Ile waży powietrze? Ciśnienie i ciężar powietrza Powietrze i niewielka waga
Powietrze jest wielkością nieuchwytną, nie można go dotknąć ani powąchać, jest wszędzie, ale dla człowieka jest niewidoczne, nie jest łatwo dowiedzieć się, ile powietrze waży, ale jest to możliwe. Jeśli powierzchnię Ziemi, jak w zabawie dla dzieci, rozciągniemy na małe kwadraty o wymiarach 1x1 cm, wówczas waga każdego z nich będzie równa 1 kg, to znaczy 1 cm2 atmosfery zawiera 1 kg powietrza.
Czy można to udowodnić? Całkiem. Jeśli zbudujesz skalę ze zwykłego ołówka i dwóch balonów, mocując konstrukcję do nitki, ołówek będzie w równowadze, ponieważ waga dwóch napompowanych balonów jest taka sama. Po przekłuciu jednego z balonów przewaga będzie w kierunku nadmuchanego balonu, gdyż z uszkodzonego balonu uciekło powietrze. Zatem proste doświadczenie fizyczne dowodzi, że powietrze ma określoną wagę. Jeśli jednak zważymy powietrze na płaskiej powierzchni i w górach, jego masa okaże się inna - powietrze górskie jest znacznie lżejsze niż to, którym oddychamy w pobliżu morza. Istnieje kilka powodów różnych wag:
Masa 1 m 3 powietrza wynosi 1,29 kg.
- im wyżej wznosi się powietrze, tym staje się ono bardziej rozrzedzone, to znaczy wysoko w górach ciśnienie powietrza nie będzie wynosić 1 kg na cm 2, ale o połowę mniej, ale zawartość tlenu niezbędnego do oddychania również spadnie dokładnie o połowę , które mogą powodować zawroty głowy, nudności i ból ucha;
- zawartość wody w powietrzu.
Mieszanka powietrza zawiera:
1.Azot – 75,5%;
2. Tlen – 23,15%;
3. Argon – 1,292%;
4. Dwutlenek węgla – 0,046%;
5. Neon – 0,0014%;
6. Metan – 0,000084%;
7. Hel – 0,000073%;
8. Krypton – 0,003%;
9. Wodór – 0,00008%;
10. Ksenon – 0,00004%.
Ilość składników w powietrzu może się zmieniać i w związku z tym masa powietrza również ulega zmianom w kierunku wzrostu lub spadku.
- powietrze zawsze zawiera parę wodną. Prawo fizyczne mówi, że im wyższa temperatura powietrza, tym więcej zawiera wody. Wskaźnik ten nazywa się wilgotnością powietrza i wpływa na jego wagę.
W jakim ciężarze mierzy się powietrze? Istnieje kilka wskaźników określających jego masę.
Ile waży sześcian powietrza?
W temperaturze 0°C masa 1 m 3 powietrza wynosi 1,29 kg. Oznacza to, że jeśli mentalnie przydzielisz przestrzeń w pomieszczeniu o wysokości, szerokości i długości równej 1 m, wówczas ta kostka powietrza będzie zawierać dokładnie tę ilość powietrza.
Jeśli powietrze ma ciężar i ciężar, który jest dość zauważalny, dlaczego dana osoba nie odczuwa ciężkości? Zjawisko fizyczne jakim jest ciśnienie atmosferyczne sprawia, że na każdego mieszkańca planety naciska słup powietrza o masie 250 kg. Średnia powierzchnia dłoni osoby dorosłej wynosi 77 cm2. Oznacza to, że zgodnie z prawami fizyki każdy z nas trzyma w dłoni 77 kg powietrza! Jest to równoznaczne z faktem, że w każdej ręce stale nosimy 5-funtowe ciężarki. W prawdziwym życiu nawet ciężarowiec nie jest w stanie tego zrobić, jednak każdy z nas bez problemu poradzi sobie z takim obciążeniem, ponieważ ciśnienie atmosferyczne naciska z obu stron, zarówno na zewnątrz ludzkiego ciała, jak i od wewnątrz, czyli różnica ostatecznie wynosi zero .
Właściwości powietrza są takie, że różnie oddziałuje ono na organizm człowieka. Wysoko w górach, z powodu braku tlenu, ludzie doświadczają halucynacji wzrokowych, a na dużych głębokościach połączenie tlenu i azotu w specjalnej mieszaninie – „gazie rozweselającym” – może wywołać uczucie euforii i nieważkości.
