Заняття 8 – 9 Атмосферний тиск.
Розв’язування задач на визначення зміни атмосферного тиску з висотою
Мета: - формувати поняття про атмосферний тиск та його розподіл на поверхні Землі,
розвивати вміння розв’язувати географічні задачі пов’язані із зміною тиску
формувати почуття дбайливого господаря,
здійснювати екологічне виховання
Тип уроку: Урок формування знань, умінь і навичок.
Методи: розповідь з елементами бесіди, пояснювально – ілюстративний, дослідницький, частково – пошуковий.
Обладнання: Фізична карта світу, атласи, Програмний продукт “ Атлас світу”.
Організаційний момент.
Перевірка домашнього завдання.
Перевірка домашнього завдання здійснюється за допомогою комп’ютерної програми “test. w”. Оцінку виставляємо за шкалою:
Вивчення нового матеріалу.
Навколо нас оточує повітря. Відро повітря тисне на землю із силою рівносильною двом сторінкам цієї книжки. Повітря завжди тисне на нас зверху. Біля поверхні землі воно тисне на всі предмети. На 1 см2 цей тиск становить 1 кг. 33г. Тиск у нашому організмі такий, як і зовні. Але чому тиск не розплющує нас. Як він змінюється з висотою.
Це ми зясуємо розглянувши тему сьогоднішнього уроку.
Поняття про атмосферний тиск.
Прилади для вимірювання атмосферного тиску.
Зміна тиску з висотою.
Розподіл тиску на поверхні Землі
Атмосферний тиск – це сила з якою повітря тисне на земну поверхню.
Вимірюється атмосферний тиск барометром. Розрізняють ртутний барометр і анероїд.
Робота з підручником. Розглядаємо принцип дії ртутного барометра і анероїда.
Нормальним атмосферним тиском вважається тиск 760 мм. Рт. ст. при температурі 00 С, на широті 450.
Я
к атмосферний тиск міняється з висотою?
Б
іля поверхні Землі на кожний квадратний сантиметр площі давить стовп атмосфери масою 1 кг 33 г. Таким чином, на розкритий учнівський зошит, площею 600 см2, тисне майже 620 кг повітря, на долоню людини – понад 150 кг, на тіло дорослої людини – близько 15 т. Однак цієї сили тиску ми не відчуваємо, оскільки він урівноважений з тиском всередині нашого тіла. При коливанні атмосферного тиску, змінюється й наш внутрішній тиск.
Ще у середині ХVІІ ст. за допомогою ртутного барометра було встановлено, що на вершині гори тиск менший, ніж біля її підніжжя. Отже, на певній висоті над рівнем моря атмосферний тиск дорівнює масі стовпа повітря, що знаходиться над нею. Оскільки при піднятті вгору залишається все менший стовп повітря та воно розріджується, атмосферний тиск зменшується. На кожні 100 м підйому у тропосфері атмосферний тиск знижується на 10 мм ртутного стовпчика. У стратосфері та верхніх шарах атмосфери це відбувається значно повільніше.
Повітря як і інші фізичні величини має свої властивості. При нагріванні воно піднімається в гору, тому тиск на земну поверхню менший.
Рис. Розподіл тиску на поверхні Землі
Пояси атмосферного тиску на Землі
У зв’язку з закономірним розподілом температури повітря на планеті від екватора до полюсів, сформувалися сталі пояси атмосферного тиску Землі.
В районі екватора у зв’язку з великим кутом падіння сонячних променів на земну поверхню протягом року температура повітря висока: близько +24°С. Тому тепле повітря, розши¬рюючись, підіймається вгору й слабо тисне на поверхню. В результаті цього біля поверхні Землі формується область низького атмосферного тиску.
Завдання. Пригадайте, як міняється температура повітря з висотою. Що відбудеться з теплим повітрям, яке піднімається вгору над екватором?
