Kolik váží vzduch? Má vzduch váhu? Vzduch a nic moc
Vzhledem k tomu, že plyny mají váhu, atmosféra se vlivem gravitační síly ve vesmíru nerozptýlí, ale obklopuje Zemi a otáčí se s ní. Na každý metr čtvereční na hladině oceánu působí hmotnost vzduchu tlakem rovným 10333 kg. Jinými slovy, kolik váží sloupec vzduchu o průřezu 1? m 2 a výška od hladiny oceánu k horní hranici atmosféry. Hmotnost 1 m 3 vzduch na hladině oceánu je asi 1,03kg,
Na dně oceánu vzduchu tlačí neviditelný, ale pociťovaný vzduch na každý čtvereční centimetr plochy silou rovnou 1033 G. Jaký tlak zažívá naše tělo? Je zřejmé, že pokud je vnější povrch lidského těla v průměru asi 12 000-15 000 s m 2, pak tlak vzduchu na něm bude přibližně 12 000-15 000 kg, nebo 12-15 T. Tělo však tuto tíhu nepociťuje, protože vnější tlak vzduchu je vyvážen jeho tlakem uvnitř těla. Život na Zemi je přizpůsoben právě tomuto tlaku. Proto se při výstupu do vysokých nadmořských výšek zhoršuje pohoda člověka nejen kvůli nedostatku kyslíku, ale také kvůli výraznému poklesu tlaku vzácného prostředí.
Mimochodem, pokusy v tlakové komoře ukázaly, že čím je organismus složitější, tím hůře snáší nízký tlak vzduchu. Například zástupcem chladnokrevníků je žába v nadmořské výšce 20-30 km zachraňuje život na několik hodin a člověk rychle stoupá do výšky 7-8 km obvykle ztrácí vědomí 8-10 minut po probuzení. Ve výškách 15-16 km, I když člověk dýchá pouze kyslík, kvůli nízkému tlaku dojde během několika sekund k hladovění kyslíkem. Při nízkém atmosférickém tlaku se krev začne vařit. Je známo, že čím nižší tlak, tím rychleji se voda vaří. V horách se například voda vaří ne při 100°, ale při nižší teplotě. V nadmořské výšce kolem 20 km voda vře při teplotě 37° nad nulou. V této výšce se také vaří krev. Při kosmickém letu jsou proto člověku zajištěny odpovídající fyziologické a hygienické podmínky. V hermetické kabině kosmické lodi se vytváří normální tlak a víceméně konstantní teplota vzduchu, astronaut je chráněn před hlukem a vibracemi, je mu zajištěno pohodlné pracoviště, dobré osvětlení atd.
Tlak vzduchu se měří v milimetrech rtuti pomocí rtuťového nebo kovového barometru. Tlak se obvykle vyjadřuje v tisícinách baru, tedy v milibarech. Průměrný tlak na hladině moře, vyjádřený v milibarech, je 1013,3. Tlak vzduchu 1000 mb ekvivalentní tlaku výšky rtuťového sloupce 750,1 mm. Pro převod milimetrů na milibary se obvykle používá převodní faktor 4/3 (tabulka 1).
Spolu s poklesem hustoty vzduchu s nadmořskou výškou rychle klesá i atmosférický tlak. Proto i přes velký vertikální rozsah atmosféry je polovina její hmoty soustředěna v prvních 5-6 km. Tlak na této úrovni je pouze 500 mb, tedy o polovinu méně než na hladině moře. Ve sloupci vzduchu asi 16 km koncentrováno 0,9 z celkového počtu
hmotnost atmosféry. Tlak na této úrovni je 100 mb, a ve výšce 40 km - pouze 2.4mb.
