Hmotnosť vzduchu v 1 m3. Hustota a špecifický objem vlhkého vzduchu

E. Lozovskaya, kandidát fyzikálnych a matematických vied

Veda a život // Ilustrácie

Lepidlo, ktoré pokrýva závit zachytávacej špirály, je rovnomerne rozložené pozdĺž pásu vo forme kvapiek guľôčky. Na obrázku je znázornené miesto spojenia dvoch úlomkov záchytnej špirály s polomerom.

Veda a život // Ilustrácie

Veda a život // Ilustrácie

Veda a život // Ilustrácie

Veda a život // Ilustrácie

Počiatočné fázy budovania odchytovej siete s pavúkom.

Logaritmická špirála zhruba opisuje tvar pomocnej špirálovej nite, ktorú pavúk kladie pri konštrukcii záchytnej siete v tvare kolesa.

Archimedova špirála opisuje tvar lepkavého zachytávacieho vlákna.

Kľukaté nite sú jedným zo znakov nástrah rodu Argiope.

Kryštalické oblasti hodvábneho vlákna majú zloženú štruktúru podobnú tej, ktorá je znázornená na obrázku. Jednotlivé reťazce sú spojené vodíkovými väzbami.

Mladé pavúky sa práve vynorili z kukly pavúka.

Pavúky z čeľade Dinopidae spinosa si medzi nohami utkajú pavučinovú sieť a potom ju prehadzujú cez svoju korisť.

Pavúk krížový (Araneus diadematus) je známy svojou schopnosťou tkať veľké záchytné siete v tvare kolieska.

Niektoré druhy pavúkov pripevňujú na okrúhlu pascu aj dlhý „rebrík“, ktorý výrazne zvyšuje efektivitu lovu.

Veda a život // Ilustrácie

Takto vyzerajú pavúčie trubice pod mikroskopom, z ktorých vychádzajú vlákna pavúčieho hodvábu.

Pavúky síce nie sú najpríťažlivejšie stvorenia, no ich výtvor – pavučina – nemôže vzbudzovať iba obdiv. Pamätajte si, aká hypnotizujúca oko je geometrická správnosť najjemnejších nití trblietavých na slnku, natiahnutých medzi vetvami kríka alebo medzi vysokou trávou.

Pavúky sú jedným z najstarších obyvateľov našej planéty, obývali zem pred viac ako 200 miliónmi rokov. V prírode existuje asi 35 tisíc druhov pavúkov. Tieto osemnohé stvorenia, ktoré žijú všade, sú rozpoznateľné vždy a všade, napriek rozdielom vo farbe a veľkosti. Ale najdôležitejší z nich charakteristický znak je schopnosť produkovať pavúčieho hodvábu, prírodné vlákno s bezkonkurenčnou silou.

Pavúky používajú siete na rôzne účely. Vyrábajú z neho zámotky na vajíčka, stavajú prístrešky na zimovanie, používajú ho ako „bezpečnostné lano“ pri skákaní, pletú zložité záchytné siete a ovíjajú ulovenú korisť. Samica, pripravená na párenie, vytvára pavúčiu niť označenú feromónmi, takže samec, pohybujúci sa po nite, ľahko nájde partnera. Mladé pavúky niektorých druhov odlietajú zo svojho materského hniezda na dlhých vláknach zachytených vetrom.

Pavúky sa živia hlavne hmyzom. Odchytové zariadenia, ktoré používajú na získavanie potravy, majú všetky tvary a veľkosti. Niektorí pavúky jednoducho natiahnu niekoľko signálnych vlákien v blízkosti svojho úkrytu a akonáhle sa hmyz dotkne vlákna, vrhnú sa naň zo zálohy. Iní - hodiť niť s lepkavou kvapkou na konci dopredu, ako druh lasa. Ale vrcholom dizajnérskej činnosti pavúkov sú stále okrúhle kolesové pasce, umiestnené horizontálne alebo vertikálne.

