Banyak orang tahu bahwa ketika ketinggian meningkat, tekanan udara menurun. Pertimbangkan pertanyaan mengapa tekanan udara berkurang dengan ketinggian, berikan rumus ketergantungan tekanan pada ketinggian, dan juga pertimbangkan contoh penyelesaian masalah menggunakan rumus yang dihasilkan.
Apa itu udara?
Udara adalah campuran gas tak berwarna yang membentuk atmosfer planet kita. Ini mengandung banyak gas yang berbeda, yang utama adalah nitrogen (78%), oksigen (21%), argon (0,9%), karbon dioksida (0,03%) dan lainnya.
Dari sudut pandang fisika, perilaku udara di bawah kondisi yang ada di Bumi mematuhi hukum gas ideal - model yang menyatakan bahwa molekul dan atom gas tidak berinteraksi satu sama lain, jarak di antara mereka sangat jauh dibandingkan dengan ukurannya, dan kecepatan pergerakan pada suhu kamar sekitar 1000 m/s.
Tekanan udara
Mempertimbangkan pertanyaan tentang ketergantungan tekanan pada ketinggian, Anda harus mencari tahu apa yang mewakiliadalah konsep "tekanan" dari sudut pandang fisik. Tekanan udara dipahami sebagai gaya yang menekan kolom udara pada permukaan. Dalam fisika, diukur dalam pascal (Pa). 1 Pa berarti bahwa gaya 1 newton (N) diterapkan secara tegak lurus ke permukaan 1 m22. Jadi, tekanan 1 Pa adalah tekanan yang sangat kecil.
Di permukaan laut, tekanan udara adalah 101.325 Pa. Atau, pembulatan, 0,1 MPa. Nilai ini disebut tekanan 1 atmosfer. Gambar di atas mengatakan bahwa pada platform 1 m2 tekanan udara dengan kekuatan 100 kN! Ini adalah kekuatan yang besar, tetapi seseorang tidak merasakannya, karena darah di dalam dirinya menciptakan tekanan yang sama. Selain itu, udara mengacu pada zat cair (cairan juga milik mereka). Dan ini berarti bahwa ia memberikan tekanan yang sama ke segala arah. Fakta terakhir menunjukkan bahwa tekanan atmosfer dari sisi yang berbeda pada seseorang saling mengimbangi.
Ketergantungan tekanan pada ketinggian
Atmosfer di sekitar planet kita ditahan oleh gravitasi bumi. Gaya gravitasi juga bertanggung jawab atas penurunan tekanan udara dengan meningkatnya ketinggian. Dalam keadilan, perlu dicatat bahwa tidak hanya gravitasi bumi yang menyebabkan penurunan tekanan. Dan juga menurunkan suhu juga berkontribusi.
Karena udara adalah cairan, maka untuk itu Anda dapat menggunakan rumus hidrostatik untuk ketergantungan tekanan pada kedalaman (tinggi), yaitu, P=gΔh, di mana: P adalah jumlah tekanan mengubahsaat mengubah ketinggian sebesar h, - kerapatan udara, g - percepatan jatuh bebas.
Mengingat bahwa udara adalah gas ideal, maka persamaan gas ideal menyatakan bahwa=Pm/(kT), di mana m adalah massa 1 molekul, T adalah suhunya, k adalah konstanta Boltzmann.
Menggabungkan kedua rumus di atas dan menyelesaikan persamaan yang dihasilkan untuk tekanan dan tinggi, dapat diperoleh rumus berikut: Ph=P0e-mgh/(kT) di mana Ph dan P0- tekanan pada ketinggian h dan di permukaan laut, masing-masing. Ekspresi yang dihasilkan disebut rumus barometrik. Ini dapat digunakan untuk menghitung tekanan atmosfer sebagai fungsi dari ketinggian.
Kadang-kadang untuk tujuan praktis perlu untuk memecahkan masalah kebalikan, yaitu untuk menemukan ketinggian, mengetahui tekanan. Dari rumus barometrik, Anda dapat dengan mudah mendapatkan ketergantungan ketinggian pada tingkat tekanan: h=kTln(P0/Ph)/(m g).
Contoh penyelesaian masalah
Kota La Paz di Bolivia adalah ibu kota "tertinggi" di dunia. Dari berbagai sumber diketahui bahwa kota ini terletak pada ketinggian 3.250 meter sampai 3.700 meter di atas permukaan laut. Tugasnya adalah menghitung tekanan udara di ketinggian La Paz.
Untuk menyelesaikan masalah, kami menggunakan rumus ketergantungan tekanan pada ketinggian: Ph=P0e -mg h/(kT), dimana: P0=101 325 Pa, g=9,8 m/s 2, k=1.3810-23 J/K, T=293 K (20 oC), h=3475 m (rata-rata antara 3250 m dan3700 m), m=4, 81710-26 kg (dengan mempertimbangkan massa molar udara 29 g/mol). Substitusikan bilangan tersebut, kita peroleh: Ph=67,534 Pa.
Jadi, tekanan udara di ibu kota Bolivia adalah 67% dari tekanan di permukaan laut. Tekanan udara rendah menyebabkan pusing dan kelemahan tubuh secara umum ketika seseorang mendaki ke daerah pegunungan.