Pokles atmosférického tlaku s nadmořskou výškou lze charakterizovat vertikálním tlakovým gradientem, neboli tzv. tlakovým krokem. Tlaková fáze- vertikální vzdálenost (v metrech), při které se atmosférický tlak mění o jednotku (o 1 mb). Velikost tlakové výše je různá. Záleží na nadmořské výšce a teplotě vzduchu. V povrchové vrstvě při tlaku 1000 mb a teplotě 0°, úroveň tlaku je 8 m To znamená, že za každých 8 m zvýšením tlaku se sníží o 1 mb. Ve vrstvě o tlaku 600-500 mb, což odpovídá výškám cca 4,5-5,5 km,úroveň tlaku je 13 m, ve vrstvě o tlaku 100-200 mb- 40 m
Hodnotu tlakového kroku je vhodné použít pro přibližné výpočty změn tlaku s nadmořskou výškou. Snadno lze například určit rozdíl mezi tlakem vzduchu v 1. a 25. patře výškové budovy. S rozdílem výšek uvedených pater rovným 90 m, tlak vzduchu na úrovni 25. patra je přibližně 12 mb méně než v úrovni 1. patra. Avšak ani při stoupání vysokorychlostním výtahem necítíme tlakový rozdíl. To se vysvětluje tím, že změna tlaku je asi 10-20 mb velmi málo (1-2 %) ve srovnání s normálním atmosférickým tlakem. Průměrná denní změna tlaku, na kterou je lidské tělo zvyklé, je malá. V tropických zemích je to asi 1 mb, a ve středních zeměpisných šířkách - 5-6 mb. Ale v některých, ne příliš vzácných případech, denní změna tlaku ve středních zeměpisných šířkách dosahuje 20-30 mb a další.
Vzduch je nehmotná veličina, nelze si ho sáhnout, ani cítit, je všude, ale pro člověka je neviditelný, není snadné zjistit, kolik vzduch váží, ale je to možné. Pokud je povrch Země, jako v dětské hře, nakreslen do malých čtverců o rozměrech 1x1 cm, pak bude hmotnost každého z nich rovna 1 kg, to znamená, že 1 cm 2 atmosféry obsahuje 1 kg vzduchu.
Dá se to dokázat? Docela. Pokud postavíte váhu z obyčejné tužky a dvou balónků a připevníte konstrukci k niti, bude tužka v rovnováze, protože hmotnost obou nafouknutých balónků je stejná. Jakmile je jeden z balónků propíchnut, výhoda bude ve směru nafouknutého balónku, protože vzduch z poškozeného balónku unikl. Podle toho jednoduchá fyzická zkušenost dokazuje, že vzduch má určitou váhu. Pokud však zvážíte vzduch na rovném povrchu a v horách, jeho hmotnost se ukáže být odlišná - horský vzduch je mnohem lehčí než ten, který dýcháme u moře. Existuje několik důvodů pro různé váhy:
Hmotnost 1 m 3 vzduchu je 1,29 kg.
- čím výše vzduch stoupá, tím je řidší, to znamená vysoko v horách tlak vzduchu nebude 1 kg na cm 2, ale poloviční, ale přesně o polovinu se sníží i obsah kyslíku potřebného k dýchání. , což může způsobit závratě, nevolnost a bolest uší;
- obsah vody ve vzduchu.
Směs vzduchu obsahuje:
1.Dusík – 75,5 %;
2. Kyslík – 23,15 %;
3. Argon – 1,292 %;
4. Oxid uhličitý – 0,046 %;
5. Neon – 0,0014 %;
6. Metan – 0,000084 %;
7. Helium – 0,000073 %;
8. Krypton – 0,003 %;
9. Vodík – 0,00008 %;
10. Xenon – 0,00004 %.
Množství ingrediencí ve vzduchu se může měnit a v souladu s tím také množství vzduchu podléhá změnám ve směru nárůstu nebo poklesu.
- vzduch vždy obsahuje vodní páru. Fyzikální zákon říká, že čím vyšší je teplota vzduchu, tím více vody obsahuje. Tento ukazatel se nazývá vlhkost vzduchu a ovlivňuje jeho hmotnost.
V čem se měří hmotnost vzduchu? Existuje několik ukazatelů, které určují jeho hmotnost.
Kolik váží krychle vzduchu?
Při teplotě 0° Celsia je hmotnost 1 m 3 vzduchu 1,29 kg. To znamená, že pokud mentálně přidělíte prostor v místnosti o výšce, šířce a délce rovné 1 m, pak tato vzduchová kostka bude obsahovat přesně toto množství vzduchu.
