Воздух, окружающий Землю, имеет массу, и несмотря на то, что масса атмосферы примерно в миллион раз меньше массы Земли (общая масса атмосферы равна 5,2*10 21 г, а 1 м 3 воздуха у земной поверхности весит 1,033 кг), эта масса воздуха оказывает давление на все объекты, находящиеся на земной поверхности. Сила, с которой воздух давит на земную поверхность, называется атмосферным давлением.
На каждого из нас давит столб воздуха в 15 т. Такое давление способно раздавить все живое. Почему же мы его не ощущаем? Объясняется это тем, что давление внутри нашего организма равно атмосферному.
Таким образом, внутреннее и внешнее давление уравновешиваются.
Барометр
Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Для его определения пользуются специальным прибором — барометром (от греч. baros — тяжесть, вес и metreo — измеряю). Существуют ртутные и безжидкостные барометры.
Безжидкостные барометры получили название барометры-анероиды (от греч. а — отрицательная частица, nerys — вода, т. е. действующий без помощи жидкости) (рис. 1).
Рис. 1. Барометр-анероид: 1 — металлическая коробочка; 2 — пружина; 3 — передаточный механизм; 4 — стрелка-указатель; 5 — шкала
Нормальное атмосферное давление
За нормальное атмосферное давление условно принято давление воздуха на уровне моря на широте 45° и при температуре 0 °С. В этом случае атмосфера давит на каждый 1 см 2 земной поверхности с силой 1,033 кг, а масса этого воздуха уравновешивается ртутным столбиком высотой 760 мм.
Опыт Торричелли
Величина 760 мм была впервые получена в 1644 г. Эванджелистом Торричелли (1608-1647) и Винченцо Вивиани (1622-1703) — учениками гениального итальянского ученого Галилео Галилея.
Э. Торричелли запаял с одного конца длинную стеклянную трубку с делениями, наполнил ртутью и опустил в чашку с ртутью (так был изобретен первый ртутный барометр, который получил название трубки Торричелли). Уровень ртути в трубке понизился, так как часть ртути вылилась в чашку и установилась на уровне 760 миллиметров. Над столбиком ртути образовалась пустота, которая получила название Торричеллиевой пустоты (рис. 2).
Э. Торричелли полагал, что давление атмосферы на поверхность ртути в чашке уравновешивается весом столба ртути в трубке. Высота этого столба над уровнем моря — 760 мм рт. ст.
Рис. 2. Опыт Торричелли
1 Па = 10 -5 бар; 1 бар = 0,98 атм.
Повышенное и пониженное атмосферное давление
Давление воздуха на нашей планете может изменяться в широких пределах. Если давление воздуха больше 760 мм рт. ст., то оно считается повышенным, меньше — пониженным.
Так как с подъемом вверх воздух становится все более разреженным, атмосферное давление понижается (в тропосфере в среднем 1 мм на каждые 10,5 м подъема). Поэтому для территорий, расположенных на разной высоте над уровнем моря, средним будет свое значение атмосферного давления. Например, Москва лежит на высоте 120 м над уровнем моря, поэтому среднее атмосферное давление для нее — 748 мм рт. ст.
Атмосферное давление в течение суток дважды повышается (утром и вечером) и дважды понижается (после полудня и после полуночи). Эти изменения связаны с изменением и перемещением воздуха. В течение года на материках максимальное давление наблюдается зимой, когда воздух переохлажден и уплотнен, а минимальное — летом.
Распределение атмосферного давления по земной поверхности носит ярко выраженный зональный характер. Это обусловлено неравномерным нагреванием земной поверхности, а следовательно, и изменением давления.
На земном шаре выделяются три пояса с преобладанием низкого атмосферного давления (минимумы) и четыре пояса с преобладанием высокого (максимумы).
В экваториальных широтах поверхность Земли сильно прогревается. Нагретый воздух расширяется, становится легче и поэтому поднимается вверх. В результате у земной поверхности близ экватора устанавливается низкое атмосферное давление.
У полюсов под воздействием низкой температуры воздух становится более тяжелым и опускается. Поэтому у полюсов атмосферное давление, повышенное по сравнению с широтами на 60-65°.
В высоких слоях атмосферы, наоборот, над жаркими областями давление высокое (хотя и ниже, чем у поверхности Земли), а над холодными — низкое.
Общая схема распределения атмосферного давления такова (рис. 3): вдоль экватора расположен пояс низкого давления; на 30-40° широты обоих полушарий — пояса высокого давления; 60-70° широты — зоны низкого давления; в приполярных районах — области высокого давления.
В результате того, что в умеренных широтах Северного полушария зимой атмосферное давление над материками сильно повышается, пояс низкого давления прерывается. Он сохраняется только над океанами в виде замкнутых областей пониженного давления — Исландского и Алеутского минимумов. Над материками, наоборот, образуются зимние максимумы: Азиатский и Северо-Американский.
Рис. 3. Общая схема распределения атмосферного давления
Летом в умеренных широтах Северного полушария пояс пониженного атмосферного давления восстанавливается. Огромная область пониженного атмосферного давления с центром в тропических широтах — Азиатский минимум — формируется над Азией.
В тропических широтах материки всегда нагреты сильнее, чем океаны, и давление над ними ниже. Таким образом, над океанами в течение всего года существуют максимумы: Северо-Атлантический (Азорский), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский.
Линии, которые на климатической карте соединяют пункты с одинаковым атмосферным давлением, называются изобарами (от греч. isos — равный и baros — тяжесть, вес).
Чем ближе изобары друг к другу, тем быстрее изменяется атмосферное давлении на расстоянии. Величина изменения атмосферного давления на единицу расстояния (100 км) называется барическим градиентом .
На образование поясов атмосферного давления у земной поверхности влияют неравномерное распределение солнечного тепла и вращение Земли. В зависимости от времени года оба полушария Земли нагреваются Солнцем по-разному. Это обусловливает некоторое перемещение поясов атмосферного давления: летом — к северу, зимой — к югу.
Вокруг нашей планеты есть атмосфера, которая давит на все, находящееся внутри нее: породы, растения, людей. Нормальное атмосферное давление для человека безопасно, но его изменения могут серьезно повлиять на состояние здоровья и самочувствие. Чтобы избежать возможных неприятностей, ученые разных специальностей и изучают воздействие АД на человека.
Атмосферное давление – что это такое?
Планета окружена воздушной массой, которая под воздействием гравитации осуществляет давление на все предметы, находящиеся на Земле. Человеческое тело – не исключение. Вот что такое атмосферное давление, а если говорить более простым и понятным языком: АД – сила, с которой осуществляется давление воздуха на земную поверхность. Измеряться она может в паскалях, миллиметрах ртутного столба, атмосферах, миллибарах.
Атмосферное давление при нормальных условиях
На планету давит воздушный столб весом в 15 тонн. По логике, такая масса должна была бы раздавить все живое, что есть на Земле. Почему же этого не происходит? Все просто: дело в том, что давление внутри организма и нормальное атмосферное давление для человека равны. То есть, силы снаружи и внутри уравновешиваются, и человек чувствует себя вполне комфортно. Достигается такой эффект за счет растворяющихся в тканевых жидкостях газов.
Какое атмосферное давление является нормальным? Идеальным АД принято считать 750-765 мм рт. ст. Эти значения считаются правильными для бытовых условий, но они верны не для всех местностей. На планете есть зоны пониженного – до 740 мм рт. ст. – и повышенного – до 780 мм рт. ст. – давления. Люди, живущие в них, адаптируются и не ощущают никакого дискомфорта. При этом приезжие тут же почувствуют перепад и некоторое время будут жаловаться на недомогание.
Нормы атмосферного давления по регионам
Для разных точек земного шара нормальное атмосферное давление в мм ртутного столба отличное. Объясняется это тем, что на регионы атмосфера воздействует неодинаково. Вся планета поделена на атмосферные пояса и даже в пределах небольших площадей показания могут отличаться на несколько единиц. Правда, не резкие перепады ощущаются редко и организмом воспринимаются нормально.
Меняется нормальное атмосферное давление для человека под влиянием различных факторов. Оно зависит от приподнятости местности над уровнем моря, средней влажности и температуры. Над теплыми зонами, например, сжатие атмосферы не такое сильное, как над холодными. Сильно на давление влияет высота:
- на 2000 м над уровнем моря, нормальным считается давление в 596 мм рт. ст.,
- на 3000 м – 525 мм рт. ст.;
- на 4000 м – 462 мм рт. ст.
Какое атмосферное давление считается нормальным для человека?
Определять АД нужно в идеальных условиях: четко над уровнем моря при температуре 15 градусов. Чему равно нормальное атмосферное давление? Единого справедливого для всех показателя не существует. То, какое нормальное атмосферное давление будет для одного или другого человека, зависит от состояния здоровья, условий жизни, наследственных факторов. Достоверно можно сказать только то, что оптимальное АД – такое, которое не причиняет вреда и не ощущается.
Как влияет атмосферное давление на людей?
