Co jest przyczyną istnienia ciśnienia atmosferycznego?

Jak to ciśnienie zmienia się wraz ze wzrostem wysokości nad powierzchnią ziemi?

Ziemię przykrywa potężna, gruba na kilkanaście kilometrów warstwa powietrza, 1 m³ powietrza waży 1,239 kg, zatem to powietrze wywiera na na ziemię ciśnienie. Atmosfera swoją masą wywiera pewien nacisk na powierzchnię Ziemi. Ciężar ten nazywa się ciśnieniem atmosferycznym.

 

Ciśnienie atmosferyczne jest to siła parcia, jaką swoim ciężarem wywiera słup powietrza znajdujący się nad jednostką powierzchni Ziemi. Ciśnienie atmosferyczne wyraża się w hektopaskalach (hPa). Dawniej powszechnie używaną jednostką ciśnienia były milimetry słupa rtęci (mmHg). 1hPa to 0.75 mmHg. Do pomiarów ciśnienia atmosferycznego służy barometr rtęciowy. 

Istnienie ciśnienia atmosferycznego w interesujący sposób wykazał w 1654r. Otto von Guericke, burmistrz Magdeburga. Dwie mosiężne, wydrążone i dopasowane do siebie półkule zetknął ze sobą i wypompował z ich wnętrza powietrze (rysunek obok). Kul tych nie mogły rozłączyć dwa ośmiokonne zaprzęgi przykładające do półkul siły F. Po wypompowaniu powietrza wewnątrz półkul ciśnienie spadło prawie do zera. Na zewnątrz panowało ciśnienie atmosferyczne p_atm i to ono nie pozwalało rozłączyć półkul. Doświadczenie to pozwala jednocześnie uświadomić sobie jak dużą wartość ma ciśnienie atmosferyczne.

W 1643r. włoski fizyk i matematyk Evangelista Torricelli pokazał jak duże jest ciśnienie atmosferyczne. Napełnił rtęcią rurkę szklaną o długości ok. 1m. Zatkał palcem wolny koniec rurki i zanurzył go w naczyniu z rtęcią. Słupek rtęci w rurce opadał i zatrzymał się na wysokości ok. h=760mm ponad poziom rtęci w naczyniu (rysunek obok). W rurce, nad słupkiem rtęci znajdowała się próżnia (rtęć bardzo słabo paruje, więc nad rtęcią w rurce była prawie próżnia).

Ciśnienie atmosferyczne zmienia się także wraz z wysokością. Liczba cząsteczek powietrza zmienia się na różnych wysokościach. Wraz ze wzrostem wysokości zmniejsza się ilość cząsteczek powietrza, a więc ciśnienie powietrza również spada z wysokością. Przy wzroście wysokości zmienia się też ciężar i grubość warstwy atmosfery. Aby pomiary ciśnienia na różnych wysokościach były porównywalne  muszą być one uniezależnione od wysokości, czyli  sprowadzone do jednego poziomu. Dlatego pomiarów ciśnienia zwykło podawać się w wartościach zredukowanych do poziomu morza. Ciśnienie atmosferyczne spada wraz z wysokością średnio o 11,5hPa na każde 100 m. W najniższej warstwie troposfery ciśnienie zmienia się średnio o 1hPa na każde 8 metrów wysokości. To, że ciśnienie powietrza maleje ze wzrostem wysokości stwierdził po raz pierwszy w XVII wieku Pascal. Podobnie gęstość powietrza nie jest stała- ze wzrostem wysokości maleje.
Przyczyną zmian ciśnienia atmosferycznego wraz z wysokością, podobnie jak przyczyną występowania ciśnienia atmosferycznego, jest siła ciężkości działająca na cząsteczki powietrza. Chociaż cząsteczki gazu poruszają się z ogromnymi prędkościami około 1600 km/h i dzięki temu wznoszą się na wysokość wielu kilometrów, to dziąki grawitacji utrzymywane są w pewnym obszarze wokół Ziemi. Ciśnienie równe 760 mm Hg (1013,25 hPa) zostało nazwane ciśnieniem normalny i jest oznaczane p₀. Ciśnienie atmosferyczne wyrażane jest jeszcze w innych jednostkach:

bar: 1 bar=10⁵ Pa
milibar: 1mbar=10² Pa
atmosfera: 1 atm=1013,25 hPa

 

Ciekawostka:

Najwyższą na świecie wartość ciśnienia atmosferycznego zarejestrowano 19 grudnia roku 2001 w miejscowości Tosontsengel w Mongolii. Ciśnienie atmosferyczne wyniosło wtedy 1086hPa. Najniższe ciśnienie atmosferyczne, wynoszące 870hPa, spowodowane przejściem tajfunu Tip, zanotowano 12 października 1979 roku na Pacyfiku.

 

Co jest przyczyną istnienia ciśnienia hydrostatycznego?

Ciśnienie hydrostatyczne – ciśnienie wynikające z ciężaru cieczy znajdującej się w polu grawitacyjnym. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości i kształtu zbiornika, a zależy wyłącznie od głębokości. Ciśnienie to określa wzór:

gdzie  – gęstość cieczy – w układzie SI: w kg/m³,

 – przyspieszenie ziemskie (grawitacyjne) – w układzie SI: w m/s²,

 – wysokość słupa cieczy odpowiadająca np. głębokości zanurzenia –

w układzie SI: w metrach (m).

Ciśnienie jest skutkiem wywieranej siły parcia ( nacisku) na podłoże o określonej powierzchni. przez ciecz znajdującą się nad nią. Woda ma swoją masę zatem i ciężar. Jeśli jest jakaś głębokość, a nad nią znajduje się słup wody, to musi on wywierać na dno nacisk (parcie) zatem i ciśnienie.

W przypadku cieczy to ciśnienie nie zależy od tego jaka jest objętość cieczy nad dnem naczynia, ale zależy:
- od wysokości słupa cieczy - im wyższy, tym większe ciśnienie
- od gęstości cieczy - im gęstsza ciecz, tym większe ciśnienie, dla przykładu ciśnienie, 0 , 76 m rtęci jest równe ciśnieniu wywieranemu aż przez 10 m słup wody.

We wszystkich naczyniach przedstawionych na rysunku ciśnienie wywierane na dno będzie takie samo. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od kształtu naczynia, jego objętości czy całkowitego ciężaru cieczy, a jedynie od wysokości słupa cieczy.

Źródło:

1. geografia.na6.pl

2. e-fizyka.info

3. pl.wikipedia.org

4. wiki.wolnepodreczniki.pl