Под атмосферным давлением подразумевается давление толщи атмосферного воздуха на поверхность Земли и предметы, расположенные на ней. Степень давления соответствует весу атмосферного воздуха с основанием определённой площади и конфигурации.
Основной единицей измерения атмосферного давления в системе СИ выступает Паскаль (Па). Помимо Паскалей также используются другие единицы измерения:
- Бар (1 Ба=100000 Па);
- миллиметр ртутного столба (1 мм рт. ст.= 133,3 Па);
- килограмм силы на квадратный сантиметр (1 кгс/см 2 =98066 Па);
- техническая атмосфера (1 ат=98066 Па).
Приведённые выше единицы измерения используются в технических целях, за исключением миллиметров ртутного столба, который служит для прогнозов погоды.
В роли основного прибора для измерения атмосферного давления выступает барометр. Устройства делятся на два типа - жидкостные и механические. Конструкция первых основана на колб, заполненной ртутью и погружённой открытым концом в сосуд с водой. Вода в сосуде передаёт давления столба атмосферного воздуха ртути. Его высота и выступает в роли показателя давления.
Механические барометры более компактны. Принцип их работы заключен в деформации металлической пластины под действием атмосферного давления. Деформирующаяся пластина давит на пружину, а та, в свою очередь, приводит в движение стрелку прибора.
Влияние атмосферного давления на погоду
Атмосферное давление и его влияние на состояние погоды разнится в зависимости от места и времени. Оно меняется в зависимости от высоты над уровнем моря. Более того, существуют динамические изменения, связанные с движением областей высокого (антициклоны) и низкого давления (циклоны).
Изменения в погоде, связанные с атмосферным давлением, возникают из-за движения воздушных масс между областями с разным давлением. Перемещение воздушных масс образуют ветер, скорость которого зависит от разницы давлений в локальных областях, их масштабов и удаления друг от друга. Кроме того, движения воздушных масс приводят к изменению температуры.
Стандартное атмосферное давление равняется 101325 Па, 760 мм рт. ст. или 1,01325 бар. Однако человек может спокойно переносить широкий спектр давления. К примеру, в городе Мехико, столице Мексике с населением в почти 9 млн. человек, средний показатель атмосферного давления составляет 570 мм рт. ст.
Таким образом, величина стандартного давления определена точно. А комфортное давление имеет значительный диапазон. Эта величина достаточно индивидуальна и полностью зависит от условий, в которых родился и проживал конкретный человек. Так, резкое перемещение из зоны с относительно высоким давлением в область более низкого может отразиться на работе кровеносной системы. Однако при длительной акклиматизации негативное влияние сходит на нет.
Повышенное и пониженное атмосферное давление
В зонах высокого давления погода носит спокойный характер, небо безоблачно, а ветер умеренный. Высокое атмосферное давление летом приводит к жаре и засухам. В зонах низкого давления погода носит преимущественно облачный характер с ветром и осадками. Благодаря таким зонам летом настаёт прохладная облачная погода с дождём, а зимой случаются снегопады. Высокая разность давления в двух областях выступает одним из факторов, приводящих к образованию ураганов и штормовых ветров.
Человек научился использовать силу давления воздуха очень давно. Это проявлялось во всех областях его деятельности: люди заставляли ветер перемещать лодки под парусами, с помощью воздушных потоков вращались крылья ветряных мельниц. Но самое удивительно то, что на протяжении столетий никто не мог доказать, что воздух обладает весом. Лишь в семнадцатом веке поставили опыт, в результате которого установили: воздух, все-таки, имеет вес.
Герцог Тосканский в далеком 1640 году придумал фонтан, который он пожелал установить на террасе собственного дворца. Для этого сооружения предполагалось брать воду из озера, расположенного поблизости. Но, как ни старались рабочие, вода подниматься выше десяти метров не хотела. Странное явление обеспокоило герцога, и он обратился к мудрому старцу Галилею. Но даже великий ученый не смог сразу найти причину этому явлению. Тогда за дело взялся Торричелли, ученик Галилея, который после продолжительных опытов смог доказать, что у воздуха есть масса. Чуть позже, благодаря этому открытию, был изобретен барометр.
Самочувствие человека и атмосферное давление
Влияние атмосферного давления на наш организм неизбежно, но с этим можно бороться: не нервничать, не нагружать себя физически, принимать травы.