Krížový pavúk, bežný obyvateľ našich lesov a záhrad, uvoľňuje pomerne dlhú silnú niť na vybudovanie záchytnej siete v tvare kolesa. Vetrík alebo prúd vzduchu zdvihne niť nahor a ak je dobre zvolené miesto na stavbu stojiny, prichytí sa k najbližšej vetve alebo inej opore. Pavúk sa plazí pozdĺž neho, aby zabezpečil koniec, niekedy položí ďalšiu niť kvôli sile. Potom uvoľní voľne visiacu niť a do jej stredu pripevní tretinu, takže vznikne štruktúra v tvare Y - prvé tri polomery viac ako päťdesiat. Keď sú radiálne závity a rám pripravené, pavúk sa vráti do stredu a začne robiť dočasnú pomocnú špirálu - akési "lešenie". Pomocná špirála drží štruktúru pohromade a slúži ako dráha pre pavúka pri konštrukcii zachytávacej špirály. Celý hlavný rám siete vrátane rádiusov je vyrobený z nepriľnavej nite, ale pre zachytávaciu špirálu je použitá dvojitá niť pokrytá lepidlom.

Prekvapivo majú tieto dve špirály rôzne geometrické tvary. Časová špirála má relatívne málo otáčok a vzdialenosť medzi nimi sa každým otočením zväčšuje. Stáva sa to preto, že pri položení sa pavúk pohybuje v rovnakom uhle k polomerom. Tvar výslednej prerušovanej čiary je blízky takzvanej logaritmickej špirále.

Lepiaca špirála pasce je postavená na inom princípe. Pavúk začína na okraji a pohybuje sa smerom k stredu, pričom medzi otáčkami udržiava rovnakú vzdialenosť, čím sa získa Archimedova špirála. Zároveň hryzie závity pomocnej špirály.

Pavúčí hodváb je produkovaný špeciálnymi žľazami umiestnenými v zadnej časti brucha pavúka. Je známe, že najmenej sedem typov pavúčích žliaz produkuje rôzne vlákna, ale žiadne z nich známe druhy pavúky nespĺňajú všetkých sedem typov naraz. Pavúk má zvyčajne jeden až štyri páry týchto žliaz. Tkanie siete nie je rýchle a vytvorenie stredne veľkej záchytnej siete trvá asi pol hodiny. Na prechod na výrobu iného druhu siete (pre zachytávaciu špirálu) potrebuje pavúk minútu oddychu. Pavúky často znovu používajú svoje siete, požierajú zvyšky záchytnej siete poškodenej dažďom, vetrom alebo hmyzom. Pavučina sa v ich tele trávi pomocou špeciálnych enzýmov.

Štruktúra pavúčieho hodvábu bola dokonale vypracovaná počas stoviek miliónov rokov evolúcie. Toto prírodný materiál spája dve úžasné vlastnosti - pevnosť a pružnosť. Pavučinová sieť je schopná zastaviť hmyz letiaci plnou rýchlosťou. Vlákno, z ktorého si pavúky pletú základ svojej záchytnej siete, je tenšie ako ľudský vlas a jeho špecifická (teda prepočítaná na jednotku hmotnosti) pevnosť v ťahu je vyššia ako u ocele. Ak porovnáme pavučinu s oceľovým drôtom rovnakého priemeru, unesú približne rovnakú hmotnosť. Ale pavúčí hodváb je šesťkrát ľahší, čo znamená šesťkrát pevnejší.

Podobne ako ľudské vlasy, ovčia vlna a hodváb kukly húsenice priadky morušovej, aj pavučina sa skladá predovšetkým z bielkovín. Čo sa týka zloženia aminokyselín, proteíny pavučiny – spidroiny – sú relatívne blízke fibroínom, proteínom, ktoré tvoria hodváb produkovaný húsenicami priadky morušovej. Obidva obsahujú nezvyčajne vysoké množstvo aminokyselín alanínu (25 %) a glycínu (asi 40 %). Oblasti proteínových molekúl bohatých na alanín tvoria tesne zbalené kryštalické oblasti, ktoré poskytujú vysokú pevnosť, zatiaľ čo tie oblasti, kde je viac glycínu, sú viac amorfným materiálom, ktorý sa môže dobre natiahnuť a tak dodať vláknu elasticitu.

