Из чего состоит атмосферное давление. Как атмосферное давление влияет на человека и организм

Воздух, окружающий Землю, имеет массу, и несмотря на то, что масса атмосферы примерно в миллион раз меньше массы Земли (общая масса атмосферы равна 5,2*10 21 г, а 1 м 3 воздуха у земной поверхности весит 1,033 кг), эта масса воздуха оказывает давление на все объекты, находящиеся на земной поверхности. Сила, с которой воздух давит на земную поверхность, называется атмосферным давлением.

На каждого из нас давит столб воздуха в 15 т. Такое давление способно раздавить все живое. Почему же мы его не ощущаем? Объясняется это тем, что давление внутри нашего организма равно атмосферному.

Таким образом, внутреннее и внешнее давление уравновешиваются.

Барометр

Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Для его определения пользуются специальным прибором — барометром (от греч. baros — тяжесть, вес и metreo — измеряю). Существуют ртутные и безжидкостные барометры.

Безжидкостные барометры получили название барометры-анероиды (от греч. а — отрицательная частица, nerys — вода, т. е. действующий без помощи жидкости) (рис. 1).

Рис. 1. Барометр-анероид: 1 — металлическая коробочка; 2 — пружина; 3 — передаточный механизм; 4 — стрелка-указатель; 5 — шкала

Нормальное атмосферное давление

За нормальное атмосферное давление условно принято давление воздуха на уровне моря на широте 45° и при температуре 0 °С. В этом случае атмосфера давит на каждый 1 см 2 земной поверхности с силой 1,033 кг, а масса этого воздуха уравновешивается ртутным столбиком высотой 760 мм.

Опыт Торричелли

Величина 760 мм была впервые получена в 1644 г. Эванджелистом Торричелли (1608-1647) и Винченцо Вивиани (1622-1703) — учениками гениального итальянского ученого Галилео Галилея.

Э. Торричелли запаял с одного конца длинную стеклянную трубку с делениями, наполнил ртутью и опустил в чашку с ртутью (так был изобретен первый ртутный барометр, который получил название трубки Торричелли). Уровень ртути в трубке понизился, так как часть ртути вылилась в чашку и установилась на уровне 760 миллиметров. Над столбиком ртути образовалась пустота, которая получила название Торричеллиевой пустоты (рис. 2).

Э. Торричелли полагал, что давление атмосферы на поверхность ртути в чашке уравновешивается весом столба ртути в трубке. Высота этого столба над уровнем моря — 760 мм рт. ст.

Рис. 2. Опыт Торричелли

1 Па = 10 -5 бар; 1 бар = 0,98 атм.

Повышенное и пониженное атмосферное давление

Давление воздуха на нашей планете может изменяться в широких пределах. Если давление воздуха больше 760 мм рт. ст., то оно считается повышенным, меньше — пониженным.

Так как с подъемом вверх воздух становится все более разреженным, атмосферное давление понижается (в тропосфере в среднем 1 мм на каждые 10,5 м подъема). Поэтому для территорий, расположенных на разной высоте над уровнем моря, средним будет свое значение атмосферного давления. Например, Москва лежит на высоте 120 м над уровнем моря, поэтому среднее атмосферное давление для нее — 748 мм рт. ст.

Атмосферное давление в течение суток дважды повышается (утром и вечером) и дважды понижается (после полудня и после полуночи). Эти изменения связаны с изменением и перемещением воздуха. В течение года на материках максимальное давление наблюдается зимой, когда воздух переохлажден и уплотнен, а минимальное — летом.

Распределение атмосферного давления по земной поверхности носит ярко выраженный зональный характер. Это обусловлено неравномерным нагреванием земной поверхности, а следовательно, и изменением давления.

На земном шаре выделяются три пояса с преобладанием низкого атмосферного давления (минимумы) и четыре пояса с преобладанием высокого (максимумы).

В экваториальных широтах поверхность Земли сильно прогревается. Нагретый воздух расширяется, становится легче и поэтому поднимается вверх. В результате у земной поверхности близ экватора устанавливается низкое атмосферное давление.

У полюсов под воздействием низкой температуры воздух становится более тяжелым и опускается. Поэтому у полюсов атмосферное давление, повышенное по сравнению с широтами на 60-65°.

В высоких слоях атмосферы, наоборот, над жаркими областями давление высокое (хотя и ниже, чем у поверхности Земли), а над холодными — низкое.

Общая схема распределения атмосферного давления такова (рис. 3): вдоль экватора расположен пояс низкого давления; на 30-40° широты обоих полушарий — пояса высокого давления; 60-70° широты — зоны низкого давления; в приполярных районах — области высокого давления.