Его воздействие чувствуют не все, но это не значит, что влияние атмосферного давления на людей отсутствует. Резкие перепады, как правило, дают о себе знать. АД в человеческом организме зависит от силы выталкивания крови из сердца и сопротивления сосудов. Оба показателя могут колебаться при смене циклонов и антициклонов. Реакция организма на скачки давления зависит от того, какое нормальное атмосферное давление для этого человека. Гипотоники, к примеру, плохо реагируют на пониженное АД, а гипертоники страдают от его еще большего повышения.
Высокое атмосферное давление – влияние на человека
Для антициклона характерна сухая, ясная и безветренная погода. Повышенное АД сопровождается чистым небом. При таких условиях не наблюдается скачков температуры. Тяжелее всего на высокое давление реагируют гипертоники – особенно пожилого возраста, – люди, страдающие заболеваниями сердечно-сосудистой системы, и аллергики. Во время антициклонов в больницах чаще фиксируются случаи инфарктов, инсультов, гипертонических кризов.
Понять, что давление повышенное, можно, зная, какое нормальное атмосферное давление для человека. Если тонометр показывает значение на 10-15-20 единиц его превышающее, такое АД уже считается высоким. Кроме того, повышение давления определяется по таким симптомам, как:
- головная боль;
- пульсация в голове;
- гиперемия лица;
- шум и свист в ушах;
- тахикардия;
- рябь перед глазами;
- слабость;
- быстрая утомляемость.
Как влияет на людей низкое атмосферное давление
Первыми пониженное АД начинают чувствовать сердечники и люди, страдающие от внутричерепного давления. Они ощущают общую слабость, недомогание, жалуются на мигрени, одышку, недостаток кислорода и иногда боли в области кишечника. Циклон сопровождается повышением температуры и влажности. Организмы гипотоников на это реагируют расширением сосудов с понижением их тонуса. Клеткам и тканям при этом не достается достаточного количества кислорода.
Характерными для пониженного атмосферного давления также считаются такие признаки:
- учащенное и затрудненное дыхание;
- приступообразная спазматическая головная боль;
- тошнота;
- упадок сил.
Метеозависимость – как с ней бороться?
Эта проблема сложная и неприятная, но справиться с нею можно.
Как бороться с метеозависимостью гипотоникам:
- Здоровый и продолжительный – не менее 8 часов – сон укрепляет иммунитет и делает его более устойчивым к перепадам АД.
- Для тренировки сосудов подойдут обливания или регулярный контрастный душ.
- Улучшить самочувствие помогают иммуномодуляторы и тонизирующие средства.
- Не стоит подвергать организм слишком сильным физическим нагрузкам.
- В рацион обязательно нужно включить продукты, содержащие бета-каротин и аскорбиновую кислоту.
Советы для гипертоников немного другие:
- В пищу рекомендуется употреблять больше овощей и фруктов, в составе которых содержится калий. Соли, жидкости из рациона лучше исключить.
- На протяжении дня следует несколько раз принимать душ – легкий, контрастный.
- Регулярно мерять давление и при необходимости принимать
- В период повышенного АД не браться за сложные дела, требующие высокой концентрации внимания.
- Не подниматься на большую высоту в период установившегося антициклона.
Цели и задачи: продолжить формирование знаний и представлений об атмосфере; разобрать с учащимися новые понятия и определения; рассмотреть виды, величину, причины изменения и способы измерения Ат. Д.; доказать учащимся существование Ат. Д.; показать интеграцию с биологией – растения-барометры; формировать умение обобщать, выделять главное, проводить аналогию, выявлять причинно-следственные связи; приобщать к географическим терминам, формировать сознательную дисциплину.
Форма урока:
беседа, демонстрация опыта, доказывающего существование Ат. Д (лист бумаги и стакан с водой). Решение практических задач по Ат. Д.Тип урока:
объяснение нового материала.Оборудование:
барометр-анероид, стакан с водой, лист бумаги, учебник, атлас для 6 класса.Термины и понятия:
Ат. Д., нормальное давление, барометр ртутный, барометр-анероид. Эванджелист Торричелли объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, проблемный.ХОД УРОКА
1. Организацонный момент.
2. Новая тема после практической работы.
Всякое вещество имеет свой вес и массу и даже воздух. Воздух оказывает давление на все предметы, с которыми соприкасается, например, опыт со стаканом воды и листом бумаги.
Масса 1м 3 воздуха над уровнем моря равна 1 кг 300 г
Если взять столб воздуха от земной поверхности до верхней границы атмосферы, то окажется, что на 1см 2 поверхности, воздух давит с такой же силой, как гиря массой 1 кг 33 г (1 м 2 =10 000 см 2 x 1,33 =13 300 кг (13 т 300 кг)
Давайте попробуем вычислить давление, оказываемое атмосферой на вашу ладонь.