Повітря, яке піднімається над екватором, з висотою охолоджується й стає важчим. У верхніх шарах тропосфери воно розтікається по обидва боки від екватора й осідає на земну поверхню у тропічних широтах близько 30О широти Північної та Південної півкулі. При цьому там формуються пояси високого атмосферного тиску. Біля полюсів Землі через малий кут падіння променів сонця на земну поверхню температура повітря протягом року дуже низька. Тому холод¬не і, відповідно, більш важке повітря опускається до землі, утворюючи при цьому області високого атмо-сферного тиску над Північним та Південним полюсами планети.
Відповідно, між по¬ясами високого тиску на полюсах та 30О широтах формуються області низького тиску, які утворюються у помірних широтами Північної та Південної півкуль (приблизно 60° пн. ш. та 60° пд. ш.).
Отже, на поверхні Землі пояси низького та високого тиску чергуються. Виділяють три пояси низького і чотири пояси високого тиску.
Робота в групах.
Група 1 1. Визначити нормальний атмосферний тиск для Києва, якщо його висота над рівнем моря 180 метрів.
2. Визначити який атмосферний тиск буде на висоті 3000метрів.
Група 2. Який атмосферний тиск буде на вершині Говерли, якщо її висота над рівнем моря 2061 метр.
Визначити атмосферний тиск на вершинні Евересту. Її висота 8 848 метрів.
Група 3. На рівні моря тиск становить 741 мм. рт. ст., який тиск буде на висоті 2000 м?
На рівні моря тиск 775 мм. рт. ст., який тиск на висоті 3000 метрів?
Група4. Визначте за допомогою таблиці різницю тиску атмосфери, в якому випадку швидкість вітру буде найбільша, а в якому - найменша.
А. 786 мм. рт. ст. і 762 мм. рт. ст.
Б. 773 мм. рт. ст.. і 762 мм. рт. ст.
В. 768 мм. рт. ст.. і 760 мм. рт. ст.
Г. 785 мм. рт. ст. і 773 мм. рт. ст.
Д. 763 мм. рт. ст. і 760 мм. рт. ст.
Як відкрили та виміряли атмосферний тиск?
Хіба може повітря тиснути на земну поверхню, чи на тіло людини, або на всі об’єкти, якщо ми його не відчуваємо: адже атмосфера невидима та невагома. Така хибна думка панувала в науці ще у середини ХVІІ ст. до того, як італійський природознавець Еванджеліста Торрічеллі довів, що повітря має масу, а значить тисне на всі об’єкти, що знаходиться в ньому та під ним. Отже, атмосферний тиск – це сила, з якою повітря тисне на всі об’єкти.
Торрічеллі довів це експериментально завдяки винайденому ним приладу – ртутному барометру (з грецької “барос” – вага). Прилад являв собою ємкість заповнену ртуттю: рідким металом, який у 13 разів важчий за воду. У дану ємкість була опущена запаяна зверху скляна трубочка висотою в 1 м. Тиск повітря урівноважувався стовпчиком ртуті у 760 мм, тобто вона піднімалася у трубочці до цієї відмітки. Так виникла перша в історії науки одиниця вимірювання атмосферного тиску – міліметри ртутного стовпчика. А значення 760 мм. ртутного стовпчика вважається нормальним атмосферним тиском на рівні моря. Нині атмосферний тиск також вимірюють в інших одиницях: барах, паскалях.
Торрічеллі помітив, що тиск не завжди залишається однаковим. Якщо повітря сильніше тисне на ртуть, яка знаходиться у ємкості, рідина підіймається вгору по трубочці, якщо слабше – опускається.
Ртутний барометр й нині вважається найбільш точним приладом для вимірювання атмосферного тиску. Такими барометрами обладнані метеорологічні станції та за ними звіряють роботу інших видів барометрів, зокрема барометра-анероїда (з грецької – без рідини). Останнім атмосферний тиск визначають завдяки пружній металевій коробочці, з якої викачане повітря. Вона чутлива до коливань тиску: під час його зростання коробочка стискається, при зменшенні – розширюється. При цьому зв’язана з нею стрілка переміщується по шкалі, вказуючи тиск.