В результате того, что в умеренных широтах Северного полушария зимой атмосферное давление над материками сильно повышается, пояс низкого давления прерывается. Он сохраняется только над океанами в виде замкнутых областей пониженного давления — Исландского и Алеутского минимумов. Над материками, наоборот, образуются зимние максимумы: Азиатский и Северо-Американский.

Рис. 3. Общая схема распределения атмосферного давления

Летом в умеренных широтах Северного полушария пояс пониженного атмосферного давления восстанавливается. Огромная область пониженного атмосферного давления с центром в тропических широтах — Азиатский минимум — формируется над Азией.

В тропических широтах материки всегда нагреты сильнее, чем океаны, и давление над ними ниже. Таким образом, над океанами в течение всего года существуют максимумы: Северо-Атлантический (Азорский), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский.

Линии, которые на климатической карте соединяют пункты с одинаковым атмосферным давлением, называются изобарами (от греч. isos — равный и baros — тяжесть, вес).

Чем ближе изобары друг к другу, тем быстрее изменяется атмосферное давлении на расстоянии. Величина изменения атмосферного давления на единицу расстояния (100 км) называется барическим градиентом .

На образование поясов атмосферного давления у земной поверхности влияют неравномерное распределение солнечного тепла и вращение Земли. В зависимости от времени года оба полушария Земли нагреваются Солнцем по-разному. Это обусловливает некоторое перемещение поясов атмосферного давления: летом — к северу, зимой — к югу.

Самочувствие некоторых людей зависит от погоды. При нормальном атмосферном давлении их состояние остается стабильным, но при любых изменениях наблюдается его ухудшение.

Что такое атмосферное давление?

Давление атмосферное – это масса воздуха, давящая на человеческое тело. Средний показатель – 1,033 на 1 см³. Из этого следует, что каждую минуту массу организма контролируют 10-15 т газообразного вещества.

Нормальное значение – 1013,25 мбар или 760 мм рт. ст. В таких условиях организм не подвержен никаким негативным воздействиям.

От чего оно зависит?

Показатель давления не имеет стабильности. Он меняется каждый день в зависимости от расположения местности над уровнем моря, рельефа, климата, погодных условий. Существуют и другие факторы, от чего зависит атмосферное давление. Эти колебания невозможно заметить. Например, в ночное время столбик барометра увеличивается на 1-2 деления.

Несущественные изменения не оказывают влияния на состояние здоровья человека. Если же перепады достигают 5-10 единиц, происходит ухудшение самочувствия. Кроме того, существенные скачки давления могут стать причиной летального исхода.

Давление атмосферы измеряется с помощью термогигрометров и барометров. С этой целью применяются такие измерительные единицы:

• мм рт. ст. (миллиметры ртутного столба);
• Паскали;
• бары;
• кгс/см²;
• атмосферы.

Какое атмосферное давление считается нормальным для человека?

Стандартным считается показатель в 760 мм. рт. ст. Эти нормы для человека могут отличаться в зависимости от условий проживания. Например, в Мехико давление не поднимается выше 570 мм рт. ст., т.к. столица Мексики находится высоко над уровнем моря. Люди, которые проживают в этой местности, сложно переносят другие условия. Из этого следует, что нормальный атмосферный показатель давления индивидуален для каждого региона и определяется привычной средой.

Какое влияние оно оказывает на человека?

Атмосферное и артериальное давление имеет тесную взаимосвязь. Уменьшение значений барометра приводит к возникновению таких отрицательных проявлений:

• нарушение дыхания;
• уменьшение частоты сердечных сокращений;
• апатия и чувство сонливости;
• уменьшение артериального давления;
• повышенная утомляемость;
• головные боли;
• головокружение;
• подташнивание;
• пищеварительные расстройства;
• нарушение концентрации внимания.

В категории риска находятся люди с патологиями респираторной системы и гипотонией. Их состояние в таких условиях ухудшается. Если никаких отрицательных изменений не наблюдается, то такое атмосферное давление считается нормальным для человека.

Повышенный показатель АД тоже может вызвать нарушение самочувствия. В таком случае признаки будут отличаться:

• головокружение;
• гул в ушах;
• увеличение артериального давления;
• ощущение пульсации в области висков;
• покраснение кожи лица;
• учащение сердечного ритма;
• “искорки” перед глазами;
• головная боль;
• позывы к рвоте.

В условиях повышенных показателей барометра часто происходят инфаркты и инсульты. Людям, склонным к метеозависимости, медицинские специалисты рекомендуют в этот период избегать стрессов и активной деятельности.

