ทุกคนคุ้นเคยกับความกดดันของบรรยากาศอย่างน้อยต้องขอบคุณบทเรียนฟิสิกส์และการพยากรณ์อากาศ นอกจากนี้ความแตกต่างของผลกระทบของแรงกดดันต่อบุคคลมีความสนใจ

ความดันบรรยากาศคืออะไร?

ความกดอากาศ - นี่คือความดันของเปลือกก๊าซของโลกของเราบรรยากาศซึ่งกระทำกับวัตถุทั้งหมดในมันรวมถึงพื้นผิวโลก ความดันสอดคล้องกับแรงที่กระทำในบรรยากาศต่อหน่วยพื้นที่

ในแง่ที่เรียบง่ายนี่คือแรงที่อากาศรอบตัวเราทำหน้าที่บนพื้นผิวของโลกและวัตถุ โดยการติดตามการเปลี่ยนแปลงของความดันบรรยากาศสามารถพยากรณ์สภาพอากาศร่วมกับปัจจัยอื่น ๆ

ทำไมและทำไมความดันบรรยากาศจึงถูกสร้างขึ้น?

ผู้เชี่ยวชาญได้ศึกษาชั้นบรรยากาศของโลกและปรากฏการณ์ทางอุตุนิยมวิทยาหลายอย่างเพื่อตรวจสอบการเคลื่อนที่ของมวลอากาศ นี่คือปัจจัยหลักที่มีผลต่อสภาพภูมิอากาศของพื้นที่เฉพาะ การสังเกตเหล่านี้ทำให้มันเป็นไปได้ที่จะเข้าใจว่าทำไมความดันบรรยากาศจึงเกิดขึ้น

แรงโน้มถ่วงคือการตำหนิ จากการทดลองหลายครั้งพบว่าไม่มีอากาศไร้น้ำหนัก ประกอบด้วยก๊าซหลายชนิดที่มีน้ำหนักแน่นอน ดังนั้นแรงโน้มถ่วงของโลกจึงทำหน้าที่ในอากาศซึ่งก่อให้เกิดการก่อตัวของความดัน

ความจริงที่น่าสนใจ: อากาศทั้งหมดบนโลก (หรือทั้งบรรยากาศของโลก) มีน้ำหนัก 51 x 10¹⁴ ตัน

ทั่วโลกมวลของอากาศไม่เหมือนกัน ดังนั้นระดับความดันบรรยากาศก็ผันผวนเช่นกัน ในพื้นที่ที่มีมวลอากาศมากขึ้นจะมีแรงกดดันสูงกว่า หากมีอากาศน้อยลง (เรียกอีกอย่างว่าหาได้ยากในกรณีเช่นนี้) ความดันจะลดลง

ทำไมน้ำหนักของบรรยากาศเปลี่ยนไป ความลับของปรากฏการณ์นี้อยู่ที่ความร้อนของมวลอากาศ ความจริงก็คือความร้อนของอากาศไม่ได้เกิดขึ้นจากแสงแดด แต่เนื่องมาจากพื้นผิวโลก

อากาศจะร้อนขึ้นและใกล้จะเบาขึ้นเรื่อย ๆ ในเวลานี้กระแสที่ระบายความร้อนจะหนักและต่ำกว่า กระบวนการนี้ต่อเนื่อง การไหลของอากาศแต่ละครั้งมีความดันของตัวเองและความแตกต่างของมันทำให้เกิดลม

องค์ประกอบของบรรยากาศมีผลต่อความดันอย่างไร

บรรยากาศประกอบด้วยก๊าซจำนวนมาก ส่วนใหญ่เป็นไนโตรเจนและออกซิเจน (98%) นอกจากนี้ยังมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์นีออนอาร์กอน ฯลฯ ชั้นบรรยากาศเริ่มต้นด้วยชั้นความหนา 1-2 กม. และจบลงด้วยชั้นนอกที่ระดับความสูงประมาณ 10,000 กม. ที่ผ่านเข้าสู่อวกาศได้อย่างราบรื่น

