Masa de aer in 1 m3. Densitatea și volumul specific al aerului umed

E. Lozovskaya, candidat la științe fizice și matematice

Știință și viață // Ilustrații

Adezivul care acoperă firul spiralei de captare este distribuit uniform de-a lungul pânzei sub formă de picături de mărgele. Imaginea arată locul de îmbinare a două fragmente ale spiralei de captare la rază.

Știință și viață // Ilustrații

Știință și viață // Ilustrații

Știință și viață // Ilustrații

Știință și viață // Ilustrații

Etapele inițiale ale construirii unei rețele de capcane cu un păianjen încrucișat.

Spirala logaritmică descrie aproximativ forma firului spiralat auxiliar pe care păianjenul îl pune atunci când construiește plasa de captare în formă de roată.

Spirala lui Arhimede descrie forma unui fir de prindere lipicios.

Filamentele în zig-zag sunt una dintre caracteristicile capcanelor păianjenilor Argiope.

Regiunile cristaline ale fibrei de mătase au o structură pliată similară cu cea prezentată în figură. Lanțurile individuale sunt legate prin legături de hidrogen.

Tineri păianjen-păianjen, tocmai au ieșit din coconul păianjenului.

Păianjenii din familia Dinopidae spinosa țes o pânză de păianjen între picioare și apoi o aruncă peste prada lor.

Păianjenul încrucișat (Araneus diadematus) este cunoscut pentru capacitatea sa de a țese plase mari, în formă de roată.

Unele specii de păianjeni atașează și o „scara” lungă la capcana rotundă, ceea ce crește semnificativ eficiența vânătorii.

Știință și viață // Ilustrații

Așa arată la microscop tuburile de păianjen, din care ies firele de mătase de păianjen.

Poate că păianjenii nu sunt cele mai atractive creaturi, dar creația lor - pânza de păianjen - nu poate decât să trezească admirație. Amintiți-vă cum corectitudinea geometrică a celor mai fine fire care sclipesc la soare, întinse între ramurile unui tufiș sau printre iarba înaltă, este fascinantă pentru ochi.

Păianjenii sunt unul dintre cei mai vechi locuitori ai planetei noastre, locuind pe pământ în urmă cu mai bine de 200 de milioane de ani. În natură, există aproximativ 35 de mii de specii de păianjeni. Aceste creaturi cu opt picioare care trăiesc peste tot, sunt recunoscute întotdeauna și peste tot, în ciuda diferențelor de culoare și dimensiune. Dar cel mai important dintre ei trăsătură distinctivă este capacitatea de a produce mătase de păianjen, fibră naturală de o rezistență de neegalat.

Păianjenii folosesc pânze pentru o varietate de scopuri. Ei fac din el coconi pentru ouă, construiesc adăposturi pentru iernat, îl folosesc ca „frânghie de siguranță” atunci când sărit, țes plase complicate de capcană și înfășoară prada prinsă. Femela, gata de împerechere, produce un fir de păianjen marcat cu feromoni, astfel încât masculul, deplasându-se de-a lungul firului, își găsește cu ușurință pereche. Păianjenii tineri ai unor specii zboară departe de cuibul părintelui pe filamente lungi prinse de vânt.

Păianjenii se hrănesc în principal cu insecte. Dispozitivele de captare pe care le folosesc pentru a obține hrana vin în toate formele și dimensiunile. Unii păianjeni pur și simplu întind mai multe fire de semnal în apropierea adăpostului lor și, de îndată ce insecta atinge firul, se repezi spre el dintr-o ambuscadă. Alții - aruncă înainte un fir cu o picătură lipicioasă la capăt, ca un fel de lasso. Dar punctul culminant al activității de proiectare a păianjenilor este încă capcanele rotunde asemănătoare unei roți, situate orizontal sau vertical.

