tretment.ru → Узел

Почему атмосферное давление понижается с высотой? С высотой атмосферное давление понижается или повышается

Изменение атмосферного давления с высотой.

Цели урока :

Р - развитие логического мышления учеников, знаний о видах материи и ее свойствах;

Д - формирование знаний о давлении в газах, строении атмосферы Земли и факторов, влияющих на изменение атмосферного давления;

В – формирование познавательного интереса к изучению окружающего мира, воспитание любознательности и будущих профессиональных навыков.

Тип урока : изучение нового материала.

План урока.

Актуализация опорных знаний.
Изучение нового материала.
Закрепление изученного материала. Домашнее задание.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Изменение атмосферного давления с высотой .

Цели урока :

Р - развитие логического мышления учеников, знаний о видах материи и ее свойствах ;

Тип урока : изучение нового материала.

План урока.

Актуализация опорных знаний.
Изучение нового материала.
Закрепление изученного материала. Домашнее задание.

Атмосфера оживляет Землю. Океаны, моря, реки, ручьи, леса, растения, животные, человек – все живет в атмосфере и благодаря ей .

К. Фламмарион

Атмосфера это внешняя газовая оболочка Земли, которая начинается у ее поверхности и простирается в космическое пространство приблизительно на 3000 км.

Слово «атмосфера» состоит из двух частей: в переводе с греческого «атмос»- пар, «сфера» - шар.

История возникновения и развития атмосферы довольно сложная и продолжительная, она насчитывает близко 3 млрд лет. За этот период состав и свойства атмосферы неоднократно изменялись, но на протяжении последних 50 млн лет, как считают ученые, они стабилизировались. Она неоднородна по своей структуре и свойствам. Атмосферное давление уменьшается с высотой.

В 1648 г. по поручению Паскаля Ф. Перье измерил высоту столба ртути в барометре у подножия и на вершине горы Пюи-де-Дом и полностью подтвердил предположение Паскаля о том, что атмосферное давление зависит от высоты: на вершине горы столб ртути оказался меньше на 84,4 мм. Для того чтобы не осталось никаких сомнений в том, что давление атмосферы понижается с увеличением высоты над Землей, Паскаль проделал еще несколько опытов, но уже в Париже: внизу и наверху собора Нотр-Дам, башни Сен-Жак, а также высокого дома с 90 ступеньками. Свои результаты он опубликовал в брошюре «Рассказ о великом эксперименте равновесия жидкостей».

С чем связано уменьшение давления воздуха с высотой?

Уменьшение давления с увеличением высоты объясняется как минимум двумя причинами :

1) уменьшением толщины слоя воздуха (т.е. высоты воздушного столба), что создает давление;

2) уменьшением плотности воздуха с высотой вследствие уменьшения силы тяжести при удалении от центра Земли.

При подъеме на каждые 10,5 м давление уменьшается на 1 мм рт.ст.

Чтобы проследить за изменением давления по мере изменения высоты над Землей, вспомним строение самой атмосферы Земли.

С 1951 года, по решению Международного геофизического союза, принято делить атмосферу на пять слоев : - тропосфера,

Стратосфера,

Мезосфера,

Термосфера(ионосфера) ,

Экзосфера .

Эти слои не имеют четко выраженных границ. Их величина зависит от географической широты места наблюдения и времен.

Ближайший к поверхности Земли слой воздуха – тропосфера . Высота его над полярными областями – 8–12 км, над умеренными – 10–12 км, а над экваториальными – 16–18 км. В этом слое сосредоточены примерно 80% всей массы атмосферного воздуха и основная масса влаги. Слой хорошо пропускает солнечные лучи, поэтому воздух в нем нагрет от земной поверхности. Температура воздуха с высотой непрерывно понижается. Это понижение составляет около 6°С на каждый километр. В верхних слоях тропосферы температура воздуха достигает минус 55 градусов Цельсия. Цвет неба в этом слое голубой. В тропосфере протекают почти все явления, определяющие погоду. Именно здесь образуются грозы, ветры, облака, туманы. Именно здесь протекают процессы, приводящие к выпадению осадков в виде дождя и снега. Поэтому тропосферу называют фабрикой погоды.

