Koľko váži vzduch? Tlak a hmotnosť vzduchu Vzduch a nie veľká váha
Vzduch je nehmotná veličina, nedá sa ho ani ohmatať, ani cítiť, je všade, no pre človeka je neviditeľný, nie je ľahké zistiť, koľko vzduch váži, ale dá sa. Ak je povrch Zeme, ako v detskej hre, nakreslený do malých štvorcov s rozmermi 1 x 1 cm, potom sa hmotnosť každého z nich bude rovnať 1 kg, to znamená, že 1 cm 2 atmosféry obsahuje 1 kg vzduchu.
Dá sa to dokázať? Celkom. Ak postavíte váhu z obyčajnej ceruzky a dvoch balónov, pričom konštrukciu upevníte na závit, ceruzka bude v rovnováhe, pretože hmotnosť dvoch nafúknutých balónov je rovnaká. Po prepichnutí jedného z balónov bude výhoda v smere nafúknutého balóna, pretože vzduch z poškodeného balóna unikol. Jednoduchá fyzická skúsenosť teda dokazuje, že vzduch má určitú váhu. Ak však zvážite vzduch na rovnom povrchu a v horách, ukáže sa, že jeho hmotnosť bude iná - horský vzduch je oveľa ľahší ako vzduch, ktorý dýchame pri mori. Existuje niekoľko dôvodov pre rôzne váhy:
Hmotnosť 1 m 3 vzduchu je 1,29 kg.
- čím vyššie vzduch stúpa, tým je redší, teda vysoko v horách nebude tlak vzduchu 1 kg na cm 2, ale polovičný, ale presne o polovicu klesne aj obsah kyslíka potrebného na dýchanie. , čo môže spôsobiť závraty, nevoľnosť a bolesť uší;
- obsah vody vo vzduchu.
Zmes vzduchu obsahuje:
1.Dusík – 75,5 %;
2. Kyslík – 23,15 %;
3. Argón – 1,292 %;
4. Oxid uhličitý – 0,046 %;
5. Neón – 0,0014 %;
6. Metán – 0,000084 %;
7. Hélium – 0,000073 %;
8. Kryptón – 0,003 %;
9. vodík – 0,00008 %;
10. Xenón – 0,00004 %.
Množstvo prísad vo vzduchu sa môže meniť a podľa toho aj hmotnosť vzduchu podlieha zmenám v smere nárastu alebo poklesu.
- vzduch vždy obsahuje vodnú paru. Fyzikálny zákon hovorí, že čím vyššia je teplota vzduchu, tým viac vody obsahuje. Tento indikátor sa nazýva vlhkosť vzduchu a ovplyvňuje jeho hmotnosť.
V čom sa meria hmotnosť vzduchu? Existuje niekoľko ukazovateľov, ktoré určujú jeho hmotnosť.
Koľko váži kocka vzduchu?
Pri teplote 0° Celzia je hmotnosť 1 m 3 vzduchu 1,29 kg. To znamená, že ak mentálne pridelíte priestor v miestnosti s výškou, šírkou a dĺžkou rovnajúcou sa 1 m, potom táto kocka vzduchu bude obsahovať presne toto množstvo vzduchu.
Ak má vzduch váhu a hmotnosť, ktorá je celkom viditeľná, prečo človek necíti ťažkosť? Fyzikálny jav, akým je atmosférický tlak, znamená, že na každého obyvateľa planéty tlačí vzduchový stĺp s hmotnosťou 250 kg. Priemerná plocha dlane dospelého človeka je 77 cm2. To znamená, že v súlade s fyzikálnymi zákonmi každý z nás drží v dlani 77 kg vzduchu! To sa rovná skutočnosti, že v každej ruke neustále nosíme 5 kilové závažia. V reálnom živote to nezvládne ani vzpierač, ale každý z nás si s takouto záťažou ľahko poradí, pretože atmosférický tlak tlačí z oboch strán ako zvonku ľudského tela, tak aj zvnútra, čiže rozdiel je v konečnom dôsledku nulový. .
Vlastnosti vzduchu sú také, že pôsobí na ľudský organizmus inak. Vysoko v horách kvôli nedostatku kyslíka ľudia pociťujú zrakové halucinácie a vo veľkých hĺbkach môže kombinácia kyslíka a dusíka v špeciálnej zmesi – „smejúcom plyne“ – vyvolať pocit eufórie a pocit beztiaže.