Як пов’язаний атмосферний тиск з температурою повітря?
Величина атмосферного тиску також залежить від температури повітря. При нагріванні повітря, як і будь-яка речовина, розширюється. Для того, щоб впевнитися в цьому можна провести простий дослід. Слід закрити гумовою пробкою колбу й вставити в пробку скляну трубочку. Колба при цьому не порожня: вона заповнена повітрям. Треба опустити трубочку у склянку з водою й нагріти колбу темпом долоні. З часом з трубочки у воду виділятимуться бульбашки. Це розширене повітря виходить з колби.
Розширене при нагріванні повітря стає легшим й піднімається вгору. При цьому атмосферний тиск на земну поверхню зменшується. Навпаки, при охолодженні повітря стискається, стає важчим й осідає, більш сильно тиснучи на поверхню. Таким чином існує зворотна залежність між температурою повітря й атмосферним тиском: чим вище температура, тим тиск менший і навпаки: чим температура нижча, тим тиск більший.
4. Узагальнення інформації
1. Атмосферне повітря має певну масу, тому тисне на земну поверхню з силою 1 кг 33 г на кожний 1 см2.
2. Атмосферний тиск вимірюють завдяки барометру. Нормальним вважається атмосферний тиск 760 мм ртутного стовпчика на рівні моря.
3. З висотою атмосферний тиск у тропосфері зменшується: на 10 мм ртутного стовпчика на кожні 100 м підйому.
4. Між температурою повітря й атмосферним тиском існує зворотна залежність: чим вище температура, тим тиск менший; чим температура нижча, тим тиск більший.
5. На Землі сформувалися пояси постійного тиску: на екваторі – низького, у тропічних широтах (30О обох півкуль) – високого, у помірних широтах (60О обох півкуль) – низького, в районі полюсів – високого.
5
. Домашнє завдання
Розв’язати задачі:
1. З якої висоти стрибнув парашутист, якщо за бортом гелікоптера атмосферний тиск складав 690 мм ртутного стовпчика, а біля поверхні землі 745 мм ртутного стовпчика.
2. Визначте, високим, нормальним чи низьким та на скільки вважається атмосферний тиск на висоті 1 км:
а) у 700 мм ртутного стовпчика;
б) у 680 мм ртутного стовпчика;
в) у 660 мм ртутного стовпчика;
г) у 590 мм ртутного стовпчика.
Розподіл тиску на земній поверхні
Тиск повітря на земну поверхню є однією з найважливіших характеристик стану атмосфери. Розподіл тиску тісно пов'язаний з температурою. Ним визначається швидкість і напрям вітру, утворення хмар і опадів.
Тиск повітря визначається його масою в стовпі атмосфери з основою, яка дорівнює одиниці площі: :При: переміщенні повітря внаслідок сил, які діють в атмосфері і-зміни його термічних властивостей, відбувається зменшення або збільшення.,маси повітря у стовпі, а відповідно зниження або підвищення атмосферного тиску.
Тиск змінюється внаслідок переміщення повітря - його відтоку з одного місця й притоку в інше. Ці переміщення пов'язані з відмінностями у густині повітря, які виникають при нерівномірному нагріванні його від підстилаючої поверхні.
Розподіл тиску на земній поверхні наочно зображується за допомогою карт ізобар - ліній рівного тиску. Такі карти складаються на основі синхронних спостережень великої кількості метеорологічних станцій. Оскільки останні розташовані на різних висотах, а тиск із висотою зменшується; 'то'для порівняння даних він приводиться до одного рівня. На карту наносіться значення тиску, приведені до рівня моря.