Pentru a construi o plasă de capcană asemănătoare unei roți, păianjenul încrucișat, un locuitor comun al pădurilor și grădinilor noastre, eliberează un fir destul de lung și puternic. Briza sau un curent ascendent de aer ridică firul în sus și, dacă locul pentru construcția pânzei este bine ales, acesta se agață de cea mai apropiată ramură sau de alt suport. Păianjenul se târăște de-a lungul ei pentru a asigura capătul, uneori punând un alt fir pentru putere. Apoi eliberează un fir care atârnă liber și atașează o treime la mijlocul acestuia, astfel încât să se obțină o structură în formă de Y - primele trei raze din mai mult de cincizeci. Când filamentele radiale și cadrul sunt gata, păianjenul se întoarce în centru și începe să facă o spirală auxiliară temporară - un fel de „schelă”. Spirala auxiliară ține structura împreună și servește drept cale pentru păianjen atunci când construiește o spirală de captare. Întregul cadru principal al plasei, inclusiv razele, este realizat din fir neadeziv, dar pentru spirala de prindere se folosește un fir dublu, acoperit cu adeziv.

În mod surprinzător, aceste două spirale au forme geometrice diferite. Spirala timpului are relativ puține ture, iar distanța dintre ele crește cu fiecare tură. Acest lucru se întâmplă deoarece, atunci când îl așează, păianjenul se mișcă în același unghi față de raze. Forma liniei întrerupte rezultată este apropiată de așa-numita spirală logaritmică.

Spirala capcană lipicioasă este construită pe un principiu diferit. Păianjenul începe de la margine și se deplasează spre centru, păstrând aceeași distanță între viraje, și obții o spirală lui Arhimede. În același timp, mușcă firele spiralei auxiliare.

Mătasea de păianjen este produsă de glande speciale situate în partea din spate a abdomenului păianjenului. Se știe că cel puțin șapte tipuri de glande păianjen produc fire diferite, dar niciunul specii cunoscute păianjenii nu îndeplinesc toate cele șapte tipuri deodată. Păianjenul are de obicei una până la patru perechi de aceste glande. Țeserea unei pânze nu este rapidă și durează aproximativ o jumătate de oră pentru a construi o plasă de capcană de dimensiuni medii. Pentru a trece la producerea unui alt tip de pânză (pentru spirala de captare), păianjenul are nevoie de un minut de răgaz. Păianjenii își refolosesc adesea pânzele, mâncând rămășițele unei plase de capcană deteriorate de ploaie, vânt sau insecte. Pânza de păianjen este digerată în corpul lor cu ajutorul unor enzime speciale.

Structura mătăsii de păianjen a fost perfect elaborată de-a lungul a sute de milioane de ani de evoluție. Acest material natural combină două proprietăți minunate - rezistența și elasticitatea. O rețea de pânze de păianjen este capabilă să oprească o insectă care zboară la viteză maximă. Firul din care păianjenii țes baza plasei lor de captare este mai subțire decât un păr uman, iar rezistența sa specifică (adică calculată pe unitatea de masă) la tracțiune este mai mare decât cea a oțelului. Dacă comparăm pânza de păianjen cu sârmă de oțel de același diametru, atunci acestea vor suporta aproximativ aceeași greutate. Dar mătasea de păianjen este de șase ori mai ușoară, ceea ce înseamnă de șase ori mai puternică.

La fel ca părul uman, lâna de oaie și mătasea coconilor omizii viermilor de mătase, pânza de păianjen este compusă în principal din proteine. În ceea ce privește compoziția aminoacizilor, proteinele din pânza de păianjen - spidroinele - sunt relativ apropiate de fibroine, proteinele care alcătuiesc mătasea produsă de omizile viermilor de mătase. Ambele conțin cantități neobișnuit de mari de aminoacizi alanină (25%) și glicină (aproximativ 40%). Zonele de molecule de proteine ​​bogate în alanină formează regiuni cristaline dens împachetate care oferă o rezistență ridicată, în timp ce acele zone în care există mai multă glicină sunt un material mai amorf care se poate întinde bine și, prin urmare, conferă elasticitate filamentului.

