Көптеген адамдар биіктік артқан сайын ауа қысымы төмендейтінін біледі. Неліктен ауа қысымы биіктікке қарай төмендейді деген сұрақты қарастырыңыз, қысымның биіктікке тәуелділігінің формуласын беріңіз, сонымен қатар алынған формуланы пайдаланып есепті шешудің мысалын қарастырыңыз.
Ауа дегеніміз не?
Ауа – бұл планетамыздың атмосферасын құрайтын түссіз газдар қоспасы. Оның құрамында көптеген әртүрлі газдар бар, олардың негізгілері азот (78%), оттегі (21%), аргон (0,9%), көмірқышқыл газы (0,03%) және т.б.
Физика тұрғысынан алғанда, Жердегі бар жағдайларда ауаның әрекеті идеал газ заңдарына бағынады - модельге сәйкес газдың молекулалары мен атомдары бір-бірімен әрекеттеспейтін, өлшемдерімен салыстырғанда олардың арасындағы қашықтық өте үлкен, ал бөлме температурасындағы қозғалыс жылдамдығы шамамен 1000 м/с.
Ауа қысымы
Қысымның биіктікке тәуелділігі туралы сұрақты қарастыра отырып, нені білдіретінін анықтау керек.физикалық тұрғыдан алғанда «қысым» ұғымы болып табылады. Ауа қысымы деп ауа бағанының бетіне басатын күші түсініледі. Физикада ол паскальмен (Па) өлшенеді. 1 Па 1 м2 2 бетіне перпендикуляр 1 Ньютон (N) күш қолданылатынын білдіреді. Осылайша, 1 Па қысым өте аз қысым болып табылады.
Теңіз деңгейінде ауа қысымы 101 325 Па. Немесе, дөңгелектеу, 0,1 МПа. Бұл мән 1 атмосфераның қысымы деп аталады. Жоғарыдағы суретте 1 м2 платформада 100 кН күшпен ауа пресстері айтылады! Бұл үлкен күш, бірақ адам оны сезбейді, өйткені оның ішіндегі қан осындай қысым жасайды. Сонымен қатар, ауа сұйық заттарға жатады (сұйықтар да оларға жатады). Және бұл оның барлық бағытта бірдей қысым көрсететінін білдіреді. Соңғы факт атмосфераның адамға әртүрлі жағынан қысымы өзара өтелетінін көрсетеді.
Қысымның биіктікке тәуелділігі
Біздің планетамыздың атмосферасын жердің тартылыс күші ұстап тұрады. Гравитациялық күштер биіктік артқан сайын ауа қысымының төмендеуіне де жауапты. Әділдік үшін, тек жердің тартылыс күші қысымның төмендеуіне әкелмейтінін атап өткен жөн. Сондай-ақ температураны төмендету де ықпал етеді.
Ауа сұйық болғандықтан, ол үшін қысымның тереңдікке (биіктікке) тәуелділігінің гидростатикалық формуласын қолдануға болады, яғни ΔP=ρgΔh, мұндағы: ΔP – қысым мөлшері өзгертубиіктікті Δh өзгерткенде, ρ - ауа тығыздығы, g - еркін түсу үдеуі.
Ауаның идеалды газ екенін ескере отырып, идеал газ күй теңдеуінен ρ=Pm/(kT), мұндағы m – 1 молекуланың массасы, T – оның температурасы, k Больцман тұрақтысы.
Жоғарыдағы екі формуланы біріктіріп, нәтижесінде қысым мен биіктікке арналған теңдеуді шешіп, келесі формуланы алуға болады: Ph=P0e-mgh/(kT) мұнда Ph және P0- тиісінше h биіктіктегі және теңіз деңгейіндегі қысым. Алынған өрнек барометрлік формула деп аталады. Оны биіктік функциясы ретінде атмосфералық қысымды есептеу үшін пайдалануға болады.
Кейде практикалық мақсат үшін кері есепті шығару керек, яғни қысымды біле отырып, биіктікті табу керек. Барометрлік формуладан биіктіктің қысым деңгейіне тәуелділігін оңай алуға болады: h=kTln(P0/Ph)/(м г).
Есептерді шешу мысалы
Боливияның Ла-Пас қаласы әлемдегі «ең биік» астана. Түрлі деректерден қаланың теңіз деңгейінен 3250 метрден 3700 метрге дейінгі биіктікте орналасқаны шығады. Тапсырма - Ла-Пас биіктігіндегі ауа қысымын есептеу.
Мәселені шешу үшін қысымның биіктікке тәуелділігі формуласын қолданамыз: Ph=P0e -mg h/(kT), мұндағы: P0=101 325 Па, g=9,8 м/с 2, k=1,3810-23 J/K, T=293 K (20 oC), сағ=3475 м (орташа 3250 м мен3700 м), м=4, 81710-26 кг (ауаның молярлық массасын 29 г/моль ескере отырып). Сандарды ауыстырсақ, мынаны аламыз: Ph=67,534 Па.
Осылайша, Боливияның астанасындағы ауа қысымы теңіз деңгейіндегі қысымның 67% құрайды. Төмен ауа қысымы адам таулы аймақтарға шыққанда бас айналуды және дененің жалпы әлсіздігін тудырады.