Что такое метеозависимость?

Если ртуть за 3 часа проходит более 1 деления барометра, это вызывает существенный стресс даже для здорового организма. Подобные скачки проявляются в виде усталости, сонливости и мигрени. Метеозависимостью называется чувствительность людей к изменению погодных условий. С этой проблемой сталкивается около 1/3 населения планеты. В группу риска входят люди с патологиями респираторной, нервной и сердечно-сосудистой систем, а также пожилые пациенты.

Чтобы минимизировать отрицательное воздействие метеоциклона, необходимо придерживаться таких рекомендаций:

1. Даже если в местности преобладает нормальное атмосферное значение, нужно регулярно проходить врачебные консультации. При этом под рукой всегда необходимо иметь назначенные доктором медикаменты.
2. Для отслеживания погодных изменений рекомендуется приобрести барометр. Так можно своевременно принять меры для минимизации дискомфорта.
3. Перед ожидаемыми погодными изменениями ложиться спать рекомендуется раньше привычного времени. Полноценный сон длится 8 часов. Это позволяет добиться максимального восстанавливающего действия.
4. Людям с метеозависимостью также важно питаться по графику. При этом рацион должен быть сбалансированным. В него нужно включить как можно больше продуктов, в составе которых содержится много кальция, магния, калия.
5. Дополнительно можно употреблять витаминные комплексы, особенно осенью и весной.
6. Прогулки на улице и умеренные физические нагрузки укрепляют сердечную мышцу.
7. Следует избегать стрессов. Отложить домашние дела лучше, чем истощить организм перед приближающимся метеоциклоном.
8. Позитивный лад. Если у человека угнетен эмоциональный фон, это подпитывает заболевание.
9. Предметы гардероба из синтетики и меха формируют статическое электричество, которое может ухудшать состояние у метеозависимых людей.
10. Люди, работающие в высотках, гораздо чаще других страдают от климатических изменений. Если есть возможность, то лучше взять отгул. Если самочувствие ухудшается часто, рекомендуется сменить работу.
11. Продолжительный метеоциклон предрекает дискомфортные ощущения на 2-3 дня. По возможности на этот период лучше уехать в более спокойную местность.

Также следует понимать, что метеозависимость обладает вторичным характером. Климатические условия только обнажают уязвимые места организма. Например, если у человека нет проблем с костями и суставами, они не будут болеть при повышении или изменении артериального давления.

Нормы давления в разных регионах страны

Атмосферное давление в разных областях государства отличается. При этом жители горной местности невосприимчивы к перепадам температуры и влажности, т.к. они выросли в таких условиях и адаптировались к ним.

Таблица “Норма атмосферного давления для регионов России”

Россия – большое государство, поэтому в разных регионах есть своя норма атмосферного показателя. Существует климатическая карта, на которой отображены средние значения.

Отклонения в значении давления по российским регионам отражены в таблице.

Давление (атмосферное) является физической величиной выражающей, с какой силой давят воздушные массы на землю и все что на ней находится. Для каждого региона показатели ртутного столба разные, так как на них оказывают влияние — высота над уровнем моря, влажность воздуха и температура воздушных масс.

Организм человека приспосабливается к значениям давления в проживаемом климатическом поясе. Если происходят изменение показателя в большую или меньшую сторону (переезд в другой регион, смена погоды, путешествие в горы), то отклонения от нормы могут вызвать нарушение самочувствия.

Земля окружена атмосферой, которая состоит из нескольких слоев и выполняет защитные функции (ограждает от вредных излучений, поддерживает нужный состав в воздухе, а также удерживает все живые и неживые вещества на планете путем оказания давления).

Для определения величины атмосферного давления используется несколько единиц (мм рт. ст., Паскали, миллибары). Сутью данных показателей является отображение величины оказываемого давления атмосферой на определенный участок поверхности. Человек не ощущает атмосферное давление (при нормальных показателях), так как оно уравновешивается жидкостью находящейся внутри организма.

Нормы атмосферного давления в разных регионах России

Давление ртутного столба (норма зависит от климатической зоны) варьируется от региона, где производится замер показателя. Человек адаптируется к тому значению, где проживает. Поэтому при перемене места жительства с другими климатическими условиями, часто происходит ухудшение самочувствия.

Показатели атмосферного давления в мм рт. ст. в крупных регионах России:

В зависимости от сезона года показатель давления может изменяться в большую или меньшую сторону.