องค์ประกอบของบรรยากาศมีผลต่อแรงกดเนื่องจากความหนาแน่น แต่ละองค์ประกอบมีความหนาแน่นของตัวเอง ยิ่งความสูงสูงเท่าไรชั้นบรรยากาศก็จะหนาแน่นน้อยลงเท่านั้น ดังนั้นความดันจะลดลง

การวัดความดันบรรยากาศ

ในระบบสากลของหน่วยความดันบรรยากาศวัดเป็นปาสกาล (Pa) นอกจากนี้ในรัสเซียมีการใช้หน่วยเช่นแถบปรอทและมิลลิเมตรของอนุพันธ์ การใช้งานเกิดจากเครื่องมือที่วัดความดัน - บารอมิเตอร์ปรอท 1 mmHg สอดคล้องกับประมาณ 133 Pa

Barometers มีสองประเภท:

• ของเหลว
• เชิงกล (บารอมิเตอร์ aneroid)

ของเหลวบารอมิเตอร์ เต็มไปด้วยปรอท การประดิษฐ์อุปกรณ์นี้เป็นข้อดีของนักวิทยาศาสตร์ Evangelista Torricelli ในปีค. ศ. 1644 เขาได้ทำการทดลองกับภาชนะบรรจุปรอทและขวดที่ตกลงไปในของเหลวที่มีรูเปิด

ด้วยการเปลี่ยนแปลงของความดันปรอทจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงในขวด บารอมิเตอร์ปรอทที่ทันสมัยที่มีตาชั่งถือว่าแม่นยำที่สุด แต่ไม่สะดวกนักดังนั้นจึงถูกนำไปใช้ในสถานีอุตุนิยมวิทยา

พบมากขึ้น บารอมิเตอร์แบบแอนรอยด์. การออกแบบของอุปกรณ์ดังกล่าวให้กล่องโลหะที่มีอากาศที่หายากอยู่ภายใน เมื่อความดันลดลงกล่องจะขยายออก เมื่อความดันเพิ่มขึ้นกล่องจะหดตัวและทำหน้าที่กับสปริงที่ติดตั้ง สปริงขับลูกศรซึ่งแสดงระดับความดันของเครื่องชั่ง

ความจริงที่น่าสนใจ: มีหน่วยแรงดันมาตรฐาน (เช่นเดียวกับหน่วยอื่น ๆ ของปริมาณทางกายภาพ) มาตรฐานหลักซึ่งแสดงความดันสัมบูรณ์ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้อยู่ในสถาบันมาตรวิทยาของ Mendeleev All-Russian (เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก)

ความกดอากาศสำหรับมนุษย์

ความกดอากาศปกติ - นี่คือ 760 mm Hg หรือ 101 325 Pa ที่อุณหภูมิ 0 ℃ที่ระดับน้ำทะเล (ละติจูด45º) ยิ่งไปกว่านั้นบรรยากาศทำหน้าที่ในแต่ละตารางเซนติเมตรของพื้นผิวโลกด้วยกำลัง 1.033 กิโลกรัม คอลัมน์ปรอทสูง 760 มม. ปรับสมดุลมวลของคอลัมน์อากาศนี้

Torricelli ได้กำหนดตัวบ่งชี้ที่ 760 มม. ระหว่างการทดลอง นอกจากนี้เขายังสังเกตเห็นว่าเมื่อขวดเต็มไปด้วยสารปรอทช่องว่างจะยังคงอยู่ที่ด้านบน ต่อจากนั้นปรากฏการณ์นี้ถูกเรียกว่า "ความว่างเปล่า Torricellium" จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบว่าในระหว่างการทดลองของเขาเขาสร้างสุญญากาศ - นั่นคือพื้นที่ว่างของสารใด ๆ

ที่ความดันมาตรฐาน 760 มม. ปรอทบุคคลหนึ่งรู้สึกสะดวกสบายที่สุด หากคุณคำนึงถึงข้อมูลก่อนหน้านี้บุคคลนั้นจะกดอากาศด้วยแรงประมาณ 16 ตัน ทำไมเราไม่รู้สึกกดดันเช่นนี้?

