По какому закону меняется атмосферное давление с высотой?
Допустим, что известно давление на одном уровне. Какое оно в тот же момент на другом уровне? Возьмем вертикальный столб воздуха с поперечным разрезом, равным единице, и выделим в этом столбе тонкий слой, ограниченный снизу поверхностью на высоте Z , а сверху – поверхностью на высоте (Z+dZ). Толщина слоя dZ.
Рисунок 3.1 – Силы, которые действуют на элементарный объем воздуха
На нижнюю поверхность выделенного элементарного объема соседний воздух действует с силой давления, которая направленная снизу вверх. Модуль этой силы на рассмотренной поверхности площадью, равной единице, и будет давлением воздуха Р на этой поверхности. На верхнюю поверхность элементарного объема соседний воздух действует с силой давления, которая направлена сверху вниз. Модуль этой силы P+dP есть давление на верхней границе. Это давление отличается от давления на нижней границе на маленькую величину dр, причем заранее не известно, будет dр положительным или отрицательной, то есть будет давление на верхней границе выше или ниже, чем на нижней границе.
Что касается сил давления, которые действуют на боковые стенки объема, то допустим, что в горизонтальном направлении атмосферное давление не меняется. Это значит, что силы давления, которые действуют со всех сторон на боковые стенки, уравновешиваются: их равнодействующая равняется нулю. Отсюда вытекает, что воздух в горизонтальном направлении не имеет ускорения и не перемещается.
Кроме того, на рассмотренный элементарный объем действует сила тяжести, которая направленная вниз и равняется ускорению свободного падения g, умноженному на массу воздуха во взятом объеме. Поэтому при вертикальном разрезе, равном единице, объем равняется dz, масса воздуха в нем равняется ρdz, где ρ – плотность воздуха, а сила тяжести равняется gρdz.
Сила тяжести gρdz и сила давления Р+dp направлены вниз; возьмем их с отрицательным знаком. Вверх направлена сила давления Р, ее возьмем с знаком “ + “.
В состоянии равновесия:
- (Р + dp) + Р – gρdz = 0
или dр = - gρdz (3.4)
Отсюда следует, что при движении вверх атмосферное давление падает.
Уравнение (3.4) называется основным уравнением статики атмосферы.
=
- gp
-
gp = 0
- g = 0,
-
- падение давления на единицу прироста
высоты, то есть вертикальный барический
градиент (вертикальный градиент
давления).
-
вертикальный барический градиент,
отнесенный к единице массы и направленный
вверх.
Основное уравнение статики выражает условие равновесия между двумя силами, которые действуют на единицу массы воздуха по вертикали – вертикальным барическим градиентом и силой тяжести.
Чтобы получить уравнение для изменения давления при конечном приросте высоты нужно проинтегрировать уравнение (3.4) в пределах от уровня z 1 до z 2 с давлением от Р 1 до Р 2 . При этом плотность воздуха ρ есть переменной величиной, функцией высоты.
ρ =
dp = -
dz
ли
= -
dz
(3.5)
Проинтегрируем уравнение (3.5)
= -
ln p 2
– ln p 1
= -
Температура – величина перемена, зависит от высоты. Но эта зависимость не может быть точно описана математической функцией. Поэтому, берут среднее значение температуры T m между уровнями z 1 и z 2 . Тогда среднюю температуру можно вынести за знак интеграла.
ln p 2
– ln p 1
= -
ln
= -
(z 2
– z 1) (3.6)
Потенцируем уравнения 3.6, и получим:
(3.7)
Уравнение (3.7) называется барометрической формулой.
Эта формула показывает, как меняется атмосферное давление с высотой в зависимости от температуры воздуха.
С помощью барометрической формулы можно решить три задачи:
зная давление на одном уровне и среднюю температуру слоя воздуха, найти давление на другом уровне;
зная давление на обоих уровнях и среднюю температуру слоя воздуха, найти разность уровней (барометрическое нивелирование);
зная разность уровней и значения давления на них, найти среднюю температуру слоя воздуха.
В
случае расчетов для влажного воздуха
берется значение R для сухого воздуха,
умноженное на (1 + 0,378)
.