Ako vzniká taká niť? Na túto otázku zatiaľ neexistuje úplná a jasná odpoveď. Proces spriadania siete bol najpodrobnejšie študovaný na príklade ampulliformnej žľazy pavúka spletajúceho sa z guľôčok a Nephila clavipes. Ampulka, ktorá produkuje najodolnejší hodváb, pozostáva z troch hlavných častí: centrálny vak, veľmi dlhý zakrivený kanál a trubica s výstupom. Z buniek na vnútornom povrchu vaku vychádzajú malé guľovité kvapôčky obsahujúce dva typy molekúl proteínu spidroínu. Tento viskózny roztok steká do chvosta vaku, kde ostatné bunky vylučujú iný typ proteínu – glykoproteíny. Vďaka glykoproteínom získa výsledná vláknina štruktúru tekutých kryštálov. Tekuté kryštály sú pozoruhodné tým, že na jednej strane majú vysoký stupeň usporiadania a na druhej strane si zachovávajú tekutosť. Keď sa hustá hmota pohybuje smerom k výstupnému otvoru, dlhé proteínové molekuly sa orientujú a zoraďujú sa navzájom paralelne v smere osi formujúceho sa vlákna. V tomto prípade sa medzi nimi vytvárajú medzimolekulové vodíkové väzby.

Ľudstvo skopírovalo mnohé z dizajnových objavov prírody, ale taký zložitý proces, akým je spriadanie siete, ešte nebol reprodukovaný. Túto neľahkú úlohu sa teraz vedci snažia vyriešiť pomocou biotechnologických metód. Prvým krokom bola izolácia génov zodpovedných za produkciu proteínov, ktoré tvoria sieť. Tieto gény boli zavedené do buniek baktérií a kvasiniek (pozri Science and Life, č. 2, 2001). Kanadskí genetici zašli ešte ďalej – chovali geneticky modifikované kozy, ktorých mlieko obsahuje rozpustené pavučinové proteíny. Ale problém nie je len v získavaní pavúčieho hodvábneho proteínu, je potrebné simulovať prirodzený proces pradenia. Vedci sa ešte musia poučiť z prírody.

Hoci vzduch okolo seba necítime, vzduch nie je nič. Vzduch je zmes plynov: dusík, kyslík a iné. A plyny, podobne ako iné látky, sú zložené z molekúl, a preto majú hmotnosť, aj keď malú.

Skúsenosti môžu dokázať, že vzduch má váhu. V strede palice dlhej šesťdesiat centimetrov spevníme lano a na oba jeho konce priviažeme dva rovnaké balóniky. Zavesíme palicu za šnúrku a uvidíme, že visí vodorovne. Ak teraz prepichnete jednu z nafúknutých loptičiek ihlou, vyjde z nej vzduch a koniec palice, ku ktorej bola pripevnená, sa zdvihne. Ak prepichnete druhú guľu, palica opäť zaujme vodorovnú polohu.

Je to spôsobené tým, že vzduch v nafúknutom balóne hustejšie, čo znamená, že ťažšie než ten okolo neho.

Koľko vzduchu váži závisí od toho, kedy a kde sa váži. Hmotnosť vzduchu nad vodorovnou rovinou je atmosférický tlak. Ako všetky objekty okolo nás, aj vzduch podlieha gravitácii. Je to to, čo dáva vzduchu hmotnosť, ktorá sa rovná 1 kg na štvorcový centimeter. Hustota vzduchu je asi 1,2 kg / m 3, to znamená, že kocka so stranou 1 m, naplnená vzduchom, váži 1,2 kg.

Vzduchový stĺp, ktorý kolmo stúpa nad Zemou, sa tiahne niekoľko stoviek kilometrov. To znamená, že vzpriamene stojaceho človeka na hlave a ramenách, ktorých plocha je cca 250 cm 2, tlačí stĺp vzduchu s hmotnosťou cca 250 kg!

Nebyť rovnakého tlaku vo vnútri nášho tela, takú váhu by sme nevydržali. Nasledujúca skúsenosť nám to pomôže pochopiť. Ak natiahnete list papiera oboma rukami a niekto z jednej strany naň stlačí prst, výsledok bude rovnaký - diera v papieri. Ale ak stlačíte dvoma ukazovákmi na tom istom mieste, ale z rôznych strán, nič sa nestane. Tlak na oboch stranách bude rovnaký. To isté sa deje s tlakom vzduchového stĺpca a protitlakom v našom tele: sú rovnaké.

Mimochodom...

V bežnom živote, keď niečo vážime, robíme to vo vzduchu, a preto jeho váhu zanedbávame, keďže hmotnosť vzduchu vo vzduchu je nulová. Napríklad, ak vážime prázdnu sklenenú banku, budeme predpokladať, že výsledkom je hmotnosť banky, pričom ignorujeme skutočnosť, že je naplnená vzduchom. Ak však banku hermeticky uzavriete a odčerpáte z nej všetok vzduch, dostaneme úplne iný výsledok ...