Изменчивость давления воздуха в зависимости от высоты рельефа и других условий

При измерении показателя давления следует учитывать влияние основных факторов:

• высота над уровнем моря. При нахождении в одной точке по географическим параметрам, но на разной высоте, значение давления будет изменяться в следующие стороны — при подъеме выше уровня моря давление будет снижаться, а при опускании повышаться;
• показатель температуры. При показателе температуры выше 0 градусов атмосферное давление будет понижаться. При температуре ниже 0 градусов атмосферное давление повысится;
• уровень влажности. Повышенное содержание жидкости в воздухе является причиной повышения давления. В сухую погоду показатель давления падает.

Поэтому летом в ночное время суток (когда температура понижается и увеличивается влажность) показатель давления увеличивается. Основной причиной изменения показателей является перемена плотности воздуха от влияния данных параметров.

Нормальное для человека давление воздушного столба в мм ртутного столба и паскалях

Давление ртутного столба (норма измерена на уровне моря в Париже при температуре воздуха в 15 градусов) в 760 мм рт. ст. или 101,3 кПа является эталоном нормального показателя. Но данное значение является условным при сравнении его влияния на состояние человека. Так как организм приспосабливается к тому показателю, который преобладает в течение года в регионе проживания человека.

Влияние перепадов атмосферного давления на людей

Организм человека подстраивается на показатель давления, который преобладает в данном климатическом поясе. В результате системы и органы функционируют в нормальном ритме.

Но при изменении значения происходит перестройка в организме, которая сопровождается следующими отклонениями:

• головные боли в области висков, головокружения и обмороки;
• быстрый упадок сил;
• повышенная раздражительность из-за головных болей и усталости;
• депрессия или беспокойство без причины;
• ухудшение дыхания (ощущается нехватка воздуха);
• нарушение ритмичности сердечных сокращений и боли в области сердца;
• понижение/повышение уровня артериального давления;
• ухудшение зрения и «мушки» перед глазами из-за повышения внутриглазного давления;
• нарушение циркуляции крови, сопровождаемое онемением конечностей;
• боли в суставах. Вызвано нарушением кровоснабжения;
• тошнота и снижение аппетита;
• шум и гул в ушах;
• нарушение деятельности органов ЖКТ;
• ухудшения внимания;
• сонливость.

Ухудшения самочувствия отмечается при перепадах атмосферного давления от 5 единиц.

Суточные колебания в 1-2 деления не оказывают влияния на функционирование организма. Изменения развиваются вследствие нарушения движения жидкости в организме, что приводит к сбою в работе всех систем и замедлению метаболизма. Если данные отклонения в организме происходят у человека даже при малых изменениях показателя давления и регулярно, то диагностируется метеозависимость.

Группы риска

Давление (атмосферное) может вызвать нарушение состояния даже у здоровых людей, если показатель ртутного столба поднялся или опустился более чем на 3 деления в течение 1-3 часов. После возвращения атмосферного давления в норму самочувствие стабилизируется.

Диагноз метеозависимость диагностируется чаще у следующих групп людей:

• мужчины и женщины преклонного возраста. Их организм уже не может быстро перестраиваться под перепады атмосферного давления;
• женщины в период вынашивания ребенка. В данный период силы организма направлены на сохранение беременности и развитие плода. В результате беременные ощущают даже малые перепады давления;
• дети до 3-5 лет. Их организм еще только учится реагировать на погодные изменения;
• подростки во время перестройки гормонов. В данный период организм чувствителен не только к колебаниям давления, нарушается психоэмоциональное равновесие и ослаблена иммунная система;
• период климакса. Организм снова проходит гормональную перестройку и чувствителен к любым изменениям внутри и снаружи;
• люди с болезнями почек. Данное заболевание вызывает нарушение водного состава в организме, что вызывает повышенную чувствительность к колебаниям давления;
• аллергики и астматики. Метеозависимость вызвана снижением иммунитета;
• пациенты с болезнями сердечно-сосудистой системы и страдающие от перепадов артериального давления;
• люди с наличием хронических патологий опорно-двигательного аппарата;
• пациенты с психологическими отклонениями;
• люди с хроническими Лор-заболеваниями.

Люди проживающие в больших городах с плохой экологической обстановкой больше подвержены ощущать перепады давления, чем жители сельских местностей.

Симптомы нарушений самочувствия

Давление ртутного столба (норма для каждого человека индивидуальна) может быть повышенным или пониженным, что вызывает у метеозависимых людей разные симптомы.

Описание признаков в зависимости от перемены показателя давления:

При перемене давления в любую сторону происходит обострение хронических патологий.