Важным вариантом первой задачи есть приведение давления к уровню моря . Зная давление на некоторой станции, расположенной на высоте Z над уровнем моря, и температуру t на этой станции, вычисляют сначала среднюю температуру на рассмотренной станции и на уровне моря. Для уровня станции берется фактическая температура, а для уровня моря – та же температура, но увеличенная в той мере, в которой в среднем меняется температура воздуха с высотой. Средний вертикальный градиент температуры в тропосфере принимается равным 0,6 °С /100 г.
Итак, если станция имеет высоту 200 м и температура на ней 16 °С, то для уровня моря температура принимается равной 17,2 °С, а средняя температура составит 16,6 °С. После этого по давлению на станции и по полученной средней температуре определяется давление на уровне моря. Приведение давления к уровню моря необходимо потому, что на приземные карты погоды всегда наносится давление, приведенное к уровню моря. Этим исключается влияние расхождений в высотах станций на значение давления и становится возможной выяснить горизонтальное распределение давления.
Тема: Барическое поле
Цель:
Задачи:
Задание № 1
1) 2000м/10,5м*1,33 = 253 гПа
2) 4000/15*1,33 = 354,6 гПа
3)8200м-6000м = 2240м
4) 2240/20*1,33=149 гПа
255 гПа
Задание № 2
1) 2000м/10,5м*1,33 = 253 гПа
2) 1000/15*1,33 = 88,6 гПа
3) 1013 – 253 – 88,6 = 670 гПа
4) 2000/15*1,33 = 177 гПа
5) 670 – 177 = 493 гПа
Задание № 3
1) 255 – 200 = 55 гПа
2) 55 гПа * 20 = 1100м
3) 8240 * 1100 = 9 340 м
Задание № 4
| Высота, м | Вычисления | Полученное значение, гПа |
| 1013 – (500*1,33/10,5) | ||
| 950– 63 | ||
| 887 - 63 | ||
| 824 - 63 | ||
| 717 - 44 | ||
| 673 - 44 | ||
| 629 - 44 | ||
| 585 - 44 | ||
| 541 – 44 | ||
| 497 – 44 | ||
| 453 – 44 | ||
| 376 – 33 | ||
| 343 – 33 | ||
| 310 – 33 | ||
| 277 - 33 | ||
| 244 – (348/20*1,33) |
Высотная болезнь (высотная гипоксия
акклиматизации;
Задание № 5
Барическое поле.
|
Задание № 6
Объясните причину.
а) день б) ночь
| . | |||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | |||||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | ||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | . |
СУША / МОРЕ
Пример таких территорий:
Задание № 7
Задание № 8
Рис. 6.5. Определение высоты объекта по уровню атмосферного давления
Задание № 9
Изобразите линии движения воздуха в циклонах и антициклонах северного полушария, учитывая отклоняющую силу Кориолиса.
Рис. 6.6 Движение воздуха в циклонах и антициклонах
Таблица 6.3. Характеристтики атмосферных вихрей
Задание № 10
Рис. 6.7. Изобарическая поверхность
Фрагмент какого атмосферного вихря у вас получился?
Назовите 2 признака, по которым вы его определили:
Задание № 11
Рис. 6.8. Распределение атмосферного давления между сушей и морем в разные сезоны года
Схема образования какого ветра показана на данном рисунке?_____________
Задание № 12
Изобразите на рисунках сезонное распределение барического поля, подпишите и условно вычертите атмосферные вихри (изобары), образующиеся над указанными поверхностями. Стрелками указать направление движения воздушных масс при таком распределении барического поля.
Рис. 6.9. Распределение атмосферного давления между сушей и морем в разные сезоны года
Задание № 13
Рис. 6.10. Распределение атмосферного давления между сушей и морем в разное время суток
Схема образования какого ветра показана на данном рисунке?_________
Задание № 14
Таблица 6.4. Распределение минимума и максимума атмосферного давления
Объясните почему:
Задание № 15
Изобразите условные атмосферные вихри и направления движения воздуха в них. Для циклона принять давление в центре 985 гПа, для антициклона – 1030 гПа. Изобары провести через 5 гПа и указать следующие значения давления при удалении от центра атмосферного вихря.