03.05.2017 14:04 1392

Koľko váži vzduch.

Napriek tomu, že niektoré veci v prírode nevidíme, vôbec to neznamená, že neexistujú. Rovnako je to so vzduchom – je neviditeľný, ale dýchame ho, cítime, tak to je.

Všetko, čo existuje, má svoju váhu. Má to vzduch? A ak áno, koľko váži vzduch? Poďme to zistiť.

Keď niečo vážime (napríklad jablko, držíme ho za vetvičku), robíme to vo vzduchu. Preto neberieme do úvahy samotný vzduch, keďže hmotnosť vzduchu vo vzduchu je nulová.

Napríklad, ak vezmeme naprázdno sklenená fľaša a odvážime, budeme považovať získaný výsledok za hmotnosť banky bez toho, aby sme si mysleli, že je naplnená vzduchom. Ak však fľašu pevne uzavrieme a odčerpáme z nej všetok vzduch, dostaneme úplne iný výsledok. To je všetko.

Vzduch pozostáva z kombinácie niekoľkých plynov: kyslíka, dusíka a iných. Plyny sú veľmi ľahké látky, no stále majú váhu, aj keď nie veľkú.

Aby ste sa uistili, že vzduch má váhu, požiadajte dospelú osobu, aby vám pomohla vykonať nasledujúci jednoduchý experiment: Vezmite palicu dlhú asi 60 cm a zaviažte do nej šnúrku.

Ďalej si na oba konce palice pripevníme 2 nafúknuté balóniky rovnakej veľkosti. Teraz zavesme našu štruktúru za šnúrku priviazanú k jej stredu. V dôsledku toho uvidíme, že visí vodorovne.

Ak teraz vezmeme ihlu a prepichneme ňou jednu z nafúknutých loptičiek, vyjde z nej vzduch a koniec palice, ku ktorej bola priviazaná, sa zdvihne. A ak prepichneme druhú guľu, konce palice sa zrovnajú a opäť bude visieť vodorovne.

Čo to znamená? A to, že vzduch v nafúknutom balóne je hustejší (teda ťažší) ako ten okolo. Preto, keď bola lopta vyfúknutá, stala sa ľahšou.

Hmotnosť vzduchu závisí od rôznych faktorov. Napríklad vzduch nad vodorovnou rovinou je atmosférický tlak.

Vzduch, rovnako ako všetky predmety, ktoré nás obklopujú, podlieha gravitácii. Práve to dáva váhu vzduchu, ktorá sa rovná 1 kilogramu na štvorcový centimeter. V tomto prípade je hustota vzduchu asi 1,2 kg / m3, to znamená, že kocka so stranou 1 m naplnená vzduchom váži 1,2 kg.

Vzduchový stĺp, ktorý kolmo stúpa nad Zemou, sa tiahne niekoľko stoviek kilometrov. To znamená, že stĺpec vzduchu s hmotnosťou asi 250 kg tlačí na stojaceho človeka, na jeho hlavu a ramená (ktorých plocha je asi 250 centimetrov štvorcových)!

Ak by takej obrovskej váhe neodolal rovnaký tlak vo vnútri nášho tela, jednoducho by sme to nevydržali a rozdrvila by nás. Existuje ešte jedna zaujímavá skúsenosť, ktorá vám pomôže pochopiť všetko, čo sme povedali vyššie:

Vezmeme plát bymagi a natiahneme ho oboma rukami. Potom požiadajte niekoho (napríklad malú sestru), aby naňho zatlačil prstom na jednej strane. Čo sa stalo? Samozrejme, v papieri bola diera.

A teraz urobíme to isté znova, len teraz budeme musieť tlačiť na to isté miesto dvoma ukazovákmi, ale z rôznych strán. Voila! Papier zostáva neporušený! Chcete vedieť prečo?

Len tlak na oboch stranách listu papiera bol rovnaký. To isté sa deje s tlakom vzduchového stĺpca a protitlakom v našom tele: sú rovnaké.

Tak sme zistili, že: vzduch má váhu a zo všetkých strán tlačí na naše telo. Nemôže nás však rozdrviť, keďže protitlak nášho tela sa rovná tlaku vonkajšiemu, teda atmosférickému.

