Давление и вес воздуха

До середины XVII столетия воздух считался невидимым и невесомым. В 1642 г. итальянский ученый Торричелли впервые доказал, что столб воды высотой приблизительно 10,3 м уравновешивает давление атмосферы вблизи поверхности Земли. Так как ртуть в 13,6 раза тяжелее воды, то атмосферное давление уравновешивается столбиком ртути высотой 76 см. Трубка, наполненная ртутью до отметки 76 см и опрокинутая открытым концом в сосуд со ртутью, была названа барометром (по-гречески «барос» — тяжесть). Но если атмосфера имеет вес и оказывает давление, то величина его должна быть неодинаковой на разных высотах. В 1646 г. Перье во Франции с помощью ртутного барометра установил, что на вершине горы давление меньше, чем у ее подножия, т. е. что давление атмосферы с высотой уменьшается.

Хотя атмосфера простирается вверх на многие сотни километров, основная масса воздуха сосредоточена в довольно тонком слое. Между уровнем моря и высотой 5—6 км находится половина массы атмосферы, в слое до 16 км—90%, а в слое до 30 км — 99%. Иначе говоря, плотность воздуха с высотой быстро уменьшается. Поэтому 1 м³ воздуха на уровне моря весит 1033 г, на высоте 12 км — 319 г, а на высоте 40 км — всего 4 г.

У поверхности Земли на 1 см² площади атмосфера давит с силой, равной 1033 г, а на 1 м²—уже 10333 кг. Таким образом, тело взрослого человека испытывает тяжесть, равную 12—15 тыс. кг, или 12—15 т, а ладонь его руки — 150 кг. Однако этой тяжести человек не ощущает, так как внешнее давление уравновешивается давлением воздуха внутри тела. Жизнь на Земле приспособлена именно к этому давлению, поэтому при подъеме на большие высоты самочувствие человека ухудшается не только из-за недостатка кислорода, но и низкого давления.

Опыты в барокамере показывают, что чем сложнее организм, тем труднее переносит он низкое давление воздуха. При быстром подъеме на высоту до 7—8 км человек теряет сознание. На высотах 15 — 16 км, даже если дышать кислородом, наступает плохое самочувствие.

Известно, что чем ниже атмосферное давление, тем любая жидкость быстрее закипает. На высоте около 20 км она закипает при +37°. На этой высоте закипит и кровь. Поэтому космонавтов в полетах помещают в герметически закрытые кабины и скафандры, создают им особые физиолого-гигиенические условия.

Расстояние, на которое нужно подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 миллибар (миллибар (мб) — единица измерения давления), называется барометрической ступенью. В приземном слое она равна 8 м. Это значит, что на каждые 8 м поднятия давление понижается на 1 мб. В слое 4—6 км барометрическая ступень равна s 13 м, а в слое 12—16 км она равна 40 м. Величина барометрической ступени зависит еще и от температуры воздуха.