Рис. 6.11 – Атмосферные вихри Северного и Южного полушарий
Задание № 16
На какую высоту нужно подняться, чтобы давление атмосферного воздуха уменьшилось на 1 мм рт.ст.? Исходите из того, что у подножия горы давление составляло 760 мм рт.ст., а высота горы составляет 2100м и давление там составляет 560 мм рт.ст. Переведите указанные значения в гПа.
Вычертите схему условной горы, нанесите на неё значения атмосферного давления. Запишите свои действия по вычислению атмосферного давления.
Задание № 17
Определите высоту горы, если у подножия атмосферное давление составляет 760 мм рт.ст., а на вершине 360 мм рт.ст. Переведите указанные значения в гПа.
Вычертите схему условной горы, нанесите на неё значения атмосферного давления. Запишите свои действия по вычислению атмосферного давления
Задание № 18
Вычертить изобары. Перевести мм рт.ст. в гПа и подписать ниже все значения. Стрелками указать куда дует ветер, учитывая динамику закручивания ветров в Северном полушарии.
| ∙ | |||||||
| ∙ | ∙ | ||||||
| ∙ | |||||||
| ∙ | |||||||
| ∙ | |||||||
| ∙ | |||||||
| ∙ | ∙ | ||||||
| ∙ | ∙ | ∙ | |||||
| ∙ | |||||||
| ∙ |
Рис. 6.12. Распределение ветра в зависимости от уровня атмосферного давления
Ответить на вопросы:
Задание № 19
Вычертить изобары. Перевести гПа в мм рт.ст. и подписать ниже все значения. Стрелками указать куда дует ветер, учитывая динамику закручивания ветров в Северном полушарии.
| ∙ | |||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ |
Рис. 6.13. Распределение ветра в зависимости от уровня атмосферного давления
Ответить на вопросы:
Задание № 20
Дано барическое поле. Вычертите изобары. Подпишите получившиеся воздушные вихри буквами, которыми их принято обозначать в метеорологии. Укажите стрелками как будут двигаться воздушные массы в каждом воздушном вихре с учётом особенностей Северного полушария.
| ∙ | |||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ∙ | |||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ∙ | |||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ |
Рис. 6.14. Распределение ветра в зависимости от уровня атмосферного давления
Ответить на вопросы:
Практическая работа № 6
Тема: Барическое поле
Цель: изучение закономерностей распределения атмосферного давления и процессов в барических полях.
Задачи:
1. Изучение приборов для измерения атмосферного давления и направления ветра.
2. Приобретение навыка построения барических полей.
3. Приобретение навыка вычисления изменения давления с высотой.
4. Научиться делать логические выводы о состоянии погоды и перемещении воздушных масс на основании барических полей.
Задание № 1
Какое атмосферное давление будет в горах на высоте 8240 м. Исходить из того, что давление на уровне моря составляет 1013 гПа. Привести расчёт.
Каждые 10,5 м давление падает на 1 мм рт ст. С высоты 2000 м 1 мм рт. ст. на 15 м. С высоты 6000 м 1 мм рт. ст. на 20 м.
1 гПа = 0,75 мм рт. ст. Или 1 мм рт. ст. = 1,333 гПа (133,322 Па).
1) 2000м/10,5м*1,33 = 253 гПа
2) 4000/15*1,33 = 354,6 гПа
3)8200м-6000м = 2240м
4) 2240/20*1,33=149 гПа
5) 1013 – 253 – 356,4 – 149 = 255 гПа
Задание № 2
Вы находитесь в горах на высоте 5000 м, какое давление будет на этой высоте? Какое на высоте 3000 м? Привести расчёты в гПа. Исходить из того, что давление на уровне моря составляет 1013 гПа.
1) 2000м/10,5м*1,33 = 253 гПа
2) 1000/15*1,33 = 88,6 гПа
3) 1013 – 253 – 88,6 = 670 гПа
4) 2000/15*1,33 = 177 гПа
5) 670 – 177 = 493 гПа
Задание № 3
На какой высоте вы находитесь, если измеренное вами атмосферное давление составляет 200 гПа? Исходить из того, что давление на уровне моря составляет 1013 гПа. Привести расчёты.
