Атмосферний тиск у містах світу
Є дві формули до розрахунку. Одна з них для шкільних та наближених обчислень і вона досить відома.
Вона враховує як висоту де вимірюється, а й температуру і широту географічного місця де виробляється вимір.
-Середня температура стовпа повітря між двох точок за шкалою Цельсія
Кумедне спостереження. Розбираючись докладно, став розуміти чому так багато анекдотів для метеорологів про якість їх пророцтв. Як мінімум є дві різні формули Лапласа з різними даними (чи то друкарські помилки, то ще якийсь людський фактор).
Ще одна формула у вигляді картинки знайдена вже на просторах інтернету.
Яка формула насправді використовується в розрахунках на метеорологічних станціях, загадка, але на мій погляд, англомовний варіант мені здається коректнішим, хоча б через те, що в ньому пояснено всі параметри, що беруть участь у формулі.
Перекладемо для тих, хто не дуже добре володіє іноземною мовою
- Коефіцієнт розширення повітря
- середня температура стовпа у градусах Цельсія
- середній тиск стовпа у градусах у Паскалях
- середній барометричний тиск стовпа у градусах у Паскалях
- Коефіцієнт враховують, реальну форму Землі (геоїд)
- географічна широта місця спостереження
- Різниця висот між точками спостереження в метрах
- середній радіус Землі за метри
Таким чином, знаючи температуру у точці спостереження, географічну широту та тиск у точці спостереження, завжди можна привести ці дані до рівня моря.
Історія відкриття атмоферного тиску
Ще зовсім недавно не існувало такої квартири, в якій не було б кімнатного барометра (анероїда).Злегка постукаючи по склу приладу, стежать за рухом стрілки та визначають, зростає чи падає атмосферний тиск.
Атмосферний тиск та характер його зміни є неодмінною основою прогнозу погоди.Барометр вимірює тиск стовпа атмосфери, що має основу 1 см 2 і тягнеться від рівня установки барометра до верхньої межі атмосфери. Це для нас звичне.
Але знадобився довгий ряд досліджень, перш ніж стало зрозуміло, що повітря має вагу. Повернемося подумки на той час, коли людина вперше змусила природу відповісти на запитання, чи можна розглядати повітря як деяке фізичне тіло.
Нашими знаннями про сутність атмосферного тиску ми зобов'язані двом дослідникам, яким вдалося незалежно один від одного виміряти цей тиск: італійцеві Еванджеліста Торрічеллі (1608—1647 рр.) та німцю Отто фон Геріке (1602—1682 рр.).
Зараз неможливо сказати, які причини спонукали Геріке зайнятися пошуками «порожнечі», тобто створення сильно розрідженого простору. Своїми дослідами з повітряним насосом Геріке встановив, що «існує ніщо, тобто вакуум, з якого виходить якась потужна сила».
Однак його противники, як і раніше, вважали, що порожнечі не існує.
Суперечка ця була вирішена з винаходомбарометра. Геріке прибудував до стіни свого будинку високу трубу, нижній кінець якої був занурений у посудину з водою. Верхній її кінець був на рівні другого поверху будинку. До цього кінця труби Геріке приєднав свій насос. Після кожного руху поршня вода у трубі піднімалася все вище. Отже, замість вакууму в трубі виявився стовп води, який, зрештою, піднявся до верхнього кінця труби.
Це трохи збентежило Геріке.
Чому не вдалосястворити вакуум? Можливо, труба була надто короткою? Тоді Геріке надставив трубу так, що довжина її досягла приблизно 12 м-кінець її знаходився на рівні третього поверху. Знову пустили в хід насос, і знову вода в трубі почала підніматися. Але вона досягла лише деякого рівня і вище не піднімалася, незважаючи на енергійну роботу насоса.
Геріке знайшов пояснення цього несподіваного явища. Воду в трубу втягує не якась таємнича речовина, а вага повітря, яке тисне на рідину в нижній посудині.Стовп води в трубі піднімається, поки його вага не врівноважить вагу стовпа повітря.
Геріке як пояснив природу атмосферного тиску, але й досліджував зміна його у часі. При наближенні бурі висота водяного стовпа в його барометрі завжди була меншою, ніж за хорошої погоди.
Відомо, що Геріке заздалегідь передбачив наближення сильної бурі, яка завдала Магдебургу значної шкоди. У той час Геріке дізнався про досліди італійця Торрічеллі, який створив вакуум за допомогою трубкидовжиною всього 1 м, наповненої ртуттю. Хоча Геріке вважав, що його вакуум краще, оскільки створений шляхом відкачування повітря, згодом стандартним приладом для вимірювання атмосферного тиску став ртутний барометр Торрічеллі, в якому досягається набагато повніший вакуум, ніж у приладі Геріці.
Заслуга Геріке у тому, що він винайшов повітряний насос, зумів створити вакуум і вперше виміряв атмосферний тиск з допомогою водяного барометра.Щоправда, простір над водою в його барометрі не було абсолютним вакуумом, воно заповнювалося водяною парою. Залежно від температури навколишнього повітря тиск водяної пари в трубці барометра ставав то більшим, то меншим. Отже, висотастовпа води в трубці була однозначною мірою атмосферного тиску. Крім того, барометр, трубка якого мала висоту 12 м, був дуже незручний. Висота ж ртутного стовпчика в барометрі Торрічеллі була всього 80 см. Торрічеллі отримав дійсно ідеальний вакуум, оскільки перевертав трубку, запаяну з одного кінця і заповнену ртуттю, і занурював вільний її кінець у посудину з ртуттю.