Стоит ли говорить, что влияние атмосферного давления на человека не могло не заинтересовать ученых. Исследователи давно заметили, что на самочувствие человека, проживающего в определенной местности длительное время, нормальное давление не оказывает большого влияния. Даже пребывание в условиях повышенного атмосферного давления никак не сказывается на здоровье и самочувствии. Но, все-таки, медики доказали, что при высоком давлении у человека заметно сокращается частота пульса, а также происходит снижение кровяного давления. Дыхание становится глубоким, но более редким. Немного ухудшается обоняние, слух, а голос звучит приглушенно. Кожные покровы кажутся немного онемевшими, появляется сухость слизистых носа, глаз и ротовой полости. Следует заметить, что все перечисленные явления переносятся организмом достаточно легко. Неблагоприятные явления отмечаются при изменениях атмосферного давления. Для людей будет лучше, если давление начнет изменяться постепенно. В этом случае организм успеет подстроиться под новые условия без последствий. При низком атмосферном давлении происходит учащение дыхания, также увеличивается частота сердечных сокращений, но сила ударов сердца становится более слабой. В крови повышается количество красных кровяных телец. С понижением атмосферного давления возможно такое явление, как кислородное голодание. Это обусловлено тем, что при нормальном функционировании системы кровообращения и органов дыхания, в организм поступает меньше кислорода.
Какое атмосферное давление считается нормальным?
Атмосферным давлением принято считать давление воздуха на земную поверхность и все предметы, находящиеся на ней. В любой точке атмосферы давление будет равно весу вышестоящего столба воздуха с основанием, равным единице площади поверхности. Согласно международной системе единиц, базовой единицей измерения атмосферного давления считается гектопаскаль. Но также допускается использование старых единиц измерения — миллибара и миллиметра ртутного столба. Как известно, нормальное атмосферное давление — это давление, составляющее 760 мм ртутного столба при температуре ноль градусов по Цельсию. Кроме того, измерение атмосферного давления помогает предсказать изменение погоды. Отмечается прямая зависимость между изменениями погоды и изменением атмосферного давления.
Отвечая на вопрос, какое атмосферное давление считается нормальным, надо отметить, что давление может изменяться и с высотой. Газ хорошо сжимается, поэтому, чем сильнее он сжат, тем выше его плотность, соответственно, давление будет больше. Слои воздуха, расположенные снизу, сжаты всеми слоями, находящимися выше. Чем дальше от земной поверхности, тем воздух более разрежен. Его плотность уменьшается, а, значит, атмосферное давление будет низким. Все метеостанции находятся на разных высотах по отношению к уровню моря. Поэтому, для создания единой системы измерений, было принято представлять полученные показатели с учетом высоты над уровнем моря.
Стоит также знать, что давление претерпевает изменения в течение суток. В ночное время оно повышается, а днем — понижается. Происходит это в связи с перепадом температур. С увеличением широты, амплитуда изменения атмосферного давления уменьшается, но ближе к полюсам непериодические изменения АД становятся более заметными для человека. Ввиду различного распределение АД по поверхности Земли, происходит движение атмосферных фронтов и воздушных масс, что определяет скорость и направление ветра.
Конечно, изменить влияние атмосферного давления на человека мы не в силах, но помочь собственному организму не так сложно. Чтобы пережить тяжелый период, необходимо успокоиться, по возможности уменьшить физическую нагрузку и не паниковать. Людям, у которых адаптация проходит особенно сложно, следует обратиться к врачу за советом. Доктор назначит лекарственные средства и даст индивидуальные рекомендации.
Наша Земля имеет атмосферу, оказывающую давление на все, что находится внутри нее. В 1634 году итальянский ученый Торричелли первым определил величину, которой равно атмосферное давление. Влияние на человека его изменений изучают ученые самых разных специальностей. Как оказалось, атмосферное давление зависит от температуры, плотности воздуха, высоты, силы притяжения, широты местности. Оно подвержено постоянным колебаниям.
Какое атмосферное давление считается нормальным? Чему оно равно? Физики отвечают: 760 миллиметрам ртутного столба. Измерение должно проводиться точно на уровне моря, а температура должна соответствовать 15 градусам.
На квадратный сантиметр тела нормальное давление действует как вес, равный 1,033 кг, но мы его не замечаем. Это потому, что газы воздуха растворены в тканевых жидкостях. Они полностью уравновешивают давление атмосферы. Нарушение равновесия при переменах погоды воспринимается как ухудшение самочувствия. Какое атмосферное давление считается нормальным? Очевидно, то, которое не оказывает отрицательного влияния на организм. По словам медиков, оно равно 750 мм. рт. ст.