Опасность для здоровья

Перемена атмосферного давления опасна метеочувствительным людям, а также резкое его изменение (быстрое погружение на глубину, подъем в горы или резкое повышение/понижение давления) для обычных людей.

Возможные осложнения от колебаний атмосферного давления:

• нарушение психологического равновесия в необратимую сторону (шизофрения, депрессия, психозы);
• развитие инсульта из-за повышенного внутричерепного давления;
• развитие инфаркта у людей с патологиями сердца;
• необратимое нарушение умственной деятельности из-за недостатка кислорода;
• развитие астмы вследствие нарушения кислородного обмена и деятельности бронхов;
• образование тромбов с последующей закупоркой сосудов;
• в результате снижения иммунитета заражение опасной инфекцией с развитием последующих осложнений;
• ухудшение состояния кровеносных сосудов с вероятностью развития варикоза или их разрыва;
• необратимые изменения в качестве зрения и слуха. Возможно до полной слепоты и глухоты.

Также опасны обмороки, так как результат падения от потери сознания может иметь и летальный исход.

Как защититься от перепадов давления метеозависимым людям?

Давление ртутного столба (нормальный показатель может резко смениться на повышенный или пониженный в течение суток несколько раз) не поддается корректировке, поэтому людям, зависящим от метеоусловий, рекомендовано придерживаться следующих правил:

• пройти осмотр у специалиста. Осмотр у врача позволит выявить дополнительные причины чувствительности организма к перепадам атмосферного давления (скрытые хронические патологии, гормональный дисбаланс или общее ослабление иммунитета);
• проходить лечение. Своевременно купировать обострение хронических заболеваний под присмотром специалиста;
• отслеживание метеопрогнозов или приобретение домашнего барометра. Данный метод позволит заранее подготовиться к приближающим перепадам атмосферного давления и предпринять профилактические меры;
• обеспечить полноценный ночной отдых. Продолжительность ночного сна должна составлять не менее 8 часов. Также рекомендовано вставать не позднее 7 часов утра и ложиться до 10 часов. Полноценный сон позволит организму полностью восстановиться и легче перенести понижение/повышение давления;
• соблюдать полноценный режим питания. Пища должна быть разнообразной и содержать достаточное количество витаминов и минералов. Полноценное питание позволит укрепить иммунитет и меньше реагировать на колебания атмосферного давления. Также из меню следует исключить тяжелую и вредную пищу, не переедать перед сном и не допускать больших перерывов между приемом еды. Это позволит избежать развития патологий в органах ЖКТ или обострения хронических заболеваний, которые способствуют снижению иммунитета;
• осуществлять ежедневные прогулки на свежем воздухе (в любую погоду). Свежий воздух нормализует обменные процессы в организме, повышает количество кислорода в крови и способствует укреплению иммунной системы;
• производить ежедневные физические нагрузки. При наличии заболеваний ограничивающих физическую деятельность комплекс упражнений составляется в кабинете ЛФК под контролем специалиста. Занятия позволяют нормализовать деятельность сердечно-сосудистой системы, активизировать кровообращение и функционирование суставов. В результате симптоматика от колебания атмосферного давления будет менее выраженной;
• корректировать распорядок дня. Если имеется возможность, то на период действия циклона или антициклона отложить физические и умственные работы и больше времени уделять отдыху;
• по утрам принимать контрастный душ. Процедура позволяет нормализовать состояние сосудов, активизирует обменные процессы и укрепляет иммунную систему;
• употреблять витаминные комплексы и иммуномодуляторы. Данные препараты позволяют дополнительно активизировать защиту организма. Средства особенно рекомендованы занятым людям, у которых нет возможности совершать ежедневные прогулки, физические нагрузки и иные методы по укреплению иммунитета;
• отказаться от вредных привычек. Никотин и алкоголь оказывают негативное состояние на сосуды, органы ЖКТ и обостряют ухудшение состояния в период перепадов атмосферного давления;
• прием медикаментов. При наличии хронических заболеваний подготовить необходимые медикаменты (мази от болей в суставах, таблетки от головных болей или средства для понижения/повышения давления). Вид препаратов зависит от типа болезни, и назначаются врачом;
• принимать успокоительные средства. В период колебаний давления требуется принимать седативные медикаменты и пить успокоительные отвары из трав. Они участвуют в нормализации давления, устраняют нервное перенапряжение и способствуют облегчению симптомов от перепада давления.

Дополнительно (после консультации с врачом) можно заранее приобрести следующие медикаменты, назначаемые при повышении/понижении атмосферного давления.