Náš posledný experiment to jasne ukázal: ak zatlačíte na list papiera z jednej strany, roztrhne sa. Ale ak to urobíte na oboch stranách, nestane sa to.

Vzduch je nehmotná veličina, nemožno ho cítiť, cítiť, je všade, no pre človeka je neviditeľný, zistiť koľko vzduch váži nie je jednoduché, ale možné. Ak je povrch Zeme, ako v detskej hre, nakreslený do malých štvorcov s rozmermi 1 x 1 cm, potom sa hmotnosť každého z nich bude rovnať 1 kg, to znamená, že 1 cm 2 atmosféry obsahuje 1 kg vzduchu. .

Môžete to dokázať? Celkom. Ak postavíte mierku z bežnej ceruzky a dvoch balóny upevnením konštrukcie na závit bude ceruzka v rovnováhe, keďže hmotnosť dvoch nafúknutých loptičiek je rovnaká. Oplatí sa prepichnúť jednu z loptičiek, výhoda bude v smere nafúknutej lopty, pretože vzduch z poškodenej lopty vyšiel. Jednoduchá fyzická skúsenosť teda dokazuje, že vzduch má určitú váhu. Ak však vzduch vážime na rovnom povrchu a v horách, jeho hmotnosť bude iná - horský vzduch je oveľa ľahší ako ten, ktorý dýchame pri mori. Dôvody iná hmotnosť niekoľko:

Hmotnosť 1m 3 vzduchu je 1,29 kg.

• čím vyššie vzduch stúpa, tým je redší, to znamená, že vysoko v horách nebude tlak vzduchu 1 kg na cm 2, ale polovičný, ale aj obsah kyslíka potrebného na dýchanie sa zníži presne o polovica, ktorá môže spôsobiť závraty, nevoľnosť a bolesť uší;
• obsah vody vo vzduchu.

Zmes vzduchu obsahuje:

1.Dusík - 75,5 %;

2. Kyslík - 23,15 %;

3. Argón - 1,292 %;

4. Oxid uhličitý - 0,046 %;

5. Neón - 0,0014 %;

6. Metán - 0,000084 %;

7. hélium - 0,000073 %;

8. Kryptón - 0,003 %;

9. vodík - 0,00008 %;

10. Xenón - 0,00004 %.

Množstvo zložiek v zložení vzduchu sa môže meniť a podľa toho aj hmotnosť vzduchu podlieha zmenám v smere zvyšovania alebo znižovania.

• vzduch vždy obsahuje vodnú paru. Fyzikálny vzorec je taký, že čím vyššia je teplota vzduchu, tým viac vody obsahuje. Tento indikátor sa nazýva vlhkosť vzduchu a ovplyvňuje jeho hmotnosť.

Ako sa meria hmotnosť vzduchu? Existuje niekoľko ukazovateľov, ktoré určujú jeho hmotnosť.

Koľko váži kocka vzduchu?

Pri teplote 0 °C je hmotnosť 1 m 3 vzduchu 1,29 kg. To znamená, že ak mentálne vyberiete priestor v miestnosti s výškou, šírkou a dĺžkou rovnajúcou sa 1 m, potom bude toto množstvo vzduchu v tejto kocke vzduchu.

Ak má vzduch váhu a váhu, ktorá je dostatočne vnímateľná, prečo človek necíti ťažkosť? Z fyzikálneho javu, akým je atmosférický tlak, vyplýva, že na každého obyvateľa planéty tlačí vzduchový stĺp s hmotnosťou 250 kg. Plocha dlane dospelého človeka je v priemere 77 cm2. To znamená, že v súlade s fyzikálnymi zákonmi každý z nás drží v dlani 77 kg vzduchu! To je ekvivalentné skutočnosti, že v každej ruke neustále nosíme 5 libier závažia. V skutočný život to nezvládne ani vzpierač, každý z nás sa však s takouto záťažou ľahko vyrovná, pretože atmosférický tlak tlačí z dvoch strán aj zvonku ľudského tela aj zvnútra, čiže rozdiel je v konečnom dôsledku nulový.

Vlastnosti vzduchu sú také, že vplýva na ľudské telo rôznymi spôsobmi. Vysoko v horách pre nedostatok kyslíka ľudia pociťujú zrakové halucinácie a vo veľkých hĺbkach môže spojenie kyslíka a dusíka do špeciálnej zmesi – „smiešneho plynu“ vyvolať pocit eufórie a pocit beztiaže.

