Атмосферное давление
Одна из удивительных особенностей жизни на Земле заключается в том, что фактически мы находимся на дне огромного воздушного океана. Этот океан воздуха называется «атмосфера» и состоит в основном из газов без цвета и запаха. Иными словами можно сказать, что атмосфера — это газовая оболочка Земли.
Почему мы не замечаем давления воздуха?
Сила всемирного тяготения притягивает все к Земле, в том числе и атмосферу — газовую оболочку планеты. При этом верхние слои атмосферы давят на нижние. Так и возникает атмосферное давление. Трудно поверить, но на небольшой стол размером 1x1 м действует давление, равное давлению, производимому 10 автомобилями. Если это действительно так, то почему же стол не ломается от такой тяжести?
Этого не происходит, так как атмосферное давление передается во всех направлениях, а не только вниз. Более того, насколько ты помнишь, согласно третьему закону Ньютона, на этот стол действует такая же сила, но только снизу. И атмосферное давление уравновешивается этой силой.
Известно, что воздух давит на каждого из нас с силой, равной давлению груза массой более 15 т! Это масса трех больших грузовиков! Почему же наши тела не разрушаются под действием атмосферного давления? Дело в том, что воздух внутри каждого нашего органа также находится под давлением. И внутреннее давление воздуха уравновешивает давление, действующее на наше тело снаружи.
Мы не можем жить без атмосферного давления!
Странно, но факт: мы действительно не можем жить без атмосферного давления! Даже сейчас, когда ты читаешь эту статью, твое тело использует атмосферное давление, чтобы перемещать воздух в легкие и из них. Это говорит о том, что благодаря атмосферному давлению мы можем дышать.
Как же мы дышим?
Диафрагма — самая важная мышца при вдохе. Она попеременно сокращается и расслабляется, при этом изменяются объем легких и внутреннее давление в них. Когда объем легких увеличивается, то давление в них снижается, т.е. оно становится ниже атмосферного, и воздух начинает поступать в легкие. Так происходит вдох. При повышении давления в легких воздух выходит. Это выдох.
Как измерить атмосферное давление?
В середине XVII в. выдающийся итальянский математик и физик Эванджелиста Торричелли проделал следующий опыт. Он взял стеклянную трубку длиной около 1 м, запаянную с одного конца, и заполнил ее ртутью. Затем перевернул трубку и опустил ее в чашку с ртутью. Как выяснилось, некоторое количество ртути вылилось в чашку, а высота оставшегося в трубке столба ртути составила 760 мм. При этом над поверхностью ртути в трубке образовалось безвоздушное пространство.
Торричелли объяснил это явление следующим образом. На поверхность ртути в чашке действует атмосферное давление, которое передается в трубку. В связи с тем, что ртуть находится в равновесии, атмосферное давление равно давлению, которое создается весом столба ртути в трубке.
Изменение атмосферного давления
Торричелли также обратил внимание, что уровень столба ртути не находится на одном месте, он меняется: либо повышается, либо понижается. На основании своих ежедневных наблюдений ученый сделал вывод о том, что если давление повышается, то столб ртути в трубке также повышается, и наоборот. Как правило, колебания атмосферного давления связаны с изменениями погоды. Если давление падает, то следует ожидать дождь и ветер. В случае повышения давления ожидается улучшение погоды, а зимой — еще и похолодание.
Барометр
Прибор, предназначенный для измерения атмосферного давления, называется «барометр».
Торричелли изобрел ртутный барометр, в котором в качестве измерителя атмосферного давления служит столбик ртути. Такие барометры используются до сих пор.
Однако в настоящее время чаще применяются более современные безжидкостные приборы, так называемые анероидные барометры.
Как мы реагируем на изменения атмосферного давления?
Наш организм приспособлен для проживания в условиях нормального атмосферного давления, и, к сожалению, любые изменения внешнего давления сказываются на нашем самочувствии.
Ты уже знаешь, что нормальным атмосферным давлением для человека считается давление 760 мм рт. ст. Однако такие показатели барометр фиксирует не так часто. Это связано с тем, что давление на поверхности Земли непостоянно и неравномерно. Величина атмосферного давления зависит от времени суток, поры года и различных географических условий. Как правило, суточные колебания давления — не более 4—5 мм. Такую незначительную разницу мы не замечаем и хорошо переносим.
Давление на высоте
Ты уже знаешь, что верхние слои атмосферы оказывают давление на нижние. Это означает, что у поверхности Земли воздух максимально сжат. Однако чем выше мы поднимаемся над Землей, тем меньше становится слоев воздуха, которые сжимают нижние слои, и соответственно, уменьшается давление. Именно такие перепады давления мы сразу же ощущаем на себе.
Почему мы это ощущаем
На земле давление воздуха в барабанной полости уха равно нормальному атмосферному давлению. А при наборе самолетом высоты давление снижается, и возникает разница давлений, т.е. наша ушная перепонка оказывается вдавленной. Именно поэтому мы и ощущаем заложенность в ухе.
Наиболее знакомый пример — «закладывание» ушей в самолете при взлете. Как облегчить это состояние? Есть варианты:
- Широко открыть рот.
- Сделать несколько глотательных движений.
Перепады давления в горах
В горах на высоте 2500—3000 м над уровнем моря атмосферное давление гораздо ниже, чем у подножия. В таких условиях из-за разницы давления внутри организма и атмосферного давления наш организм подвергается значительному стрессу. Более того, не исключено появление признаков горной болезни: могут возникнуть боль в ушах, затруднение дыхания, тошнота и слабость.
У тренированных альпинистов и людей, постоянно проживающих в горной местности, такое недомогание встречается крайне редко. Это связано с тем, что их организм уже приспособился к условиям пониженного давления.
Давление под водой и под землей
Представители некоторых профессий вынуждены работать в условиях пониженного давления воздуха. Это шахтеры, водолазы и рабочие кессонов — специальных конструкций, используемых для постройки мостов и других водных сооружений. Опускаясь в глубокую шахту, шахтеры испытывают на себе действие повышенного атмосферного давления. В очень глубоких шахтах оно может достигать около 850 мм рт. ст.
Давление под водой также намного превышает атмосферное. Так, например, при погружении на глубину около 100 м на водолаза будет действовать давление, которое больше атмосферного приблизительно в 10 раз!
Сложности работы водолаза
При длительном нахождении водолаза в условиях высокого давления воды часть воздуха, которым он дышит, растворяется в крови. При этом азот, содержащийся в воздухе, организмом не используется, а накапливается в крови. Во время подъема на поверхность азот выделяется в виде пузырьков, которые могут закупорить кровеносные сосуды. Для того чтобы не допустить возникновения этих проблем, водолаза поднимают очень медленно!
