Gaisa spiediena mehānika

Gaisa spiediens, atmosfēras spiediens vai barometriskais spiediens ir spiediens, ko virsmai izdara spiediens gaisa masa (un tā molekulas) virs tā.

Gaisa spiediens ir sarežģīts jēdziens. Kā kaut kam neredzamam var būt masa un svars? Gaisam ir masa, jo to veido a gāzu maisījums kam ir masa. Saskaitot visu šo gāzu, kas veido sausu gaisu (skābekļa, slāpekļa, oglekļa dioksīda, ūdeņraža un citu) svaru, jūs iegūstat sausa gaisa svaru.

Sausa gaisa molekulmasa vai molārā masa ir 28,97 grami uz mola. Lai gan tas nav ļoti daudz, tipisku gaisa masu veido neticami liels gaisa molekulu skaits. Kā tāds jūs varat sākt redzēt, kā gaisam var būt ievērojams svars, ja visu molekulu masas tiek pievienotas.

Kāds ir savienojums starp molekulām un gaisa spiedienu? Ja gaisa molekulu skaits virs apgabala palielinās, ir vairāk molekulu, kas šajā apgabalā izdara spiedienu, un tā kopējais atmosfēras spiediens palielinās. To mēs saucam augstspiediena. Tāpat, ja virs apgabala ir mazāk gaisa molekulu, atmosfēras spiediens samazinās. To sauc par zems spiediens.

Gaisa spiediens visā Zeme nav vienmērīgs. Tas svārstās no 980 līdz 1050 milibāriem un mainās atkarībā no augstuma. Jo lielāks augstums, jo zemāks ir gaisa spiediens. Tas notiek tāpēc, ka lielākos augstumos samazinās gaisa molekulu skaits, tādējādi samazinoties gaisa blīvums un gaisa spiediens. Gaisa spiediens ir visaugstākais jūras līmenī, kur gaisa blīvums ir vislielākais.

Ir 5 pamati par gaisa spiedienu:

• Tas palielinās, palielinoties gaisa blīvumam, un pazeminās, pazeminoties gaisa blīvumam.
• Tas palielinās, palielinoties temperatūrai, un pazeminās, atdziestot temperatūrai.
• Tas palielinās zemākā augstumā un samazinās augstākā augstumā.
• Gaiss pārvietojas no augsta spiediena uz zemu spiedienu.
• Gaisa spiedienu mēra ar laika apstākļu instrumentu, ko sauc par a barometrs. (Tāpēc to dažreiz sauc arī par “barometrisko spiedienu”.)

A barometrs izmanto atmosfēras spiediena mērīšanai vienībās, ko sauc par atmosfērām vai milibāriem. Vecākais barometra tips ir dzīvsudraba barometsr. Šis instruments mēra dzīvsudrabu, kad tas paaugstinās vai pazeminās barometra stikla mēģenē. Tā kā atmosfēras spiediens pamatā ir gaisa svars atmosfēra virs rezervuāra dzīvsudraba līmenis barometrā turpinās mainīties, līdz dzīvsudraba svars stikla mēģenē ir precīzi vienāds ar gaisa svaru virs rezervuāra. Kad abi ir pārstājuši kustēties un ir līdzsvaroti, spiedienu reģistrē, "nolasot" vērtību dzīvsudraba augstumā vertikālajā kolonnā.

Ja dzīvsudraba svars ir mazāks par atmosfēras spiedienu, dzīvsudraba līmenis stikla mēģenē paaugstinās (augsts spiediens). Augsta spiediena apgabalos gaiss zemes virszemes virzienā nogrimst daudz ātrāk, nekā tas var izplūst apkārtējos apgabalos. Tā kā gaisa molekulu skaits virs virsmas palielinās, ir vairāk molekulu, lai uz šīs virsmas iedarbinātu spēku. Palielinoties gaisa svaram virs rezervuāra, dzīvsudraba līmenis paaugstinās līdz augstākam līmenim.

