Воздуха и не большой вес. Давление и вес воздуха. Сколько весит куб воздуха

Воздух – неосязаемая величина, его невозможно пощупать, понюхать, он находится повсюду, но для человека он невидим, узнать, сколько весит воздух непросто, но возможно. Если поверхность Земли, как в детской игре расчертить на мелкие квадратики, размером 1х1 см, то вес каждого из них будет равен 1 кг, то есть в 1см 2 атмосферы содержится 1 кг воздуха.

Можно ли это доказать? Вполне. Если соорудить весы из обычного карандаша и двух воздушных шаров, закрепив конструкцию на нити, карандаш будет находиться в равновесии, поскольку вес двух накачанных шариков одинаков. Стоит проткнуть один из шаров, перевес окажется в сторону надутого шарика, потому как воздух из поврежденного шарика вышел наружу. Соответственно, простой физический опыт доказывает, что воздух имеет некий вес. Но, если взвесить воздух на равнинной поверхности и в горах, то его масса окажется различной – горный воздух значительно легче, чем тот, которым мы дышим возле моря. Причин разного веса несколько:

Вес 1м 3 воздуха составляет 1,29 кг.

• чем выше поднимается воздух, тем более разреженным он становится, то есть высоко в горах, давление воздуха будет составлять не 1 кг на см 2 , а вполовину меньше, но и содержание необходимого для дыхания кислорода так же уменьшается ровно вполовину, что способно вызвать головокружение, тошноту и боль в ушах;
• содержание воды в воздухе.

В состав воздушной смеси входят:

1.Азот – 75,5%;

2. Кислород – 23,15%;

3. Аргон – 1,292%;

4. Углекислый газ – 0,046%;

5. Неон – 0,0014%;

6. Метан – 0,000084%;

7. Гелий – 0,000073%;

8. Криптон – 0,003%;

9. Водород – 0,00008%;

10. Ксенон – 0,00004%.

Количество ингредиентов в составе воздуха может меняться и, соответственно, масса воздуха так же претерпевает изменения в сторону увеличения или уменьшения.

• воздух всегда содержит пары воды. Физическая закономерность такова, что чем выше температура воздуха, тем больше воды в нем содержится. Этот показатель называется влажностью воздуха и влияет на его вес.

В чем измеряется вес воздуха? Существует несколько показателей, которые определяют его массу.

Сколько весит куб воздуха?

При температуре, равной 0° по Цельсию вес 1м 3 воздуха составляет 1,29 кг. То есть, если в комнате мысленно выделить пространство высотой, шириной и длиной, равными 1м, то в этом воздушном кубе будет находиться именно это количество воздуха.

Если воздух имеет вес и вес, достаточно ощутимый, почему человек не чувствует тяжести? Такое физическое явление, как атмосферное давление, подразумевает, что на каждого жителя планеты давит воздушный столб весом 250 кг. Площадь ладони взрослого человека, в среднем, равна 77 см 2 . То есть, в соответствии с физическим законами, каждый из нас держит на ладони 77 кг воздуха! Это равноценно тому, что мы постоянно носим в каждой руке по 5 пудовых гирь. В реальной жизни это не под силу даже тяжелоатлету, однако, с такой нагрузкой каждый из нас справляется легко, потому что атмосферное давление давит с двух сторон, как снаружи человеческого организма, так и изнутри, то есть разница в конечном итоге равна нулю.

Свойства воздуха таковы, что он по-разному действует на организм человека. Высоко в горах, из-за недостатка кислорода у людей возникают зрительные галлюцинации, а на большой глубине, соединение кислорода и азота в особую смесь – «веселящий газ» может создавать чувство эйфории и ощущение невесомости.

Зная эти физические величины можно рассчитать массу атмосферы Земли – то количество воздуха, которое удерживается в околоземном пространстве силами тяготения. Верхняя граница атмосферы заканчивается на высоте 118 км, то есть, зная вес м 3 воздуха, можно поделить всю заемную поверхность на воздушные столбы, с основанием 1х1м и сложить полученную массу таких колонн. В конечном итоге, она будет равна 5,3*10 в пятнадцатой степени тонн. Вес воздушной брони планеты достаточно велик, но и он составляет лишь одну миллионную долю от общей массы земного шара. Атмосфера Земли служит своеобразным буфером, сохраняющим Землю от неприятных космических сюрпризов. От одних только солнечных бурь, которые достигают поверхности планеты, атмосфера теряет в год до 100 тысячи тонн от своей массы! Такой невидимый и надежный щит – воздух.

Сколько весит литр воздуха?

Человек не замечает, что его постоянно окружает прозрачный и практически невидимый воздух. Можно ли увидеть этот неосязаемый элемент атмосферы? Наглядно, перемещение воздушных масс ежедневно транслируется на телевизионном экране – теплый или холодный фронт приносит долгожданное потепление или обильный снегопад.

Что еще мы знаем о воздухе? Наверное, то, что он жизненно необходим всем живым существам, обитающим на планете. Человек каждые сутки вдыхает и выдыхает порядка 20 кг воздуха, четвертая часть которого потребляется мозгом.

Вес воздуха можно измерять в разных физических величинах, в том числе и в литрах. Вес одного литра воздуха будет равняться 1,2930 грамм, при давлении 760 мм рт. столба и температуре, равной 0°С. Кроме привычного газообразного состояния воздух может встречаться и в жидком виде. Для перехода субстанции в данное агрегатное состояние потребуется воздействие огромного давления и очень низких температур. Астрономы предполагают, что существуют планеты, поверхность которых полностью покрыта жидким воздухом.

Источниками кислорода, необходимого для существования человека, являются леса Амазонии, которые продуцируют до 20% этого важного элемента на всей планете.

Леса – это действительно «зеленые» легкие планеты, без которых существование человека попросту невозможно. Поэтому живые комнатные растения в квартире являются не просто предметом интерьера, они очищают воздух в помещении, загрязнение которого в десятки раз выше, чем на улице.

Чистый воздух давно стал дефицитом в мегаполисах, загрязненность атмосферы настолько велика, что люди готовы покупать чистый воздух. Впервые «продавцы воздуха» появились в Японии. Они производили и продавали чистый воздух в консервных банках и любой житель Токио мог на ужин открыть баночку чистейшего воздуха, и насладиться его свежайшим ароматом.

Чистота воздуха оказывает значительное влияние не только на здоровье человека, но и животных. В загрязненных районах экваториальных вод, возле населенных людьми мест десятками гибнут дельфины. Причиной смерти млекопитающих является загрязненная атмосфера, на вскрытии животных легкие дельфинов напоминают легкие шахтеров, забитые угольной пылью. Очень чувствительны к загрязнению воздуха и обитатели Антарктиды – пингвины, если воздух содержит большое количество вредных примесей, они начинают тяжело и прерывисто дышать.

Для человека чистота воздуха так же очень важна, поэтому после работы в офисе врачи рекомендуют совершать ежедневные часовые прогулки в парке, лесу, за городом. После такой «воздушной» терапии, жизненные силы организма восстанавливаются и значительно улучшается самочувствие. Рецепт этого бесплатного и эффективного лекарства известен с давних времен, многие ученые, правители считали обязательным ритуалом ежедневные прогулки на свежем воздухе.

Для современного городского жителя лечение воздухом очень актуальна: небольшая порция живительного воздуха, вес которой равен 1-2 кг, является панацеей от многих современных недугов!

Так как газы имеют вес, атмосфера вследствие силы земного притяжения не рассеивается в мировом пространстве, а, окутывая Землю, вращается вместе с ней. На каждый квадратный метр на уровне океана масса воздуха оказывает давление, равное 10333 кг. Иначе говоря, столько весит столб воздуха сечением 1 м 2 и высотой от уровня океана до верхней границы атмосферы. Вес 1 м 3 воздуха на уровне океана равен около 1,03 кг,

На дне воздушного океана невидимый, но ощущаемый нами воздух на каждый квадратный сантиметр площади давит с силой, равной 1033 г. Какое же давление испытывает наше тело? Очевидно, что если внешняя поверхность человеческого тела в среднем составляет около 12 000-15 000 см 2 , то давление воздуха на нее будет равно приблизительно 12 000-15 000 кг, или 12-15 т. Однако эту тяжесть организм не чувствует, так как внешнее давление воздуха уравновешивается давлением его внутри тела. Жизнь на Земле приспособлена именно к этому давлению. Поэтому при подъеме на большие высоты самочувствие человека ухудшается не только из-за недостатка кислорода, но и вследствие значительного понижения давления разреженной среды.

Кстати сказать, опыты в барокамере показали, что, чем сложнее организм, тем труднее переносит он низкое давление воздуха. Например, представитель холоднокровных - лягушка на высоте 20-30 км в течение нескольких часов сохраняет жизнь, а человек при быстром подъеме до высоты 7-8 км теряет сознание обычно через 8-10минут после подъема. На высотах 15-16 км, даже если человек дышит только кислородом, вследствие низкого давления в течение нескольких секунд наступает кислородное голодание. При низком атмосферном давлении начинается кипение крови. Известно, что, чем ниже давление, тем быстрее закипает вода. В горах, например, вода закипает не при 100°, а при более низкой температуре. На высоте около 20 км вода закипает при температуре 37° выше нуля. Кровь также кипит на этой высоте. Поэтому в космическом полете человек обеспечивается соответствующими физиолого-гигиеническими условиями. В герметической кабине космического корабля создается нормальное давление и более или менее постоянная температура воздуха, космонавт защищен от шума и вибраций, обеспечен удобным рабочим местом, хорошим освещением и т. п.

Давление воздуха измеряется в миллиметрах ртутного столба с помощью ртутного или металлического барометра. Давление принято выражать в тысячных долях бара, т. е. в миллибарах. Среднее давление на уровне моря, выраженное в миллибарах, равно 1013,3. Давление воздуха 1000 мб эквивалентно давлению ртутного столба высотой 750,1 мм. Для перевода миллиметров в миллибары обычно пользуются переводным множителем 4 /з (табл. 1).

