Atmosfäärirõhk on jõud, millega ümbritsev õhk, st atmosfäär, meid mõjutab. Artiklis tutvustatakse katseid, mille käigus veendume, et õhurõhk on tõesti olemas. Saame teada, kes seda esimest korda mõõtis, mis juhtub atmosfäärirõhu ebaühtlaselt jaotumisel ja palju muud.
Atmosfäärirõhu ilmingud
Kui õhk surub kõike ümbritsevat, siis see kaalub midagi. Kas see on tõesti tõsi, miks see siis meile kaalutu tundub? Teeme katseid, mis näitavad, et atmosfäärirõhk on tegelikult olemas.
Täitke süstal keskele veega ja tõmmake seejärel kolb üles. Vesi järgib kolvi. Selle põhjuseks on atmosfäärirõhk, kuid kui inimesed selle olemasolust veel ei teadnud, siis nad ütlesid, et loodus lihts alt ei talu tühjust. Nüüd teame, et kui kolb tõuseb, tekib alaalandatud rõhk ja atmosfäär pigistab süstlasse vett.
Kogemus plastkaardi ja purgiga
Täida klaaspurk kuni ülaosani veega, kata pe alt plastikutüki, näiteks kaardiga. Pöörame purgi ümber ja vaatame, et kaart hoiab ja ei kuku. Veesurve jõud kompenseeritakse atmosfääri survejõuga. Ülev alt ei vajuta veele midagi, küll aga surub altpoolt atmosfäär, mille tulemusena hoitakse kaarti käes. Kui õhk satub plastiku ja purgi vahele, kukub kaart maha ja vesi valgub välja.
Torricelli seade
Itaalia teadlane Torricelli mõõtis esimest korda atmosfäärirõhku. Ta tegi seda niinimetatud elavhõbedabaromeetriga. Kõigepe alt täitis Torricelli klaastoru elavhõbedaga ülespoole, võttis suure kausi elavhõbedaga, keeras toru ümber, pistis selle kaussi ja avas alumise otsa. Merkuur hakkas laskuma, kuid ei tulnud täielikult välja, vaid laskus teatud kõrgusele.
Selgus, et see tase on 760 mm. Seetõttu suudab atmosfääri rõhk hoida 760 mm elavhõbedasammast. Kui rõhk tõuseb, mahub see suurema kõrgusega kolonni, kui see väheneb, vähem. Kui jah, siis saab selle suurust hinnata samba kõrguse järgi. Seetõttu mõõdetakse praktikas sageli atmosfääri ja gaaside rõhku täpselt elavhõbeda millimeetrites. Teeme seose elavhõbeda millimeetrite ja tavaliste pascali ühikute vahel.
Kuidas on seotud elavhõbedamillimeetrid ja paskalid
Atmosfäärirõhk tõstab elavhõbedat 760 mm võrra. See tähendab etelavhõbedasammas 760 mm kõrgune pressi, mille jõud on võrdne atmosfäärirõhu norma altasemega. 1 mm Hg on rõhk, mille tekitab 1 mm kõrgune elavhõbedasammas. Kujutage ette, et elavhõbedasamba kõrgus on 1 mm. Arvutage sellele kõrgusele vastav hüdrostaatiline rõhk.
P=1 mmHg Hüdrostaatiline rõhk arvutatakse valemiga: ρgh. ρ on elavhõbeda tihedus, g on raskuskiirendus, h on vedelikusamba kõrgus. ρ=13, 6103 kg/m3, g=9, 8 N/kg, h=110 -3 m. Asendage need andmed valemis. Pärast teisendamist jääb alles 13,69,8=133,3 N/m2. N/m2 – see on Pascal (Pa). Kui teisendada atmosfäärirõhk hektopaskaliteks, siis 1 mm Hg. Art. vastab 1,333 hPa.
Hg ja ilm
Torricelli jälgis kaua elavhõbedabaromeetri näitu. Ta märkas huvitavat asja. Kui elavhõbedasammas langeb, st kui õhurõhk muutub madalaks, saabub mõne aja pärast halb ilm. Kui elavhõbedasammas tõuseb, asendub mõne aja pärast halb ilm hea ilmaga. See tähendab, et õhurõhu mõõtmine võimaldab teil teha ilmaprognoosi.