Pokud má vzduch váhu a váhu, která je docela patrná, proč člověk necítí tíhu? Takový fyzikální jev, jako je atmosférický tlak, znamená, že na každého obyvatele planety tlačí vzduchový sloupec o hmotnosti 250 kg. Průměrná plocha dlaně dospělého člověka je 77 cm2. To znamená, že v souladu s fyzikálními zákony každý z nás drží v dlani 77 kg vzduchu! To je ekvivalentní skutečnosti, že v každé ruce neustále nosíme 5 kilové závaží. V reálném životě to nezvládne ani vzpěrač, nicméně každý z nás si s takovou zátěží hravě poradí, protože atmosférický tlak tlačí z obou stran, jak vně lidského těla, tak i zevnitř, čili rozdíl je nakonec nulový .
Vlastnosti vzduchu jsou takové, že působí na lidské tělo jinak. Vysoko v horách kvůli nedostatku kyslíku lidé zažívají zrakové halucinace a ve velkých hloubkách může kombinace kyslíku a dusíku ve speciální směsi – „smějícím se plynu“ – vytvořit pocit euforie a pocit beztíže.
Když známe tyto fyzikální veličiny, můžeme vypočítat hmotnost zemské atmosféry - množství vzduchu, které je drženo v blízkozemském prostoru gravitačními silami. Horní hranice atmosféry končí ve výšce 118 km, to znamená, že při znalosti hmotnosti m 3 vzduchu můžete celou plochu povrchu rozdělit na vzduchové sloupce se základnou 1x1 m a výslednou hmotnost sečíst takových sloupců. Nakonec se bude rovnat 5,3 * 10 na patnáctou mocninu tun. Hmotnost vzdušného pancíře planety je poměrně velká, ale je pouze jedna miliontina celkové hmotnosti zeměkoule. Zemská atmosféra slouží jako jakýsi nárazník, který chrání Zemi před nepříjemnými kosmickými překvapeními. Jen ze slunečních bouří, které dosáhnou povrchu planety, ztrácí atmosféra ročně až 100 tisíc tun své hmoty! Takovým neviditelným a spolehlivým štítem je vzduch.
Kolik váží litr vzduchu?
Člověk si nevšimne, že je neustále obklopen průhledným a téměř neviditelným vzduchem. Je možné vidět tento nehmotný prvek atmosféry? Vizuálně je pohyb vzdušných mas vysílán denně na televizní obrazovce – teplá či studená fronta přináší dlouho očekávané oteplení nebo vydatné sněžení.
Co ještě víme o vzduchu? Pravděpodobně skutečnost, že je životně nezbytný pro všechny živé bytosti žijící na planetě. Každý den člověk vdechne a vydechne asi 20 kg vzduchu, z toho čtvrtinu spotřebuje mozek.
Hmotnost vzduchu lze měřit v různých fyzikálních jednotkách, včetně litrů. Hmotnost jednoho litru vzduchu bude rovna 1,2930 gramu při tlaku 760 mm Hg. koloně a teplotě 0 °C. Kromě obvyklého plynného skupenství lze vzduch nalézt také v kapalné formě. Pro přechod látky do tohoto stavu agregace bude zapotřebí vystavení enormnímu tlaku a velmi nízkým teplotám. Astronomové naznačují, že existují planety, jejichž povrchy jsou zcela pokryty kapalným vzduchem.
Zdrojem kyslíku nezbytným pro lidskou existenci jsou amazonské pralesy, které produkují až 20 % tohoto důležitého prvku na celé planetě.
Lesy jsou skutečně „zelené“ plíce planety, bez kterých je lidská existence prostě nemožná. Živé pokojové rostliny v bytě proto nejsou jen kusem nábytku, čistí vnitřní vzduch, jehož znečištění je desítkykrát vyšší než venku.
Čistý vzduch je v megaměstech již dlouho nedostatkem; znečištění ovzduší je tak velké, že lidé jsou připraveni kupovat čistý vzduch. „Prodejci vzduchu“ se poprvé objevili v Japonsku. Vyráběli a prodávali čistý vzduch v plechovkách a každý obyvatel Tokia si mohl otevřít plechovku čistého vzduchu k večeři a vychutnat si jeho nejčerstvější vůni.