Вместе с уменьшением плотности воздуха по высоте атмосферное давление также быстро убывает. Поэтому, несмотря на большую вертикальную протяженность атмосферы, половина ее массы сосредоточена в первых 5-6 км. Давление на этом уровне равно всего 500 мб, т. е. вдвое меньше, чем на уровне моря. В столбе воздуха высотой около 16 км сосредоточено 0,9 всей

массы атмосферы. Давление на этом уровне равно 100мб, а на высоте 40 км - всего лишь 2,4 мб.

Уменьшение атмосферного давления с высотой можно характеризовать вертикальным градиентом давления, или так называемой барической ступенью. Барическая ступень - расстояние по вертикали (в метрах), на котором атмосферное давление изменяется на единицу (на 1 мб). Величина барической ступени различна. Она зависит от высоты над уровнем моря и от температуры воздуха. В приземном слое при давлении 1000 мб и температуре 0° барическая ступень равна 8 м. Это значит, что на каждые 8 м поднятия давление понижается на 1 мб. В слое с давлением 600-500 мб, что соответствует высотам около 4,5-5,5 км, барическая ступень равна 13 м, в слое с давлением 100-200 мб - 40 м.

Величиной барической ступени удобно пользоваться для приближенных расчетов изменения давления с высотой. Так, например, легко определить разность между давлением воздуха на 1-м и 25-м этажах высотного здания. При разности высот указанных этажей, равной 90 м, давление воздуха на уровне 25-го этажа приблизительно на 12 мб меньше, чем на уровне 1-го этажа. Однако, поднимаясь даже на скоростном лифте, мы не ощущаем разности давления. Объясняется это тем, что изменение давления около 10-20 мб очень мало (1-2%) по сравнению с нормальным атмосферным давлением. Среднее междусуточное изменение давления, к которому привык человеческий организм, небольшое. В тропических странах оно составляет около 1 мб, а в средних широтах - 5-6 мб. Но в отдельных, не очень редких случаях междусуточное изменение давления в средних широтах достигает 20-30 мб и более.

Хотя мы и не чувствуем воздух вокруг себя, воздух - это не ничто. Воздух - это смесь газов: азота, кислорода и других. А газы, как и другие вещества, состоят из молекул, и поэтому имеют вес, хотя и небольшой.

С помощью опыта можно доказать, что воздух имеет вес. На середине палки длиной сантиметров в шестьдесят укрепим веревочку, а к обоим ее концам привяжем два одинаковых воздушных шарика. Подвесим палку за веревочку и увидим, что она висит горизонтально. Если теперь проткнуть иголкой один из надутых шариков, из него выйдет воздух, и тот конец палки, к которому он был привязан, поднимется вверх. Если проколоть и второй шарик, то палка снова займет горизонтальное положение.

Это происходит потому что воздух в надутом шарике плотнее , а значит, и тяжелее , чем тот, что находится вокруг него.

Сколько весит воздух, зависит от того, когда и где его взвешивают. Вес воздуха над горизонтальной плоскостью - это атмосферное давление. Как и все предметы, окружающие нас, воздух тоже подвержен земному притяжению. Оно-то и наделяет воздух весом, который равен 1 кг на квадратный сантиметр. Плотность воздуха равна около 1,2 кг/м 3 , то есть куб со стороной 1 м, наполненный воздухом, весит 1,2 кг.

Воздушный столб, вертикально поднимающийся над Землей, тянется на несколько сотен километров. Значит, на стоящего прямо человека, на его голову и плечи, площадь которых составляет примерно 250 см 2 , давит столб воздуха весом около 250 кг!

Мы не смогли бы выдерживать такую тяжесть, если бы ей не противостояло такое же давление внутри нашего тела. Следующий опыт поможет нам понять это. Если растянуть двумя руками бумажный лист и кто-то с одной стороны надавит на него пальцем, то результат будет один - дырка в бумаге. Но если надавить двумя указательными пальцами на одно и то же место, но с разных сторон, ничего не случится. Давление с обеих сторон будет одинаковым. То же самое происходит и с давлением воздушного столба и встречным давлением внутри нашего тела: они равны.

Воздух обладает весом и со всех сторон давит на наше тело.
Но он не может раздавить нас, ибо встречное давление тела равно внешнему.
Изображенный выше простой опыт делает это очевидным:
если с одной стороны надавить пальцем на лист бумаги, он порвется;
но если надавить на него с обеих сторон, этого не произойдет.

Кстати...

В повседневности, когда мы что-то взвешиваем, мы делаем это в воздухе, и поэтому мы пренебрегаем его весом, так как вес воздуха в воздухе равен нулю. Например, если мы взвесим пустую стеклянную колбу, мы будем считать полученный результат весом колбы, пренебрегая тем, что она наполнена воздухом. А вот если колбу закрыть герметично и откачать из нее весь воздух, мы получим совсем другой результат...