Znając te wielkości fizyczne, możemy obliczyć masę atmosfery ziemskiej – ilość powietrza utrzymywaną w przestrzeni blisko Ziemi przez siły grawitacyjne. Górna granica atmosfery kończy się na wysokości 118 km, czyli znając masę m 3 powietrza, można całą powierzchnię podzielić na słupy powietrza o podstawie 1x1 m i otrzymaną masę zsumować takich kolumn. Docelowo będzie wynosić 5,3*10 do piętnastej potęgi ton. Ciężar pancerza powietrznego planety jest dość duży, ale stanowi tylko jedną milionową całkowitej masy globu. Atmosfera ziemska służy jako swego rodzaju bufor chroniący Ziemię przed nieprzyjemnymi kosmicznymi niespodziankami. Z samych burz słonecznych, które docierają do powierzchni planety, atmosfera traci rocznie nawet 100 tysięcy ton swojej masy! Taką niewidzialną i niezawodną tarczą jest powietrze.
Ile waży litr powietrza?
Osoba nie zauważa, że jest stale otoczona przezroczystym i prawie niewidocznym powietrzem. Czy można zobaczyć ten nieuchwytny element atmosfery? Wizualnie ruch mas powietrza jest codziennie transmitowany na ekranie telewizora - ciepły lub zimny front przynosi długo oczekiwane ocieplenie lub obfite opady śniegu.
Co jeszcze wiemy o powietrzu? Prawdopodobnie fakt, że jest to niezbędne dla wszystkich żywych istot żyjących na planecie. Człowiek wdycha i wydycha dziennie około 20 kg powietrza, z czego jedną czwartą pochłania mózg.
Ciężar powietrza można mierzyć w różnych jednostkach fizycznych, w tym w litrach. Masa jednego litra powietrza będzie równa 1,2930 grama przy ciśnieniu 760 mm Hg. kolumnie i temperaturze 0°C. Oprócz zwykłego stanu gazowego powietrze występuje również w postaci ciekłej. Aby przekształcić substancję w ten stan skupienia, konieczne będzie wystawienie jej na działanie ogromnego ciśnienia i bardzo niskich temperatur. Astronomowie sugerują, że istnieją planety, których powierzchnie są całkowicie pokryte ciekłym powietrzem.
Źródłem tlenu niezbędnego do życia człowieka są lasy amazońskie, które produkują aż 20% tego ważnego pierwiastka na całej planecie.
Lasy to prawdziwe „zielone” płuca planety, bez których egzystencja człowieka jest po prostu niemożliwa. Dlatego żywe rośliny domowe w mieszkaniu to nie tylko mebel, oczyszczają powietrze w pomieszczeniu, którego zanieczyszczenie jest dziesiątki razy większe niż na zewnątrz.
Czyste powietrze od dawna jest niedoborem w megamiastach; zanieczyszczenie powietrza jest tak duże, że ludzie są gotowi kupować czyste powietrze. „Sprzedawcy lotniczy” po raz pierwszy pojawili się w Japonii. Produkowali i sprzedawali czyste powietrze w puszkach, a każdy mieszkaniec Tokio mógł otworzyć puszkę czystego powietrza do obiadu i cieszyć się jego najświeższym aromatem.
Czystość powietrza ma istotny wpływ nie tylko na zdrowie ludzi, ale także na zdrowie zwierząt. Na zanieczyszczonych obszarach wód równikowych, w pobliżu obszarów zamieszkałych przez człowieka, giną dziesiątki delfinów. Przyczyną śmierci ssaków jest zanieczyszczona atmosfera, podczas sekcji zwłok zwierząt płuca delfinów przypominają płuca górników, zatkane pyłem węglowym. Mieszkańcy Antarktydy, pingwiny, są również bardzo wrażliwi na zanieczyszczenia powietrza; jeśli w powietrzu znajduje się duża ilość szkodliwych zanieczyszczeń, zaczynają ciężko i nieregularnie oddychać.
Dla człowieka bardzo ważne jest także czyste powietrze, dlatego po pracy w biurze lekarze zalecają codzienne godzinne spacery po parku, lesie czy za miastem. Po takiej „powietrznej” terapii następuje przywrócenie witalności organizmu i znaczna poprawa samopoczucia. Przepis na ten darmowy i skuteczny lek znany jest od czasów starożytnych, wielu naukowców i władców uważało codzienne spacery na świeżym powietrzu za obowiązkowy rytuał.
Dla współczesnego mieszkańca miasta oczyszczanie powietrzem jest bardzo istotne: niewielka porcja życiodajnego powietrza o wadze 1-2 kg jest panaceum na wiele współczesnych dolegliwości!