Cum se formează un astfel de fir? Nu există încă un răspuns complet și clar la această întrebare. Procesul de învârtire a unei pânze a fost studiat în cele mai multe detalii pe exemplul glandei ampuliforme a păianjenului care țese orb și Nephila clavipes. Glanda fiolei, care produce cea mai durabilă mătase, constă din trei diviziuni principale: un sac central, un canal curbat foarte lung și un tubul cu o ieșire. Din celulele de pe suprafața interioară a sacului, ies mici picături sferice care conțin două tipuri de molecule de proteină spidroină. Această soluție vâscoasă curge în coada sacului, unde alte celule secretă un alt tip de proteină - glicoproteine. Datorită glicoproteinelor, fibra rezultată capătă o structură de cristal lichid. Cristalele lichide sunt remarcabile prin faptul că, pe de o parte, au un grad ridicat de ordonare, iar pe de altă parte, păstrează fluiditatea. Pe măsură ce masa densă se deplasează către orificiul de ieșire, moleculele lungi de proteine ​​se orientează și se aliniază paralel una cu cealaltă în direcția axei fibrei de formare. În acest caz, între ele se formează legături de hidrogen intermoleculare.

Omenirea a copiat multe dintre descoperirile de design ale naturii, dar un proces atât de complex precum învârtirea unei pânze nu a fost încă reprodus. Oamenii de știință încearcă acum să rezolve această sarcină dificilă cu ajutorul metodelor biotehnologice. Primul pas a fost izolarea genelor responsabile de producerea proteinelor care alcătuiesc rețeaua. Aceste gene au fost introduse în celulele bacteriilor și ale drojdiei (vezi Science and Life, No. 2, 2001). Geneticienii canadieni au mers și mai departe - au crescut capre modificate genetic, al căror lapte conține proteine ​​dizolvate din pânză de păianjen. Dar problema nu este doar în obținerea proteinei de mătase de păianjen, este necesar să se simuleze procesul natural de filare. Oamenii de știință nu au învățat încă această lecție de la natură.

Deși nu simțim aerul din jurul nostru, aerul nu este nimic. Aerul este un amestec de gaze: azot, oxigen și altele. Și gazele, ca și alte substanțe, sunt compuse din molecule și, prin urmare, au o greutate, deși mică.

Experiența poate dovedi că aerul are greutate. În mijlocul unui baston lung de șaizeci de centimetri, vom întări frânghia, iar la ambele capete vom lega două identice. balon cu aer... Să atârnăm băţul de sfoară şi să vedem că atârnă orizontal. Daca acum strapungi una dintre bilele umflate cu un ac, aer va iesi din ea, iar capatul batului de care a fost legat se va ridica. Dacă străpungeți a doua minge, atunci bastonul va lua din nou o poziție orizontală.

Acest lucru se datorează faptului că aerul din balonul umflat mai dens, ceea ce înseamnă că mai grele decât cel din jurul lui.

Cât de mult aer cântărește depinde de când și unde este cântărit. Greutatea aerului deasupra planului orizontal este presiunea atmosferică. Ca toate obiectele din jurul nostru, aerul este, de asemenea, supus gravitației. Acesta este cel care conferă aerului o greutate egală cu 1 kg pe centimetru pătrat. Densitatea aerului este de aproximativ 1,2 kg / m 3, adică un cub cu latura de 1 m, umplut cu aer, cântărește 1,2 kg.

Coloana de aer, care se ridică vertical deasupra Pământului, se întinde pe câteva sute de kilometri. Aceasta înseamnă că o persoană care stă drept, pe cap și pe umeri, a cărei suprafață este de aproximativ 250 cm 2, este presată de o coloană de aer care cântărește aproximativ 250 kg!

Nu am fi putut rezista unei asemenea greutăți dacă nu i-ar fi rezistat aceeași presiune din interiorul corpului nostru. Următoarea experiență ne va ajuta să înțelegem acest lucru. Dacă întindeți o foaie de hârtie cu ambele mâini și cineva dintr-o parte apasă un deget pe ea, atunci rezultatul va fi același - o gaură în hârtie. Dar dacă apăsați cu două degete arătător în același loc, dar din părți diferite, nu se întâmplă nimic. Presiunea de ambele părți va fi aceeași. Același lucru se întâmplă și cu presiunea coloanei de aer și contrapresiunea din interiorul corpului nostru: sunt egale.

Apropo...

