Watu wengi wanajua kuwa kadiri mwinuko unavyoongezeka, shinikizo la hewa hupungua. Fikiria swali la kwa nini shinikizo la hewa hupungua kwa urefu, toa fomula ya utegemezi wa shinikizo kwa urefu, na pia fikiria mfano wa kutatua tatizo kwa kutumia fomula inayosababisha.
Hewa ni nini?
Hewa ni mchanganyiko usio na rangi wa gesi unaounda angahewa ya sayari yetu. Ina gesi nyingi tofauti, kuu zikiwa ni nitrojeni (78%), oksijeni (21%), argon (0.9%), carbon dioxide (0.03%) na nyinginezo.
Kwa mtazamo wa fizikia, tabia ya hewa chini ya hali iliyopo duniani inatii sheria za gesi bora - modeli kulingana na ambayo molekuli na atomi za gesi haziingiliani. umbali kati yao ni mkubwa ikilinganishwa na saizi zao, na kasi ya harakati kwenye joto la kawaida ni takriban 1000 m/s.
Shinikizo la hewa
Kwa kuzingatia swali la utegemezi wa shinikizo kwenye mwinuko, unapaswa kujua ni nini kinachowakilishani dhana ya "shinikizo" kutoka kwa mtazamo wa kimwili. Shinikizo la hewa linaeleweka kama nguvu ambayo safu ya hewa inabonyeza juu ya uso. Katika fizikia, hupimwa kwa pascals (Pa). 1 Pa ina maana kwamba nguvu ya 1 newton (N) inatumika perpendicularly kwenye uso wa 1 m22. Kwa hivyo, shinikizo la 1 Pa ni shinikizo ndogo sana.
Katika usawa wa bahari, shinikizo la hewa ni 101,325 Pa. Au, kuzungusha, 0.1 MPa. Thamani hii inaitwa shinikizo la angahewa 1. Takwimu iliyo hapo juu inasema kwamba kwenye jukwaa la 1 m2 vyombo vya habari vya hewa kwa nguvu ya 100 kN! Hii ni nguvu kubwa, lakini mtu hajisikii, kwani damu ndani yake hujenga shinikizo sawa. Kwa kuongeza, hewa inahusu vitu vya maji (vioevu pia ni vyao). Na hii ina maana kwamba inatoa shinikizo sawa katika pande zote. Ukweli wa mwisho unapendekeza kwamba shinikizo la angahewa kutoka pande tofauti kwa mtu hulipwa kwa pande zote mbili.
Utegemezi wa shinikizo kwenye mwinuko
Angahewa inayoizunguka sayari yetu imeshikiliwa na nguvu ya uvutano ya dunia. Nguvu za mvuto pia zinahusika na kushuka kwa shinikizo la hewa na kuongezeka kwa urefu. Kwa haki, ni lazima ieleweke kwamba si tu mvuto wa dunia husababisha kupungua kwa shinikizo. Na pia kupunguza halijoto pia huchangia.
Kwa vile hewa ni giligili, basi kwa ajili yake unaweza kutumia fomula ya hydrostatic kwa utegemezi wa shinikizo kwenye kina (urefu), yaani, ΔP=ρgΔh, ambapo: ΔP ni kiasi cha shinikizo. mabadilikowakati wa kubadilisha urefu kwa Δh, ρ - msongamano wa hewa, g - kuongeza kasi ya kuanguka bila malipo.
Kwa kuzingatia kwamba hewa ni gesi bora, inafuata kutoka kwa mlingano bora wa hali ya gesi kwamba ρ=Pm/(kT), ambapo m ni uzito wa molekuli 1, T ni joto lake, k. ni Boltzmann isiyobadilika.
Kwa kuchanganya fomula mbili zilizo hapo juu na kutatua mlingano unaotokana wa shinikizo na urefu, fomula ifuatayo inaweza kupatikana: Ph=P0e-mgh/(kT) ambapo Ph na P0- shinikizo kwa urefu h na katika usawa wa bahari, kwa mtiririko huo. Usemi unaosababishwa unaitwa formula ya barometriki. Inaweza kutumika kukokotoa shinikizo la angahewa kama kitendakazi cha mwinuko.
Wakati mwingine kwa madhumuni ya vitendo ni muhimu kutatua tatizo kinyume, yaani, kutafuta urefu, kujua shinikizo. Kutoka kwa fomula ya barometriki, unaweza kupata urahisi utegemezi wa urefu kwenye kiwango cha shinikizo: h=kTln(P0/Ph)/(m g).
Mfano wa utatuzi wa matatizo
Mji wa Bolivia wa La Paz ndio mji mkuu "wa juu zaidi" ulimwenguni. Kutoka kwa vyanzo mbalimbali inafuata kwamba jiji liko kwenye urefu wa mita 3250 hadi mita 3700 juu ya usawa wa bahari. Kazi ni kukokotoa shinikizo la hewa katika urefu wa La Paz.
Ili kutatua tatizo, tunatumia fomula ya utegemezi wa shinikizo kwenye urefu: Ph=P0e -mg h/(kT), ambapo: P0=101 325 Pa, g=9.8 m/s 2, k=1.3810-23 J/K, T=293 K (20 oC), h=3475 m (wastani kati ya 3250 m na3700 m), m=4, 81710-26 kg (kwa kuzingatia molekuli ya molar ya hewa 29 g/mol). Tukibadilisha nambari, tunapata: Ph=67,534 Pa.
Kwa hivyo, shinikizo la hewa katika mji mkuu wa Bolivia ni 67% ya shinikizo katika usawa wa bahari. Shinikizo la chini la hewa husababisha kizunguzungu na udhaifu wa jumla wa mwili wakati mtu anapanda maeneo ya milimani.