Следующий слой – стратосфера . Она простирается от высоты 18 до 55 км. В ней очень мало воздуха – 20% всей массы – и почти нет влаги. В стратосфере часто возникают сильнейшие ветры. Изредка здесь образуются перламутровые облака, состоящие из кристалликов льда. Привычных для нас явлений погоды здесь не наблюдается. Цвет неба в стратосфере темно-фиолетовый, почти черный.

На высоте от 50 до 80 км расположена мезосфера . Воздух здесь еще более разрежен. Здесь сосредоточено приблизительно 0,3% всей его массы. В мезосфере сгорают влетающие в земную атмосферу метеоры. Здесь же образуются серебристые облака.

Над мезосферой до высоты примерно 800 км находится термосфера (ионосфера) . Она характеризуется еще меньшей плотностью воздуха и способностью хорошо проводить электричество и отражать радиоволны. В термосфере образуются полярные сияния.

Последний слой атмосферы – экзосфера . Она простирается до высоты порядка 10000 км.

Следует отметить, что атмосфера имеет очень большое экологическое значение.
Она защищает все живые организмы Земли от губительного влияния космических излучений и ударов метеоритов, регулирует сезонные температурные колебания, уравновешивает и выравнивает суточные. Если бы атмосферы не существовало, то колебание суточной температуры на Земле достигло бы ±200 °С.

Атмосфера является не только животворным «буфером» между космосом и поверхностью нашей планеты, носителем тепла и влаги, через нее происходят также фотосинтез и обмен энергии - главные процессы биосферы. Атмосфера влияет на характер и динамику всех процессов, которые происходят в литосфере (физическое и химическое выветривания, деятельность ветра, природных вод, мерзлоты, ледников).

Но не все планеты имеют атмосферу. Например, на Луне нет атмосферы. Ученые предполагают, что раньше на Луне была атмосфера, но Луна не смогла ее удержать, так как ее гравитация мала, чтобы удержать атмосферу. Нет атмосферы и на Меркурии.

А как живые организмы приспосабливаются к этому давлению?

Атмосферное давление в жизни человека и живой природе.

Тело человека приспособлено к атмосферному давлению и плохо переносит его понижение. При подъеме высоко в горы неподготовленный человек чувствует себя очень плохо. Становится трудно дышать, из ушей и носа нередко идет кровь, можно потерять сознание. Так как благодаря атмосферному давлению суставные поверхности плотно прилегают друг к другу (в суставной сумке, охватывающей суставы, давление понижено), то высоко в горах, где атм осферное давление резко падает, действие суставов расстраивается, руки и ноги слушаются плохо, легко получаются вывихи.

Тенсинг Нордгей, один из первых покорителей Эвереста, делился воспоминаниями, что самые трудные были последние 30м, ноги были чугунными, каждый шаг приходилось делать с трудом. Он установил для себя норму: четыре шага – отдых, четыре шага – отдых.

Почему так трудны восхождения? Это связано с низким атмосферным давлением и его влиянием на организм человека. Как вести себя в горах и при восхождении? (Акклиматизация, следить за весом рюкзака, пища богатая витаминами и калием для работы сердца, равномерно распределять нагрузки).

Альпинисты, летчики при высотных подъемах берут с собой кислородные приборы и перед подъемом усиленно тренируются. В программу подготовки входит обязательная тренировка в барокамере, которая представляет собой герметически закрывающуюся стальную камеру, соединенную с мощным откачивающим насосом.

Атмосферное давление сказывается при передвижении по болотистой местности. Под ногой, когда мы ее приподнимаем, образуется разреженное пространство и атмосферное давление препятствует вытаскиванию ноги. Если по трясине передвигается лошадь, то твердые копыта ее действуют как поршни. Сложные же копыта, например, свиней, состоящие из нескольких частей, при вытаскивании ноги сжимаются и пропускают воздух в образовавшееся углубление. В этом случае ноги таких животных свободно вытягиваются из почвы.

А как мы пьем? Приставив стакан к губам, начинаем тянуть жидкость в себя. Втягивание жидкости вызывает расширение грудной клетки, воздух в легких и полости рта разряжается и атмосферное давление «загоняет» туда очередную порцию жидкости. Так организм приспосабливается к атмосферному давлению и использует его.

