§ 24. Атмосферний тиск, його зміни у тропосфері

Проведи дослід. Підготуй невеликий зім’ятий у кульку шматочок паперу або вати і пусту півлітрову пластикову пляшку. Тримай відкриту пляшку приблизно на відстані довжини долоні від рота. Помісти на її край цей шматочок і дмухни (мал. 122). Що з ним відбуватиметься? Спробуй пояснити, чому кулька не потрапила всередину пляшки.

Мал. 122. Дослід зі шматочком паперу (вати) і пляшкою

Віртуальна скринька

Проведи імітацію експерименту «Чи повітря має вагу» на http://educationalobjects.org/ECOinvestigators/Air/Does_air_have_weight/03.html

Що таке атмосферний тиск і чому він виникає?

Атоми і молекули газів в атмосфері постійно рухаються у випадкових напрямках, ударяючись одне об одне та об земну поверхню. Кількість молекул величезна, тому створюється атмосферний тиск — величина, з якою стовп повітря діє на земну поверхню й тіла, що на ній розташовані (мал. 123).

Мал. 123. Тиск стовпа повітря

Якщо в тебе є досвід польоту в літаку, пригадай відчуття закладеності вух під час зльоту або приземлення. У середині літака штучно підтримується сталий тиск, тому під час польоту на набраній висоті дискомфорту людина не відчуває. Чому ж людина не відчуває атмосферний тиск на земній поверхні? Справа в тому, що всередині людського організму, як і будь-якого тіла, існує внутрішній тиск. Він і врівноважує атмосферний.

Як вимірюють атмосферний тиск?

Вимірювання атмосферного тиску здійснюють приладом барометром (з грецької — «вимірювати важкість»). Барометр винайшов італійський учений Еванджеліста Торрічеллі у 1643 році. Він використав запаяну з одного кінця скляну трубку завдовжки один метр. Установив її вертикально в посудину із ртуттю відкритим кінцем униз (мал. 124). Стовпчик ртуті піднімається всередині трубки до межі її врівноваження тиском атмосфери. Такий барометр називають ртутним, а висоту стовпчика ртуті записують уміліметрах(мм рт. ст.). Якщо, наприклад, атмосферний тиск дорівнює 760 мм рт. ст., то це означає, що повітря чинить саме такий тиск.

Мал. 124. Схематичне зображення ртутного барометра

Незважаючи на розвиток технологій, ртутні барометри використовують і в наш час. Вони є дуже точними, тож їх установлюють на метеостанціях. Однак їх важко переміщати (маса одного літра ртуті становить 13 кг) і вони потребують ретельних засобів безпеки через дуже високу токсичність ртуті.

Більш універсальним типом барометра є анероїд (з грецької — «безводний»). В анероїдах зміна атмосферного тиску змушує стискатися або розширюватися металеву пружну коробку, з якої викачане повітря. Ці зміни передаються стрілці, яка рухається по шкалі з позначками атмосферного тиску (мал. 125).

Мал. 125. Зовнішній вигляд барометра-анероїда (а); схематичне зображення принципу роботи барометра-анероїда (б)

Завдяки можливостям сучасної електроніки створюють барометри розмірами до 0,1 мм. Їх установлюють у цифрових метеостанціях, смартфонах і навіть у смартгодинниках.

Одиниці вимірювання атмосферного тиску

Крім мм рт. ст., атмосферний тиск вимірюється в паскалях (Па). 1 мм рт. ст. = 133,322 Па. Так, 760 мм рт. ст. становить 1013,25 гПа (ге кто паскаль).

1 гектопаскаль = 1 мілібару (мб)

Як змінюється атмосферний тиск?

Чому вже двічі для прикладу ми наводили показник 760 мм рт. ст.? Справа в тому, що це нормальний атмосферний тиск на рівні моря на широті, однаково розташованій як від Північного полюса, так і від екватора. У цьому разі значення, більші за 760 мм рт. ст., відповідають високому атмосферному тиску, менші значення цього показника вказують на низький атмосферний тиск.

Барометр використовують для прогнозування короткочасних змін погоди. Підвищення атмосферного тиску є ознакою майбутньої безхмарної погоди, тобто без опадів. Тоді як його зниження — привід очікувати вітряну і дощову погоду.