Nüüd mõõdavad meteoroloogiateenistused ööpäevaringselt iga 3 tunni järel atmosfäärirõhku. Jules Verne’i raamat Viieteistkümneaastane kapten kirjeldab baromeetri ja ilmavaatlust. Raamatu peategelane avastas, et kui elavhõbedasammas langeb kiiresti, siis ilm halveneb järsult, kuid mitte kauaks, kui elavhõbeda tase langeb aeglaselt, mitme päeva jooksul, siisilm halveneb tasapisi, kuid kestab kaua.
Mis juhtub, kui atmosfäärirõhk on ebaühtlaselt jaotunud
Võtleme sünoptilise kaardi. See sisaldab atmosfäärirõhu väärtusi erinevates piirkondades, linnades, riikides, mandritel. Õhumasside liikumise suund on näidatud nooltega. Miks tuul puhub? Atmosfäärirõhk on kohati suurem, teisal väiksem. Se alt, kus see on suurem, puhub tuul sinna, kus on väiksem. Näeme seda kaardil noolte suunas.
Kui vaatate kogu planeeti, näete, et see on erinevates osades erinev. Lillaga on märgitud kõrgrõhualad, kus tuulenooled keerlevad ja liiguvad päripäeva. Seda kõrgrõhu piirkonda nimetatakse antitsükloniks. Tavaliselt on selge ilm.
Aga Hispaania ja Portugal. Siin vaatleme kahte võimsaimat antitsüklonit. Õhuvoolude keerdumine on seotud maakera pöörlemisega.
Ja siin on kaks võimsat madala atmosfäärirõhu ala – ainult 965 hektopaskalit. See on tsüklon, selles olev õhk pöörleb vastupäeva.
Seega saate jälgida atmosfäärirõhu jaotust meie planeedi erinevates kohtades. Tänapäeval ennustavad meteoroloogid täpselt ilmastikumuutusi, mis tekivad atmosfäärirõhu ebaühtlase jaotumise korral.
Rõhk merepinnal ja kõrgemal
Oletame, et baromeeter näitab rõhku 1006 hPa. Aga kuivaata antud piirkonna, linna sünoptilist kaarti, võib selguda, et seal on õhurõhk erinev. Miks see juhtub? Fakt on see, et sünoptilised kaardid näitavad atmosfäärirõhu väärtusi merepinnal. Võime olla teatud kõrgusel merepinnast, nii et rõhk, mida baromeeter ruumis näitab, on väiksem kui merepinnal.
Altimeeter
Kuidas mõõta oma asukoha kõrgust? On olemas spetsiaalsed baromeetriga sarnased instrumendid, kuid nende skaala on gradueeritud mitte rõhu, vaid kõrguse ühikutes. Turistidel ja lenduritel on sellised seadmed. Neid nimetatakse kõrgusmõõturiteks või parameetrilisteks kõrgusmõõturiteks. Kui piloot on maas, seab ta kõrgusmõõtja nulli, sest tema kõrgus maapinnast on null. Vajadusel seab ta noole kõrgusele merepinnast, olenev alt sellest, kas tema jaoks on oluline teada, millisel kõrgusel lennuväli merepinnast kõrgemal asub või mitte. Pikamaalendude puhul võib sellest kasu olla, eriti kui lennuväli asub mägedes. Seejärel määrab piloot kõrgusemõõtja nõela vaadates kõrguse.
Miks õhurõhk kõrgusega tõuseb
Pärast seda, kui saime teada, et kui atmosfäärirõhk on ebaühtlaselt jaotunud, puhub tuul, siis mõelgem välja, miks rõhk kõrguse kasvades väheneb. Õhul on kaal, nii et see tõmbab maa külge, avaldab sellele survet. Kui asetame baromeetri teatud atmosfäärikihti, siis see atmosfäärikiht surub seda,mis on üleval. Tuleb märkida, et atmosfääril pole selgeid piire.
Kui asetame baromeetri merepinnale, võrdub rõhk selles õhukihis oleva rõhu ja atmosfääri ülemistes kihtides olevate rõhkude summaga. See tähendab, et kõrguse kasvades rõhk väheneb. Tekib küsimus: kas on võimalik arvutada atmosfäärirõhku valemi Р=ρgh järgi? Ei, sest õhutiheduse väärtus ei ole atmosfääri erinevates kihtides konstantne. Alumises osas on õhk suurema rõhu all, seega on see tihedam ja ülaosas on see vähem tihe.