Нормальным показателем давления считается 760 мм рт. ст. Но в зависимости от климатического пояса значение меняется в большую или меньшую сторону. Человек адаптируется к тому показателю, который преобладает в регионе проживания. Важно, резкое повышение или понижение показателей ртутного столба является главной причиной внезапных перепадов артериального давления.

Видео об атмосферном давлении и его влиянии на человека

Как погода влияет на человека:

Фрагмент передачи «Жить здорово» о давлении и погоде:

Любой газ, входящий в состав атмосферы, характеризуется плотностью, температурой и давлением. Если заключить его в сосуд, то он будет давить на стенки этого сосуда, потому что молекулы газа двигаются и создают давление, действуя на стенки сосуда с определенной силой. Скорость движения молекул в сосуде можно увеличить при повышении температуры, тогда увеличится и давление. Любая точка атмосферы или поверхности Земли характеризуется определенной величиной атмосферного давления. Эта величина будет равна весу вышележащего столба воздуха.

Определение 1

Атмосферное давление – это напор атмосферы на единицу площади земной поверхности.

Единицей измерения атмосферного давления являются граммы на кв. см , а нормальным считается давление, равное $760$ мм рт. столба или $1, 033$ кг/см кв. Эту величину принято считать за одну атмосферу .

Замечание 1

В результате постоянного движения масса воздуха в том или ином месте меняется и там, где воздуха больше, давление повышается. Движение воздуха связано с изменением температуры – нагретый от земной поверхности воздух расширяется и поднимается вверх, растекаясь в стороны. Результатом является понижение давления у поверхности Земли.

Воздух над холодной поверхностью охлаждается, уплотняется, становится тяжелым и опускается вниз – давление возрастает. Земная поверхность нагревается неодинаково, а это приводит к образованию разных областей атмосферного давления, которые имеют строго широтную зональность в распределении.

Материки и океаны на Земле расположены неравномерно, они по-разному получают и отдают солнечное тепло, поэтому пояса высокого и низкого давления распределены над поверхностью не ровными полосами. Кроме этого в результате наклона земной оси к плоскости орбиты Северное и Южное полушария получают разное количество тепла.

Эти особенности привели к тому, что на планете сформировалось несколько поясов атмосферного давления:

• Низкое давление на экваторе;
• Высокое давление в тропиках;
• Низкое давление над умеренными широтами;
• Высокое давление над полюсами.

Распределение давления на поверхности показано на географических картах специальным условным знаком, который называется изобара .

Определение 2

Изобары – это линии, соединяющие точки земной поверхности с одинаковым давлением.

С атмосферным давлением очень тесно связаны погода и климат той или иной местности. Безоблачная, безветренная, сухая погода характерна для высокого атмосферного давления и, наоборот, низкое давление сопровождается облачностью, осадками, ветрами, туманами.

Открытие атмосферного давления

То, что воздух давит на наземные предметы, люди замечали еще в глубокой древности. Давление вызывало ветер, который двигал парусные суда и вращал крылья ветряных мельниц. Но, доказать, что воздух имеет собственный вес, долго не удавалось и только в $ XVII$ весомость воздуха была доказана с помощью опыта, поставленного итальянцем Э. Торричелли . Опыту предшествовал случай во дворце герцога Тосканского в $1640$ г, задумавшего устроить фонтан. Вода для фонтана должна была поступать из озера, расположенного неподалеку, но выше $32$ футов, т.е. $10,3$ м она не поднималась. Торричелли провел целую серию долгих опытов, в результате которых было доказано, что воздух имеет вес, а давление атмосферы уравновешивается столбом воды в $32$ фута.

В $1643$ г. Торричелли совместно с В. Вивиани проводит опыт по измерению атмосферного давления с помощью трубки, запаянной с одного конца и наполненной ртутью. Трубка опускалась в сосуд, где тоже была ртуть, не запаянным концом вниз и столб ртути в трубке падал до отметки $760$ мм – это был уровень ртути в сосуде.

В сосуде остается свободная поверхность, на которую действует атмосферное давление. После снижения столбика ртути в трубке над ртутью остается пустота – давление столба ртути в трубке на уровне поверхности ртути в сосуде должно равняться атмосферному давлению. Высота столба в миллиметрах над свободной поверхностью ртути измеряет давление атмосферы прямо в миллиметрах ртутного столба. Трубка Торричелли, стала первым ртутным барометром для измерения давления атмосферы.

Столб воздуха от уровня моря до верхней границы атмосферы давит на площадку в один сантиметр с такой же силой, как гиря весом $1 \ кг \ 33 г. $ Все живые организмы этого давления не ощущают, потому что оно уравновешивается их внутренним давлением. Внутреннее давление живых организмов не изменяется.

