ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУХА. ВЕТРЫ
Давление воздуха. Долгое время считали воздух невесомым телом. Такой взгляд поддерживала религия. И только в начале XVII в. итальянский ученый Галилей доказал весомость воздуха. Он проделал простой опыт — взвесил пустую бутылку, а потом эту же бутылку после нагревания. Оказалось, что бутылка после нагревания стала легче. Галилей это явление объяснил следующим образом: воздух, как всякое материальное тело, при нагревании расширяется, следовательно, часть его вышла из бутылки, поэтому она стала легче.
Но если воздух имеет вес, он должен оказывать давление на все предметы, находящиеся на поверхности Земли. Этим вопросом занимался ученик Галилея — Торричелли. Взяв запаянную с одного конца метровую трубку, он заполнил ее ртутью. Потом перевернул ее и открытым концом опустил в чашку с ртутью. При этом немного ртути вылилось из трубки, но большая часть ее осталась примерно на уровне 76 см. Что же помешало всей ртути вылиться из трубки? Торричелли дал правильное объяснение: причиной служит давление воздуха на поверхность ртути. Это давление уравновешивается весом ртути, оставшейся в трубке.
Впоследствии взвесили воздух, оказалось, что на уровне моря 1 куб. м его весит 1,3 кг. А вся атмосфера давит на 1 кв. м с силой примерно 10 т (10 333 кг).
За давлением воздуха и его изменением ведут систематические наблюдения. Основным прибором, при помощи которого определяют давление на метеорологических станциях, является ртутный барометр. В некоторых случаях (особенно в путешествиях) пользуются металлическим барометром — анероидом. Кроме этих приборов, имеется барограф, он записывает изменение давления.
Давление измеряется в миллиметрах (мм) ртутного столба и в миллибарах (сокращенно мб). Вес ртутного столба высотой 760 мм при поперечном сечении 1 кв. см равен 1033 мб. В абсолютной системе мер атмосферное давление измеряется в динах на 1 кв. см. Давление, равное 1000000 дин на 1 кв. см, называется бар, а доля бара — миллибар. Он принят сейчас за единицу давления. Нормальным давлением на уровне моря считается 1033 мб, или 760 мм ртутного столба (1 атмосфера).
В связи с тем, что столб атмосферы с высотой уменьшается, уменьшается и давление. На каждые 10,6 м поднятия давление понижается на 1 мм (эту величину называют барометрической ступенью). Человек в своей практической деятельности широко использует эти данные. Так, например, нужно определить высоту горы. Для этого проводят отсчеты показаний давления по барометру у подошвы и на вершине. Вычисляют разницу в показаниях барометра, умножают ее на 10,5 м и получают приблизительно высоту горы.
Наблюдения на метеорологических станциях показывают, что давление в любом месте постоянно изменяется — то повышается, то понижается. Эти изменения показывает барограф, на ленте которого видна запись изменения давления.
Непериодические изменения давления вызывают воздушные массы, приходящие в данное место и имеющие разную плотность. Более плотная воздушная масса вызывает повышение давления, менее плотная — понижение.
Известно, что метеорологические станции находятся на разной высоте, поэтому показания, получаемые на станциях, ученые приводят к показаниям давления на уровне моря и эти данные наносят на карту, а затем места с одинаковым давлением соединяют линиями, которые называют изобарами. В результате образуются замкнутые кривые, изображающие области повышенного и пониженного давления.
Для установления закономерностей в распределении давления составляют карты июльских и январских изобар. В области экватора в январе и в июле наблюдается пониженное давление (меньше 760 мм), а в тропических областях, особенно над океанами, давление повышенное: в умеренных широтах давление понижается, а в полярных повышается. Над материками в январе (в северном полушарии) наблюдается повышенное давление. Например, над материком Евразии центр повышенного давления находится над Монголией, отсюда давление понижается к окраинам материка. А в июле (летом) на материке давление понижается и центр низкого давления находится в бассейне реки Инд. Ученые такое изменение давления над материками объясняют тем, что зимой материк сильно охлаждается, охлаждается и воздух, который при этом уплотняется. Уплотнение вызывает приток воздуха извне, в частности воздух приходит с океанов из верхних слоев тропосферы, это приводит к увеличению массы воздуха над материком, поэтому давление повышается. В июле (летом) картина обратная: материк сильно нагревается, прогревается и воздух, который поднимается вверх и растекается в сторону океанов. В целом воздуха над материком становится меньше, давление понижается.