ბევრმა ადამიანმა იცის, რომ სიმაღლის მატებასთან ერთად ჰაერის წნევა იკლებს. განვიხილოთ კითხვა, თუ რატომ მცირდება ჰაერის წნევა სიმაღლესთან ერთად, მიეცით ფორმულა სიმაღლეზე წნევის დამოკიდებულების შესახებ და ასევე განიხილეთ პრობლემის გადაჭრის მაგალითი მიღებული ფორმულის გამოყენებით.
რა არის ჰაერი?
ჰაერი არის აირების უფერო ნარევი, რომელიც ქმნის ჩვენი პლანეტის ატმოსფეროს. იგი შეიცავს ბევრ სხვადასხვა გაზს, მათ შორის მთავარია აზოტი (78%), ჟანგბადი (21%), არგონი (0.9%), ნახშირორჟანგი (0.03%) და სხვა.
ფიზიკის თვალსაზრისით, ჰაერის ქცევა დედამიწაზე არსებულ პირობებში ემორჩილება იდეალური გაზის კანონებს - მოდელი, რომლის მიხედვითაც გაზის მოლეკულები და ატომები არ ურთიერთობენ ერთმანეთთან. მათ შორის მანძილი დიდია მათ ზომებთან შედარებით და გადაადგილების სიჩქარე ოთახის ტემპერატურაზე დაახლოებით 1000 მ/წმ.
ჰაერის წნევა
სიმაღლეზე წნევის დამოკიდებულების საკითხის გათვალისწინებით, თქვენ უნდა გაარკვიოთ რას წარმოადგენსარის „წნევის“ცნება ფიზიკური თვალსაზრისით. ჰაერის წნევა გაგებულია, როგორც ძალა, რომლითაც ჰაერის სვეტი აჭერს ზედაპირზე. ფიზიკაში ის იზომება პასკალებში (Pa). 1 Pa ნიშნავს, რომ 1 ნიუტონის ძალა (N) გამოიყენება პერპენდიკულარულად 1 მ2 ზედაპირზე2. ამრიგად, 1 Pa წნევა არის ძალიან მცირე წნევა.
ზღვის დონეზე ჰაერის წნევა არის 101,325 Pa. ან დამრგვალება, 0.1 მპა. ამ მნიშვნელობას ეწოდება 1 ატმოსფეროს წნევა. ზემოთ მოყვანილი ფიგურა ამბობს, რომ 1 მ2 პლატფორმაზე საჰაერო წნეხი 100 kN ძალით! ეს დიდი ძალაა, მაგრამ ადამიანი ამას ვერ გრძნობს, ვინაიდან მის შიგნით სისხლი მსგავს წნევას ქმნის. გარდა ამისა, ჰაერი ეხება თხევად ნივთიერებებს (სითხეებიც მათ ეკუთვნის). და ეს ნიშნავს, რომ იგი ახორციელებს ერთსა და იმავე წნევას ყველა მიმართულებით. ბოლო ფაქტი მიუთითებს იმაზე, რომ ატმოსფეროს სხვადასხვა მხრიდან ზეწოლა ადამიანზე ურთიერთ კომპენსირებულია.
ზეწოლის დამოკიდებულება სიმაღლეზე
ატმოსფერო ჩვენი პლანეტის ირგვლივ დედამიწის გრავიტაციით იმართება. გრავიტაციული ძალები ასევე პასუხისმგებელნი არიან ჰაერის წნევის ვარდნაზე სიმაღლის მატებასთან ერთად. სამართლიანობისთვის უნდა აღინიშნოს, რომ არა მხოლოდ დედამიწის გრავიტაცია იწვევს წნევის შემცირებას. და ტემპერატურის დაწევა ასევე ხელს უწყობს.
რადგან ჰაერი სითხეა, მაშინ მისთვის შეგიძლიათ გამოიყენოთ ჰიდროსტატიკური ფორმულა წნევის დამოკიდებულების სიღრმეზე (სიმაღლეზე), ანუ ΔP=ρgΔh, სადაც: ΔP არის წნევის ოდენობა. შეცვლასიმაღლის Δh-ით შეცვლისას, ρ - ჰაერის სიმკვრივე, g - თავისუფალი ვარდნის აჩქარება.
თუ გავითვალისწინებთ, რომ ჰაერი იდეალური აირია, იდეალური აირის განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ ρ=Pm/(kT), სადაც m არის 1 მოლეკულის მასა, T არის მისი ტემპერატურა, k. არის ბოლცმანის მუდმივი.
ზემოხსენებული ორი ფორმულის გაერთიანებით და წნევისა და სიმაღლის განტოლების ამოხსნით, შემდეგი ფორმულა შეიძლება მივიღოთ: Ph=P0e-მგსთ/(kT) სადაც Pსთ და P0- წნევა h სიმაღლეზე და ზღვის დონეზე, შესაბამისად. მიღებულ გამოხატულებას ბარომეტრული ფორმულა ეწოდება. მისი გამოყენება შესაძლებელია ატმოსფერული წნევის გამოსათვლელად, როგორც სიმაღლის ფუნქცია.
ზოგჯერ პრაქტიკული მიზნებისთვის საჭიროა შებრუნებული ამოცანის ამოხსნა, ანუ სიმაღლის პოვნა, წნევის ცოდნა. ბარომეტრული ფორმულიდან შეგიძლიათ მარტივად მიიღოთ სიმაღლის დამოკიდებულება წნევის დონეზე: h=kTln(P0/Ph)/(მ გ).
პრობლემის გადაჭრის მაგალითი
ბოლივიის ქალაქი ლა-პასი არის "ყველაზე მაღალი" დედაქალაქი მსოფლიოში. სხვადასხვა წყაროდან გამომდინარეობს, რომ ქალაქი ზღვის დონიდან 3250 მეტრიდან 3700 მეტრამდე სიმაღლეზე მდებარეობს. ამოცანაა გამოვთვალოთ ჰაერის წნევა ლა-პასის სიმაღლეზე.
პრობლემის გადასაჭრელად ვიყენებთ სიმაღლეზე წნევის დამოკიდებულების ფორმულას: Ph=P0e -მგ სთ/(კტ), სადაც: P0=101 325 Pa, გ=9,8 მ/წმ 2, k=1,3810-23 J/K, T=293 K (20 oC), სთ=3475 მ (საშუალოდ 3250 მ და3700 მ), m=4, 81710-26 კგ (ჰაერის მოლური მასის გათვალისწინებით 29 გ/მოლი). რიცხვების ჩანაცვლებით მივიღებთ: Ph=67,534 Pa.
ამგვარად, ბოლივიის დედაქალაქში ჰაერის წნევა ზღვის დონეზე წნევის 67%-ია. ჰაერის დაბალი წნევა იწვევს თავბრუსხვევას და ორგანიზმის ზოგად სისუსტეს მთიან რაიონებში ასვლისას.