Poznaním týchto fyzikálnych veličín je možné vypočítať hmotnosť zemskej atmosféry - množstvo vzduchu, ktoré je zadržiavané v blízkozemskom priestore gravitačnými silami. Horná hranica atmosféry končí vo výške 118 km, to znamená, že ak poznáte hmotnosť m 3 vzduchu, môžete celý zapožičaný povrch rozdeliť na vzduchové stĺpce so základňou 1 x 1 m a výslednú hmotnosť spočítať. takýchto stĺpcov. Nakoniec sa to bude rovnať 5,3 * 10 na pätnástu mocninu ton. Hmotnosť vzdušného panciera planéty je dostatočne veľká, no predstavuje len jednu milióntinu celkovej hmotnosti. glóbus... Atmosféra Zeme slúži ako akýsi nárazník, ktorý chráni Zem pred nepríjemnými kozmickými prekvapeniami. Len zo slnečných búrok, ktoré sa dostanú na povrch planéty, stráca atmosféra ročne až 100-tisíc ton svojej hmoty! Takýmto neviditeľným a spoľahlivým štítom je vzduch.

Koľko váži liter vzduchu?

Človek si nevšimne, že je neustále obklopený priehľadným a takmer neviditeľným vzduchom. Dá sa tento nehmotný prvok atmosféry vidieť? Jednoznačne v pohybe vzdušných hmôt sa denne vysiela na televíznej obrazovke - teplý či studený front prináša dlho očakávané oteplenie či husté sneženie.

Čo ešte vieme o vzduchu? Pravdepodobne je to skutočnosť, že je životne dôležitá pre všetky živé bytosti žijúce na planéte. Každý deň človek vdýchne a vydýchne asi 20 kg vzduchu, z čoho štvrtinu spotrebuje mozog.

Hmotnosť vzduchu sa môže merať v rôznych fyzikálnych veličinách vrátane litrov. Hmotnosť jedného litra vzduchu sa bude rovnať 1,2930 gramu pri tlaku 760 mm Hg. kolóne a teplote 0 °C. Okrem bežného plynného skupenstva sa vzduch môže nachádzať aj v kvapalnej forme. Na prechod látky do tohto stavu agregácie bude potrebný účinok obrovského tlaku a veľmi nízkych teplôt. Astronómovia predpokladajú, že existujú planéty, ktorých povrch je úplne pokrytý tekutým vzduchom.

Zdrojom kyslíka potrebného pre ľudskú existenciu sú pralesy Amazónie, ktoré produkujú až 20 % tohto dôležitého prvku na celej planéte.

Lesy sú skutočne „zelené“ pľúca planéty, bez ktorých je ľudská existencia jednoducho nemožná. Živé izbové rastliny v byte preto nie sú len interiérovým prvkom, ale čistia vzduch v miestnosti, ktorého znečistenie je desaťkrát vyššie ako vonku.

Čistý vzduch sa už dlho stal nedostatkom v megacities, znečistenie atmosféry je také veľké, že ľudia sú pripravení kupovať čistý vzduch. Prvýkrát sa „predajcovia vzduchu“ objavili v Japonsku. Vyrábali a predávali čistý vzduch v plechovkách a každý obyvateľ Tokia si mohol na večeru otvoriť plechovku najčistejšieho vzduchu a vychutnať si jeho najčerstvejšiu vôňu.

Čistota vzduchu má významný vplyv nielen na zdravie ľudí, ale aj zvierat. Desiatky delfínov zomierajú v znečistených oblastiach rovníkových vôd, v blízkosti obývaných oblastí. Príčinou smrti cicavcov je znečistená atmosféra, pri pitve zvierat pľúca delfínov pripomínajú pľúca baníkov zanesené uhoľným prachom. Obyvatelia Antarktídy sú veľmi citliví na znečistenie ovzdušia – tučniaky, ak vzduch obsahuje veľké množstvo škodlivých nečistôt, začnú ťažko a prerušovane dýchať.

Pre človeka je veľmi dôležitá aj čistota vzduchu, preto lekári po práci v kancelárii odporúčajú absolvovať denné hodinové prechádzky v parku, lese, mimo mesta. Po takejto „vzduchovej“ terapii sa obnoví vitalita organizmu a výrazne sa zlepší zdravotný stav. Recept na tento bezplatný a účinný liek je známy už dlho, mnohí vedci a vládcovia považovali každodenné prechádzky na čerstvom vzduchu za povinný rituál.