ความจริงก็คือว่ายังมีแรงกดดันภายในร่างกาย ไม่เพียง แต่คนเท่านั้น แต่ยังมีตัวแทนของสัตว์โลกที่ปรับตัวเข้ากับความกดดันทางบรรยากาศ แต่ละอวัยวะถูกสร้างและพัฒนาภายใต้อิทธิพลของแรงที่กำหนด เมื่อชั้นบรรยากาศกระทำต่อร่างกายแรงนี้จะกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นผิวทั้งหมด ดังนั้นความดันจึงมีความสมดุลและเราไม่รู้สึก

มาตรฐานความดันบรรยากาศไม่ควรจะสับสนกับสภาพภูมิอากาศ แต่ละภูมิภาคมีมาตรฐานของตนเองในช่วงเวลาหนึ่งของปี ตัวอย่างเช่นผู้ที่อาศัยอยู่ในวลาดิวอสต็อกโชคดีเพราะมีตัวบ่งชี้ความดันบรรยากาศเฉลี่ยต่อปีเกือบเท่ากับค่ามาตรฐาน - 761 มม. ปรอท

และในการตั้งถิ่นฐานตั้งอยู่ในพื้นที่ที่เป็นภูเขา (เช่นในทิเบต) ความดันต่ำกว่ามาก - 413 มม. ปรอท นี่เป็นเพราะความสูงประมาณ 5,000 เมตร

เพิ่มและลดแรงดัน

เมื่อความดันเกินเครื่องหมาย 760 มม. ปรอท ศิลปะ. มันถูกเรียกว่าเพิ่มขึ้นและเมื่อตัวบ่งชี้น้อยกว่าปกติ - ต่ำ

ภายใน 24 ชั่วโมงจะมีความดันบรรยากาศลดลงหลายครั้ง ในตอนเช้าและตอนเย็นมันจะเพิ่มขึ้นและหลังจาก 12 โมงในตอนบ่ายและกลางคืน - มันลดลง สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความจริงที่ว่าอุณหภูมิของอากาศมีการเปลี่ยนแปลงและดังนั้นการไหลของมันจะเคลื่อนไหว

ในฤดูหนาวความดันบรรยากาศสูงที่สุดจะสังเกตได้จากแผ่นดินใหญ่เนื่องจากอากาศมีอุณหภูมิต่ำและมีความหนาแน่นสูง ในช่วงฤดูร้อนจะมีการสังเกตสถานการณ์ตรงกันข้าม - มีแรงกดดันน้อย

ในระดับโลกมากขึ้นระดับความดันขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ พื้นผิวโลกร้อนแตกต่างกัน: ดาวเคราะห์มีรูปร่างเป็น geoid (แทนที่จะเป็นทรงกลมอย่างสมบูรณ์) และหมุนรอบดวงอาทิตย์ บางโซนร้อนขึ้นและอื่น ๆ ก็น้อยลง ด้วยเหตุนี้ความดันบรรยากาศจึงกระจายอย่างเป็นเอกเทศบนพื้นผิวของดาวเคราะห์

นักวิทยาศาสตร์แยกแยะความแตกต่างของสายพาน 3 แบบที่แรงดันต่ำมีอยู่และสายพาน 4 เส้นที่มีค่าสูงสุด เขตเส้นศูนย์สูตรทำให้อุ่นขึ้นมากที่สุดดังนั้นอากาศอุ่น ๆ จะเบาขึ้นและเกิดแรงดันต่ำใกล้พื้นผิว

ตรงข้ามกับขั้วตรงข้ามเป็นจริง: อากาศเย็นกำลังลดลงดังนั้นความดันสูงจึงถูกบันทึกไว้ที่นี่ หากคุณดูรูปแบบการกระจายแรงกดบนพื้นผิวของดาวเคราะห์คุณจะสังเกตเห็นว่าเข็มขัดของมินิมาและแม็กซิม่าเป็นทางเลือก