Задумывались ли вы над тем, как мы дышим? Механизм дыхания заключается в следующем: мышечным усилием мы увеличиваем объем грудной клетки, при этом давление воздуха внутри легких уменьшается и атмосферное давление вталкивает туда порцию воздуха. При выдыхании происходит обратный процесс. Наши легкие действуют как насос при вдохе как разряжающий, а при выдохе − как нагнетающий.

Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создается разрежение, и атмосферное давление удерживает присоску на стекле.

Слон использует атмосферное давление всякий раз, когда хочет пить. Шея у него короткая, и он не может нагнуть голову в воду, а опускает только хобот и втягивает воздух. Под действием атмосферного давления хобот наполняется водой, тогда слон изгибает его и выливает воду в рот.

Закрепление материала.

1. Какие ощущения испытывает человек поднимаясь в горы, где давление ниже? – (признаки горной болезни- это происходит потому, что организм человека не приспособлен к более низкому атм. давлению на большой высоте).

2. Какое давление в самолете? (создается искусственное давление, комфортное человеку).

3 . Задача 1. У подножья горы атмосферное давление 760 мм. рт. ст. На ее вершине атмосферное давление 460 мм. рт. ст. Найти высоту горы.

4. Задача 2. На поверхности атмосферное давление 752 мм рт.ст. Каково атмосферное давление на дне шахты глубиной 200 м? (771,05 мм рт.ст. ).

5. Задача 3. На дне шахты барометр зафиксировал давление 780 мм рт.ст., а у поверхности Земли - 760 мм рт.ст. Найти глубину шахты . (210м [(780-760)х10,5=210).

6. Меняется ли атмосферное давление в лифте при подъеме? движении вниз?

7. Почему нельзя сдавать в багаж самолета плотно закупоренные стеклянные банки?

С высотой атмосферное давление падает. Это связано с двумя причинами. Во-первых, чем выше мы находимся, тем меньше высота столба воздуха над нами, и, следовательно, меньший вес на нас давит. Во-вторых, с высотой плотность воздуха уменьшается, он становится более разреженным, то есть в нем меньше молекул газов, а следовательно он имеет меньшую массу и вес.

Почему плотность воздуха уменьшается с высотой? Земля притягивает тела, находящиеся в поле ее тяготения. Это же касается и молекул воздуха. Они бы все упали на поверхность Земли, но хаотичное быстрое их движение, отсутствие взаимодействия между собой, удаленность друг от друга заставляют их разлетаться и занимать все возможное пространство. Однако явление притяжения к Земле все же заставляет больше молекул воздуха находиться в нижних слоях атмосферы.

Однако уменьшение плотности воздуха с высотой имеет значение, если рассматривать всю атмосферу, составляющую около 10000 км высоты. На самом деле нижний слой атмосферы - тропосфера - содержит 80% массы воздуха и составляет всего 8-18 км высоты (высота меняется в зависимости от географической широты и сезона года). Здесь можно пренебречь изменением плотности воздуха с высотой, считая ее постоянной.

В таком случае на изменение атмосферного давления оказывает влияние только изменение высоты над уровнем моря. Тогда можно легко посчитать, как именно с высотой меняется атмосферное давление.

Плотность воздуха на уровне моря равна 1,29 кг/м 3 . Будем считать, что она остается почти неизменной на несколько километров вверх. Давление можно рассчитать по формуле p = ρgh. Здесь следует понимать, что h - это высота столба воздуха над тем местом, где измеряется давление. Самое большое значение h будет у поверхности Земли. С высотой оно будет уменьшаться.

Опыты показывают, что нормальное атмосферное давление на уровне моря составляет приблизительно 101,3 кПа или 101300 Па. Найдем примерную высоту столба воздуха над уровнем моря. Понятно, что это будет не реальная высота, так как воздух вверху разрежен, а как бы высота воздуха, «спрессованного» до такой же плотности как у поверхности Земли. Но близ поверхности Земли нас это не волнует.

h = p / (ρg) = 101300 Па / (1,29 кг/м3 * 9,8 Н/кг) ≈ 8013 м

А теперь рассчитаем атмосферное давление при подъеме на 1 км вверх (на 1000 м). Здесь высота столба воздуха составит 7013 м, тогда

p = (1,29 * 9,8 * 7013) Па ≈ 88658 Па ≈ 89 кПа

То есть близ поверхности Земли на каждый километр вверх давление примерно уменьшается на 12 кПа (101 кПа – 89 кПа).