Площадь ладони равна 60 см 2 x 1,33 кг = 79,8 кг
Ребята, а почему мы или другие живые организмы не ощущаем давление, которое давит на нас? (Т.к. оно уравновешивается внутренним давлением, существующим внутри человеческого организма). Вот мы с вами и подошли к определению – Атмосферное давление – это сила, с которой воздух давит на земную поверхность и все находящиеся на ней предметы (записать в тетради ).
А кто же измерил и установил что такое атмосферное давление?
В XVII в. Итальянский учёный Э. Торричелли доказал, что атмосферное давление существует.
Он провёл такой опыт: Взял трубку высотой 1 м, с одного конца запаял и налил ртуть (это жидкий ядовитый металл Нg) перевернул трубку в чашу с ртутью и открыл, часть ртути вылилась, а часть осталась в трубке. Если Атм. Д. ослабеет, то ртуть ещё немного выльется, если повыситься, то столбик ртути поднимется.
Что же мешало ртути вылиться полностью? (Давление воздуха давит на ртуть в чашке и не даёт ртути вылиться) что и показал опыт со стаканом с водой.
Сейчас обратимся к учебнику стр. 144
Установлено, что нормальным Атм. Д. является 760 мм рт.ст. на уровне моря у параллели 45° (рис. 72) записать в тетрадь.
Чем же измеряют Атм. Д.?
Барометр (ртутный) от греческого барос-тяжесть, метрео-измеряю. Используется на всех метеорологических станциях, где помимо ещё установлен и барограф (графо-пишу).
Анероид (без жидкости) коробочка, из которой выкачан воздух. Если давление увеличивается, коробочка сжимается, если уменьшается, коробочка расширяется, стрелка показывает изменение её объёма.
Если Атм. Д. понижается – то это к (к дождю)
Если повышается – то это к 
(к ясной
погоде)
Но как же происходит изменение атмосферного давления?
Давайте ещё раз обратимся к рис. 72
Вывод: значит с высотой давление будет понижаться . А через сколько метров?
С высотой воздух становится менее плотным, кислород в нём уменьшается, дышать становится труднее. Поэтому, когда человек поднимается в горы уже на высоте 300 м, начинает чувствовать себя плохо – появляется отдышка, головокружение, кровотечение из носа.
Через каждые 10,5 м Атм. Д. понижается на 1 мм рт. ст.
Атмосферное давление изменяется и от температуры . Тёплый воздух легче (расширяется) – Атм.Д. – низкое ; холодный воздух тяжелее (сжимается) Атм. Д. – высокое .
В природе существуют растения, которые могут чувствовать изменение Атм.Д. и предсказывать погоду (клевер, фиалка, горицвет, полевой вьюнок, белая кувшинка – “Занимательная биология” стр. 83; репродукции цветов взять у учителя биологии).
Где вам может пригодиться изучаемый сейчас на уроке материал? (Ответы учеников).
3. Закрепление
Вопрос № 2.
а) холодная погода – повышается Атм. Д.
б) тёплая погода – понижается Атм. Д.
Вопрос № 5. Высота г. Казань по атласу 200 м; широта 54,5° с.ш. Необходимо узнать какое давление в г. Казань? 200 м / 10,5 м = 19,04 мм; 760 мм – 19,04 =741 мм рт.ст.
Задача: У подножия горы на высоте 2300 м над уровнем океана давление воздуха равно 756 мм, а на вершине горы в то же самое время 720 мм. Определите относительную и абсолютную высоту горы?
756 мм – 720 мм = 36мм x 10,5 м = 478 м (относительная высота)
478 м + 200 м = 678 м (абсолютная высота)
Рисунок №1
Задача: Если у подножия горы давление 760 мм, то какое давление будет на высоте 336 м?
336 м / 10,5 м = 32 мм;
760 мм – 32 мм = 728 мм рт.ст.
4. Домашнее задание: § 38 вопрос №3; №4
За нормальное атмосферное давление принято брать давление воздуха на уровне моря на широте 45 градусов при температуре в 0оС. В этих идеальных условиях столб воздуха давит на каждый площади с такой же силой, как столб ртути высотой 760 мм. Данная цифра и является показателем нормального атмосферного давления.
Атмосферное давление зависит от высоты местности над уровнем моря. На возвышенности показатели могут отличаться от идеальных, но при этом они тоже будут считаться нормой.
