Давление воздуха в одной и той же точке земной поверхности не остаётся постоянным, но меняется в зависимости от различных процессов, происходящих в атмосфере. За «нормальную» величину атмосферного давления условно принято давление в 760 мм рт. ст. Это давление называют физической атмосферой, в отличие от технической атмосферы (1 кГ/см2), соответствующей 735 мм рт. ст. Физическая атмосфера равна 1,033 кГ/см2.
Физическая атмосфера равна давлению воздуха на уровне мирового океана. Техническая атмосфера равна давлению, создаваемому равномерно распределенной силой 1 кГ, действующей на площадь 1 см2.
Давление воздуха на уровне моря во всех пунктах земного шара близко в среднем к одной физической атмосфере. Поднимаясь вверх от уровня моря, мы заметим, что давление воздуха уменьшается; соответственной убывают его плотность и удельный вес: воздух становится все более и более разреженным.
Если открыть на вершине горы сосуд, который был плотно закупорен в долине, то часть воздуха из него выйдет. Наоборот, в сосуд, закупоренный на вершине, войдёт некоторое количество воздуха, если его открыть у подножья горы. На высоте около 5,5-6 км давление и плотность воздуха уменьшаются примерно вдвое.
Каждой высоте поднятия соответствует определенное давление воздуха; поэтому, измеряя давление в определенной точке на вершине горы или в корзине воздушного шара и зная, как изменяется атмосферное давление с высотой, можно определить высоту горы или высоту поднятия аэростата.
Поднимаясь или опускаясь по лестнице с барометром в руках, легко заметить постепенное изменение давления. Такой опыт удобно произвести на эскалаторе станции метро.
Часто барометры градуируют непосредственно на высоту поднятия. Тогда положение стрелки прямо указывает высоту, на которой находится прибор. Такие барометры называют альтиметрами. Ими снабжают самолёты; они позволяют летчику непрерывно следить за высотой своего полета.
Убывание давления воздуха при поднятии объясняется так же, как и убывание давления в морских глубинах при поднятии от дна к поверхности. Воздух на уровне моря сжат весом всей атмосферы Земли, а более высокие слои атмосферы сжаты весом только того воздуха, который лежит выше этих слоев.
Вообще изменение давления от точки к точке в атмосфере или в любом другом газе, находящемся под действием силы тяжести, подчиняется тем же законам, что и давление жидкости: давление одинаково во всех точках горизонтальной плоскости; при переходе снизу вверх давление уменьшается на величину, равную весу столба высоты перехода и его поперечного сечения площадью в одну единицу. Однако, вследствие большой сжимаемости газов, общая картина распределения давления по высоте в атмосфере оказывается совсем другой, чем для жидкости.
На малой высоте воздух плотнее, чем на большой. Поэтому вес столба воздуха вблизи земли больше, чем на высоте, а значит, и уменьшение давления при подъеме на ту же величину больше у земли, чем в верхних слоях воздуха. Таким образом, при подъеме вверх давление будет убывать неравномерно: на малой высоте, где плотность воздуха больше, давление убывает быстро; чем выше, тем меньше плотность воздуха и тем медленнее уменьшается давление.
Если имеется некоторый объем какого-либо газа, отличного от воздуха, то в нем давление также убывает снизу вверх. Ясно, что при одинаковом давлении внизу давление будет убывать с высотой быстрее для тяжёлых газов и медленнее для лёгких, так как столбик тяжёлого газа весит больше, чем столбик лёгкого газа той же высоты.
Физиологическое действие пониженного давления воздуха
Поднимаясь на горы, человек попадает в область пониженного давления воздуха; на значительной высоте понижение давления приводит к целому ряду болезненных явлений, получивших название горной болезни.
Самым важным обстоятельством является нехватка кислорода; при каждом вдохе в лёгкие человека попадает определенный объем воздуха; чем более разряжен воздух, тем меньшая масса его составной части - кислорода - попадает в лёгкие при каждом вдохе.
При умеренной высоте поднятия это отчасти компенсируется учащением дыхания; при дальнейшем поднятии становится необходимым применение кислородных приборов, дающих возможность дышать запасенным чистым кислородом. Особенно важное значение имеет применение кислородных приборов в высотной авиации.
На больших высотах искусственное питание организма чистым кислородом уже не достигает цели. На таких высотах человек может существовать лишь в герметически закрытой кабине, в которую нагнетают до достаточного давления наружный разреженный воздух.
На высотах, достигаемых искусственными спутниками Земли, атмосфера практически отсутствует. Поэтому снабжать воздухом закрытые кабины спутников можно только из взятого с собой запаса сжатого воздуха или кислорода.
Читайте также: