Атмосферний тиск в містах світу
Атмосферний тиск в населених пунктах
барометрична формула
Є дві формули для розрахунку. Одна з них для шкільних і наближених обчислень і вона досить широко відома.
Друга формула менш відома і більш складна, але і більш точна. Взята вона з підручника "Основи синоптичної метеорології" 1948 року видання (автор С.П.Хромов).
Вона враховує не тільки висоту на якій проводиться вимірювання, а й температуру і широту географічного місця де проводиться вимір.
де
Середню пружність водяної пари можна прийняти за нуль і тоді барометрична формула в остаточному вигляді буде виглядати ось так.
Кумедне спостереження. Розбираючись докладно, став розуміти чому так багато анекдотів про метеорологів про якість їх прогнозів. Як мінімум є дві різні формули Лапласа з різними даними (чи то помилки в друкарні, то ще якийсь людський фактор).
Ось ще одна формула у вигляді картинки знайдена вже на просторах інтернету.
Яка формула насправді використовується в розрахунках на метеоролігіческіх станціях, загадка, але на мій погляд, англомовний варіант мені здається більш коректним, хоча б через те що в ньому пояснені всі параметри, які беруть участь у формулі.
Переведемо для тих хто не дуже добре володіє іноземною мовою
Таким чином, знаючи температуру в точці спостереження, географічну широту і тиск в 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 постукавши по склу приладу, стежать за рухом стрілки і визначають, зростає або падає атмосферний тиск.
Атмосферний тиск і характер його зміни є неодмінною основою прогнозу погоди. Барометр вимірює тиск стовпа атмосфери, що має підвалини 1 см2 і тягнеться від рівня установки барометра до верхньої межі атмосфери. Це є для нас звичним.
Але потрібен був довгий ряд досліджень, перш ніж стало зрозуміло, що повітря має вагу. Повернемося подумки до того часу, коли людина вперше змусив природу відповісти на питання, чи можна розглядати повітря в якості деякого фізичного тіла.
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.) І німцеві Отто фон Геріке (1602-1682 рр.).
Зараз неможливо сказати, які причини спонукали Геріке зайнятися пошуками «порожнечі», т. Е. Створенням сильно розрідженого простору. Своїми дослідами з повітряним насосом Геріке встановив, що «існує ніщо, т. Е. Вакуум, з якого виходить якась потужна сила».
Однак його противники як і раніше вважали, що порожнечі не існує.
Суперечка ця був дозволений з винаходом барометра. Геріке прилаштував до стіни свого будинку високу трубу, нижній кінець якої був занурений в посудину з водою. Верхній її кінець знаходився на рівні другого поверху будинку. До цього кінця труби Геріке приєднав свій насос. Після кожного руху поршня вода в трубі піднімалася все вище. Отже, замість вакууму в трубі виявився стовп води, який врешті-решт піднявся до верхнього кінця труби.
Це трохи збентежило Геріке.
Чому не вдалося створити вакуум? Може бути, труба була занадто короткою? Тоді Геріке надставіть трубу так, що довжина її досягла приблизно 12 м-кінець її був на рівні третього поверху. Знову був пущений 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 цьому несподіваному явищу. Воду в трубу втягує не якесь таємниче речовина, а вага повітря, який тисне «на рідину в нижньому посудині. Стовп води в трубі піднімається, поки його вага не врівноважить вага стовпа повітря.
Геріке не тільки пояснив природу атмосферного тиску, але також досліджував зміна його в часі. При наближенні бурі висота водяного стовпа в його барометр завжди була менше, ніж при гарній погоді.
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 трубки довжиною всього 1 м, наповненою ртуттю. Хоча Геріке вважав, що його вакуум краще, так як створений шляхом відкачування повітря, все-таки згодом стандартним приладом для вимірювання атмосферного тиску став ртутний барометр Торрічеллі, в якому досягається набагато більш повний вакуум, ніж в приладі Геріке.
Заслуга Геріке полягає в тому, що він винайшов повітряний насос, зумів створити вакуум і вперше виміряв атмосферний тиск за допомогою водяного барометра. Правда, простір над водою в його барометр не була абсолютним вакуумом, воно заповнювалося водяною парою. Залежно від температури навколишнього повітря тиск водяної пари в трубці барометра ставало то більше, то менше. Отже, висота стовпа води в трубці була однозначної 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, так як перевертав трубку, запаяну з одного кінця і заповнену ртуттю, і занурював вільний її кінець в 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 на прикладі. Якщо в деякому пункті атмосферний тиск в будь-які два різних моменту однаково, то висота ртутного стовпчика в барометрі може не бути однаковою, якщо в ці моменти неоднакова температура ртутного стовпчика в барометре.С збільшенням температури ртуть розширюється. Тому якщо при зроблених вище припущеннях має місце однакове атмосферний тиск, то висота ртутного стовпчика буде більше в той момент, коли температура вище.
Точно так же на показання барометра впливає і сила тяжіння (пов'язана з прискоренням вільного падіння ).
Приймемо тепер, що в двох пунктах, що знаходяться на різних широтах (наприклад, на Північному полюсі і на екваторі), має місце однакове атмосферний тиск і однакова температура в приміщенні, де розташовані барометри. Тоді показання барометра на Північному полюсі буде менше, ніж на екваторі, бо більш значна сила тяжіння має місце на полюсі: ртуть тут буде кілька більш важкою. За міжнародною угодою в виміряну висоту ртутного стовпчика прийнято вводити поправки, які роблять цю висоту такою, якою вона була б при температурі 0 ° та при силі тяжіння на широті 45 °.
Показання барометрів, виправлені цими поправками, можна порівнювати між собою на який би широті, висоті і при будь-якій температурі вони не були відрахувати. Тиск ртутного стовпчика висотою 1 мм при температурі 0 °, при такій силі тяжіння, яка відзначається на широті 45 °, і на рівні моря, в честь Торрічеллі названо Торре. У земної поверхні атмосферний тиск становить в середньому близько 760 торр. Це тиск називають також фізичної атмосферою. Існує і інша одиниця тиску-миллибар (мб), причому
760 торр = 1013,22 мб
1 торр = 1,33317 мб
1 мб = 0,750092 торр.
Кожен знає, що в зведеннях погоди повідомляється атмосферний тиск. Однак мова йде не про фактичну вагу повітряного стовпа над пунктом, в якому виміряна тиск, а про так званому наведеному тиску. Як це слід розуміти?
Паскаль встановив, що атмосферний тиск убуває зі збільшенням висоти. Тому тиск, виміряний, наприклад, в Пекіні, Берліні та Москві, не можна порівнювати, бо перелічені пункти лежать не на однаковій висоті над рівнем моря. Якщо ми пренебрежем порівняно невеликими коливаннями тиску в часі в кожному з цих пунктів, то показання барометра в Берліні завжди буде більше, ніж в Пекіні або Москві. Внаслідок меншої висоти Берліна над рівнем моря стовп повітря над цим пунктом завжди вище, а тому і важче, ніж над Москвою. Якщо відраховані показання барометрів будуть використовуватися для прогнозу погоди, то може виникнути хибне враження, ніби над Берліном завжди розташовується область зниженого тиску, а над Москвой- область підвищеного тиску. Тому дані про атмосферний тиск можна використовувати для прогнозу погоди лише в тому випадку, якщо їх привести до однаковій висоті, або до рівня моря, так як в якості однакової висоти обраний рівень моря (нормальний нуль).
Це приведення здійснюється досить просто, так як відомо, що в нижньому шарі атмосфери збільшення висоти на 8 м відповідає зменшення тиску на 1 мб. Наприклад, якщо барометр, встановлений на висоті 104 м над рівнем моря, показав 1005 мб, то тиск, наведене до рівня моря, буде дорівнювати
1005 + 104/8 = 1018 мб.
Приблизно через 200 років після винаходу барометра був запропонований інший принцип вимірювання атмосферного тиску. Він заснований на деформації пружною циліндричною латунної коробки, з якої викачано воадух. Така коробка застосовується в широко поширених кімнатних барометрах-анероїдах. На ім'я винахідника вона отримала назву коробки Віді. Зі зміною тиску коробка деформується, а стрілка, поєднана 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 створюють враження, ніби погода залежить тільки від атмосферного тиску, що не відповідає дійсності. Набагато більше значення може мати спостереження за тенденцією тиску, т. Е. За тим, чи росте вона або падає.
Однак і при наявності таких даних ще неможливо точно вказати, як буде розвиватися погода в подальшому. Цілком може статися, що при безперервному зростанні тиску буде лити дощ або, незважаючи на падіння тиску, погода буде поліпшуватися. Атмосферний тиск лише в тому випадку набуває основне 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 або спокійну погоду. Постійне порівняння значень атмосферного тиску в різних пунктах земної кулі є однією з основ сучасних методів передбачення погоди.
Чому не вдалося створити вакуум?Може бути, труба була занадто короткою?
Як це слід розуміти?