Сообщая по радио о погоде, дикторы в конце обычно сообщают: атмосферное давление 760 мм ртутного столба (или 749, или 754 и т.д.). Но многие ли понимают, что это значит, и откуда синоптики берут эти данные? О том, как измеряют атмосферное давление, как оно изменяется и влияет на человека, вы узнаете из этой статьи.

Немного истории

Первым атмосферное давление измерил итальянский ученый Эванджелиста Торричелли в 1643 году. Развивая учения Галилея, Торричелли после долгих опытов, доказал, что воздух имеет вес, и давление атмосферы уравновешивается столбом воды в 32 фута, или 10,3 м. Он пошел в своих исследованиях ещё дальше и позже изобрел прибор для измерения атмосферного давления — барометр.

Атмосферное давление, что это?

Атмосферное давление — давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и на земную поверхность. В каждой точке атмосферы атмосферное давление равно весу вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице площади. С высотой атмосферное давление убывает. В соответствии с международной системой единиц (система СИ) основной единицей для измерения атмосферного давления является гектопаскаль (гПа), однако, в обслуживании ряда организаций разрешается применять старые единицы: миллибар (мб) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). Нормальным атмосферным давлением (на уровне моря) принято значение 760 мм ртутного столба (мм рт. ст.) при температуре 0 °С.

Зачем его измеряют?

Измеряют атмосферное давление для того, чтобы с большей вероятностью предсказать возможное изменение погоды. Существует прямая связь между изменениями давления и изменениями погоды. Рост или понижение атмосферного давления с некоторой вероятностью может служить признаком изменения погоды.

Изменение атмосферного давления с высотой

Газы сильно сжимаемы и чем сильнее сжат газ, тем больше его плотность и тем большее давление он производит. Нижние слои воздуха сжаты всеми вышележащими слоями. Чем выше от поверхности Земли, тем воздух слабее сжат, тем меньше его плотность и, следовательно, тем меньшее давление он производит. Так, например, когда воздушный шар поднимается над Землей, то давление воздуха на шар становится меньше не только потому, что высота столба воздуха над ним уменьшается, но еще и потому, что плотность воздуха вверху меньше, чем внизу. Так как все метеостанции, измеряющие атмосферное давление, расположены на разных высотах и полученные на них показатели чаще всего приводят к уровню моря. Делают это потому, что атмосферное давление довольно существенно убывает с высотой. Так на высоте 5 000 м оно уже примерно в два раза ниже. Поэтому для получения представления о реальном пространственном распределении атмосферного давления и для сравнимости его величины в различных местностях и на разных высотах, для составления синоптических карт давление приводят к единому уровню - к уровню моря.

В течение суток давление также меняется, но незначительно, т.е. имеет суточный ход. Ночью повышается, а днем в период максимальных температур понижается. Особенно правильный суточный ход оно имеет в тропических странах, где дневное колебание достигает 2,4 мм рт. ст., а ночное — 1,6 мм рт. ст. С увеличением широты амплитуда изменения АД уменьшается, но вместе с тем становятся более сильными непериодические изменения атмосферного давления.

Распределение атмосферного давления по земной поверхности обусловливает движение воздушных масс и атмосферных фронтов, определяет направление и скорость ветра.

Влияние атмосферного давления на самочувствие

На самочувствие человека, достаточно долго проживающего в определённой местности, обычное, т.е. характерное давление не должно вызывать особого ухудшения самочувствия.

Пребывание в условиях повышенного атмосферного давления почти ничем не отличается от обычных условий. Лишь при очень высоком давлении отмечается небольшое сокращение частоты пульса и снижение минимального кровяного давления. Более редким, но глубоким становится дыхание. Незначительно понижается слух и обоняние, голос становится приглушенным, появляется чувство слегка онемевшего кожного покрова, сухость слизистых и др. Однако все эти явления относительно легко переносятся.

