Әртүрлі биіктікте ауа тығыздығы неге өзгереді

Жер атмосферасы — планетамызды қоршап тұрған көпқабатты күрделі жүйе. Көзге көрінбейтін ауа шын мәнінде белгілі бір массасы, құрылымы және өзгермелі қасиеттері бар зат ретінде қарастырылады. Сол қасиеттердің бірі — тығыздық, яғни белгілі бір көлемде орналасқан молекулалардың саны. Бұл көрсеткіш биіктікке қарай айтарлықтай өзгеріске ұшырайды. Мәселенің физикалық негізін түсіну тек ғылыми мақсаттарда ғана емес, сонымен қатар ұшақтың ұшу қабілетін, альпинистердің тыныс алу жағдайын немесе жасанды серіктердің қозғалысын дұрыс бағалау үшін де маңызды.

Атмосфералық қысым қалай әсер етеді

Ауа тығыздығы атмосфералық қысыммен тығыз байланысты. Бұл қысым жоғарыдағы ауа қабаттарының салмағынан туындайды. Жерге неғұрлым жақын болсаңыз, соғұрлым ауа қабаты қалың әрі молекулалар бір-біріне тығыз орналасады.

• теңіз деңгейінде қысым ең жоғары, себебі бүкіл атмосфералық баған дәл осы жерге түседі;
• биік тауларда ауа сирек болады, өйткені жоғарыдағы ауа қабаты азаяды;
• биіктік артқан сайын әрбір текше метрдегі молекулалар саны кемиді;
• төменгі тығыздық салдарынан ауадағы оттегі мөлшері азаяды;
• сондықтан биікке көтерілген сайын тыныс алу қиындай түсіп, тез шаршау байқалады.

Осылайша, ауа тығыздығы мен қысым биіктікке тікелей тәуелді және бір-бірімен тығыз байланысты.

Ауа тығыздығының өзгеру себептері

Ауаның биіктікке байланысты әртүрлі тығыздықта болуы бірнеше физикалық факторлармен түсіндіріледі. Олардың әрқайсысы молекулалардың қозғалысы мен орналасуына әсер етеді.

1. Температура молекулалардың қозғалыс жылдамдығына әсер етеді. Жылынған ауада бөлшектер белсендірек қозғалып, көп орын алады. Осы себепті жылы ауа суыққа қарағанда жеңілірек әрі сирек болады.
2. Жердің тартылыс күші ауа молекулаларын төменге қарай тартады. Биіктік артқан сайын бұл күш әлсірей түседі. Соның нәтижесінде жоғары қабаттарда ауа мөлшері азаяды.
3. Атмосфераның нақты шекарасы болмаса да, негізгі ауа массасы төменгі қабаттарда жинақталған. Барлық ауаның шамамен 75 пайызы алғашқы 10–12 километрлік тропосферада орналасқан.
4. Әртүрлі температуралық қабаттар арасында шекара қалыптасып, ауаның жоғары көтеріліп араласуына кедергі келтіреді. Бұл тығыз ауаның төменде қалуына ықпал етеді.
5. Күн сәулесінің түрлі қабаттарда әртүрлі сіңірілуі де әсер етеді. Мысалы, стратосферада ультракүлгін сәуле озон қабатын қыздырады, ал тропосферада жылу жер бетінен таралады. Бұл тығыздықтың біркелкі болмауына әкеледі.

Осы факторлар ауа қабаттарының құрылымын және биіктіктегі молекула тығыздығын анықтайды.

Ауа тығыздығының өмірдегі көріністері

Ауаның әртүрлі тығыздығын тек зертханалық құралдармен ғана емес, күнделікті өмірде де байқауға болады. Бұл құбылыстар адамның денсаулығына, техникаға және табиғатпен байланысқа тікелей әсер етеді.

• ауа шары жоғары қарай көтеріледі, себебі ішіндегі газ сыртқы ортаға қарағанда жеңіл;
• биік тауда орналасқан әуежайларда ұшақтың ұшу жылдамдығы көбірек болуы қажет;
• альпинистер биікке шыққан сайын ауа жетіспеушілігін сезінеді;
• дыбыс сирек ортада нашар тарайды, сондықтан тауда дауыс бәсең естіледі;
• биікте су қайнау температурасына жетпей-ақ қайнай бастайды, себебі қысым төмен.

Мұндай мысалдар ауа тығыздығының биіктікке байланысты қалай өзгеретінін нақты дәлелдейді.

Ауа тығыздығын өлшеу тәсілдері

Ауа тығыздығын дәл анықтау үшін бірнеше параметрді есепке алу қажет. Олар метеорологияда, авиацияда және ғылыми модельдеуде кеңінен қолданылады.

1. Қысым барометр арқылы өлшенеді және ол тығыздықпен тікелей байланысты. Қысым жоғары болса, ауа бөлшектері тығыз орналасады. Бұл көрсеткіш ауа райын болжауда маңызды рөл атқарады.
2. Температура термометрмен өлшеніп, ауаның көлеміне әсер етеді. Суық ауа тығыздау келеді, себебі молекулалар баяу қозғалып, бір-біріне жақынырақ болады.
3. Ылғалдылық та ауаның тығыздығына әсер етеді. Су буының молекуласы оттегі мен азот молекулаларынан жеңіл болғандықтан, ылғалды ауа құрғаққа қарағанда жеңіл болады.
4. Биіктік деңгейі есептеу кезінде міндетті түрде ескеріледі. Тығыздықты есептеуде стандартты қысым мен температура биіктікке қарай түзетіліп отырады.
5. Арнайы формулалар мен кестелер тығыздықты нақты жағдайда есептеуге мүмкіндік береді. Бұл құрылыс, ұшқыштық есептеулер және атмосфералық зерттеулер үшін қажет.

Осы әдістер ауаның кеңістікте қалай таралғанын толық түсінуге жағдай жасайды.

Ауаның тығыздығының биіктікке қарай өзгеруі – Жердің физикалық заңдарына негізделген табиғи құбылыс. Ол метеорологияда, ұшақтар мен ғарыштық аппараттарда, биікке көтерілетін спорт түрлерінде маңызды рөл атқарады. Мұндай заңдылықты білу қоршаған ортаны жақсырақ түсінуге көмектеседі. Сонымен қатар, техникалық шешім қабылдауда және адам денсаулығын қорғауда да бұл білім пайдалы. Биіктік пен ауа тығыздығы арасындағы байланыс – табиғаттың айқын әрі өлшенетін заңы.