Однако люди, проживающие в местах ниже или выше уровня моря в условиях постоянно повышенного или пониженного давления, адаптируясь, хорошо его переносят. Поэтому, какое атмосферное давление считается нормальным для здоровья, зависит также от нашей адаптации.
Отрицательное влияние оказывает не столько само атмосферное давление, сколько его быстрые изменения. Падения или подъемы давления вызывают ухудшение самочувствия, проблемы с сердцем. неощутимо. Но при быстром изменении его воздух, находящийся в различных полостях тела, действует на барорецепторы внутренних органов. У части людей появляется недомогание, боли в суставах, наблюдаются скачки давления и другие неприятные явления.
Например, болят барабанные перепонки, беспокоят боли в животе. Это бывает вызвано тем, что воздух, находящийся в полостях тела, давит на их стенки. Особенно это ощущается во время циклонов. Антициклоны обладают меньшим отрицательным влиянием на организм.
Могут появиться боли в сердце, приступы сердцебиения, нарушения сердечного ритма. Головокружение, сердечные боли, затруднение дыхания - вот самые типичные жалобы. Нервная система реагирует повышенной тревожностью, раздражительностью. У некоторых людей повышается агрессивность, конфликтность. Виной всему импульсы, поступающие от барорецепторов в мозг во время перемены атмосферного давления.
Зависимость самочувствия от погоды - вот что такое метеозависимость. Она наиболее выражена у людей с хроническими заболеваниями сосудов, сердца, легких и суставов.
Какое атмосферное давление считается нормальным в вашей местности, можно узнать на метеостанции. Обычно же метеорологи при составлении прогнозов давление в каждой конкретной точке приводят к давлению на уровне моря по специальной формуле.
Изменение давления атмосферы имеет особенное значение при подъеме на большую высоту. Высоко в горах уменьшается Это ведет к снижению насыщенности им крови и развитию гипоксии ‑ высотной, или горной, болезни. На большой высоте может развиться отек легких, приводящий при отсутствии лечения к смерти.
При разгерметизации кабины самолета на большой высоте резкое падение давления ведет к тому, что все жидкости человеческого организма закипают. Развивается воздушная эмболия сосудов, параличи, парезы и инфаркты различных органов.
Атмосферное давление необходимо учитывать не только при подъеме на большую высоту, но также при работах, связанных с переходом в среду с пониженным или Для этого пользуются специальными кессонными камерами. Нарушение техники безопасности во время работы в них может приводить к кессонной болезни.
Если вы страдаете метеозависимостью, следите за прогнозами погоды. Вовремя принятые медикаменты позволят вам легче перенести скачки атмосферного давления.
Как бы современный человек ни пытался отгородиться от природы, показать себя самостоятельной единицей, окружающая среда оказывает на него свое влияние. Это было установлено еще в древности, хотя связь между самочувствием и атмосферным давлением доказали не сразу.
Почему так происходит, какое атмосферное давление считается нормальным для человека?
Почему необходимо знать показатели атмосферного давления?
Долгое время воздух людям представлялся чем-то абсолютно невесомым, даже несмотря на то, что его давление использовалось с вполне четкими целями: надуть парус корабля, запустить работу лопастей мельницы. Только в середине 17 столетия учеником Галилея был изобретен барометр - прибор, позволяющий отследить колебания воздуха. Именно тогда стало ясно, что на каждый квадратный сантиметр поверхности Земли воздух давит с силой в 1,033 кг, а если учитывать размеры тела, то на человека ежедневно оказывает давление около 16000 кг воздуха. Дискомфорта не происходит лишь потому, что данный объем распределяется равномерно и, вдобавок, встречает сопротивление изнутри, от внутренних органов, в которых тоже есть кислород в растворенном виде.
- Барометр выдает результат измерений в миллиметрах ртутного столба - сокращенно «мм.рт.ст.». Нормальное атмосферное давление для человека находится в пределах 750-760 единиц. Это самый оптимальный коридор, с учетом рельефа Земли.