Keď poznáme tieto fyzikálne veličiny, môžeme vypočítať hmotnosť zemskej atmosféry - množstvo vzduchu, ktoré je držané v blízkozemskom priestore gravitačnými silami. Horná hranica atmosféry končí vo výške 118 km, to znamená, že ak poznáte hmotnosť m 3 vzduchu, môžete rozdeliť celú plochu povrchu na vzduchové stĺpce so základňou 1x1 m a výslednú hmotnosť spočítať. takýchto stĺpcov. Nakoniec sa to bude rovnať 5,3 * 10 na pätnástu mocninu ton. Hmotnosť vzdušného panciera planéty je pomerne veľká, ale predstavuje iba jednu milióntinu celkovej hmotnosti zemegule. Zemská atmosféra slúži ako akýsi nárazník, ktorý chráni Zem pred nepríjemnými kozmickými prekvapeniami. Len zo slnečných búrok, ktoré sa dostanú na povrch planéty, stráca atmosféra ročne až 100-tisíc ton svojej hmoty! Takýmto neviditeľným a spoľahlivým štítom je vzduch.
Koľko váži liter vzduchu?
Človek si nevšimne, že je neustále obklopený priehľadným a takmer neviditeľným vzduchom. Je možné vidieť tento nehmotný prvok atmosféry? Vizuálne je pohyb vzdušných hmôt vysielaný denne na televíznej obrazovke – teplý či studený front prináša dlho očakávané oteplenie či husté sneženie.
Čo ešte vieme o vzduchu? Pravdepodobne je to skutočnosť, že je životne dôležitá pre všetky živé bytosti žijúce na planéte. Každý deň človek vdýchne a vydýchne asi 20 kg vzduchu, z čoho štvrtinu spotrebuje mozog.
Hmotnosť vzduchu sa môže merať v rôznych fyzikálnych jednotkách vrátane litrov. Hmotnosť jedného litra vzduchu sa bude rovnať 1,2930 gramu pri tlaku 760 mm Hg. kolóne a teplote 0 °C. Okrem bežného plynného skupenstva sa vzduch môže nachádzať aj v kvapalnej forme. Na transformáciu látky do tohto stavu agregácie bude potrebné vystavenie obrovskému tlaku a veľmi nízkym teplotám. Astronómovia naznačujú, že existujú planéty, ktorých povrchy sú úplne pokryté tekutým vzduchom.
Zdrojom kyslíka potrebného pre ľudskú existenciu sú amazonské pralesy, ktoré produkujú až 20 % tohto dôležitého prvku na celej planéte.
Lesy sú skutočne „zelenými“ pľúcami planéty, bez ktorých je ľudská existencia jednoducho nemožná. Živé izbové rastliny v byte preto nie sú len kusom nábytku, čistia vnútorný vzduch, ktorého znečistenie je desaťkrát vyššie ako vonku.
Čistý vzduch sa už dlho stal nedostatkom v megacities; znečistenie ovzdušia je také veľké, že ľudia sú pripravení kupovať čistý vzduch. „Predajcovia vzduchu“ sa prvýkrát objavili v Japonsku. Vyrábali a predávali čistý vzduch v plechovkách a každý obyvateľ Tokia si mohol na večeru otvoriť plechovku čistého vzduchu a vychutnať si jeho najčerstvejšiu vôňu.
Čistota vzduchu má významný vplyv nielen na zdravie ľudí, ale aj zvierat. V znečistených oblastiach rovníkových vôd, v blízkosti oblastí obývaných ľuďmi, umierajú desiatky delfínov. Príčinou smrti cicavcov je znečistená atmosféra pri pitvách zvierat, pľúca delfínov pripomínajú pľúca baníkov, zanesené uhoľným prachom. Obyvatelia Antarktídy, tučniaky, sú tiež veľmi citlivé na znečistenie ovzdušia, ak vzduch obsahuje veľké množstvo škodlivých nečistôt, začnú ťažko a prerušovane dýchať.
Pre človeka je veľmi dôležitý aj čistý vzduch, preto po práci v kancelárii lekári odporúčajú absolvovať denné hodinové prechádzky v parku, lese, či mimo mesta. Po takejto terapii „vzduchom“ sa obnoví vitalita tela a výrazne sa zlepší pohoda. Recept na tento bezplatný a účinný liek je známy už od staroveku, mnohí vedci a vládcovia považovali každodenné prechádzky na čerstvom vzduchu za povinný rituál.
Pre moderného mestského obyvateľa je úprava vzduchu veľmi dôležitá: malá časť životodarného vzduchu s hmotnosťou 1-2 kg je všeliekom na mnohé moderné ochorenia!
Keďže plyny majú váhu, atmosféra sa v dôsledku gravitačnej sily nerozptyľuje vo vesmíre, ale obklopuje Zem a rotuje s ňou. Na každý štvorcový meter na hladine oceánu hmotnosť vzduchu vyvíja tlak rovnajúci sa 10333 kg. Inými slovami, koľko váži stĺpec vzduchu s prierezom 1? m 2 a výška od hladiny oceánu po hornú hranicu atmosféry. Hmotnosť 1 m 3 vzduchu na hladine oceánu je asi 1,03kg,
Na dne oceánu vzduchu tlačí neviditeľný, ale cítiť vzduch na každý štvorcový centimeter plochy silou rovnajúcou sa 1033 G. Aký tlak zažíva naše telo? Je zrejmé, že ak je vonkajší povrch ľudského tela v priemere asi 12 000-15 000 s m 2, potom bude tlak vzduchu na ňom približne 12 000-15 000 kg, alebo 12-15 T. Telo však túto ťažkosť necíti, keďže vonkajší tlak vzduchu je vyvážený jeho tlakom vo vnútri tela. Život na Zemi je prispôsobený práve tomuto tlaku. Preto sa pri výstupe do vysokých nadmorských výšok zhoršuje pohoda človeka nielen v dôsledku nedostatku kyslíka, ale aj v dôsledku výrazného poklesu tlaku v riedkom prostredí.
Mimochodom, experimenty v tlakovej komore ukázali, že čím je organizmus zložitejší, tým ťažšie znáša nízky tlak vzduchu. Napríklad zástupcom chladnokrvných zvierat je žaba v nadmorskej výške 20-30 km zachraňuje život na niekoľko hodín, a človeka, s rýchlym vzostupom do výšky 7-8 km zvyčajne stráca vedomie 8-10 minút po vstávaní. Vo výškach 15-16 km, Aj keď človek dýcha iba kyslík, v dôsledku nízkeho tlaku nastáva v priebehu niekoľkých sekúnd hladovanie kyslíkom. Pri nízkom atmosférickom tlaku začne vrieť krv. Je známe, že čím nižší je tlak, tým rýchlejšie voda vrie. V horách napríklad voda vrie nie pri 100°, ale pri nižšej teplote. V nadmorskej výške okolo 20 km voda vrie pri teplote 37° nad nulou. V tejto nadmorskej výške vrie aj krv. Preto sú človeku počas vesmírneho letu zabezpečené vhodné fyziologické a hygienické podmienky. V hermetickej kabíne kozmickej lode sa vytvára normálny tlak a viac-menej konštantná teplota vzduchu, astronaut je chránený pred hlukom a vibráciami, poskytuje mu pohodlné pracovisko, dobré osvetlenie atď.
Tlak vzduchu sa meria v milimetroch ortuti pomocou ortuťového alebo kovového barometra. Tlak sa zvyčajne vyjadruje v tisícinách baru, t.j. v milibaroch. Priemerný tlak na hladine mora, vyjadrený v milibaroch, je 1013,3. Tlak vzduchu 1000 mb ekvivalentná tlaku výšky ortuťového stĺpca 750,1 mm. Na prepočet milimetrov na milibary sa zvyčajne používa prevodný faktor 4/3 (tabuľka 1).
Spolu s poklesom hustoty vzduchu s nadmorskou výškou rýchlo klesá aj atmosférický tlak. Preto aj napriek veľkému vertikálnemu rozsahu atmosféry je polovica jej hmoty sústredená v prvých 5-6 km. Tlak na tejto úrovni je iba 500 mb, teda o polovicu menej ako na hladine mora. V stĺpci vzduchu asi 16 km koncentrovaných 0,9 z celkového počtu
hmotnosť atmosféry. Tlak na tejto úrovni je 100 mb, a v nadmorskej výške 40 km - len 2.4mb.
Pokles atmosférického tlaku s nadmorskou výškou možno charakterizovať vertikálnym tlakovým gradientom, alebo takzvaným tlakovým krokom. Tlaková fáza- vertikálna vzdialenosť (v metroch), pri ktorej sa atmosférický tlak mení o jednotku (o 1 mb). Veľkosť tlakovej hladiny je rôzna. Závisí to od nadmorskej výšky a teploty vzduchu. V povrchovej vrstve pri tlaku 1000 mb a teplote 0°, úroveň tlaku je 8 m. To znamená, že za každých 8 m zvýšením tlaku sa zníži o 1 mb. Vo vrstve s tlakom 600-500 mb,čo zodpovedá výškam asi 4,5-5,5 km,úroveň tlaku je 13 m, vo vrstve s tlakom 100-200 mb- 40 m.
