Setiap orang akrab dengan tekanan atmosfer, setidaknya berkat pelajaran fisika dan ramalan cuaca. Selain itu, nuansa efek tekanan pada seseorang juga menarik.
Apa itu tekanan atmosfer?
Tekanan atmosfer - ini adalah tekanan dari cangkang gas planet kita, atmosfer, yang bekerja pada semua benda di dalamnya, serta permukaan bumi. Tekanan sesuai dengan gaya yang bekerja di atmosfer per satuan luas.
Dalam istilah yang lebih sederhana, ini adalah kekuatan yang digunakan oleh udara di sekitar kita pada permukaan bumi dan benda. Dengan melacak perubahan tekanan atmosfer, kondisi cuaca dapat diprediksi bersamaan dengan faktor-faktor lain.
Mengapa dan mengapa tekanan atmosfer tercipta?
Spesialis yang mempelajari atmosfer Bumi dan berbagai fenomena meteorologi dengan cermat memantau bagaimana massa udara bergerak. Ini adalah faktor utama yang mempengaruhi kondisi iklim suatu daerah. Pengamatan ini memungkinkan untuk memahami mengapa tekanan atmosfer terjadi.
Gravitasi yang harus disalahkan. Melalui banyak percobaan, terbukti bahwa udara sama sekali tidak berbobot. Ini terdiri dari berbagai gas yang memiliki berat tertentu. Dengan demikian, gaya gravitasi Bumi bekerja di udara, yang berkontribusi pada pembentukan tekanan.
Fakta yang menarik: semua udara di planet ini (atau seluruh atmosfer Bumi) memiliki berat 51 x 1014 ton
Di seluruh dunia, massa udara tidak sama. Dengan demikian, tingkat tekanan atmosfer juga berfluktuasi. Di daerah dengan massa udara yang lebih besar ada tekanan yang lebih tinggi. Jika ada lebih sedikit udara (disebut juga dijernihkan dalam kasus seperti itu), maka tekanannya lebih rendah.
Mengapa bobot atmosfer berubah? Rahasia dari fenomena ini terletak pada pemanasan massa udara. Faktanya adalah bahwa pemanasan udara tidak terjadi sama sekali dari sinar matahari, tetapi karena permukaan bumi.
Di dekatnya, udara memanas dan, menjadi lebih ringan, naik. Pada saat ini, aliran yang didinginkan menjadi lebih berat dan lebih rendah. Proses ini sedang berlangsung. Setiap aliran udara memiliki tekanannya sendiri, dan perbedaannya menyebabkan angin.
Bagaimana komposisi atmosfer mempengaruhi tekanan?
Atmosfer termasuk sejumlah besar gas. Sebagian besar adalah nitrogen dan oksigen (98%). Ada juga karbon dioksida, neon, argon, dll. Atmosfer dimulai dengan lapisan batas setebal 1-2 km dan berakhir dengan eksosfer pada ketinggian sekitar 10.000 km, di mana ia dengan lancar melewati ruang antarplanet.
Komposisi atmosfer mempengaruhi tekanan karena kepadatan. Setiap komponen memiliki kerapatan sendiri. Semakin tinggi, semakin tipis lapisan atmosfer dan kerapatan yang lebih rendah. Dengan demikian, tekanan berkurang.
Pengukuran tekanan atmosfer
Dalam Sistem Satuan Internasional, tekanan atmosfer diukur dalam pascals (Pa). Juga di Rusia, satuan seperti batangan, milimeter air raksa dan turunannya digunakan. Penggunaannya disebabkan oleh instrumen yang mengukur tekanan - barometer merkuri. 1 mmHg sesuai dengan sekitar 133 Pa.
Barometer datang dalam dua jenis:
- cair;
- mekanik (aneroid barometer).
Barometer cair penuh dengan merkuri. Penemuan perangkat ini adalah prestasi ilmuwan Italia Evangelista Torricelli. Pada 1644, ia melakukan percobaan dengan wadah, merkuri, dan termos yang jatuh ke dalam cairan dengan lubang terbuka.
Dengan perubahan tekanan, merkuri naik atau turun di dalam labu. Barometer merkuri modern dengan skala dianggap paling akurat, tetapi tidak terlalu nyaman, sehingga digunakan di stasiun meteorologi.