Более неблагоприятные явления наблюдаются в период изменения атмосферного давления — повышения (компрессии) и особенно его снижения (декомпрессии) до нормального. Чем медленнее происходит изменение давления, тем лучше и без неблагоприятных последствий приспосабливается к нему организм человека.

При пониженном атмосферном давлении отмечается учащение и углубление дыхания, учащение сердечных сокращений (сила их более слабая), некоторое падение кровяного давления, наблюдаются также изменения в крови в виде увеличения количества красных кровяных телец. В основе неблагоприятного влияния пониженного атмосферного давления на организм лежит кислородное голодание. Оно обусловлено тем, что с понижением атмосферного давления понижается и парциальное давление кислорода, поэтому при нормальном функционировании органов дыхания и кровообращения в организм поступает меньшее количество кислорода.

Повлиять на погоду мы не в состоянии. Но вот помочь своему организму пережить этот тяжелый период совсем несложно. При прогнозе значительного ухудшения погодных условий, а следовательно и резких перепадов атмосферного давления, прежде всего следует не паниковать, успокоиться, максимально снизить физическую нагрузку, а для тех у кого адаптация протекает довольно сложно, необходимо посоветоваться с врачом о назначении соответствующих лекарственных средств.

Воздух Ø Чем выше над Землей находится воздух, тем меньше его плотность и тем больше он разряжен; Ø Например, на высоте 10 км, масса воздуха = 400 гр, Ø Давление измеряют с помощью специальных приборов, которые называются барометрами. 2

Воздух Ø Величина атмосферного давления. Опыт Торричелли. Ø Давление атмосферы = 760 мм рт. ст. Ø Миллиметр ртутного столба – единица измерения давления. Ø Приборы, измеряющие давление воздуха: Ртутный барометр, барометранероид 3

В конце 1646 года Блез Паскаль, узнав от знакомого отца о торричеллиевой трубке, повторил опыт итальянского учёного. Впоследствии Паскаль сосредоточился на доказательстве того, что столбик ртути в стеклянной трубке удерживается давлением воздуха. 4

Достоверно показать, что высота подъема жидкости в трубке Торричелли зависит от давления атмосферного воздуха, можно было только сравнив показания прибора у земли и на большой высоте, где давление меньше. 15 ноября 1647 года Паскаль направил письмо Флорену Перье, мужу своей племянницы Маргариты, жившему в Клермон-Ферране, и попросил его подняться с трубкой на вершину горы Пюи-де-Дом (высота 975 м), расположенной недалеко от города. Эксперимент из-за погодных условий состоялся только 19 сентября 1648 года, зато оправдал все ожидания. Разница уровней ртути на вершине горы и в саду составила 3 дюйма 11/2 линии (8 мм) 5

В Париже на башне Сен-Жак опыты повторяет уже сам Паскаль, полностью подтвердив данные Перье. В честь этих открытий на башне был установлен памятник учёному. В «Рассказе о великом эксперименте равновесия жидкостей» (1648) Паскаль привёл свою переписку с зятем и следствия, вытекающие из этого опыта: теперь есть возможность «узнать, находятся ли два места на одном уровне, то есть одинаково ли они удалены от центра земли, или которое из них расположено выше, как бы ни были они далеки друг от друга» . 6

Вполне есте ственно пад ение давлен воздуха с ув ия еличением в ысоты. Ведь наверх у на прибор уже давит мень ший столб воздуха. Вообще опыт с подъемом на гору Пюи-де -Дом стал небывалым событием в истории науки: впервые важное физическое явление было сначала предсказано теоретически, а затем обосновано экспериментально.

же решил Я то ентально эксперим ать, что с доказ м высоты е величени у сферное атмо Для эт давление я. о измер го я сначал етс а ил уменьша давле атмосфер но ни школы е на I этаж е е … …а затем на чердаке школы 8

Стрелка барометра на чердаке незначительно отклонилась в сторону понижения давления. Незначительное уменьшение давления связано с тем, что атмосферное давление уменьшается каждые 11 метров на 1 мм. рт. ст. Высота двухэтажного здания школы меньше 11 метров, поэтому и давление изменилось меньше чем на 1 мм рт ст.