Pre moderného mestského obyvateľa je úprava vzduchu veľmi dôležitá: malá časť životodarného vzduchu, ktorého hmotnosť je 1-2 kg, je všeliekom na mnohé moderné choroby!

Mnohých možno prekvapí fakt, že vzduch má určitú nenulovú hmotnosť. Presnú hodnotu tejto hmotnosti nie je ľahké určiť, keďže ju silne ovplyvňujú faktory ako napr chemické zloženie, vlhkosť, teplota a tlak. Pozrime sa bližšie na otázku, koľko váži vzduch.

Čo je vzduch

Pred zodpovedaním otázky, koľko vzduchu váži, je potrebné pochopiť, čo je táto látka. Vzduch je obal plynu, ktorý existuje okolo našej planéty a ktorý je homogénnou zmesou rôznych plynov. Vzduch obsahuje nasledujúce plyny:

• dusík (78,08 %);
• kyslík (20,94 %);
• argón (0,93 %);
• vodná para (0,40 %);
• oxid uhličitý (0,035 %).

Okrem plynov uvedených vyššie sú vo vzduchu v minimálnom množstve prítomné aj neón (0,0018 %), hélium (0,0005 %), metán (0,00017 %), kryptón (0,00014 %), vodík (0,00005 %). ), amoniak (0,0003 %).

Je zaujímavé, že tieto zložky je možné oddeliť kondenzáciou vzduchu, teda jeho prevedením do kvapalného stavu zvýšením tlaku a znížením teploty. Keďže každá zložka vzduchu má svoju kondenzačnú teplotu, týmto spôsobom je možné oddeliť všetky zložky zo vzduchu, čo sa v praxi využíva.

Hmotnosť vzduchu a faktory, ktoré ju ovplyvňujú

Čo bráni presne zodpovedať otázku, koľko váži kubický meter vzduchu? Samozrejme, existuje množstvo faktorov, ktoré môžu túto váhu do značnej miery ovplyvniť.

Po prvé, je tu chemické zloženie. Vyššie uvedené údaje sú uvedené pre zloženie čistého vzduchu, avšak v súčasnosti je tento vzduch na mnohých miestach planéty silne znečistený, respektíve jeho zloženie bude odlišné. V blízkosti veľkých miest teda vzduch obsahuje viac oxid uhličitý, čpavok, metán než vzduch na vidieku.

Po druhé, vlhkosť, teda množstvo vodnej pary, ktorá je obsiahnutá v atmosfére. Čím je vzduch vlhkejší, tým menej váži, pričom všetky ostatné veci sú rovnaké.

Po tretie, teplota. To je jeden z dôležitých faktorov, čím nižšia je jeho hodnota, tým vyššia je hustota vzduchu, a teda aj jeho hmotnosť.

Po štvrté, atmosférický tlak, ktorý priamo odráža počet molekúl vzduchu v určitom objeme, teda jeho hmotnosť.

Aby sme pochopili, ako kombinácia týchto faktorov ovplyvňuje hmotnosť vzduchu, uvedieme jednoduchý príklad: hmotnosť jedného metra kubického suchého vzduchu s teplotou 25 ° C, ktorý sa nachádza blízko povrchu zeme, je 1,205 kg, ak vezmeme do úvahy podobný objem vzduchu v blízkosti morskej hladiny pri teplote 0 ° C, potom sa jeho hmotnosť už bude rovnať 1,293 kg, to znamená, že sa zvýši o 7,3%.

Zmena hustoty vzduchu s výškou

S rastúcou nadmorskou výškou klesá tlak vzduchu, respektíve klesá jeho hustota a hmotnosť. Atmosférický vzduch pri tlakoch, ktoré sú pozorované na Zemi, ho možno v prvej aproximácii považovať za ideálny plyn. To znamená, že tlak vzduchu a hustota spolu matematicky súvisia prostredníctvom stavovej rovnice pre ideálny plyn: P = ρ * R * T / M, kde P je tlak, ρ je hustota, T je teplota v kelvinoch, M je molárna hmota vzduch, R - univerzálna plynová konštanta.