А який атмосферний тиск буде на інших висотах? «Стовпи повітря» над вершинами найвищих гір будуть уже значно меншими, ніж над рівнем моря. У тропосфері на кожні 10 м підйому тиск знижується на 1 мм рт. ст. Отже, на кожній висоті є свій нормальний, низький і високий атмосферний тиск.

Визначимо нормальний атмосферний тиск для місця у Києві, розташованого на висоті 180 м над рівнем моря. Він становить: 760 - (180 : 10) = 742 (мм рт. ст.). Отже, для Києва при підйомі вгору на 180 м тиск упаде на 18 мм рт. ст. Порівнюємо з показником нормального атмосферного тиску над рівнем моря: 760 - 18 = 742 (мм рт. ст.). Отже, для цього місця у Києві 743 мм рт. ст. — високий атмосферний тиск, 741 мм рт. ст. — низький.

Метеостанція Чернівці розміщена на висоті 252 м над рівнем моря. На ній атмосферний тиск о 6 год ранку 12 серпня 2022 року становив 743 мм рт. ст., о 6 год наступного ранку — 739 мм рт. ст. Визнач, який саме атмосферний тиск (високий, нормальний, низький) був у обох випадках. Спрогнозуй можливі зміни погоди в Чернівцях 14 серпня, якщо впродовж частини доби 13 серпня тиск упаде ще на 4 мм рт. ст.

Дивосвіт

Дізнайся, хто з учених визначив закономірність зниження атмосферного тиску з висотою (див. цифровий додаток до с. 127).

https://vse.ee/Geography_6kl

Як показники тиску відображають на картах?

На картах і цифрових метеорологічних додатках показники атмосферного тиску відображені приведеними до рівня моря. Тобто фактичне значення 742 мм рт. ст. для Києва буде показане як 760 мм рт. ст. Так краще розуміти стан і розвиток атмосферних процесів. Лінії на картах, що сполучають місця з однаковим атмосферним тиском, називають ізобарами. Вони обмежують атмосферні області — циклони і антициклони (мал. 126). Циклони — області зниженого тиску, їх центр позначений літерою Н. Антициклони — області підвищеного тиску з літерою В у центрі. Визначення розміщення циклонів і антициклонів на території дослідження (наприклад, у Європі) допомагає метеорологам прогнозувати погоду. Циклони приносять хмарну погоду з опадами, антициклони — ясну, без опадів. Відстань між ізобарами виражає силу прояву циклону або антициклону.

Мал. 126. Схематичне зображення ізобар, які обмежують циклон і антициклон. Сині стрілки показують напрямки вітрів, які залежать від положення областей атмосферного тиску

Мал. 127. Смуги тиску на земній кулі

Як розподіляється атмосферний тиск на земній кулі?

На земній кулі атмосферний тиск розподіляється смугами: розрізняють пояси низького і високого тиску (мал. 127). Їх утворення пов’язане з нагріванням і переміщенням повітря. Під час нагрівання повітря розширюється. Тоді воно стає легшим і піднімається вгору. За таких умов атмосферний тиск зменшується. Під час охолодження повітря стискається, стає важчим і осідає, сильніше тиснучи на поверхню. Легше повітря буде здійснювати висхідний рух, важче — низхідний.

За допомогою малюнка 127 поясни, яким чином формуються зона низького тиску над екватором і зони високого тиску над тропіками. (Про утворення вітрів пасатів йтиметься в наступному параграфі.)

Мал. 127. Формування смуг тиску над екватором і тропіками

Над полярними областями формуються пояси високого тиску. Там панує холодне щільне повітря. У помірних областях, розташованих між полярними і тропічними областями, виникають зони низького тиску.

Запитання і завдання

1. Як змінюється атмосферний тиск із висотою і залежно від температури повітря?

2. Як за допомогою барометра можна передбачити характер погоди наступної доби?

3. З якою метою на картах зображують ізобари?

4. Розглянь космічні знімки. На якому з них показаний циклон, а на якому — антициклон? Свій вибір обґрунтуй.