iz barometrijske formule možete lako dobiti zavisnost nadmorske visine od nivoa pritiska: h=kTln(P0/Ph)/(m g).
Primjer rješavanja problema
Bolivijski grad La Paz je "najviša" prestonica na svetu. Iz različitih izvora proizilazi da se grad nalazi na nadmorskoj visini od 3250 metara do 3700 metara nadmorske visine. Zadatak je izračunati vazdušni pritisak na nadmorskoj visini La Paza.
Da riješimo problem, koristimo formulu za zavisnost pritiska od visine: Ph=P0e -mg h/(kT), gdje je: P0=101 325 Pa, g=9,8 m/s 2, k=1.3810-23 J/K, T=293 K (20 oC), h=3475 m (prosjek između 3250 m i3700 m), m=4, 81710-26 kg (uzimajući u obzir molarnu masu vazduha 29 g/mol). Zamjenom brojeva dobijamo: Ph=67,534 Pa.
Dakle, vazdušni pritisak u glavnom gradu Bolivije iznosi 67% pritiska na nivou mora. Nizak vazdušni pritisak izaziva vrtoglavicu i opštu slabost organizma kada se osoba penje u planinska područja.
