Baie mense weet dat lugdruk afneem namate hoogte toeneem. Oorweeg die vraag waarom lugdruk met hoogte afneem, gee die formule vir die afhanklikheid van druk op hoogte, en oorweeg ook 'n voorbeeld van die oplossing van die probleem deur die resulterende formule te gebruik.
Wat is lug?
Lug is 'n kleurlose mengsel van gasse wat ons planeet se atmosfeer uitmaak. Dit bevat baie verskillende gasse, waarvan die belangrikstes stikstof (78%), suurstof (21%), argon (0,9%), koolstofdioksied (0,03%) en ander is.
Vanuit die oogpunt van fisika gehoorsaam die gedrag van lug onder bestaande toestande op Aarde die wette van 'n ideale gas - 'n model waarvolgens die molekules en atome van 'n gas nie met mekaar in wisselwerking is nie, die afstande tussen hulle is groot in vergelyking met hul groottes, en die spoed van beweging by kamertemperatuur temperature is ongeveer 1000 m/s.
Lugdruk
As jy die vraag oor die afhanklikheid van druk op hoogte in ag neem, moet jy uitvind wat verteenwoordigis die konsep van "druk" vanuit 'n fisiese oogpunt. Lugdruk word verstaan as die krag waarmee die lugkolom op die oppervlak druk. In fisika word dit in pascal (Pa) gemeet. 1 Pa beteken dat 'n krag van 1 newton (N) loodreg op 'n oppervlak van 1 m22 toegepas word. Dus, 'n druk van 1 Pa is 'n baie klein druk.
Op seevlak is die lugdruk 101 325 Pa. Of, afgerond, 0,1 MPa. Hierdie waarde word die druk van 1 atmosfeer genoem. Die bostaande figuur sê dat op 'n platform van 1 m2 lugpers met 'n krag van 100 kN! Dit is 'n groot krag, maar 'n persoon voel dit nie, aangesien die bloed in hom 'n soortgelyke druk skep. Daarbenewens verwys lug na vloeibare stowwe (vloeistowwe behoort ook daaraan). En dit beteken dat dit dieselfde druk in alle rigtings uitoefen. Die laaste feit dui daarop dat die druk van die atmosfeer van verskillende kante op 'n persoon wedersyds vergoed word.
Afhanklikheid van druk op hoogte
Die atmosfeer rondom ons planeet word deur die aarde se swaartekrag vasgehou. Gravitasiekragte is ook verantwoordelik vir die daling in lugdruk met toenemende hoogte bo seespieël. In regverdigheid moet daarop gelet word dat nie net die aarde se swaartekrag tot 'n afname in druk lei nie. En ook die verlaging van die temperatuur dra ook by.
Aangesien lug 'n vloeistof is, kan jy daarvoor die hidrostatiese formule gebruik vir die afhanklikheid van druk op diepte (hoogte), dit wil sê, ΔP=ρgΔh, waar: ΔP die hoeveelheid druk is veranderwanneer hoogte verander word met Δh, ρ - lugdigtheid, g - vryvalversnelling.
Gegewe dat lug 'n ideale gas is, volg dit uit die ideale gastoestandsvergelyking dat ρ=Pm/(kT), waar m die massa van 1 molekuul is, T sy temperatuur, k is Boltzmann se konstante.
Deur die bogenoemde twee formules te kombineer en die resulterende vergelyking vir druk en hoogte op te los, kan die volgende formule verkry word: Ph=P0e-mgh/(kT) waar Ph en P0- druk onderskeidelik op hoogte h en op seevlak. Die gevolglike uitdrukking word die barometriese formule genoem. Dit kan gebruik word om atmosferiese druk as 'n funksie van hoogte te bereken.
Soms is dit vir praktiese doeleindes nodig om die omgekeerde probleem op te los, dit wil sê om die hoogte te vind, met kennis van die druk. Van die barometriese formule kan jy maklik die afhanklikheid van die hoogte op die drukvlak kry: h=kTln(P0/Ph)/(m g).
Voorbeeld van probleemoplossing
Die Boliviaanse stad La Paz is die "hoogste" hoofstad ter wêreld. Uit verskeie bronne volg dit dat die stad op 'n hoogte van 3250 meter tot 3700 meter bo seespieël geleë is. Die taak is om die lugdruk op die hoogte van La Paz te bereken.
Om die probleem op te los, gebruik ons die formule vir die afhanklikheid van druk op hoogte: Ph=P0e -mg h/(kT), waar: P0=101 325 Pa, g=9,8 m/s 2, k=1,3810-23 J/K, T=293 K (20 oC), h=3475 m (gemiddeld tussen 3250 m en3700 m), m=4, 81710-26 kg (met inagneming van die molêre massa van lug 29 g/mol). Deur die getalle te vervang, kry ons: Ph=67,534 Pa.
Daarom is die lugdruk in die hoofstad van Bolivië 67% van die druk op seevlak. Lae lugdruk veroorsaak duiseligheid en algemene swakheid van die liggaam wanneer 'n persoon in bergagtige gebiede klim.