Изменение атмосферного давления

С высотой атмосферное давление изменяется, оно начинает падать. Происходит это, потому что газы сильно сжимаемы. Сильно сжатый газ имеет большую плотность и сильнее давит. С удалением от поверхности Земли сжатость газов ослабевает, плотность уменьшается, а, следовательно, и давление, которое они могут производить. Давление уменьшается на $1$ миллиметр ртутного столба при подъеме на каждые $10,5$ м.

Пример 1

Атмосферное давление на высоте $2200$ м над уровнем моря составляет $545$ мм ртутного столба. Определить давление на высоте $3300$ м. Решение : с высотой атмосферное давление понижается на $1$ мм ртутного столба через каждые $10,5$ м, поэтому Определим разницу высот: $3300 – 2205 = 1095$ м Находим разницу атмосферного давления: $1095 \ м \div 10,5 = 104,3$ мм рт. столба Определяем атмосферное давление на высоте $3300 \ м\div 545 \ мм \ – 104,3 \ мм \ = 440,7$ мм рт. столба. Ответ : атмосферное давление на высоте $3300$ м составляет $440,7$ мм ртутного столба.

Атмосферное давление изменяется и в течение суток, т.е. имеет свой суточный ход . При максимальной температуре днем атмосферное давление понижается , а в ночное время, когда температура воздуха становится ниже – давление увеличивается . В этом ходе давления просматривается два максимума (около $10$ и $22$ часов) и два минимума (около $4$ и $16$ часов). Очень четко эти изменения проявляются в тропических широтах, где суточные колебания составляют $3$-$4$ мбар. Нарушение правильности суточного хода давления в тропиках, говорит о приближении тропического циклона.

Замечание 2

Изменение давления в течение суток связано с температурой воздуха и зависит от её изменений. Годовые изменения зависят от нагревания материков и океанов в летний период и их охлаждения в зимнее время. Летом область пониженного давления создается на суше, а область повышенного давления над океаном.

Влияние атмосферного давления на организм человека

Процессы, происходящие в атмосфере, оказывают значительное влияние на организм человека, который вынужден перенастраивать свои биологические системы. Значительная часть людей сильно реагируют на изменение атмосферного давления, с понижением которого падает давление в артериях человека. С ростом атмосферного давления – растет давление артериальное, поэтому часто в ясную, сухую, жаркую погоду, многие испытывают головную боль.

Здоровые люди годовые колебания атмосферного воздуха переносят легко и незаметно, а у больных ухудшается самочувствие, наблюдаются приступы стенокардии, чувство страха, нарушение сна.

На атмосферное давление реагирует кожа и слизистые оболочки. С ростом давления увеличивается раздражение их рецепторов и в результате уменьшается содержание кислорода в крови. С повышенным атмосферным давлением связывают обострение бронхиальной астмы. Быстрое снижение атмосферного давления может привести к развитию патологических явлений в организме человека, связанных с кислородным голоданием тканей и, прежде всего, головного мозга.

Человек не может повлиять на погоду, но помочь себе пережить этот период совсем не сложно. При резких перепадах атмосферного давления необходимо максимально снизить физическую нагрузку на свой организм и использовать соответствующие лекарственные препараты.

Обуславливается весом воздуха. 1 м³ воздуха весит 1,033 кг. На каждый метр поверхности земли приходится давление воздуха силой 10033 кг. Под этим подразумевается столб воздуха высотой от уровня моря до верхних слоев атмосферы. Если сравнить его со столбом воды, то диаметр последнего имел бы высоту всего 10 метров. То есть, атмосферное давление создается собственной массой воздуха. Величина атмосферного давления на единицу площади соответствует массе воздушного столба, находящегося над нею. В результате увеличения воздуха в этом столбе происходит рост давления, а при уменьшении воздуха - падение. Нормальным атмосферным давлением считается давление воздуха при t 0°С на уровне моря на широте 45°. В этом случае атмосфера давит с силой 1,033 кг на каждый 1 см² площади земли. Масса этого воздуха уравновешивается ртутным столбиком высотой 760 мм. На этой взаимосвязи и измеряется атмосферное давление. Оно измеряется в миллиметрах ртутного столба или миллибарах(мб), а так же в гектопаскалях. 1мб = 0,75 мм рт.ст., 1 гПа = 1 мм.

Измерение атмосферного давления.

измеряется с помощью барометров. Они бывают двух типов.