În viața de zi cu zi, când cântărim ceva, o facem în aer și, prin urmare, îi neglijăm greutatea, deoarece greutatea aerului în aer este zero. De exemplu, dacă cântărim un balon de sticlă gol, vom presupune că rezultatul este greutatea balonului, ignorând faptul că acesta este umplut cu aer. Dar dacă închideți balonul ermetic și pompați tot aerul din el, vom obține un rezultat complet diferit...

03.05.2017 14:04 1392

Cât cântărește aerul.

În ciuda faptului că nu putem vedea unele lucruri existente în natură, asta nu înseamnă deloc că ele nu există. La fel este și cu aerul - este invizibil, dar îl respirăm, îl simțim, așa este.

Tot ceea ce există are propria sa greutate. Are aerul? Și dacă da, cât cântărește aerul? Să aflăm asta.

Când cântărim ceva (de exemplu, un măr, ținându-l de o crenguță), o facem în aer. Prin urmare, nu luăm în considerare aerul în sine, deoarece greutatea aerului în aer este zero.

De exemplu, dacă luăm gol sticla de sticla si il cantarim, vom considera rezultatul obtinut drept greutatea balonului, fara sa ne gandim ca este umplut cu aer. Cu toate acestea, dacă închidem strâns sticla și pompăm tot aerul din ea, vom obține un rezultat complet diferit. Asta e.

Aerul este format dintr-o combinație de mai multe gaze: oxigen, azot și altele. Gazele sunt substanțe foarte ușoare, dar totuși au o greutate, deși nu mult.

Pentru a vă asigura că aerul are greutate, cereți unui adult să vă ajute să efectuați următorul experiment simplu: Luați un băț de aproximativ 60 cm lungime și legați o sfoară în mijlocul acestuia.

În continuare, vom atașa 2 baloane umflate de aceeași dimensiune la ambele capete ale bastonului nostru. Acum să atârnăm structura noastră de o sfoară legată de mijloc. Ca urmare, vom vedea că atârnă pe orizontală.

Dacă luăm acum un ac și străpungem cu el una dintre bilele umflate, aerul va ieși din el, iar capătul bățului de care a fost legat se va ridica. Și dacă străpungem a doua minge, atunci capetele bastonului vor deveni egale și va atârna din nou pe orizontală.

Ce înseamnă? Și faptul că aerul din balonul umflat este mai dens (adică mai greu) decât cel din jurul lui. Prin urmare, când mingea a fost dezumflată, a devenit mai ușoară.

Greutatea aerului depinde de diverși factori. De exemplu, aerul deasupra unui plan orizontal este presiunea atmosferică.

Aerul, ca toate obiectele care ne înconjoară, este supus gravitației. Acesta este ceea ce dă greutatea aerului, care este de 1 kilogram pe centimetru pătrat. În acest caz, densitatea aerului este de aproximativ 1,2 kg / m3, adică un cub cu latura de 1 m umplut cu aer cântărește 1,2 kg.

Coloana de aer, care se ridică vertical deasupra Pământului, se întinde pe câteva sute de kilometri. Aceasta înseamnă că o coloană de aer care cântărește aproximativ 250 kg apasă pe o persoană în picioare, pe cap și pe umeri (a căror suprafață este de aproximativ 250 de centimetri pătrați)!

Dacă o greutate atât de uriașă nu i-ar fi rezistat aceeași presiune din interiorul corpului nostru, pur și simplu nu am putea rezista și ne-ar zdrobi. Mai este unul experienta interesanta, care vă va ajuta să înțelegeți tot ce am spus mai sus:

Luăm o foaie de bymagi și o întindem cu ambele mâini. Apoi cereți pe cineva (de exemplu, o soră mai mică) să-l apese cu un deget pe o parte. Ce s-a întâmplat? Desigur, era o gaură în hârtie.

Și acum vom face din nou același lucru, doar că acum va fi necesar să apăsăm pe același loc cu două degete arătător, dar din părți diferite. Voila! Hârtia rămâne intactă! Vrei să știi de ce?

Doar că presiunea de pe ambele părți ale foii de hârtie era aceeași. Același lucru se întâmplă și cu presiunea coloanei de aer și contrapresiunea din interiorul corpului nostru: sunt egale.