Из задания 1, давление на высоте 8240 = 255 гПа
1) 255 – 200 = 55 гПа
2) 55 гПа * 20 = 1100м
3) 8240 * 1100 = 9 340 м
Задание № 4
Вы начинаете восхождение в горы, максимальная высота горы составляет 8848 м. Вычислите значения атмосферного давления через каждые 500 м.
Таблица 6.1.Вычисление изменений значений атмосферного давления с высотой
| Высота, м | Вычисления | Полученное значение, гПа |
| 1013 – (500*1,33/10,5) | ||
| 950– 63 | ||
| 887 - 63 | ||
| 824 - 63 | ||
| 761 – (500*1,33/15) = 761 – 44 | ||
| 717 - 44 | ||
| 673 - 44 | ||
| 629 - 44 | ||
| 585 - 44 | ||
| 541 – 44 | ||
| 497 – 44 | ||
| 453 – 44 | ||
| 409 – (500*1,33/20) = 409 - 33 | ||
| 376 – 33 | ||
| 343 – 33 | ||
| 310 – 33 | ||
| 277 - 33 | ||
| 244 – (348/20*1,33) |
Рис. 6.1. Распределение давления с высотой
О какой горе идёт речь в данном задании?
В какой горной системе она расположена?
Для чего нужны альпинистам подобные расчёты?
Для того, чтобы иметь представление о распределения давления на разных высотах.
С какими трудностями сталкиваются альпинисты при восхождении на такую высоту?
Высотная болезнь (высотная гипоксия ) - болезненное состояние, связанное с кислородным голоданием вследствие понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, которое возникает высоко в горах.
Какие меры предосторожности они применяют?
Человек способен адаптироваться к высотной гипоксии, спортсмены используют эти виды адаптации для того, чтобы повысить свои спортивные характеристики. Пределом возможной адаптации считаются высоты от 8000 метров, после которых наступает смерть.
Для предотвращения и снижения проявлений горной болезни рекомендуется:
до высоты 3000 м каждый день увеличить высоту не более чем на 600 м, а при наборе
высоты более 3000 м через каждые 1000 м делать один день простоя на высоте для
акклиматизации;
либо при первых проявлениях симптомов на любой высоте делать остановку на этой высоте для акклиматизации, и продолжать подъем только при исчезновении симптоматических проявлений, если в течение трех суток симптомы не исчезли, следует предполагать наличие других заболеваний, начать спуск и обратиться за медицинской помощью.
при доставке транспортом на большую высоту, не подниматься ещё выше в течение первых 24 часов;
необходимо обильное питье и пища богатая углеводами;
помнить о том, что на высотах более 5800 м симптомы горной болезни будут только
нарастать, несмотря на любую акклиматизацию, поэтому даже при отличном здоровье и самочувствии следует избегать самостоятельного посещения высот более 5000 м, тем более что обычно на таких высотах редко попадаются люди и в случае ухудшения самочувствия помощь оказать будет некому.
Задание № 5
Барическое поле. Соедините точки изобарами. Используйте для градиентной «заливки» фона фиолетовый цвет: max давление – насыщенный цвет; min давление – полупрозрачный цвет. Концы изобар, которые не удаётся сомкнуть в пределах выделенного поля изображения выводятся к его рамке.
На получившейся схеме барического поля в каких точках (латинские буквы) давление будем минимальным________, максимальным___________.
Как последовательно будет изменяться давление(расти или падать) по линиям:
В-А______________________, разница составит _______________гПа,
Е-G ______________________, разница составит _______________гПа,
G-F ______________________, разница составит _______________гПа,
С-А______________________, разница составит _______________гПа,
F-B______________________, разница составит _______________гПа,
D-C______________________, разница составит _______________гПа.
Как будет изменяться давление атмосферного воздуха по линии ЕАF?
Каким значениям оно будет соответствовать в каждой из точек? Заполнить таблицу.
Таблица 6.2. Распределение давления в барическом поле
|
Рис. 6.2. Формирование барического поля
С каким «шагом» проведены изобары?
Исходя из расстояния между изобарами ответьте: с западной или с восточной стороны температура будет выше, с какой – ниже? Почему?
Задание № 6
Вычертите изобары. Укажите стрелками направление куда дует ветер. Объясните причину.
Для какого времени суток характерно такое распределение атмосферного давления?
а) день б) ночь
| . | |||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | |||||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | ||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | . |
СУША / МОРЕ
Рис. 6.3. Особенности распределения атмосферного давления днём и ночью между суше и морем
Как будут распределены значения в другое время суток?
Как будут распределены значения в другое время года?
Пример таких территорий:
Задание № 7
На какую высоту нужно подняться, чтобы атмосферное давление уменьшилось на 1 мм.рт.ст.
Привести расчет:
1) 760 – 560 = 200 мм рт. ст.
2) 2100 м / 200 мм рт. ст. = 10,5 м
| 560 мм.рт.ст.
760 мм.рт.ст. |
Рис. 6.4. Закономерность изменение атмосферного давления с высотой
Давление
— это физическая величина, показывающей действующую силу на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности.
Давление определяется, как P = F / S
,
где P - давление, F - сила давления, S - площадь поверхности. Из этой формулы
видно, что давление зависит от площади поверхности тело действующего с некой
силой. Чем меньше площадь поверхности, тем больше давление.
Единицей измерения давления является ньютон на квадратный метр (H/м 2). Также мы можем перевести единицы давления Н/м 2 в паскали, - единицы измерения, названные в честь французского ученого Блеза Паскаля, который вывел, так называемый, Закон Паскаля. 1 Н/м 2 = 1 Па.
Что такое???
Измерение давления
Давления газов и жидкостей - манометром, дифманометром, вакумметро, датчиком давления.Атмосферного давления - барометром.
Артериального давления - тонометром.
И так, еще раз давление определяется, как P = F / S. Сила в гравитационном
поле равно весу - F= m * g, где m - масса тело; g - ускорение свободного
падения. Тогда давление -
P = m *
g / S
.
Используя данную формулу, можно определить давление оказываемое телом на поверхность.
Например, человеком на землю.
Атмосферное давление с высотой убывает. Зависимость атмосферного давления
от высоты определяется
барометрической формулой
-
P
= Po*exp(- μgh/RT)
. Где, μ = 0,029 кг/м3
- молекулярная масса газа (воздуха); g = 9.81 м/с2 - ускорение свободного падения;
h - h o - разность высоты над уровнем моря и высотой принятой
начало отчета (h=h o); R = 8,31 - Дж/моль К- газовая постоянная;
Ро - атмосферное давление на высоте, принятой за начало отсчета;
Т- температура по Кельвину.
Изменение атмосферного давления с высотой.
Цели урока :
Р - развитие логического мышления учеников, знаний о видах материи и ее свойствах;
Д - формирование знаний о давлении в газах, строении атмосферы Земли и факторов, влияющих на изменение атмосферного давления;
В – формирование познавательного интереса к изучению окружающего мира, воспитание любознательности и будущих профессиональных навыков.
Тип урока : изучение нового материала.
План урока.
- Актуализация опорных знаний.
- Изучение нового материала.
- Закрепление изученного материала. Домашнее задание.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Изменение атмосферного давления с высотой .
Цели урока :
Р - развитие логического мышления учеников, знаний о видах материи и ее свойствах ;
Д - формирование знаний о давлении в газах, строении атмосферы Земли и факторов, влияющих на изменение атмосферного давления;
В – формирование познавательного интереса к изучению окружающего мира, воспитание любознательности и будущих профессиональных навыков.
Тип урока : изучение нового материала.
План урока.
- Актуализация опорных знаний.
- Изучение нового материала.
- Закрепление изученного материала. Домашнее задание.
Атмосфера оживляет Землю. Океаны, моря, реки, ручьи, леса, растения, животные, человек – все живет в атмосфере и благодаря ей .