Нормы атмосферного давления в разных регионах
С повышением высоты атмосферное давление понижается. Так, на высоте пять километров показатели давления будут примерно в два раза меньше, чем внизу.Из-за расположения Москвы на возвышенности, нормой давления здесь считаются показатели 747-748 мм столба. В Санкт-Петербурге нормальное давление – 753-755 мм ртутного столба. Такая разница объясняется тем, что город на Неве расположен ниже по сравнению с Москвой. В некоторых районах Петербурга можно встретить норму давления в идеальные 760 мм ртутного столба. Для Владивостока нормальным давлением является 761 мм ртутного столба. А в горах Тибета – 413 мм ртутного столба.
Воздействие атмосферного давления на людей
Человек ко всему привыкает. Даже если показатели нормального давления низкие по сравнению с идеальными 760 мм ртутного столба, но являются нормой для данной местности, людям будет .На самочувствие человека влияет резкое колебание атмосферного давления, т.е. понижение или повышение давления хотя бы на 1 мм ртутного столба в течение трех часов
При понижении давления возникает нехватка кислорода в крови человека, развивается гипоксия клеток организма, учащается сердцебиение. Появляются головные боли. Наблюдаются затруднения со стороны дыхательной системы. Из-за плохого кровоснабжения человека могут беспокоить боли в суставах, онемение пальцев.
Повышение давления ведет к переизбытку кислорода в крови и тканях организма. Повышается тонус сосудов, что ведет к их спазмам. Вследствие чего нарушается кровообращение организма. Могут возникать нарушения зрения в виде появления «мушек» перед глазами, головокружения, тошнота. Резкое повышение давления до больших величин может привести к разрыву ушной барабанной перепонки.
Всем известно, что формула для расчёта давления жидкости выглядит следующим образом: р=ρgh, где р - давление жидкости на дно сосуда, ρ - плотность воды, g - сила тяжести, действующая на 1кг, h - высота столба жидкости.
Но чтобы рассчитать по этой формуле атмосферное давление, нам нужно знать высоту атмосферы и плотность воздуха. Поскольку, у атмосферы определённой границы не существует, расчёт атмосферного давления по этой формуле невозможен.
Как измерить атмосферное давление? Опыт Торичелли
Но как же его тогда измерить? В этом нам помог итальянский учёный, который учился у Галилея, Эванджелиста Торричелли. Он провёл опыт, где взял стеклянную, запаянную с одного конца, трубку длиной примерно 1м и заполнил её ртутью. Другой конец трубки заткнули.
Трубку опустили заткнутым концом в чашу и открыли её, вследствие чего часть ртути вылилась в чашу. Высота столба ртути получилась примерно 760 мм. В промежутке между вершиной столба ртути и концом трубки безвоздушное пространство.
Но казалось бы, при чём тут атмосферное давление? А вот при чём: атмосфера давит на поверхность ртути, в то время как ртуть находится в равновесии. Из этого следует, что давление ртути в трубке на уровне поверхности ртути в чаше равняется атмосферному.
Если оного больше, то ртуть будет выливаться из трубки, если меньше - то ртуть из чаши будет переходить в трубку. из этого опыта следует, что атмосферное давление равняется давлению ртути в трубке (р атм = р ртути).
Теперь, измерив высоту столба ртути, мы можем посчитать атмосферное давление, которое будет равно: плотность ртути умноженную на силу тяжести, действующая на 1кг умноженную на высоту столба ртути. Это и будет атмосферное давление.
Атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба
Так как в опыте Торричелли чем выше атмосферное давление, тем выше столб ртути в трубке, стало принято измерять атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Если давление будет 760 мм рт. ст., то высота столба ртути в трубке будет равна 760мм соответственно.
Проведём параллель с известной нам единицей измерения давления - паскалем (Па). Итак, давление 1 мм рт. ст. равняется...
р = gρh, p = 9,8 Н/кг * 13600 кг/м^3 * 0,001м ≈ 133,3 Па.
Равняется 133,3 Па, где 9,8 Н/кг - сила тяжести, действующая на 1кг 13600 кг/м^3 - плотность (ρ) ртути, а 0,001 м - 1 миллиметр ртутного столба.
В сводках погоды можно услышать, что атмосферное давление равно 1030 гектопаскалям (1030 гПа). Это то же самое, что и 760 мм рт. ст. и является нормальным атмосферным давлением.
Не секрет, что атмосферное давление нестабильно и меняется на протяжение дня. Зачастую, это происходит от изменения погоды.
Сейчас никто не измеряет линейкой высоту столба ртути в трубке. Для измерения атмосферного давления используют ртутный барометр (от греч. барос - тяжесть и метро - измерять). Самый простейший ртутный барометр получится, если к трубке с ртутью, которая использовалась в опыте Торричелли, прикрепить вертикальную измерительную шкалу.