Ponieważ gazy mają ciężar, atmosfera pod wpływem siły grawitacji nie rozprasza się w przestrzeni, ale otaczając Ziemię, obraca się wraz z nią. Na każdy metr kwadratowy na poziomie oceanu masa powietrza wywiera ciśnienie równe 10333 kg. Innymi słowy, ile waży słup powietrza o przekroju 1? m 2 i wysokość od poziomu oceanu do górnej granicy atmosfery. Waga 1 m 3 powietrza na poziomie oceanu wynosi około 1,03kg,
Na dnie oceanu powietrza niewidzialne, ale odczuwalne powietrze napiera na każdy centymetr kwadratowy powierzchni z siłą równą 1033 G. Jakiego rodzaju presji doświadcza nasze ciało? Oczywiście, jeśli zewnętrzna powierzchnia ludzkiego ciała trwa średnio około 12 000-15 000 s m 2, wtedy ciśnienie powietrza na nim wyniesie około 12 000-15 000 kg, lub 12-15 T. Jednak ciało nie odczuwa tego ciężaru, ponieważ zewnętrzne ciśnienie powietrza równoważy jego ciśnienie wewnątrz ciała. Życie na Ziemi jest dokładnie przystosowane do tego ciśnienia. Dlatego podczas wspinaczki na duże wysokości samopoczucie człowieka pogarsza się nie tylko z powodu braku tlenu, ale także ze względu na znaczny spadek ciśnienia rozrzedzonego środowiska.
Nawiasem mówiąc, eksperymenty w komorze ciśnieniowej wykazały, że im bardziej złożony organizm, tym trudniej tolerować niskie ciśnienie powietrza. Na przykład przedstawicielem zwierząt zmiennocieplnych jest żaba na wysokości 20-30 km ratuje życie na kilka godzin, a osoba szybko podnosi się do wysokości 7-8 km zwykle traci przytomność 8-10 minut po wstaniu. Na wysokościach 15-16 km, Nawet jeśli dana osoba oddycha tylko tlenem, z powodu niskiego ciśnienia w ciągu kilku sekund następuje niedobór tlenu. Przy niskim ciśnieniu atmosferycznym krew zaczyna wrzeć. Wiadomo, że im niższe ciśnienie, tym szybciej woda wrze. Na przykład w górach woda wrze nie w temperaturze 100°, ale w niższej temperaturze. Na wysokości około 20 km woda wrze w temperaturze 37° powyżej zera. Na tej wysokości też krew wrze. Dlatego podczas lotu kosmicznego człowiek ma zapewnione odpowiednie warunki fizjologiczne i higieniczne. W hermetycznej kabinie statku kosmicznego wytwarza się normalne ciśnienie i mniej więcej stała temperatura powietrza, astronauta jest chroniony przed hałasem i wibracjami, ma zapewnione wygodne miejsce pracy, dobre oświetlenie itp.
Ciśnienie powietrza mierzy się w milimetrach słupa rtęci za pomocą barometru rtęciowego lub metalowego. Ciśnienie wyraża się zwykle w tysięcznych częściach bara, tj. w milibarach. Średnie ciśnienie na poziomie morza, wyrażone w milibarach, wynosi 1013,3. Ciśnienie powietrza 1000 mb równoważne ciśnieniu słupa rtęci o wysokości 750,1 mm. Aby przeliczyć milimetry na milibary, zwykle stosuje się współczynnik konwersji 4/3 (tabela 1).
Wraz ze spadkiem gęstości powietrza wraz z wysokością gwałtownie spada również ciśnienie atmosferyczne. Dlatego pomimo dużego pionowego zasięgu atmosfery połowa jej masy koncentruje się w pierwszych 5-6 km. Ciśnienie na tym poziomie wynosi tylko 500 MB, tj. o połowę mniej niż na poziomie morza. W słupie powietrza około 16 km skoncentrowano 0,9 całości
masa atmosfery. Ciśnienie na tym poziomie wynosi 100 MB, i na wysokości 40 km - tylko 2,4mb.
Spadek ciśnienia atmosferycznego wraz z wysokością można scharakteryzować za pomocą pionowego gradientu ciśnienia, czyli tzw. skoku ciśnienia. Etap ciśnienia- odległość w pionie (w metrach), przy której ciśnienie atmosferyczne zmienia się jednostkowo (o 1 MB). Wielkość poziomu ciśnienia jest inna. Zależy to od wysokości nad poziomem morza i temperatury powietrza. W warstwie powierzchniowej pod ciśnieniem 1000 mb i temperaturze 0°, poziom ciśnienia wynosi 8 M. Oznacza to, że na każde 8 M podniesienie ciśnienia zmniejsza się o 1 mb. W warstwie o ciśnieniu 600-500 MB, co odpowiada wysokości około 4,5-5,5 km, poziom ciśnienia wynosi 13 M, w warstwie o ciśnieniu 100-200 mb- 40 M.
