Շատերը գիտեն, որ բարձրության բարձրացման հետ օդի ճնշումը նվազում է: Դիտարկենք այն հարցը, թե ինչու է օդի ճնշումը նվազում բարձրության հետ, բերեք բարձրությունից ճնշման կախվածության բանաձևը, ինչպես նաև հաշվի առեք խնդրի լուծման օրինակ՝ օգտագործելով ստացված բանաձևը:
Ի՞նչ է օդը
Օդը գազերի անգույն խառնուրդ է, որը կազմում է մեր մոլորակի մթնոլորտը: Այն պարունակում է բազմաթիվ տարբեր գազեր, որոնցից հիմնականներն են՝ ազոտ (78%), թթվածին (21%), արգոն (0.9%), ածխաթթու գազ (0.03%) և այլն։
Ֆիզիկայի տեսանկյունից Երկրի վրա գոյություն ունեցող պայմաններում օդի վարքագիծը ենթարկվում է իդեալական գազի օրենքներին. մոդել, ըստ որի գազի մոլեկուլները և ատոմները չեն փոխազդում միմյանց հետ Նրանց միջև հեռավորությունները հսկայական են՝ համեմատած իրենց չափերի հետ, և սենյակային ջերմաստիճանում շարժման արագությունը մոտ 1000 մ/վ է։
Օդի ճնշում
Հաշվի առնելով բարձրությունից ճնշման կախվածության հարցը, դուք պետք է պարզեք, թե ինչ է իրենից ներկայացնումֆիզիկական տեսանկյունից «ճնշում» հասկացությունն է։ Օդի ճնշումը հասկացվում է որպես ուժ, որով օդային սյունը ճնշում է մակերեսին: Ֆիզիկայի մեջ այն չափվում է պասկալներով (Pa): 1 Պա նշանակում է, որ 1 նյուտոն (N) ուժ է կիրառվում 1 մ2 մակերեսին ուղղահայաց 2: Այսպիսով, 1 Պա ճնշումը շատ փոքր ճնշում է:
Ծովի մակարդակում օդի ճնշումը 101,325 Պա է: Կամ, կլորացնելով, 0.1 ՄՊա: Այս արժեքը կոչվում է 1 մթնոլորտի ճնշում: Վերոնշյալ պատկերը ցույց է տալիս, որ 1 մ2 հարթակի վրա օդային ճնշում է 100 կՆ ուժով: Սա մեծ ուժ է, բայց մարդը դա չի զգում, քանի որ նրա ներսում արյունը նման ճնշում է ստեղծում։ Բացի այդ, օդը վերաբերում է հեղուկ նյութերին (հեղուկները նույնպես պատկանում են դրանց): Իսկ դա նշանակում է, որ այն նույն ճնշումն է գործադրում բոլոր ուղղություններով։ Վերջին փաստը հուշում է, որ մթնոլորտի ճնշումը տարբեր կողմերից մարդու վրա փոխադարձաբար փոխհատուցվում է։
Ճնշման կախվածությունը բարձրությունից
Մեր մոլորակի շուրջ մթնոլորտը պահպանվում է երկրային գրավիտացիայի միջոցով: Գրավիտացիոն ուժերը նույնպես պատասխանատու են օդի ճնշման անկման համար՝ բարձրության բարձրացման հետ մեկտեղ: Արդարության համար պետք է նշել, որ ոչ միայն երկրի ձգողականությունը հանգեցնում է ճնշման նվազմանը։ Եվ նաև ջերմաստիճանի իջեցումը նույնպես նպաստում է։
Քանի որ օդը հեղուկ է, ապա դրա համար կարող եք օգտագործել ճնշման կախվածության հիդրոստատիկ բանաձևը խորությունից (բարձրությունից), այսինքն ΔP=ρgΔh, որտեղ՝ ΔP-ն ճնշման մեծությունն է։ փոփոխությունբարձրությունը Δh-ով փոխելիս, ρ - օդի խտությունը, g - ազատ անկման արագացում:
Հաշվի առնելով, որ օդը իդեալական գազ է, գազի վիճակի իդեալական հավասարումից բխում է, որ ρ=Pm/(kT), որտեղ m-ը 1 մոլեկուլի զանգվածն է, T-ը՝ նրա ջերմաստիճանը, k. Բոլցմանի հաստատունն է։
Միացնելով վերը նշված երկու բանաձևերը և լուծելով առաջացած ճնշման և բարձրության հավասարումը, կարելի է ստանալ հետևյալ բանաձևը՝ Ph=P0e-mgh/(kT) որտեղ Ph և P0- ճնշումը համապատասխանաբար h բարձրության և ծովի մակարդակում: Ստացված արտահայտությունը կոչվում է բարոմետրիկ բանաձև։ Այն կարող է օգտագործվել մթնոլորտային ճնշումը հաշվարկելու համար՝ կախված բարձրությունից:
Երբեմն գործնական նպատակներով անհրաժեշտ է լուծել հակադարձ խնդիրը, այսինքն՝ գտնել բարձրությունը՝ իմանալով ճնշումը։ Բարոմետրիկ բանաձևից դուք հեշտությամբ կարող եք ստանալ բարձրության կախվածությունը ճնշման մակարդակից. h=kTln(P0/Ph)/(m g).
Խնդիրների լուծման օրինակ
Բոլիվիայի Լա Պազ քաղաքը «ամենաբարձր» մայրաքաղաքն է աշխարհում։ Տարբեր աղբյուրներից հետևում է, որ քաղաքը գտնվում է ծովի մակարդակից 3250 մետրից մինչև 3700 մետր բարձրության վրա։ Խնդիրն է հաշվարկել օդի ճնշումը Լա Պաս բարձրության վրա։
Խնդիրը լուծելու համար մենք օգտագործում ենք բարձրությունից ճնշման կախվածության բանաձևը՝ Ph=P0e -mg h/(kT), որտեղ՝ P0=101 325 Պա, գ=9,8 մ/վ 2, k=1,3810-23 J/K, T=293 K (20 oC), ժ=3475 մ (միջինը 3250 մ և3700 մ), մ=4, 81710-26 կգ (հաշվի առնելով օդի մոլային զանգվածը 29 գ/մոլ): Փոխարինելով թվերը՝ մենք ստանում ենք՝ Ph=67,534 Pa.
Այսպիսով, Բոլիվիայի մայրաքաղաքում օդային ճնշումը կազմում է ծովի մակարդակի ճնշման 67%-ը։ Օդի ցածր ճնշումը առաջացնում է գլխապտույտ և մարմնի ընդհանուր թուլություն, երբ մարդը բարձրանում է լեռնային տարածքներ։