Однак висота ртутного стовпа в барометрі не є однозначною мірою атмосферного тиску, бо вона залежить ще від двох інших фізичних величин: температури і прискорення сили тяжіння.
Пояснимо це з прикладу. Якщо в певному пункті атмосферний тиск в якісь два різні моменти однаково, то висота ртутного стовпчика в барометрі може не бути однаковою, якщо в ці моменти неоднакова температура ртутного стовпчика в барометрі.Зі збільшенням температури ртуть розширюється. Тому якщо при зроблених вище припущеннях має місце однаковий атмосферний тиск, то висота ртутного стовпчика буде більшою у той момент, коли температура вища.
Так само на показ барометра впливає і сила тяжкості (пов'язана з прискоренням вільного падіння).
Приймемо тепер, що у двох пунктах, що знаходяться на різних широтах (наприклад, на Північному полюсі та на екваторі), має місце однаковий атмосферний тиск та однакова температура у приміщенні, де розташовані барометри. Тоді показ барометра на Північному полюсі буде менше, ніж на екваторі, бо більша сила тяжіння має місце на полюсі: ртуть тут буде дещо важчою.За міжнародною угодою у виміряну висоту ртутного стовпчика прийнято вводити поправки, які роблять цю висоту такою, якою вона була б при температурі 0° та при силі тяжінняна широті 45 °.
Показання барометрів, виправлені цими поправками, можна порівнювати між собою на якій би широті, висоті і за якої б температури вони не були відраховані. Тиск ртутного стовпчика заввишки 1 мм за температури 0°, за такої силі тяжкості, яка відзначається на широті 45°, і рівні моря, на честь Торричелли названоторром. У земної поверхні атмосферний тиск становить у середньому близько 760 тор. Цей тиск називають також фізичною атмосферою. Існує й інша одиниця тиску-мілібар (мб), причому
760 торр = 1013,22 мб
1 торр = 1,33317 мб
1 мб = 0,750092 торр.
Кожен знає, що у погоді повідомляється атмосферний тиск. Проте йдеться не про фактичну вагу повітряного стовпа над пунктом, в якому виміряно тиск, а про так званийнаведений тиск. Як це слід розуміти?
Паскаль встановив, щоатмосферний тиск зменшується зі збільшенням висоти. Тому тиск, виміряний, наприклад, у Пекіні, Берліні та Москві, не можна порівнювати, бо перелічені пункти лежать не на однаковій висоті над рівнем моря. Якщо ми знехтуємо порівняно невеликі коливання тиску в часі в кожному з цих пунктів, то показ барометра в Берліні завжди буде більшим, ніж у Пекіні чи Москві. Внаслідок меншої висоти Берліна над рівнем моря стовп повітря над цим пунктом завжди вищий, а тому й важчий, ніж над Москвою. Якщо відраховані показання барометрів будуть використовуватися для прогнозу погоди, то може виникнути хибне враження, ніби над Берліном завжди знаходиться область зниженого тиску, а над Москвою область підвищеного тиску. Тому дані про атмосферний тиск можна використовувати для прогнозу погоди лише в тому випадку, якщо їхпривести до однакової висоти,або до рівня моря, так як однаковою висоти обраний рівень моря (нормальний нуль).
Це приведення здійснюється досить просто, оскільки відомо, що в нижньому шарі атмосфери збільшення висотина 8 м відповідає зменшення тиску на 1 мб.Наприклад, якщо барометр, встановлений на висоті 104 м над рівнем моря, показав 1005 мб , то тиск, приведений до рівня моря, дорівнюватиме
1005+104/8=1018 мб.
Приблизно через 200 років після винаходу барометра було запропоновано інший принцип вимірювання атмосферного тиску. Він заснований на деформації пружної циліндричної коробки латунної, з якої викачаний воадух. Така коробка застосовується у широко поширених кімнатних барометрах-анероїдах. На ім'я винахідника вона отримала назвукоробки Виді. Зі зміною тиску коробка деформується, а стрілка, з'єднана з коробкою системою важелів, показує на шкалі величину тиску.
На жаль, укорінився старовинний звичай постачати шкалу тиску в таких барометрах написами: "буря і дощ", "стійка погода". Ці написи справляють враження, ніби погода залежить лише від атмосферного тиску, що не відповідає дійсності. Набагато більше значення може мати спостереження за тенденцією тиску, тобто за тим, чи росте воно чи падає.
Однак і за наявності таких даних ще неможливо точно вказати, як розвиватиметься погода надалі. Цілком може статися, що при безперервному зростанні тиску литиме дощ або, незважаючи на падіння тиску, погода покращуватиметься. Атмосферний тиск лише в тому випадку набуває основного значення при прогнозуванні погоди, якщо зіставляються дані, отримані на тисячах метеостанцій земної кулі.Лише при зіставленні виявляться великі області підвищеного та зниженого тиску, по переміщенню яких можна передбачити бурхливу чи спокійну погоду. Постійне порівняння значень атмосферного тиску у різних пунктах земної кулі є одним із основ сучасних методів передбачення погоди.