К. Фламмарион
Атмосфера это внешняя газовая оболочка Земли, которая начинается у ее поверхности и простирается в космическое пространство приблизительно на 3000 км.
Слово «атмосфера» состоит из двух частей: в переводе с греческого «атмос»- пар, «сфера» - шар.
История возникновения и развития атмосферы довольно сложная и продолжительная, она насчитывает близко 3 млрд лет. За этот период состав и свойства атмосферы неоднократно изменялись, но на протяжении последних 50 млн лет, как считают ученые, они стабилизировались. Она неоднородна по своей структуре и свойствам. Атмосферное давление уменьшается с высотой.
В 1648 г. по поручению Паскаля Ф. Перье измерил высоту столба ртути в барометре у подножия и на вершине горы Пюи-де-Дом и полностью подтвердил предположение Паскаля о том, что атмосферное давление зависит от высоты: на вершине горы столб ртути оказался меньше на 84,4 мм. Для того чтобы не осталось никаких сомнений в том, что давление атмосферы понижается с увеличением высоты над Землей, Паскаль проделал еще несколько опытов, но уже в Париже: внизу и наверху собора Нотр-Дам, башни Сен-Жак, а также высокого дома с 90 ступеньками. Свои результаты он опубликовал в брошюре «Рассказ о великом эксперименте равновесия жидкостей».
С чем связано уменьшение давления воздуха с высотой?
Уменьшение давления с увеличением высоты объясняется как минимум двумя причинами :
1) уменьшением толщины слоя воздуха (т.е. высоты воздушного столба), что создает давление;
2) уменьшением плотности воздуха с высотой вследствие уменьшения силы тяжести при удалении от центра Земли.
При подъеме на каждые 10,5 м давление уменьшается на 1 мм рт.ст.
Чтобы проследить за изменением давления по мере изменения высоты над Землей, вспомним строение самой атмосферы Земли.
С 1951 года, по решению Международного геофизического союза, принято делить атмосферу на пять слоев : - тропосфера,
Стратосфера,
Мезосфера,
Термосфера(ионосфера) ,
Экзосфера .
Эти слои не имеют четко выраженных границ. Их величина зависит от географической широты места наблюдения и времен.
Ближайший к поверхности Земли слой воздуха – тропосфера . Высота его над полярными областями – 8–12 км, над умеренными – 10–12 км, а над экваториальными – 16–18 км. В этом слое сосредоточены примерно 80% всей массы атмосферного воздуха и основная масса влаги. Слой хорошо пропускает солнечные лучи, поэтому воздух в нем нагрет от земной поверхности. Температура воздуха с высотой непрерывно понижается. Это понижение составляет около 6°С на каждый километр. В верхних слоях тропосферы температура воздуха достигает минус 55 градусов Цельсия. Цвет неба в этом слое голубой. В тропосфере протекают почти все явления, определяющие погоду. Именно здесь образуются грозы, ветры, облака, туманы. Именно здесь протекают процессы, приводящие к выпадению осадков в виде дождя и снега. Поэтому тропосферу называют фабрикой погоды.
Следующий слой – стратосфера . Она простирается от высоты 18 до 55 км. В ней очень мало воздуха – 20% всей массы – и почти нет влаги. В стратосфере часто возникают сильнейшие ветры. Изредка здесь образуются перламутровые облака, состоящие из кристалликов льда. Привычных для нас явлений погоды здесь не наблюдается. Цвет неба в стратосфере темно-фиолетовый, почти черный.
На высоте от 50 до 80 км расположена мезосфера . Воздух здесь еще более разрежен. Здесь сосредоточено приблизительно 0,3% всей его массы. В мезосфере сгорают влетающие в земную атмосферу метеоры. Здесь же образуются серебристые облака.
Над мезосферой до высоты примерно 800 км находится термосфера (ионосфера) . Она характеризуется еще меньшей плотностью воздуха и способностью хорошо проводить электричество и отражать радиоволны. В термосфере образуются полярные сияния.
Последний слой атмосферы – экзосфера . Она простирается до высоты порядка 10000 км.
Следует отметить, что атмосфера имеет очень большое экологическое значение.
