Beaucoup de gens savent que lorsque l' altitude augmente, la pression atmosphérique diminue. Considérez la question de savoir pourquoi la pression atmosphérique diminue avec l' altitude, donnez la formule de la dépendance de la pression à l' altitude et considérez également un exemple de résolution du problème à l'aide de la formule résultante.
Qu'est-ce que l'air ?
L'air est un mélange incolore de gaz qui compose l'atmosphère de notre planète. Il contient de nombreux gaz différents, les principaux étant l'azote (78 %), l'oxygène (21 %), l'argon (0,9 %), le dioxyde de carbone (0,03 %) et d'autres.
Du point de vue de la physique, le comportement de l'air dans les conditions existantes sur Terre obéit aux lois d'un gaz parfait - un modèle selon lequel les molécules et les atomes d'un gaz n'interagissent pas entre eux, le les distances entre eux sont énormes par rapport à leurs tailles, et la vitesse de déplacement à température ambiante est d'environ 1000 m/s.
Pression d'air
Considérant la question de la dépendance de la pression à l' altitude, vous devriez comprendre ce que représenteest le concept de "pression" d'un point de vue physique. La pression atmosphérique est comprise comme la force avec laquelle la colonne d'air appuie sur la surface. En physique, elle se mesure en pascals (Pa). 1 Pa signifie qu'une force de 1 newton (N) est appliquée perpendiculairement à une surface de 1 m22. Ainsi, une pression de 1 Pa est une très petite pression.
Au niveau de la mer, la pression atmosphérique est de 101 325 Pa. Soit, en arrondissant, 0,1 MPa. Cette valeur est appelée la pression de 1 atmosphère. La figure ci-dessus indique que sur une plate-forme de 1 m2 presses pneumatiques avec une force de 100 kN ! C'est une grande force, mais une personne ne la ressent pas, car le sang à l'intérieur de lui crée une pression similaire. De plus, l'air fait référence à des substances fluides (les liquides en font également partie). Et cela signifie qu'il exerce la même pression dans toutes les directions. Le dernier fait suggère que la pression de l'atmosphère de différents côtés sur une personne est mutuellement compensée.
Dépendance de la pression sur l' altitude
L'atmosphère autour de notre planète est maintenue par la gravité terrestre. Les forces gravitationnelles sont également responsables de la chute de la pression atmosphérique avec l'augmentation de l' altitude. En toute justice, il convient de noter que la gravité terrestre n'est pas la seule à entraîner une diminution de la pression. Et la baisse de la température y contribue également.
Puisque l'air est un fluide, vous pouvez utiliser la formule hydrostatique pour la dépendance de la pression à la profondeur (hauteur), c'est-à-dire ΔP=ρgΔh, où: ΔP est la quantité de pression monnaielors du changement de hauteur de Δh, ρ - densité de l'air, g - accélération en chute libre.
Étant donné que l'air est un gaz parfait, il découle de l'équation d'état du gaz parfait que ρ=Pm/(kT), où m est la masse de 1 molécule, T est sa température, k est la constante de Boltzmann.
En combinant les deux formules ci-dessus et en résolvant l'équation résultante pour la pression et la hauteur, la formule suivante peut être obtenue: Ph=P0e-mgh/(kT) où Ph et P0- pression à la hauteur h et au niveau de la mer, respectivement. L'expression résultante est appelée la formule barométrique. Il peut être utilisé pour calculer la pression atmosphérique en fonction de l' altitude.
Parfois, pour des raisons pratiques, il est nécessaire de résoudre le problème inverse, c'est-à-dire de trouver la hauteur en connaissant la pression. À partir de la formule barométrique, vous pouvez facilement obtenir la dépendance de l' altitude au niveau de pression: h=kTln(P0/Ph)/(m g).
Exemple de résolution de problèmes
La ville bolivienne de La Paz est la capitale "la plus haute" du monde. De diverses sources, il s'ensuit que la ville est située à une altitude de 3250 mètres à 3700 mètres d' altitude. La tâche consiste à calculer la pression atmosphérique à l' altitude de La Paz.
Pour résoudre le problème, nous utilisons la formule de la dépendance de la pression à la hauteur: Ph=P0e -mg h/(kT), où: P0=101 325 Pa, g=9,8 m/s 2, k=1,3810-23 J/K, T=293 K (20 oC), h=3475 m (moyenne entre 3250 m et3700 m), m=4, 81710-26 kg (en tenant compte de la masse molaire de l'air 29 g/mol). En substituant les nombres, on obtient: Ph=67 534 Pa.
Ainsi, la pression atmosphérique dans la capitale de la Bolivie est de 67 % de la pression au niveau de la mer. Une faible pression atmosphérique provoque des étourdissements et une faiblesse générale du corps lorsqu'une personne grimpe dans des zones montagneuses.