Čistota vzduchu má významný vliv nejen na zdraví lidí, ale i zvířat. Ve znečištěných oblastech rovníkových vod, v blízkosti oblastí osídlených lidmi, umírají desítky delfínů. Příčinou smrti savců je znečištěná atmosféra při pitvách zvířat, plíce delfínů připomínají plíce horníků, zanesené uhelným prachem. Obyvatelé Antarktidy, tučňáci, jsou také velmi citliví na znečištění ovzduší, pokud vzduch obsahuje velké množství škodlivých nečistot, začnou těžce a přerušovaně dýchat.
Pro člověka je velmi důležitý i čistý vzduch, proto lékaři po práci v kanceláři doporučují každodenní hodinové procházky v parku, lese nebo mimo město. Po takové „vzduchové“ terapii se obnoví vitalita těla a výrazně se zlepší pohoda. Recept na tento bezplatný a účinný lék je znám již od starověku, mnozí vědci a vládci považovali každodenní procházky na čerstvém vzduchu za povinný rituál.
Pro moderního obyvatele města je úprava vzduchu velmi důležitá: malá část životodárného vzduchu o hmotnosti 1–2 kg je všelékem na mnoho moderních onemocnění!
Přestože vzduch kolem nás necítíme, vzduch není nic. Vzduch je směs plynů: dusík, kyslík a další. A plyny, stejně jako jiné látky, se skládají z molekul, a proto mají hmotnost, i když malou.
Experimenty mohou být použity k prokázání, že vzduch má váhu. Doprostřed klacku dlouhého asi šedesát centimetrů připevníme provaz, na oba konce přivážeme dva stejné balónky. Pověsíme hůl za provázek a uvidíme, že visí vodorovně. Pokud nyní propíchnete jeden z nafouknutých balónků jehlou, vystoupí z něj vzduch a konec tyčky, ke které byl přivázán, se zvedne. Pokud propíchnete druhou kouli, hůl opět zaujme vodorovnou polohu.
To se děje proto, že v nafouknutém balónku je vzduch. těsnější, a proto těžší než ten kolem něj.
Kolik vzduchu váží závisí na tom, kdy a kde se váží. Hmotnost vzduchu nad vodorovnou rovinou je atmosférický tlak. Jako všechny objekty kolem nás, i vzduch podléhá gravitaci. Právě to dává vzduchu váhu, která se rovná 1 kg na centimetr čtvereční. Hustota vzduchu je asi 1,2 kg/m 3, to znamená, že krychle o straně 1 m naplněná vzduchem váží 1,2 kg.
Sloup vzduchu stoupající vertikálně nad Zemí se táhne několik set kilometrů. To znamená, že na vzpřímeně stojícího člověka, na jeho hlavu a ramena, tlačí sloup vzduchu o hmotnosti asi 250 kg, jehož plocha je přibližně 250 cm 2!
Takovou váhu bychom nevydrželi, kdyby jí neodolal stejný tlak uvnitř našeho těla. Následující zkušenost nám to pomůže pochopit. Pokud natáhnete list papíru oběma rukama a někdo na něj z jedné strany přitlačí prst, výsledek bude stejný – díra v papíru. Pokud ale přitlačíte dva ukazováčky na stejné místo, ale z různých stran, nic se nestane. Tlak na obou stranách bude stejný. Totéž se děje s tlakem vzduchového sloupce a protitlakem uvnitř našeho těla: jsou stejné.
Vzduch má váhu a tlačí na naše tělo ze všech stran.
Ale nemůže nás rozdrtit, protože protitlak těla je roven vnějšímu.
Jednoduchý experiment popsaný výše to jasně ukazuje:
pokud stisknete prst na listu papíru na jedné straně, roztrhne se;
ale pokud na něj zatlačíte z obou stran, nestane se to.
Mimochodem...
V běžném životě, když něco vážíme, děláme to ve vzduchu, a proto jeho váhu zanedbáváme, protože váha vzduchu ve vzduchu je nulová. Pokud například zvážíme prázdnou skleněnou baňku, budeme získaný výsledek považovat za hmotnost baňky, přičemž zanedbáme skutečnost, že je naplněna vzduchem. Pokud se ale baňka utěsní a všechen vzduch se z ní odčerpá, dostaneme úplně jiný výsledek...