Z vyššie uvedeného vzorca môžete získať vzorec pre závislosť hustoty vzduchu od výšky, ak vezmeme do úvahy, že tlak sa mení podľa zákona P = P 0 + ρ * g * h, kde P 0 je tlak pri zemský povrch, g je gravitačné zrýchlenie, h je výška ... Nahradením tohto vzorca za tlak v predchádzajúcom výraze a vyjadrením hustoty dostaneme: ρ (h) = P 0 * M / (R * T (h) + g (h) * M * h). Pomocou tohto výrazu môžete určiť hustotu vzduchu v akejkoľvek výške. Podľa toho je hmotnosť vzduchu (správnejšie povedať hmotnosť) určená vzorcom m (h) = ρ (h) * V, kde V je daný objem.

Vo vyjadrení pre závislosť hustoty od výšky možno poznamenať, že od výšky závisí aj teplota a gravitačné zrýchlenie. Posledná závislosť môže byť zanedbaná, ak hovoríme o výškach nie väčších ako 1-2 km. Čo sa týka teploty, jej závislosť od výšky dobre vystihuje nasledujúci empirický výraz: T (h) = T 0 -0,65 * h, kde T 0 je teplota vzduchu pri zemskom povrchu.

Aby sme neustále nepočítali hustotu pre každú výšku, nižšie uvádzame tabuľku závislosti hlavných charakteristík vzduchu od výšky (do 10 km).

Ktorý vzduch je najťažší

Po zvážení hlavných faktorov, ktoré určujú odpoveď na otázku, koľko vzduchu váži, môžete pochopiť, ktorý vzduch bude najťažší. Stručne povedané, studený vzduch vždy váži viac ako teplý vzduch, pretože jeho hustota je nižšia a suchý vzduch váži viac ako vlhký vzduch. Posledné tvrdenie je ľahko pochopiteľné, pretože je to 29 g / mol a molárna hmotnosť molekuly vody je 18 g / mol, to znamená 1,6-krát menej.

Stanovenie hmotnosti vzduchu za stanovených podmienok

Teraz poďme vyriešiť konkrétny problém. Odpovedzme si na otázku, koľko váži vzduchu o objeme 150 litrov pri teplote 288 K. Zoberme si, že 1 liter je tisícina kubického metra, teda 1 liter = 0,001 m 3 . Pokiaľ ide o teplotu 288 K, zodpovedá 15 ° C, to znamená, že je typická pre mnohé regióny našej planéty. Ďalej musíte určiť hustotu vzduchu. To možno vykonať dvoma spôsobmi:

1. Vypočítajte pomocou vyššie uvedeného vzorca pre 0 metrov nad morom. V tomto prípade sa získa hodnota ρ = 1,227 kg / m3
2. Pozrite sa na vyššie uvedenú tabuľku, ktorá je zostavená na základe T 0 = 288,15 K. Tabuľka obsahuje hodnotu ρ = 1,225 kg / m 3.

Takto sme dostali dve čísla, ktoré spolu dobre súhlasia. Mierny rozdiel je spôsobený chybou 0,15 K pri určovaní teploty, ako aj tým, že vzduch stále nie je ideálny, ale skutočný plyn. Preto pre ďalšie výpočty berieme priemer dvoch získaných hodnôt, to znamená ρ = 1,226 kg / m3.

Teraz pomocou vzorca pre vzťah hmotnosti, hustoty a objemu dostaneme: m = ρ * V = 1,226 kg / m 3 * 0,150 m 3 = 0,1839 kg alebo 183,9 gramov.

Môžete tiež odpovedať, koľko váži liter vzduchu za daných podmienok: m = 1,226 kg / m 3 * 0,001 m 3 = 0,001226 kg alebo približne 1,2 gramu.

Prečo nemáme pocit, že na nás vzduch tlačí

Koľko váži 1 m3 vzduchu? Mierne nad 1 kilogram. Celá atmosférická tabuľka našej planéty tlačí na človeka svojou hmotnosťou 200 kg! Ide o dostatočne veľkú masu vzduchu, ktorá by mohla človeku spôsobiť nemalé problémy. Prečo to necítime? Je to z dvoch dôvodov: po prvé, vo vnútri samotnej osoby existuje aj vnútorný tlak, ktorý je proti vonkajšiemu atmosferický tlak po druhé, vzduch, ako plyn, vyvíja tlak vo všetkých smeroch rovnako, to znamená, že tlaky vo všetkých smeroch sa navzájom vyrovnávajú.