Она защищает все живые организмы Земли от губительного влияния космических излучений и ударов метеоритов, регулирует сезонные температурные колебания, уравновешивает и выравнивает суточные. Если бы атмосферы не существовало, то колебание суточной температуры на Земле достигло бы ±200 °С.
Атмосфера является не только животворным «буфером» между космосом и поверхностью нашей планеты, носителем тепла и влаги, через нее происходят также фотосинтез и обмен энергии - главные процессы биосферы. Атмосфера влияет на характер и динамику всех процессов, которые происходят в литосфере (физическое и химическое выветривания, деятельность ветра, природных вод, мерзлоты, ледников).
Но не все планеты имеют атмосферу. Например, на Луне нет атмосферы. Ученые предполагают, что раньше на Луне была атмосфера, но Луна не смогла ее удержать, так как ее гравитация мала, чтобы удержать атмосферу. Нет атмосферы и на Меркурии.
А как живые организмы приспосабливаются к этому давлению?
Атмосферное давление в жизни человека и живой природе.
Тело человека приспособлено к атмосферному давлению и плохо переносит его понижение. При подъеме высоко в горы неподготовленный человек чувствует себя очень плохо. Становится трудно дышать, из ушей и носа нередко идет кровь, можно потерять сознание. Так как благодаря атмосферному давлению суставные поверхности плотно прилегают друг к другу (в суставной сумке, охватывающей суставы, давление понижено), то высоко в горах, где атм осферное давление резко падает, действие суставов расстраивается, руки и ноги слушаются плохо, легко получаются вывихи.
Тенсинг Нордгей, один из первых покорителей Эвереста, делился воспоминаниями, что самые трудные были последние 30м, ноги были чугунными, каждый шаг приходилось делать с трудом. Он установил для себя норму: четыре шага – отдых, четыре шага – отдых.
Почему так трудны восхождения? Это связано с низким атмосферным давлением и его влиянием на организм человека. Как вести себя в горах и при восхождении? (Акклиматизация, следить за весом рюкзака, пища богатая витаминами и калием для работы сердца, равномерно распределять нагрузки).
Альпинисты, летчики при высотных подъемах берут с собой кислородные приборы и перед подъемом усиленно тренируются. В программу подготовки входит обязательная тренировка в барокамере, которая представляет собой герметически закрывающуюся стальную камеру, соединенную с мощным откачивающим насосом.
Атмосферное давление сказывается при передвижении по болотистой местности. Под ногой, когда мы ее приподнимаем, образуется разреженное пространство и атмосферное давление препятствует вытаскиванию ноги. Если по трясине передвигается лошадь, то твердые копыта ее действуют как поршни. Сложные же копыта, например, свиней, состоящие из нескольких частей, при вытаскивании ноги сжимаются и пропускают воздух в образовавшееся углубление. В этом случае ноги таких животных свободно вытягиваются из почвы.
А как мы пьем? Приставив стакан к губам, начинаем тянуть жидкость в себя. Втягивание жидкости вызывает расширение грудной клетки, воздух в легких и полости рта разряжается и атмосферное давление «загоняет» туда очередную порцию жидкости. Так организм приспосабливается к атмосферному давлению и использует его.
Задумывались ли вы над тем, как мы дышим? Механизм дыхания заключается в следующем: мышечным усилием мы увеличиваем объем грудной клетки, при этом давление воздуха внутри легких уменьшается и атмосферное давление вталкивает туда порцию воздуха. При выдыхании происходит обратный процесс. Наши легкие действуют как насос при вдохе как разряжающий, а при выдохе − как нагнетающий.
Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создается разрежение, и атмосферное давление удерживает присоску на стекле.
Слон использует атмосферное давление всякий раз, когда хочет пить. Шея у него короткая, и он не может нагнуть голову в воду, а опускает только хобот и втягивает воздух. Под действием атмосферного давления хобот наполняется водой, тогда слон изгибает его и выливает воду в рот.
Закрепление материала.
1. Какие ощущения испытывает человек поднимаясь в горы, где давление ниже? – (признаки горной болезни- это происходит потому, что организм человека не приспособлен к более низкому атм. давлению на большой высоте).