Установленная норма атмосферного давления меняется для каждого региона: для Москвы средним считается 747-748 мм.рт.ст., а вот в Санкт-Петербурге норма значительно выше - это 753-755 мм.рт.ст. Однако это не означает, что каждым жителем города такие показатели будут восприниматься правильно: некоторым необходимы те самые 750-760 мм.рт.ст., вне зависимости от места проживания - временного или постоянного. При этом летом цифры всегда выше, чем зимой.
- В течение суток изменения атмосферного давления на 1-2 единицы в любую сторону считаются нормальным явлением и не оказывают влияния на состояние человека. Ухудшение самочувствия наблюдаются при искажениях на 2-3 единицы за 3 часа.
- Нормальное атмосферное давление по всей поверхности земного шара невозможно: оно связано с рельефом и удаленностью (в высоту) от уровня моря, поэтому в гористой местности серьезно падает. Кроме того, чем ближе к северному или южному полюсу, тем сильнее ощущаются эти перепады. В зоне Экватора, напротив, благодаря равнинной местности, таких скачков почти нет.
- Примечательно, что даже подъем на 100 м, что часто происходит с теми, кто вынужден находиться в высотных домах, уже приводит к попаданию в зону изменения атмосферного давления. Но человек, часто подверженный этому, быстро адаптируется.
Организм человека - очень гибкий, при должных тренировках он может приспособиться к колебаниям атмосферного давления (в определенных пределах), и длительное его снижение или повышение пройдет безболезненно. Спортсмены в силу измененных показателей физической выносливости могут долгое время находиться в условиях низкого атмосферного давления и чувствовать себя хорошо. Но обычный человек зачастую все колебания ощущает на себе, особенно если они происходят не пределах 2-3 единиц, и случаются за короткий срок.
Акклиматизация после долгого перелета, т.е. смены часовых и климатических поясов - один из самых простых примеров воздействия на организм изменений атмосферного давления.
Как атмосферное давление влияет на человека ?
Когда сила тяжести воздуха, оказываемая на тело, увеличивается, либо резко уменьшается, должна изменяться и активность внутреннего сопротивления. Таким образом, происходит реакция сосудов, в которых кислород смешан с кровью. В ответ на колебания атмосферного давления внутри человека начинаются колебания давления артериального. Если организм здоров, сосуды быстро и плавно адаптируются, особых проблем не возникнет, изменения «пройдут мимо». Но если они очень вяло сжимаются и разжимаются, нормальный ток крови нарушается: сгущается, идет толчками, или, напротив, едва проходит свой путь. Это характерно лицам с патологиями сердечно-сосудистой системы.
- Для того чтобы не реагировать остро на такие ситуации, врачи советуют уделять внимание укреплению сосудов и повышению их адаптации: контрастный душ, пешие прогулки, гимнастика, физические нагрузки - все это естественным образом тренирует сердечно-сосудистую систему.
Однако далеко не всегда подобный шаг спасает от метеозависимости. Тем более что влияние атмосферного давления на артериальное давление человека - не единственный негативный момент. Присутствует и взаимосвязь между дыхательной системой и тяжестью воздуха, особенно для человека, живущего в мегаполисе, где ситуация усугубляется загазованностью, дефицитом кислорода из-за обилия «бетонных коробок» и почти полного отсутствия зеленых насаждений. Также страдает иммунная система, поскольку происходит уменьшение доли лейкоцитов, что приводит к ослаблению защитных функций организма. Случайно залетевший вирус может стать причиной длительной и тяжелой болезни.
- Основная группа риска по метеозависимости - гипертоники, лица с сердечными патологиями, нарушениями внутричерепного давления, астматики, аллергики. Также высока вероятность остро реагировать на колебания атмосферного давления у офисных работников, которым приходится находиться в душных помещениях и на большой высоте.
Воздействие природной нестабильности отражается как на физическом состоянии человека, так и на психологическом:
- Невозможность сделать полноценный вдох, ощущение нехватки кислорода - самая частая жалоба, которую фиксируют врачи. Помимо этого может добавляться одышка при минимальной физической нагрузке (вплоть до обычной пешей прогулки по ровной местности), аритмия, тахикардия.
- Появляются головные боли (чаще всего - мигрени, хотя возможно ощущение «обруча» или боль в затылочной части), слабость, потеря концентрации, сонливость, ощущение тяжести в конечностях.
- Некоторые люди реагируют на скачки атмосферного давления расстройством кишечника и/или болями в эпигастральной области. Нарушение кровообращения может приводить к потере чувствительности или охлаждению конечностей.
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.