Astfel, am aflat că: aerul are greutate și din toate părțile ne apasă corpul. Cu toate acestea, el nu ne poate zdrobi, deoarece contrapresiunea corpului nostru este egală cu cea externă, adică atmosferică.

Ultimul nostru experiment a arătat clar acest lucru: dacă apăsați pe o foaie de hârtie dintr-o parte, aceasta se va rupe. Dar dacă o faci din ambele părți, nu se va întâmpla.

Aerul este o cantitate intangibilă, este imposibil să-l simți, să-l mirosi, este peste tot, dar pentru o persoană este invizibil, să afli cât cântărește aerul nu este ușor, dar posibil. Dacă suprafața Pământului, ca în jocul unui copil, este desenată în pătrate mici de 1x1 cm, atunci greutatea fiecăruia dintre ele va fi egală cu 1 kg, adică 1 cm 2 din atmosferă conține 1 kg de aer. .

Poti sa dovedesti? Destul de. Dacă construiți o cântar dintr-un creion obișnuit și două baloane, fixând structura de un fir, creionul va fi în echilibru, deoarece greutatea celor două baloane umflate este aceeași. Merită să străpungeți una dintre mingi, avantajul va fi în direcția mingii umflate, deoarece aerul din mingea deteriorată a ieșit. În consecință, simpla experiență fizică demonstrează că aerul are o anumită greutate. Dar, dacă cântărim aerul pe o suprafață plană și în munți, atunci masa lui va fi diferită - aerul de munte este mult mai ușor decât cel pe care îl respirăm lângă mare. Motive greutate diferită mai multe:

Greutatea a 1m 3 de aer este de 1,29 kg.

• cu cât aerul se ridică mai sus, cu atât devine mai rarefiat, adică sus la munte, presiunea aerului nu va fi de 1 kg pe cm 2, ci la jumătate, dar și conținutul de oxigen necesar respirației scade exact la jumătate. , care poate provoca amețeli, greață și dureri de urechi;
• continutul de apa din aer.

Amestecul de aer conține:

1.Azot - 75,5%;

2. Oxigen - 23,15%;

3. Argon - 1,292%;

4. Dioxid de carbon - 0,046%;

5. Neon - 0,0014%;

6. Metan - 0,000084%;

7. Heliu - 0,000073%;

8. Krypton - 0,003%;

9. Hidrogen - 0,00008%;

10. Xenon - 0,00004%.

Cantitatea de ingrediente din compoziția aerului se poate modifica și, în consecință, și masa de aer suferă modificări în direcția creșterii sau scăderii.

• aerul conține întotdeauna vapori de apă. Tiparul fizic este că, cu cât temperatura aerului este mai mare, cu atât conține mai multă apă. Acest indicator se numește umiditatea aerului și îi afectează greutatea.

Cum se măsoară greutatea aerului? Există mai mulți indicatori care îi determină masa.

Cât cântărește un cub de aer?

La o temperatură de 0 ° Celsius, greutatea a 1 m 3 de aer este de 1,29 kg. Adică, dacă selectați mental un spațiu dintr-o cameră cu o înălțime, lățime și lungime egale cu 1 m, atunci această cantitate de aer va fi în acest cub de aer.

Dacă aerul are o greutate și o greutate suficient de perceptibilă, de ce o persoană nu simte greutate? Un fenomen fizic precum presiunea atmosferică implică faptul că o coloană de aer care cântărește 250 kg apasă pe fiecare locuitor al planetei. Suprafața palmei unui adult este, în medie, de 77 cm 2. Adică, conform legilor fizice, fiecare dintre noi ține 77 kg de aer în palmă! Acest lucru este echivalent cu faptul că purtăm în mod constant 5 kilograme de greutăți în fiecare mână. V viata reala nici măcar un halterofil nu poate face acest lucru, totuși, fiecare dintre noi face față cu ușurință unei astfel de sarcini, deoarece presiunea atmosferică apasă din două părți, atât din exteriorul corpului uman, cât și din interior, adică diferența este în cele din urmă zero.

Proprietățile aerului sunt de așa natură încât acesta afectează corpul uman în moduri diferite. Sus, în munți, din cauza lipsei de oxigen, oamenii experimentează halucinații vizuale, iar la adâncimi mari, combinația de oxigen și azot într-un amestec special - „gazul de râs” poate crea o senzație de euforie și o senzație de imponderabilitate.

Cunoscând aceste mărimi fizice, puteți calcula masa atmosferei Pământului - cantitatea de aer care este reținută în spațiul apropiat de Pământ de forțele gravitației. Limita superioară a atmosferei se termină la o altitudine de 118 km, adică cunoscând greutatea de m 3 de aer, se poate împărți întreaga suprafață împrumutată în coloane de aer, cu o bază de 1x1 m, și se adaugă masa rezultată de astfel de coloane. În cele din urmă, va fi egal cu 5,3 * 10 la a cincisprezecea putere de tone. Greutatea armurii aeriene a planetei este destul de mare, dar este doar o milioneme din masa totală. globul... Atmosfera Pământului servește ca un fel de tampon care ține Pământul de surprize cosmice neplăcute. Numai din furtunile solare care ajung la suprafața planetei, atmosfera pierde până la 100 de mii de tone din masa ei pe an! Un astfel de scut invizibil și de încredere este aerul.

Cât cântărește un litru de aer?

O persoană nu observă că este în permanență înconjurată de aer transparent și aproape invizibil. Poate fi văzut acest element intangibil al atmosferei? În mod clar în mișcare masele de aer difuzat zilnic pe ecranul televizorului – un front cald sau rece aduce încălzire mult așteptată sau ninsori abundente.

Ce mai știm despre aer? Probabil faptul că este vital pentru toate ființele vii care trăiesc pe planetă. În fiecare zi, o persoană inspiră și expiră aproximativ 20 kg de aer, din care un sfert este consumat de creier.

Greutatea aerului poate fi măsurată în diferite cantități fizice, inclusiv în litri. Greutatea unui litru de aer va fi egală cu 1,2930 grame, la o presiune de 760 mm Hg. coloană și o temperatură egală cu 0 ° C. Pe lângă starea gazoasă obișnuită, aerul poate fi găsit și sub formă lichidă. Pentru trecerea unei substanțe la această stare de agregare, va fi necesar efectul unei presiuni extraordinare și al unor temperaturi foarte scăzute. Astronomii presupun că există planete a căror suprafață este complet acoperită cu aer lichid.

Sursele de oxigen necesare existenței umane sunt pădurile din Amazon, care produc până la 20% din aceasta. element important peste tot pe planetă.

Pădurile sunt cu adevărat plămâni „verzi” ai planetei, fără de care existența umană este pur și simplu imposibilă. Prin urmare viu plante de apartamentîntr-un apartament nu sunt doar un obiect de interior, ele purifică aerul din cameră, a cărui poluare este de zece ori mai mare decât pe stradă.

Aerul curat a devenit de mult o lipsă în mega-orașe, poluarea atmosferei este atât de mare încât oamenii sunt gata să cumpere aer curat. Pentru prima dată, „vânzătorii de aer” au apărut în Japonia. Produceau și vindeau aer curat în cutii și orice locuitor din Tokyo putea deschide o cutie cu cel mai curat aer pentru cină și se bucura de cea mai proaspătă aromă.

Puritatea aerului are un impact semnificativ nu numai asupra sănătății umane, ci și asupra animalelor. Zeci de delfini pier în zonele poluate ale apelor ecuatoriale, în apropierea zonelor populate. Cauza morții mamiferelor este atmosfera poluată; la disecția animalelor, plămânii delfinilor seamănă cu plămânii minerilor, înfundați cu praf de cărbune. Locuitorii Antarcticii sunt foarte sensibili la poluarea aerului - pinguinii, dacă aerul conține o cantitate mare de impurități dăunătoare, încep să respire greu și intermitent.