2. Какое давление в самолете? (создается искусственное давление, комфортное человеку).
3 . Задача 1. У подножья горы атмосферное давление 760 мм. рт. ст. На ее вершине атмосферное давление 460 мм. рт. ст. Найти высоту горы.
4. Задача 2. На поверхности атмосферное давление 752 мм рт.ст. Каково атмосферное давление на дне шахты глубиной 200 м? (771,05 мм рт.ст. ).
5. Задача 3. На дне шахты барометр зафиксировал давление 780 мм рт.ст., а у поверхности Земли - 760 мм рт.ст. Найти глубину шахты . (210м [(780-760)х10,5=210).
6. Меняется ли атмосферное давление в лифте при подъеме? движении вниз?
7. Почему нельзя сдавать в багаж самолета плотно закупоренные стеклянные банки?
В жидкости давление, как мы знаем, на разных уровнях разное и зависит оно от плотности жидкости и высоты ее столба. Вследствие малой сжимаемости плотность жидкости на различных глубинах почти одинакова, поэтому, вычисляя давление, мы считаем ее плотность постоянной и учитываем только изменение уровня.
Сложнее обстоит дело в газах. Газы сильно сжимаемы. А чем сильнее газ сжат, тем больше его плотность и тем большее давление он производит. Ведь давление газа создается ударами его молекул о поверхность тела.
Слои воздуха у поверхности Земли сжаты всеми слоями воздуха, находящимися над ними. Но чем выше от поверхности слой воздуха, тем слабее он сжат, тем меньше его плотность, а, следовательно, тем меньшее давление он производит. Если, например, воздушный шар поднимается над поверхностью Земли, то давление воздуха на шар становится меньше не только потому, что высота столба воздуха над ним уменьшается, но еще и потому, что уменьшается плотность воздуха-вверху она меньше, чем внизу. Поэтому зависимость давления воздуха от высоты сложнее; чем зависимость давления жидкости от высоты ее столба.
Наблюдения показывают, что атмосферное давление в местностях, лежащих на уровне моря, в среднем равно 760 мм рт. ст. Чем выше лежит место над уровнем моря, тем давление там меньше.
Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм рт. ст. при температуре 0° С, называют нормальным.
Нормальное атмосферное давление равно 101300 Па = 1013 гПа. На рисунке 124 показано изменение атмосферного давления с высотой . При небольших подъемах в среднем на каждые 12 м подъема давление уменьшается на 1 мм рт. ст. (или на 1,33 гПа).
Зная зависимость давления от высоты, можно по изменению показаний барометра определить высоту поднятия над уровнем моря. Анероиды, имеющие шкалу, по которой непосредственно можно отсчитать высоту поднятия, называют высотомерами. Их применяют в авиации и при подъемах на горы.
Вопросы. 1. Чем объяснить, что атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты подъема над уровнем Земли? 2. Какое атмосферное давление называют нормальным? 3. Как называют прибор для измерения высоты по атмосферному давлению? Что он собой представляет?
Упражнения. 1. Объясните, почему при быстром спуске самолета пассажиры испытывают боль в ушах. 2. Чем объяснить, что при подъеме на самолете из заряженной автоматической ручки начинают выливаться чернила? 3. У подножия горы барометр показывает 760 мм рт. ст., а на вершине - 722 мм рт. ст. Какова высота горы? 4. Выразите нормальное атмосферное давление в гектопаскалях (гПа).
Указание. Давление измеряется по формуле p= pgh, где
g = 9,8 Н/кг, h = 760 мм = 0,76 м, р = 13 600 кг/м3.
5. При массе 60 кг и росте 1,6 м площадь поверхности тела человека равна примерно 1,6 м2. Рассчитайте силу, с которой атмосфера давит на человека. Чем можно объяснись, что человек выдерживает такую большую силу и не ощущает ее действия?
Задание. С помощью барометра-анероида измерьте атмосферное давление на первом и последнем этажах здания школы. Определите по полученным данным расстояние между этажами. Проверьте эти результаты непосредственным измерением.
Загрузка...