1. Ртутный барометр представляет собой стеклянную трубку, которая запаяна сверху, а открытым концом погружена в металлическую чашу с ртутью. Рядом с трубкой крепится шкала, показывающая изменение давления. На ртуть действует давление воздуха, которое своим весом уравновешивает столбик ртути в стеклянной трубке. Высота ртутного столба меняется при изменении давления.

2. Металлический барометр или анероид представляет собой гофрированную металлическую коробку, которая герметично закрыта. Внутри этой коробки находится разреженный воздух. Изменение давления заставляет колебаться стенки коробки, вдавливаясь или выпячиваясь. Эти колебания системой рычагов заставляют стрелку перемещаться по шкале с делениями.

Самопишущие барометры или барографы предназначены для записи изменений атмосферного давления . Перо улавливает колебание стенок анероидной коробки и чертит линию на ленте барабана, который вращается вокруг своей оси.

Каким бывает атмосферное давление.

Атмосферное давление на земном шаре изменяется в широких пределах. Его минимальная величина - 641,3 мм рт.ст или 854 мб была зарегистрирована над Тихим океаном в урагане "Ненси", а максимальная - 815,85 мм рт.ст. или 1087 мб в Туруханске зимой.

Давление воздуха на земную поверхность изменяется с высотой. Среднее значение атмосферного давления над уровнем моря - 1013 мб или 760 мм рт.ст. Чем больше высота, тем меньше атмосферное давление, так как воздух становится все более разреженным. В нижнем слое тропосферы до высоты 10 м оно снижается на 1 мм рт.ст. на каждые 10 м или на 1 мб на каждые 8 метров. На высоте 5 км оно меньше в 2 раза, 15 км - в 8 раз, 20 км - в 18 раз.

В связи с перемещением воздуха, изменением температуры, сменой времени года атмосферное давление постоянно меняется. Дважды за сутки, утром и вечером, оно повышается и столько же раз понижается, после полуночи и после полудня. В течение года из-за холодного и уплотненного воздуха зимой атмосферное давление имеет максимальную величину, а летом - минимальную.

Постоянно меняется и распределяется по поверхности земли зонально. Это происходит из-за неравномерного прогревания Солнцем земной поверхности. На изменение давления влияет перемещение воздуха. Там, где воздуха становится больше, давление высокое, а там, откуда воздух уходит - низкое. Воздух, прогревшись от поверхности, поднимается вверх и давление на поверхность понижается. На высоте воздух начинает охлаждаться, уплотняется и опускается на близлежащие холодные участки. Там возрастает атмосферное давление. Следовательно, изменение давления обуславливается перемещением воздуха в результате его нагревания и охлаждения от земной поверхности.

Атмосферное давление в экваториальной зоне постоянно понижено, а в тропических широтах - повышено. Это происходит из-за постоянно высоких температур воздуха на экваторе. Нагретый воздух поднимается и уходит в сторону тропиков. В Арктике и Антарктике поверхность земли всегда холодная, а атмосферное давление повышено. Его обуславливает воздух, который приходит из умеренных широт. В свою очередь в умеренных широтах из-за оттока воздуха формируется зона пониженного давления. Таким образом, на Земле существуют два пояса атмосферного давления - пониженный и повышенный. Пониженный на экваторе и в двух умеренных широтах. Повышенный на двух тропических и двух полярных. Они могут немного смещаться в зависимости от времени года вслед за Солнцем в сторону летнего полушария.

Полярные пояса высокого давления существуют весь год, однако, летом они сокращаются, а зимой, наоборот, расширяются. Круглый год области пониженного давления сохраняются близ Экватора и в южном полушарии в умеренных широтах. В северном полушарии все происходит по-другому. В умеренных широтах северного полушария давление над материками сильно повышается и поле низкого давления как бы "разрывается": сохраняется оно только над океанами в виде замкнутых областей пониженного атмосферного давления - Исландского и Алеутского минимумов. Над материками, где заметно повысилось давление, образуются зимние максимумы: Азиатский (Сибирский) и Северо-Американский (Канадский). Летом поле пониженного давления в умеренных широтах северного полушария восстанавливается. При этом над Азией формируется обширная область пониженного давления. Это - Азиатский минимум.

В поясе повышенного атмосферного давления - тропиках - материки нагреваются сильнее океанов и давление над ними ниже. Из-за этого над океанами выделяют субтропические максимумы:

• Северо-Атлантический (Азорский);
• Южно-Атлантический;
• Южно-Тихоокеанский;
• Индийский.

Несмотря на крупномасштабные сезонные изменения своих показателей, пояса пониженного и повышенного атмосферного давления Земли - образования довольно устойчивые.