Hodnotu tlakového kroku je vhodné použiť na približné výpočty zmien tlaku s nadmorskou výškou. Napríklad je ľahké určiť rozdiel medzi tlakom vzduchu na 1. a 25. poschodí výškovej budovy. S rozdielom výšok uvedených poschodí rovným 90 m, tlak vzduchu na úrovni 25. poschodia je približne 12 mb menej ako na úrovni 1. poschodia. Avšak ani pri stúpaní vysokorýchlostným výťahom necítime tlakový rozdiel. Vysvetľuje to skutočnosť, že zmena tlaku je asi 10-20 mb veľmi málo (1-2 %) v porovnaní s normálnym atmosférickým tlakom. Priemerná denná zmena tlaku, na ktorú je ľudské telo zvyknuté, je malá. V tropických krajinách je to asi 1 mb, a v stredných zemepisných šírkach - 5-6 mb. Ale v niektorých, nie veľmi zriedkavých prípadoch, denná zmena tlaku v stredných zemepisných šírkach dosahuje 20-30 mb a viac.
Hoci vzduch okolo seba necítime, vzduch nie je nič. Vzduch je zmes plynov: dusík, kyslík a iné. A plyny, podobne ako iné látky, pozostávajú z molekúl, a preto majú hmotnosť, hoci malú.
Experimenty môžu byť použité na preukázanie, že vzduch má váhu. Do stredu palice dlhej asi šesťdesiat centimetrov pripevníme povraz, na oba konce priviažeme dva rovnaké balóny. Zavesíme palicu za šnúrku a uvidíme, že visí vodorovne. Ak teraz prepichnete ihlou jeden z nafúknutých balónov, vyjde z neho vzduch a koniec palice, ku ktorej bol priviazaný, sa zdvihne. Ak prepichnete druhú guľu, palica opäť zaujme vodorovnú polohu.
Stáva sa to preto, že v nafúknutom balóne je vzduch. tesnejšie, a preto ťažšie než ten okolo neho.
Koľko vzduchu váži závisí od toho, kedy a kde sa váži. Hmotnosť vzduchu nad vodorovnou rovinou je atmosférický tlak. Rovnako ako všetky objekty okolo nás, aj vzduch podlieha gravitácii. Práve to dáva vzduchu hmotnosť, ktorá sa rovná 1 kg na štvorcový centimeter. Hustota vzduchu je asi 1,2 kg/m3, to znamená, že kocka so stranou 1 m naplnená vzduchom váži 1,2 kg.
Stĺpec vzduchu stúpajúci vertikálne nad Zemou sa tiahne niekoľko stoviek kilometrov. To znamená, že na vzpriamene stojaceho človeka, na jeho hlavu a ramená, tlačí stĺp vzduchu s hmotnosťou asi 250 kg, ktorého plocha je približne 250 cm 2!
Takúto váhu by sme nevydržali, keby jej neodolal rovnaký tlak vo vnútri nášho tela. Nasledujúca skúsenosť nám to pomôže pochopiť. Ak natiahnete list papiera oboma rukami a niekto naň z jednej strany stlačí prst, výsledok bude rovnaký – diera v papieri. Ale ak stlačíte dva ukazováky na to isté miesto, ale z rôznych strán, nič sa nestane. Tlak na oboch stranách bude rovnaký. To isté sa deje s tlakom vzduchového stĺpca a protitlakom v našom tele: sú rovnaké.
Vzduch má váhu a tlačí na naše telo zo všetkých strán.
Ale nemôže nás rozdrviť, pretože protitlak tela sa rovná vonkajšiemu.
Jednoduchý experiment zobrazený vyššie to jasne ukazuje:
ak stlačíte prst na list papiera na jednej strane, roztrhne sa;
ale ak naň zatlačíte z oboch strán, nestane sa to.
Mimochodom...
V bežnom živote, keď niečo vážime, robíme to vo vzduchu, a preto jeho váhu zanedbávame, keďže hmotnosť vzduchu vo vzduchu je nulová. Ak napríklad odvážime prázdnu sklenenú banku, získaný výsledok budeme považovať za hmotnosť banky, pričom zanedbáme skutočnosť, že je naplnená vzduchom. Ak sa ale banka utesní a všetok vzduch sa z nej odčerpá, dostaneme úplne iný výsledok...