Wartość kroku ciśnienia jest wygodna w użyciu do przybliżonych obliczeń zmian ciśnienia wraz z wysokością. Na przykład łatwo jest określić różnicę między ciśnieniem powietrza na 1. i 25. piętrze wieżowca. Przy różnicy wysokości wskazanych pięter równej 90 M, ciśnienie powietrza na poziomie 25 piętra wynosi około 12 mb mniej niż na poziomie I piętra. Jednak nawet jadąc w górę szybkobieżną windą nie odczuwamy różnicy ciśnień. Wyjaśnia to fakt, że zmiana ciśnienia wynosi około 10-20 mb bardzo mało (1-2%) w porównaniu do normalnego ciśnienia atmosferycznego. Średnia dzienna zmiana ciśnienia, do jakiego przyzwyczajony jest organizm ludzki, jest niewielka. W krajach tropikalnych wynosi około 1 MB, i na średnich szerokościach geograficznych - 5-6 mb. Ale w niektórych, niezbyt rzadkich przypadkach, codzienna zmiana ciśnienia na średnich szerokościach geograficznych sięga 20-30 mb i więcej.
Chociaż nie możemy poczuć otaczającego nas powietrza, powietrze nie jest niczym. Powietrze jest mieszaniną gazów: azotu, tlenu i innych. A gazy, podobnie jak inne substancje, składają się z cząsteczek i dlatego mają wagę, choć niewielką.
Można przeprowadzić eksperymenty, aby udowodnić, że powietrze ma masę. Na środku patyka o długości około sześćdziesięciu centymetrów przyczepimy linę, a na obu końcach przywiążemy dwa identyczne balony. Zawieśmy patyk na sznurku i zobaczmy, czy wisi poziomo. Jeśli teraz przekłujesz igłą jeden z nadmuchanych balonów, wydostanie się z niego powietrze, a koniec patyka, do którego był przywiązany, uniesie się do góry. Jeśli przebijesz drugą kulkę, drążek ponownie przyjmie pozycję poziomą.
![](https://i1.wp.com/allforchildren.ru/why/illustr/misc52-2.gif)
Dzieje się tak, ponieważ w nadmuchanym balonie znajduje się powietrze. mocniej, i dlatego cięższy niż ten wokół niego.
Ile waży powietrze, zależy od tego, kiedy i gdzie jest ważone. Ciężar powietrza nad płaszczyzną poziomą to ciśnienie atmosferyczne. Podobnie jak wszystkie otaczające nas obiekty, powietrze również podlega grawitacji. To właśnie nadaje powietrzu ciężar równy 1 kg na centymetr kwadratowy. Gęstość powietrza wynosi około 1,2 kg/m 3, co oznacza, że sześcian o boku 1 m wypełniony powietrzem waży 1,2 kg.
Słup powietrza wznoszący się pionowo nad Ziemią rozciąga się na kilkaset kilometrów. Oznacza to, że na osobę stojącą w pozycji wyprostowanej, na głowę i ramiona, naciska słup powietrza o masie około 250 kg, którego powierzchnia wynosi około 250 cm2!
Nie bylibyśmy w stanie unieść takiego ciężaru, gdyby nie oparło mu się takie samo ciśnienie wewnątrz naszego ciała. Poniższe doświadczenie pomoże nam to zrozumieć. Jeśli rozciągniesz kartkę papieru obiema rękami i ktoś dotknie jej palcem z jednej strony, efekt będzie taki sam - dziura w papierze. Ale jeśli naciśniesz dwa palce wskazujące w to samo miejsce, ale z różnych stron, nic się nie stanie. Nacisk po obu stronach będzie taki sam. To samo dzieje się z ciśnieniem słupa powietrza i przeciwciśnieniem wewnątrz naszego ciała: są one równe.
![](https://i0.wp.com/allforchildren.ru/why/illustr/misc52-3.gif)
Powietrze ma ciężar i naciska na nasze ciało ze wszystkich stron.
Ale nie może nas zmiażdżyć, ponieważ przeciwciśnienie ciała jest równe zewnętrznemu.
Prosty eksperyment przedstawiony powyżej pokazuje, że jest to oczywiste:
jeśli dotkniesz palcem kartki papieru z jednej strony, podrze się;
ale jeśli naciśniesz go z obu stron, tak się nie stanie.
Przy okazji...
W życiu codziennym, gdy coś ważymy, robimy to w powietrzu i dlatego zaniedbujemy jego wagę, ponieważ ciężar powietrza w powietrzu wynosi zero. Na przykład, jeśli zważymy pustą szklaną kolbę, otrzymany wynik uznamy za masę kolby, pomijając fakt, że jest ona wypełniona powietrzem. Ale jeśli zamkniemy kolbę i wypompujemy z niej całe powietrze, otrzymamy zupełnie inny wynik...
- Ciasto drożdżowe Roladki cynamonowe ze śmietaną
- Dorsz zapiekany w piekarniku Dorsz pieczony z kwaśną śmietaną i serem Przepis
- Jak ugotować pyszne „jeże” dla dzieci Przepis na jeże mięsne dla dzieci
- Jak gotować jasnozieloną zupę brokułową w powolnej kuchence Przepis na zupę brokułową w powolnej kuchence