นอกจากนี้คุณต้องจำไว้เกี่ยวกับความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของซีกโลกทั้งสองในระหว่างปีสิ่งนี้นำไปสู่การกระจัดของเข็มขัดแรงดันต่ำและสูง ในฤดูร้อนพวกเขาเคลื่อนตัวไปทางเหนือและในฤดูหนาว - ทางใต้

ผลกระทบของมนุษย์

ความกดอากาศมีผลกระทบร้ายแรงต่อร่างกายมนุษย์ นี่เป็นเรื่องธรรมดาถ้าเราคำนึงถึงทั้งหมดข้างต้นเกี่ยวกับแรงที่อากาศกดบนร่างกายของเราและการตอบโต้

มีแนวคิดของการพึ่งพาอุตุนิยมวิทยาได้รับการยืนยันโดยวิทยาศาสตร์และการแพทย์ Meteopaths เป็นคนที่ร่างกายตอบสนองแม้กระทั่งความเบี่ยงเบนน้อยที่สุดของแรงกดดันจากบรรทัดฐาน พวกเขายังรวมถึงผู้ที่มีโรคเรื้อรังบางอย่าง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งหัวใจและหลอดเลือดระบบประสาท ฯลฯ )

โดยทั่วไปร่างกายมนุษย์สามารถปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศ ตัวอย่างเช่นเมื่อเดินทางไปประเทศที่มีสภาพอากาศที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงอาจใช้เวลาหลายวันในการปรับตัวให้ชินกับสภาพแวดล้อม

การเบี่ยงเบนที่สำคัญจากบรรทัดฐานจะเห็นได้ชัดสำหรับบุคคลใด ๆ อย่างแน่นอน รวมถึงความดันโลหิตสูงและต่ำ

ในชีวิตปกติการเพิ่มขึ้นของความกดอากาศในชั้นบรรยากาศถึงระดับวิกฤตซึ่งความเป็นอยู่ที่ดีขึ้นของบุคคลนั้นไม่ได้เกิดขึ้น (ยกเว้นการขึ้นอยู่กับสภาพอากาศและป่วยเรื้อรัง) คุณสามารถรู้สึกถึงผลกระทบของมันได้เช่นเมื่อดำน้ำลึกที่ยอดเยี่ยม

ความกดอากาศต่ำเป็นอันตรายมากกว่า ผลกระทบของมันสามารถรู้สึกได้อย่างง่ายดายที่ระดับความสูง มีแนวคิดเรื่องความเจ็บป่วยระดับความสูงซึ่งปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้น ปริมาณของออกซิเจนในกรณีนี้ตรงกันข้ามลดลงดังนั้นเนื้อเยื่อของร่างกายรู้สึกถึงความอดอยากออกซิเจน เรือตอบสนองต่อสิ่งนี้อย่างรวดเร็วกระตุ้นความดันในร่างกายที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

พายุหมุน

พายุหมุน - นี่คือมวลอากาศขนาดใหญ่ที่หมุนในรูปแบบของกระแสน้ำวนรอบแกนแนวตั้งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงถึงหลายพันกิโลเมตร ในใจกลางของกระแสน้ำวนนี้จะมีการลดความดัน

ในซีกโลกเหนือกระแสน้ำวนของพายุไซโคลนหมุนทวนเข็มนาฬิกาในซีกโลกใต้ - ตามเข็มนาฬิกา พายุไซโคลนเกิดขึ้นเป็นประจำเนื่องจากการก่อตัวของมันเกี่ยวข้องโดยตรงกับการหมุนของโลก ไม่มีไซโคลนใกล้เส้นศูนย์สูตร

พายุไซโคลนมาในสองประเภท:

1. ทรอปิคอล เกิดขึ้นในละติจูดร้อนชื้นแตกต่างกันในขนาดที่ค่อนข้างเล็ก อย่างไรก็ตามพวกมันมีลักษณะของแรงลมขนาดใหญ่และการทำลายล้าง
2. เขตร้อนพิเศษ ก่อตัวขึ้นในละติจูดขั้วโลกและอุณหภูมิพอสมควร เข้าถึงเส้นผ่าศูนย์กลางหลายพันกิโลเมตร

ความจริงที่น่าสนใจ: ในพายุหมุนเขตร้อนจะมีการสังเกต "พายุแห่งดวงตา" - นี่เป็นพื้นที่ประมาณ 20 กม. ในใจกลางของกระแสน้ำวนในสภาพอากาศที่สงบและสงบนิ่ง

คุณสมบัติหลักที่โดดเด่นของพายุไซโคลนคือพลังงานมหึมาซึ่งปรากฏตัวในรูปแบบของลมแรงพายุพายุฝนฟ้าคะนองพายุฝนฟ้าคะนองพายุฝน พายุหมุนเขตร้อนที่ทรงพลังได้รับชื่อหรือชื่อเฉพาะเช่น Katrina (2005), Nina (1975), Dorian (2019)

Anticyclone

anticyclone - สิ่งนี้ไม่เพียง แต่ตรงกันข้ามกับพายุไซโคลน ปรากฏการณ์นี้มีกลไกการเกิดขึ้นที่แตกต่างกัน ลมในซีกโลกทั้งสองเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามเมื่อเทียบกับพายุไซโคลน

แอนติไซโคลนเป็นบริเวณที่มีแรงดันสูง เธอโดดเด่นด้วย isobars แบบปิด - นี่คือเส้นที่ทำเครื่องหมายสถานที่ที่มีความดันบรรยากาศเท่ากัน

แอนติไซโคลนทำให้เกิดสภาพอากาศที่เหมาะสมกับช่วงเวลาของปี ในฤดูร้อนจะสงบอากาศร้อนในฤดูหนาวที่หนาวจัด มันมีลักษณะของเมฆจำนวนน้อยหรือขาดหายไปอย่างสมบูรณ์

แอนติไซโคลนเกิดขึ้นในบางพื้นที่ ตัวอย่างเช่นพวกเขาส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นในมวลน้ำแข็งขนาดใหญ่: ในทวีปแอนตาร์กติกา, กรีนแลนด์และอาร์กติก ยังพบได้ในเขตร้อน

แอนติไซโคลนยังมีอันตรายและผลที่ไม่พึงประสงค์ พวกเขาสามารถนำไปสู่ไฟไหม้ภัยแล้งเป็นเวลานานหากไม่มีลมในเมืองใหญ่เป็นเวลานานสารและก๊าซที่เป็นอันตรายสะสมอยู่

ความจริงที่น่าสนใจ: มีการปิดกั้นไซโคลนที่ก่อตัวขึ้นเหนือพื้นที่เฉพาะและไม่ย้ายที่ใดก็ได้ อย่างไรก็ตามพวกมันไม่ผ่านมวลอากาศอื่น ๆ โดยปกติแล้วจะใช้เวลาไม่เกิน 5 วัน แต่เป็นประจำในแถบยุโรปของรัสเซียแอนติไซโคลนนานประมาณหนึ่งเดือน ครั้งสุดท้ายในปี 2558 ผลที่ได้คือความร้อนความแห้งแล้งไฟป่า

ความดันบรรยากาศเปลี่ยนแปลงตามความสูงได้อย่างไร แผนภูมิสูตร

ความดันบรรยากาศขึ้นอยู่กับระดับความสูงโดยตรง ยิ่งแรงกดยิ่งต่ำลงและในทางกลับกัน หากคุณสูงขึ้นจากระดับน้ำทะเล 12 เมตรแถบปรอทในบารอมิเตอร์จะลดลง 1 มม.