Lebih umum barometer aneroid. Desain perangkat semacam itu menyediakan sebuah kotak logam dengan udara langka di dalamnya. Saat tekanan turun, kotak mengembang. Dengan meningkatnya tekanan, kotak menyusut dan bekerja pada pegas yang terpasang. Pegas menggerakkan panah, yang menampilkan tingkat tekanan pada skala.
Fakta yang menarik: Ada unit tekanan standar (serta unit lain dari jumlah fisik). Standar utama, yang menampilkan tekanan absolut seakurat mungkin, ada di Mendeleev All-Russian Research Institute of Metrology (St. Petersburg).
Tekanan atmosfer bagi manusia
Tekanan atmosfer normal - Ini adalah 760 mm Hg atau 101 325 Pa pada suhu 0 ℃ di permukaan laut (garis lintang 45º). Selain itu, atmosfer bekerja pada setiap sentimeter persegi permukaan bumi dengan kekuatan 1,033 kg. Kolom merkuri setinggi 760 mm menyeimbangkan massa kolom udara ini.
Indikator 760 mm juga ditentukan oleh Torricelli selama percobaan. Dia juga memperhatikan bahwa ketika labu diisi dengan merkuri, kekosongan tetap di atas. Selanjutnya, fenomena ini disebut "kekosongan Torricellium." Kemudian ilmuwan belum tahu bahwa selama percobaannya ia menciptakan ruang hampa - yaitu, ruang yang bebas dari zat apa pun.
Pada tekanan standar 760 mmHg, seseorang merasa paling nyaman. Jika Anda memperhitungkan data sebelumnya, maka udara menekan seseorang dengan kekuatan sekitar 16 ton. Lalu mengapa kita tidak merasakan tekanan ini?
Faktanya adalah ada juga tekanan di dalam tubuh. Tidak hanya manusia, tetapi juga perwakilan dari dunia binatang telah beradaptasi dengan tekanan atmosfer. Setiap organ dibentuk dan dikembangkan di bawah pengaruh kekuatan yang diberikan. Ketika atmosfer bekerja pada tubuh, gaya ini didistribusikan secara merata ke seluruh permukaan. Dengan demikian, tekanannya seimbang, dan kita tidak merasakannya.
Norma tekanan atmosfer tidak boleh dikacaukan dengan norma iklim. Setiap daerah memiliki standar sendiri untuk waktu tertentu dalam setahun. Misalnya, penduduk Vladivostok beruntung, karena ada tekanan atmosfer tahunan rata-rata hampir sama dengan norma - 761 mm Hg.
Dan di pemukiman yang terletak di daerah pegunungan (misalnya, di Tibet), tekanannya jauh lebih rendah - 413 mmHg. Ini disebabkan ketinggian sekitar 5.000 m.
Menambah dan mengurangi tekanan
Ketika tekanan melebihi tanda 760 mm. HG. Art., Itu disebut meningkat, dan ketika indikator kurang dari normal - rendah.
Dalam 24 jam, beberapa penurunan tekanan atmosfer terjadi. Di pagi dan sore hari naik, dan setelah jam 12 siang dan malam - menurun. Ini terjadi karena fakta bahwa suhu udara berubah dan, karenanya, alirannya bergerak.
Di musim dingin, tekanan atmosfer tertinggi diamati di daratan, karena udara memiliki suhu rendah dan kepadatan tinggi. Di musim panas, situasi yang berlawanan diamati - ada tekanan minimal.
Pada skala yang lebih global, tingkat tekanan juga tergantung pada suhu. Permukaan bumi memanas secara berbeda: planet ini memiliki bentuk geoid (bukan bulat sempurna) dan berputar mengelilingi Matahari. Beberapa zona memanas lebih banyak, yang lain lebih sedikit. Karena itu, tekanan atmosfer didistribusikan secara zonal ke atas permukaan planet.
Para ilmuwan membedakan 3 sabuk di mana tekanan rendah berlaku dan 4 sabuk dengan maksimum yang berlaku. Zona khatulistiwa paling panas, sehingga udara hangat yang ringan naik, dan tekanan rendah terbentuk di permukaan.
Di dekat kutub, yang terjadi adalah sebaliknya: udara dingin turun, jadi tekanan tinggi dicatat di sini. Jika Anda melihat pola distribusi tekanan di permukaan planet ini, Anda akan melihat bahwa sabuk minima dan maxima bergantian.
Selain itu, Anda perlu mengingat tentang pemanasan yang tidak merata dari kedua belahan Bumi selama tahun tersebut.Ini mengarah pada perpindahan tertentu dari sabuk bertekanan rendah dan tinggi. Di musim panas, mereka bergerak ke utara, dan di musim dingin - ke selatan.
Dampak manusia
Tekanan atmosfer memiliki efek serius pada tubuh manusia. Ini sangat wajar, jika kita memperhitungkan semua hal di atas berkenaan dengan kekuatan yang ditekan udara pada tubuh kita dan serangan baliknya.
Ada konsep ketergantungan meteorologis, yang dikonfirmasi oleh sains dan kedokteran. Meteopat adalah orang-orang yang tubuhnya merespons bahkan terhadap penyimpangan tekanan minimal dari norma. Mereka juga termasuk orang dengan beberapa penyakit kronis (khususnya, kardiovaskular, sistem saraf, dll).
Secara umum, tubuh manusia dapat beradaptasi dengan perubahan kondisi iklim. Misalnya, ketika bepergian ke negara dengan kondisi cuaca yang sangat berbeda, mungkin perlu beberapa hari untuk menyesuaikan diri.
Penyimpangan yang signifikan dari norma akan terlihat jelas bagi siapa pun. Ini termasuk tekanan darah tinggi dan rendah.
Dalam kehidupan sehari-hari, peningkatan tekanan atmosfer ke tingkat kritis di mana kesejahteraan seseorang memburuk tidak terjadi (dengan pengecualian dari cuaca yang tergantung dan sakit kronis). Anda dapat merasakan efeknya, misalnya, saat menyelam ke kedalaman yang luar biasa.
Tekanan atmosfer yang rendah lebih berbahaya. Efeknya dapat dengan mudah dirasakan di ketinggian. Ada konsep penyakit ketinggian, di mana jumlah karbon dioksida meningkat. Volume oksigen dalam kasus ini, sebaliknya, berkurang, sehingga jaringan tubuh merasakan kekurangan oksigen. Kapal dengan cepat merespons hal ini, memprovokasi peningkatan tajam dalam tekanan pada tubuh.
Topan
Topan - Ini adalah massa udara yang sangat besar yang berputar dalam bentuk pusaran di sekitar sumbu vertikal dengan diameter hingga beberapa ribu kilometer. Di tengah pusaran ini, tekanan berkurang diamati.
Di Belahan Bumi Utara, pusaran atmosfer dari sebuah siklon berputar berlawanan arah jarum jam, di Belahan Bumi Selatan - searah jarum jam. Siklon terjadi secara teratur, karena pembentukannya berhubungan langsung dengan rotasi Bumi. Tidak ada siklon di dekat khatulistiwa.
Siklon datang dalam dua jenis:
- Tropis. Terjadi di garis lintang tropis, berbeda dalam ukuran yang relatif kecil. Namun, mereka dicirikan oleh kekuatan angin yang besar dan merusak.
- Ekstra tropis. Terbentuk di garis lintang kutub dan sedang. Diameternya mencapai beberapa ribu kilometer.
Fakta yang menarik: di siklon tropis, "mata badai" sering diamati - ini adalah area sekitar 20 km di tengah-tengah pusaran, di mana cuaca tetap jernih dan tenang.
Ciri khas utama topan adalah energi kolosal, yang memanifestasikan dirinya dalam bentuk angin kencang, badai, badai petir, badai, hujan. Siklon tropis yang kuat diberi nama atau nama yang unik, misalnya, Katrina (2005), Nina (1975), Dorian (2019).
Anticyclone
Anticyclone - Ini bukan hanya kebalikan dari topan. Fenomena ini memiliki mekanisme kejadian yang berbeda. Angin di kedua belahan Bumi bergerak berlawanan arah dengan siklon.
Anticyclone adalah area bertekanan tinggi. Ini ditandai dengan isobar tertutup - ini adalah garis yang menandai tempat dengan tekanan atmosfer yang sama.
Anticyclone membawa kondisi cuaca stabil yang sesuai dengan waktu tahun. Di musim panas tenang, cuaca panas, di musim dingin. Ini ditandai dengan sejumlah kecil awan atau ketidakhadiran lengkap mereka.