Барометр может служить для определения высоты полета самолета. Такой барометр называется барометрический высотомер или альтиметр Он определяет высоту подъема над уровнем моря по изменению атмосферного давления. 10

Еще не так давно альтиметры представляли собой массивные и дорогие приборы В последние годы появились легкие наручные альтиметры Многие приборы многофункциональны и могут служить, например, барометром и электронным компасом. Знание высоты собственного местоположения может оказаться весьма полезным при ориентировании в горах в условиях плохой видимости.

Плотность воздуха с высотой уменьшается, соответственно уменьшается и атмосферное давление. Тело человека приспособлено к атмосферному давлению и плохо переносит его понижение. При подъеме на высокие горы многие люди чувствуют себя плохо, появляются приступы «горной болезни» , становится трудно дышать, из ушей и носа нередко идет кровь, можно даже потерять сознание, руки и ноги плохо «слушаются» , легко получаются вывихи. Для защиты космонавта от влияния пониженного давления кабины кораблей делаются герметическими, и в них создаётся и поддерживается нормальное барометрическое давление. Для выхода в открытый космос существуют специальные скафандры. 12

Организм людей, живущих на больших высотах, приспосабливается к пониженному давлению. Например, в Андах Южной Америки, в Тибете и в некоторых других местах встречаются постоянные людские поселения на высотах около 5000 м. Экспедиция англичан на Эверест в 1924 году обнаружила на высоте 5200 м жилье тибетского отшельника. В Тибете на высоте 5000 м существовали копи, где люди добывали золото. Однако человек и большинство животных не живут на больших высотах, т. к. все-таки они плохо переносят низкое давление.

Только птицы могут залетать туда. Так птица кондор водится в Андах на высотах до 7000 м, а может подниматься на высоту до 9000 м. Во время экспедиции на Эверест в 1924 г за людьми следовали горные галки до высшего пункта подъема 8200 м. Гриф и ястреб свободно поднимаются до высоты 6000 -7000 м. Орел поднимается до высоты 5000 м, остальные птицы держатся на высоте не более 4000 м.

Закрепление Ø Ø Ø 1. Э. Торричелли-создал ртутный барометр и впервые измерил а/ д 2. мм рт. ст. – единица измерения а/д 3. Барометр- прибор для измерения а/д 4. Ртутный барометр- имеет трубку и чашку с ртутью 5. Барометр- анероид- безжидкостный барометр 6. Метеорологические станции- станции, где постоянно ведется наблюдение за состоянием а/ д

Под действием силы тяжести верхние слои воздуха в земной атмосфере давят на нижележащие слои. Это давление согласно закону Паскаля передается по всем направлениям. Наибольшее значение это давление, называемое атмосферным , имеет у поверхности Земли.

В ртутном барометре вес ртутного столбика, приходящийся на единицу площади (гидростатическое давление ртути), уравновешивается весом столба атмосферного воздуха, приходящегося на единицу площади – атмосферным давлением (см. рисунок).

С увеличение высоты над уровнем моря атмосферное давление уменьшается (см. график).

Архимедова сила для жидкостей и газов. Условия плавания тел

На тело, погруженное в жидкость или в газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости (газа), взятому в объеме погруженного тела.

Формулировка Архимеда: тело теряет в жидкости в весе ровно столько, сколько весит вытесненная их жидкость.

Вытесняющая сила приложена в геометрическом центре тела (для однородных тел – в центре тяжести).

На тело, находящееся в жидкости или газе, в обычных земных условиях действуют две силы: силы тяжести и архимедова сила. Если сила тяжести по модулю больше архимедовой силы, то тело тонет.

Если модуль силы тяжести равен модулю архимедовой силы, то тело может находиться в равновесии на любой глубине.

Если архимедова сила по модулю больше силы тяжести, то тело всплывает. Всплывшее тело частично выступает над поверхностью жидкости; объем погруженной части тела таков, что вес вытесненной жидкости равен весу плавающего тела.

Архимедова сила больше силы тяжести, если плотность жидкости больше плотности погруженного тела, и наоборот.