Атмосферное давление

Можно представить, что мы живём на самом дне глубокого океана, который наполнен не водой, а воздухом. Правда, океан этот совсем не такой глубокий, как кажется: плотные слои воздуха тянутся вверх всего на $10$ – $15$ км, а условной границей атмосферы считают высоту около $100$ км. И всё же, стоя на дне этого воздушного океана, мы не ощущаем дискомфорта, сравнимого с дискомфортом от ныряния в глубокий бассейн. Дело в том, что плотность газа (воздуха), который нас окружает, крайне мала ≈ $1{,}29 \frac{кг}{м^3}$, к тому же наш организм компенсирует это давление изнутри, то есть внутри нашего организма давление, равное атмосферному.

Атмосферное давление, как и давление твёрдых тел и давление жидкостей и газов, измеряется в паскалях, но иногда привычнее измерять в миллиметрах ртутного столба. Если вы сейчас посмотрите прогноз погоды, то вы заметите, что давление действительно измеряется в мм рт. ст. Обыкновенное атмосферное давление, то есть то, которое приняли стандартным, равно 760 мм рт. ст. Это означает, что атмосферное давление может удержать столбик ртути высотой 760 мм, продемонстрировать это может опыт Торричелли:

Опыт Торричелли

Опыт Торричелли заключается в следующем: стеклянную трубку длиной около метра, запаянную с одного конца, полностью заполняют ртутью, а затем, закрыв открытый конец пальцем, переворачивают и опускают этим концом в чашу с ртутью, не вынимая палец до погружения. Ртуть в трубке начинает опускаться, но не выливается вся – она останавливается на высоте примерно 760 мм над уровнем ртути в чаше. Над оставшейся ртутью в трубке образуется пустота, в которой нет воздуха (её называют торричеллиевой пустотой). Ртуть удерживается в трубке именно потому, что атмосферное давление давит на поверхность ртути в чаше и не даёт ртути в трубке опуститься ниже – столбик ртути высотой 760 мм своим весом как раз уравновешивает это давление.

Давление и высота

С повышением высоты над уровнем моря плотность воздуха понижается, а как мы помним, давление газов зависит от плотности газа – формула (18). Атмосферное давление на горе Эверест ($8849$ м) примерно на 510 мм рт. ст. меньше, чем давление, которое вы испытываете сейчас, что говорит о том, что и концентрация воздуха падает примерно в три раза, отчего может возникнуть горная болезнь. Если же опускаться вниз, в шахту, то давление, наоборот, будет расти. У самой поверхности Земли оно меняется примерно на 1 мм рт. ст. на каждые 10 метров, причём одинаково в обе стороны: поднялись на 100 метров – потеряли около 10 мм рт. ст., спустились на 100 метров – столько же приобрели. Самая глубокая шахта в мире уходит вниз примерно на 4 км, и давление на её дне выше привычного нам примерно в полтора раза.

Давление и дыхание

Атмосферное давление тесно связано и с работой нашего организма. Например, дыхание происходит именно за счёт разницы давлений: когда мы расширяем грудную клетку, давление внутри лёгких становится чуть меньше атмосферного, и воздух снаружи сам заходит внутрь, стремясь выровнять давление. Именно поэтому на большой высоте, где атмосферное давление ниже, дышать становится труднее – организму сложнее создать нужную разницу давлений.