Pentru o persoană, puritatea aerului este, de asemenea, foarte importantă, prin urmare, după ce a lucrat la birou, medicii recomandă să faceți zilnic plimbări de o oră în parc, pădure, în afara orașului. După o astfel de terapie „aerului”, vitalitatea organismului este restabilită și starea de sănătate este îmbunătățită semnificativ. Rețeta acestui medicament gratuit și eficient este cunoscută de mult timp, mulți oameni de știință și conducători considerau plimbările zilnice în aer curat un ritual obligatoriu.

Pentru un oraș modern, tratamentul aerului este foarte relevant: o mică parte de aer dătătoare de viață, a cărui greutate este de 1-2 kg, este un panaceu pentru multe afecțiuni moderne!

Mulți pot fi surprinși de faptul că aerul are o anumită greutate diferită de zero. Valoarea exactă a acestei greutăți nu este atât de ușor de determinat, deoarece este puternic influențată de factori precum compoziție chimică, umiditate, temperatură și presiune. Să aruncăm o privire mai atentă la întrebarea cât cântărește aerul.

Ce este aerul

Înainte de a răspunde la întrebarea cât cântărește aerul, este necesar să înțelegem ce este această substanță. Aerul este un înveliș de gaz care există în jurul planetei noastre și care este un amestec omogen de diferite gaze. Aerul conține următoarele gaze:

• azot (78,08%);
• oxigen (20,94%);
• argon (0,93%);
• vapori de apă (0,40%);
• dioxid de carbon (0,035%).

Pe lângă gazele enumerate mai sus, aerul mai conține cantități minime de neon (0,0018%), heliu (0,0005%), metan (0,00017%), cripton (0,00014%), hidrogen (0,00005%), amoniac (0,0003%) .

Este interesant de observat că aceste componente pot fi separate prin condensarea aerului, adică transformându-l în stare lichidă prin creșterea presiunii și scăderea temperaturii. Deoarece fiecare componentă a aerului are propria sa temperatură de condensare, în acest fel este posibilă separarea tuturor componentelor de aer, care este folosit în practică.

Greutatea aerului și factorii care îl afectează

Ce împiedică să răspundem exact la întrebarea, cât cântărește un metru cub de aer? Desigur, există o serie de factori care pot influența foarte mult această greutate.

În primul rând, este compoziția chimică. Datele de mai sus sunt date pentru compoziția aerului curat, cu toate acestea, în prezent, acest aer în multe locuri de pe planetă este puternic poluat, prin urmare, compoziția sa va fi diferită. Deci, în apropierea orașelor mari, aerul conține mai mult dioxid de carbon, amoniac, metan decât aerul din mediul rural.

În al doilea rând, umiditatea, adică cantitatea de vapori de apă conținută în atmosferă. Cu cât aerul este mai umed, cu atât cântărește mai puțin, toate celelalte lucruri fiind egale.

În al treilea rând, temperatura. Acesta este unul dintre factorii importanți, cu cât valoarea sa este mai mică, cu atât densitatea aerului este mai mare și, în consecință, cu atât greutatea acestuia este mai mare.

În al patrulea rând, presiunea atmosferică, care reflectă în mod direct numărul de molecule de aer dintr-un anumit volum, adică greutatea acestuia.

Pentru a înțelege modul în care combinația acestor factori afectează greutatea aerului, vom da un exemplu simplu: masa unui metru cub de aer uscat la o temperatură de 25 ° C, situată lângă suprafața pământului, este de 1,205 kg, dacă luăm în considerare un volum similar de aer lângă suprafața mării la o temperatură de 0 ° C, atunci masa lui va fi deja egală cu 1,293 kg, adică va crește cu 7,3%.

Modificarea densității aerului cu înălțimea

Odată cu creșterea altitudinii, presiunea aerului scade, respectiv, densitatea și greutatea acesteia scade. Aerul atmosferic la presiuni care se observă pe Pământ, poate fi considerat un gaz ideal în prima aproximare. Aceasta înseamnă că presiunea aerului și densitatea sunt legate matematic între ele prin ecuația de stare pentru un gaz ideal: P = ρ * R * T / M, unde P este presiunea, ρ este densitatea, T este temperatura în kelvin, M este Masă molară aer, R - constanta universală a gazului.