ความดันมักจะแสดงเป็นเฮกตาร์ (asc) แทน mmHg st.: 1 mm = 133.3 Pa = 1, 333 hPa ความสัมพันธ์ระหว่างความสูงและความดันสามารถแสดงโดยใช้สูตรง่าย ๆ :

∆h / ∆P = 12 m / mmHg st หรือ ∆h / ∆P = 9 m / hPa

ที่ ∆h คือการเปลี่ยนแปลงความสูง
∆P - การเปลี่ยนแปลงความดัน

ดังนั้นเมื่อสูงถึง 9 เมตรระดับความดันจะลดลง 1 hPa ตัวบ่งชี้นี้เรียกว่าระยะบาริส บรรทัดฐานความดันบรรยากาศคือ 1,013 hPa (สามารถปัดเศษได้มากถึง 1,000)

จะใช้ข้อมูลนี้เพื่อคำนวณการเปลี่ยนแปลงของแรงดันที่ระดับความสูงต่างกันได้อย่างไร? ตัวอย่างเช่นเมื่อยก 90 เมตรความดันจะลดลง 10 hPa ในกรณีนี้ปรากฎว่าเมื่อเพิ่มขึ้นถึง 900 เมตรความดันจะลดลงเป็น 0

แต่ความหนาแน่นของอากาศก็เปลี่ยนไปตามความสูงด้วยดังนั้นเมื่อถึงระยะทางที่มากขึ้น (เริ่มจาก 1.5-2 กม.) การคำนวณทั้งหมดจะต้องดำเนินการโดยคำนึงถึงตัวบ่งชี้นี้

กราฟของการเปลี่ยนแปลงความดันบรรยากาศด้วยระดับความสูงแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนทั้งหมดข้างต้น มันใช้รูปแบบของเส้นโค้งไม่ใช่เส้นตรง เนื่องจากความหนาแน่นของบรรยากาศไม่เหมือนกันเมื่อเพิ่มระดับความสูงความดันจะเริ่มลดลงช้ากว่า อย่างไรก็ตามมันจะไม่ถึงศูนย์เพราะมีสารบางชนิดในทุกที่ - ไม่มีสุญญากาศในจักรวาล

ความกดอากาศในภูเขา

ในภูเขาความกดอากาศจะลดลง ความรู้สึกของบุคคลในเวลาเดียวกันขึ้นอยู่กับความสูงรวมถึงเงื่อนไขเพิ่มเติม ตัวอย่างเช่นที่ความชื้นปกติการปีนขึ้นไป 3,000 เมตรอาจทำให้เกิดความอ่อนแอและประสิทธิภาพที่ไม่ดี นี่คือสาเหตุที่ขาดออกซิเจน

ในสภาพอากาศชื้นความรู้สึกคล้าย ๆ กันเกิดขึ้นที่ระดับความสูง 1,000 เมตรความจริงก็คือโมเลกุลของน้ำแทนที่โมเลกุลออกซิเจน - ในอากาศชื้นมันมีน้อย และในสภาพอากาศที่แห้งคุณสามารถปีนขึ้นไปสูงถึง 5,000 เมตร

ความสูงและผลกระทบที่แตกต่างกัน:

1. 5 กม. - ความรู้สึกขาดออกซิเจน
2. 6 กม. เป็นความสูงสูงสุดที่การตั้งถิ่นฐานถาวรตั้งอยู่
3. 8.9 กม. - ความสูงของ Everest น้ำเดือดที่อุณหภูมิ + 68 ℃ ในช่วงเวลาสั้น ๆ ผู้ที่ผ่านการฝึกอบรมอาจอยู่ในระดับนี้
4. 13.5 กม. - ปลอดภัยสำหรับการอยู่ต่อหน้าออกซิเจนบริสุทธิ์เท่านั้น ความสูงที่อนุญาตสูงสุดที่คุณสามารถอยู่ได้โดยไม่มีการป้องกันเป็นพิเศษ
5. 20 กม. - ความสูงที่มนุษย์ยอมรับไม่ได้ ขึ้นอยู่กับว่าอยู่ในห้องโดยสารที่ปิดสนิทเท่านั้น