Anticyclone terbentuk di daerah-daerah tertentu. Misalnya, paling sering mereka muncul di atas massa es besar: di Antartika, Greenland, dan Arktik. Juga ditemukan di daerah tropis.
Anticyclone juga membawa bahaya dan konsekuensi yang tidak menyenangkan. Mereka dapat berkontribusi pada kebakaran, kekeringan yang berkepanjangan.Dengan tidak adanya angin yang lama di kota-kota besar, zat dan gas berbahaya menumpuk, yang sangat akut untuk orang dengan penyakit pernapasan.
Fakta yang menarik: Ada yang menghalangi siklon yang terbentuk di area tertentu dan tidak bergerak ke mana-mana. Namun, mereka tidak melewati massa udara lainnya. Biasanya mereka bertahan tidak lebih dari 5 hari, tetapi secara teratur di bagian Eropa dari Rusia, anticyclone bertahan sekitar sebulan. Terakhir kali pada 2015. Hasilnya adalah panas, kekeringan, kebakaran hutan.
Bagaimana tekanan atmosfer berubah dengan ketinggian? Bagan rumus
Tekanan atmosfer secara langsung tergantung pada ketinggian. Semakin tinggi tekanan semakin rendah dan sebaliknya. Jika Anda naik 12 m di atas permukaan laut, batang merkuri dalam barometer akan berkurang sebesar 1 mm.
Tekanan sering ditampilkan dalam hektopascal bukan mmHg. st.: 1 mm = 133,3 Pa = 1, 333 hPa. Hubungan antara tinggi dan tekanan dapat ditunjukkan dengan menggunakan rumus sederhana:
∆h / ∆P = 12 m / mmHg. st atau ∆h / ∆P = 9 m / hPa,
di mana ∆h adalah perubahan ketinggian,
∆P - perubahan tekanan.
Dengan demikian, ketika naik ke 9 meter, tingkat tekanan berkurang sebesar 1 hPa. Indikator ini disebut tahap baric. Norma tekanan atmosfer adalah 1013 hPa (dapat dibulatkan hingga 1000).
Bagaimana cara menggunakan data ini untuk menghitung perubahan tekanan pada ketinggian berbeda? Misalnya, ketika mengangkat 90 m, tekanan akan berkurang 10 hPa. Dalam kasus ini, ternyata ketika naik ke 900 m, tekanan turun ke 0.
Tetapi kepadatan udara juga berubah dengan ketinggian, oleh karena itu, ketika datang ke jarak yang lebih besar (mulai dari 1,5-2 km), semua perhitungan harus dilakukan dengan mempertimbangkan indikator ini.
Grafik perubahan tekanan atmosfer dengan ketinggian jelas menunjukkan semua hal di atas. Itu mengambil bentuk garis melengkung, bukan garis lurus. Karena kenyataan bahwa kepadatan atmosfer tidak sama, dengan meningkatnya ketinggian, tekanan mulai menurun lebih lambat. Namun, itu tidak akan pernah mencapai nol, karena ada semacam zat di mana-mana - tidak ada kekosongan di Semesta.
Tekanan atmosfer di pegunungan
Di pegunungan, tekanannya akan lebih rendah pula. Bagaimana perasaan seseorang pada saat yang sama tergantung pada ketinggian, serta kondisi tambahan. Misalnya, pada kelembaban normal, pendakian 3.000 m dapat menyebabkan kelemahan dan kinerja yang buruk. Ini karena kekurangan oksigen.
Dalam iklim lembab, sensasi serupa muncul sudah pada ketinggian 1000 m. Faktanya adalah bahwa molekul air menggantikan molekul oksigen - di udara lembab lebih sedikit. Dan dalam iklim yang kering, Anda hampir dapat mendaki hingga 5.000 m.
Ketinggian yang berbeda dan efeknya:
- 5 km - perasaan kekurangan oksigen.
- 6 km adalah ketinggian maksimum tempat permukiman permanen berada.
- 8,9 km - ketinggian Everest. Air mendidih pada suhu + 68 ℃. Untuk waktu yang singkat, orang yang terlatih bisa berada di level ini.
- 13,5 km - aman untuk tetap hanya di hadapan oksigen murni. Ketinggian maksimum yang diizinkan di mana Anda dapat tinggal tanpa perlindungan khusus.
- 20 km - ketinggian tidak bisa diterima manusia. Hanya dikenakan di kabin tertutup.