Ja dzīvsudraba svars ir lielāks par atmosfēras spiedienu, dzīvsudraba līmenis pazeminās (zems spiediens). Iekšā zema spiediena apgabali, gaiss no Zemes virsmas paceļas ātrāk nekā to var aizstāt ar gaisu, kas ieplūst no apkārtējiem apgabaliem. Tā kā gaisa molekulu skaits virs laukuma samazinās, ir mazāk molekulu, lai uz šīs virsmas iedarbinātu spēku. Ar samazinātu gaisa svaru virs rezervuāra dzīvsudraba līmenis pazeminās līdz zemākam līmenim.

Citos barometru veidos ietilpst aneroīdi un digitāli barometri. Aneroīdu barometri nesatur dzīvsudrabu vai citu šķidrumu, bet tiem ir noslēgta un gaisa necaurlaidīga metāla kamera. Kamera izplešas vai sašaurinās, reaģējot uz spiediena izmaiņām, un spiediena rādījumu norādīšanai tiek izmantots rādītājs uz skalas. Mūsdienu barometri ir digitāli un spēj precīzi un ātri izmērīt atmosfēras spiedienu. Šie elektroniskie instrumenti displeja ekrānā parāda pašreizējos atmosfēras spiediena rādījumus.

Atmosfēras spiedienu ietekmē dienas laika sildīšana no saules. Šī apkure nenotiek vienmērīgi visā Zemes virsmā, jo daži apgabali tiek uzkarsēti vairāk nekā citi. Gaisam sasilstot, tas paceļas un var izraisīt zemā spiediena sistēmu.

Spiediens centrā a zema spiediena sistēma ir zemāks par gaisu apkārtējā apkārtnē. Vēji pūš zema spiediena apgabalam, izraisot gaisa celšanos atmosfērā. Ūdens tvaiki augošajā gaisā kondensējas, veidojot mākoņus un daudzos gadījumos nokrišņus. Dēļ Koriolisa efekts, Zemes rotācijas rezultātā, vēji zema spiediena sistēmā cirkulē pretēji pulksteņrādītāja virzienam ziemeļu puslodē un pulksteņrādītāja virzienā dienvidu puslodē. Zema spiediena sistēmas var radīt nestabilus laika apstākļus un vētras, piemēram cikloni, viesuļvētras un taifūni. Parasti vispārējs noteikums ir tāds, ka zemāko spiedienu spiediens ir aptuveni 1000 milibāri (dzīvsudraba 29,54 collas). Sākot ar 2016. gadu, viszemākais spiediens, kas jebkad reģistrēts uz Zemes, bija 870 mb (25,69 inHg) Typhoon Tip acīs virs Klusā okeāna 1979. gada 12. oktobrī.

Iekšā augstspiediena sistēmas, sistēmas centrā esošajā gaisā ir lielāks spiediens nekā apkārtējā telpā esošajā gaisā. Gaiss šajā sistēmā nogrimst un pūš prom no augsta spiediena. Šis lejupejošais gaiss samazina ūdens tvaiku un mākoņu veidošanos, izraisot vieglu vēju un stabilus laika apstākļus. Gaisa plūsma augstspiediena sistēmā ir pretēja zema spiediena sistēmai. Gaiss cirkulē pulksteņrādītāja virzienā ziemeļu puslodē un pretēji pulksteņrādītāja virzienam dienvidu puslodē.

Rakstu rediģējis Regīna Beilija

• Britannica, enciklopēdijas redaktori. "Atmosfēras spiediens." Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 5. marts. 2018. gads, www.britannica.com/science/atmospheric-pressure.
• Nacionālā ģeogrāfijas biedrība. "Barometrs." Nacionālā ģeogrāfijas biedrība, 9. oktobris 2012. gads, www.nationalgeographic.org/encyclopedia/barometer/.
• "Gaisa spiediena paaugstināšanās un kritums." Drošība ziemā UCAR zinātniskās izglītības centrs, scied.ucar.edu/shortcontent/highs-and-lows-air-pressure.