Din formula de mai sus, puteți obține o formulă pentru dependența densității aerului de înălțime, dacă luăm în considerare că presiunea se modifică conform legii P = P 0 + ρ * g * h, unde P 0 este presiunea la suprafața pământului, g este accelerația gravitației, h este înălțimea... Înlocuind această formulă cu presiunea în expresia anterioară și exprimând densitatea, obținem: ρ (h) = P 0 * M / (R * T (h) + g (h) * M * h). Folosind această expresie, puteți determina densitatea aerului la orice înălțime. În consecință, greutatea aerului (este mai corect să spunem masă) este determinată de formula m (h) = ρ (h) * V, unde V este un volum dat.

În expresia pentru dependența densității de înălțime, se poate observa că de înălțime depind și temperatura și accelerația gravitației. Această din urmă dependență poate fi neglijată dacă vorbim de înălțimi de cel mult 1-2 km. În ceea ce privește temperatura, dependența acesteia de înălțime este bine descrisă prin următoarea expresie empirică: T (h) = T 0 -0,65 * h, unde T 0 este temperatura aerului de lângă suprafața pământului.

Pentru a nu calcula constant densitatea pentru fiecare înălțime, mai jos oferim un tabel cu dependența principalelor caracteristici ale aerului de înălțime (până la 10 km).

Care aer este cel mai greu

Luând în considerare principalii factori care determină răspunsul la întrebarea cât cântărește aerul, puteți înțelege care aer va fi cel mai greu. Pe scurt, aerul rece cântărește întotdeauna mai mult decât aerul cald, deoarece densitatea acestuia din urmă este mai mică, iar aerul uscat cântărește mai mult decât aerul umed. Ultima afirmație este ușor de înțeles, deoarece este de 29 g / mol, iar masa molară a unei molecule de apă este de 18 g / mol, adică de 1,6 ori mai puțin.

Determinarea greutății aerului în condiții specificate

Acum să rezolvăm o problemă specifică. Să răspundem la întrebarea cât de mult aer care ocupă un volum de 150 de litri cântărește la o temperatură de 288 K. Să luăm în considerare că 1 litru este o miime de metru cub, adică 1 litru = 0,001 m 3. În ceea ce privește temperatura de 288 K, aceasta corespunde cu 15 ° C, adică este tipică pentru multe regiuni ale planetei noastre. Apoi, trebuie să determinați densitatea aerului. Acest lucru se poate face în două moduri:

1. Calculați cu formula de mai sus pentru 0 metri deasupra nivelului mării. În acest caz, se obține valoarea ρ = 1,227 kg/m 3
2. Priviți tabelul de mai sus, care este construit pe baza lui T 0 = 288,15 K. Tabelul conține valoarea ρ = 1,225 kg / m 3.

Astfel, avem două numere care se potrivesc bine între ele. Ușoară diferență se datorează unei erori de 0,15 K în determinarea temperaturii și, de asemenea, faptului că aerul nu este încă ideal, ci un gaz real. Prin urmare, pentru calcule ulterioare, luăm media celor două valori obținute, adică ρ = 1,226 kg / m 3.

Acum, folosind formula pentru relația dintre masă, densitate și volum, obținem: m = ρ * V = 1,226 kg / m 3 * 0,150 m 3 = 0,1839 kg sau 183,9 grame.

De asemenea, puteți răspunde cât cântărește un litru de aer în condiții date: m = 1,226 kg / m 3 * 0,001 m 3 = 0,001226 kg sau aproximativ 1,2 grame.

De ce nu simțim că aerul ne apasă

Cât cântărește 1 m3 de aer? Puțin peste 1 kilogram. Întreaga masă atmosferică a planetei noastre apasă pe o persoană cu greutatea sa de 200 kg! Aceasta este o masă de aer suficient de mare care ar putea cauza multe probleme unei persoane. De ce nu o simțim? Acest lucru se datorează a două motive: în primul rând, în interiorul persoanei însăși există și o presiune internă care se opune exterioară presiune atmosfericăîn al doilea rând, aerul, fiind un gaz, exercită presiune în toate direcțiile în mod egal, adică presiunile în toate direcțiile se echilibrează între ele.