Просторовий розподіл атмосферного тиску називається баричним полем атмосфери. Про баричне поле атмосфери можна робити висновки на основі середніх місячних карт тиску найтеплішого й найхолоднішого місяців року. Середні місячні карти тиску відображають найхарактерніші для того або іншого району особливості поля атмосферного тиску. При цьому у баричному полі Землі досить чітко виявляється зональний розподіл атмосферного тиску, симетричний в обох півкулях.
Максимальні значення тиску спостерігаються на широтах 30-35° і поблизу полюсів. Субтропічні зони високого тиску виражені цілий рік. Але влітку, внаслідок прогрівання повітря над материками, вони розриваються і над океанами спостерігаються окремі антициклони. У Північній півкулі це Північноатлантичний і Північнотихоокеанський, у Південній - Південнотихоокеанський, Південноатлантичний, Південноіндійський і Новозеландський.
Мінімальний атмосферний тиск спостерігається на 60-65-х паралелях обох півкуль і в екваторіальній зоні. Екваторіальна барична депресія є стійкою протягом усього року. Вісь її розташовується близько 4° пн. ш.
У середніх широтах Північної півкулі баричне поле досить складне й мінливе. Це пояснюється чергуванням материків і океанів. У Південній півкулі з переважанням однорідної водної поверхні баричне поле мало змінюється. Від 35° пд. ш. до Антарктиди тиск швидко знижується і тому весь материк оточує смуга низького тиску.
На середніх місячних картах тиску у січні й липні спостерігаються істотні відмінності. У Північній півкулі у січні над теплими водами північних районів Атлантичного й Тихого океанів чітко виражені області низького тиску. Над охолодженими материками - Північною Америкою і Євразією, особливо центральною частиною Азії - виражені області високого тиску.
Області низького тиску на півночі Атлантичного океану у січні вказують на циклонічну діяльність, яка тут часто спостерігається. Другий район циклонічної діяльності знаходиться на півночі Тихого океану.
У Південній півкулі у січні, навпаки, над прогрітою сушею Південної Амеррки, півдня Африки й Австралії тиск понижений, а над відносно холодними океанами - підвищений. У зв'язку з цим субтропічний пояс підвищеного тиску у кількох місцях розірваний. Південніше 40° пд. ш. над океанами розташована смуга пониженого тиску, для якої характерна циклонічна діяльність. Над Антарктидою знаходиться область високого тиску з дуже низькими температурами повітря.
У липні у Північній півкулі над прогрітими материками спостерігається понижений тиск. Особливо чітко окреслюється велика область пониженого тиску (1 000 гПа), центр якої розташований над півднем Азії. У зв'язку з цим субтропічний пояс високого тиску на материках розривається. Він має вигляд відокремлених частин над Атлантичним і Тихим океанами (Азорський та Гавайський максимуми). Останні змішуються на північ і посилюються. Ісландська та Алеутська депресії послаблюються й об'єднуються з депресіями над материками в, одну суцільну зону. На північ від неї тиск дещо підвищується.
У Південній півкулі у субтропічних і тропічних широтах високий тиск не обмежується трьома максимумами над океанами. Він поширюється і на охолоджені материки, утворюючи суцільну зону. У помірних широтах Південної півкулі, як і у січні, зберігається зона низького тиску. Над Антарктидою високий тиск.
Істотні відмінності у розподілі середнього тиску у Північній півкулі влітку й, узимку пояснюються значними розмірами материків. Вони влітку швидше нагріваються, ніж океани.Це зумовлює особливості розподілу тиску, які істотно впливають на розвиток атмосферних процесів. У Південній півкулі, де материки займають незначну площу, у розподілі тиску відмінності між літом і зимою незначні.
Таким чином, аналіз карт ізобар січня й липня свідчить про добре виражену зональність у розподілі тиску, яка особливо чітко простежується над океаном. Протягом усього року над екватором' зберігається зона пониженого тиску - екваторіальна депресія. У субтропічних широтах протягом усього року зберігається зона високого тиску, яка влітку розпадається на окремі максимуми над океанами (особливо у Північній півкулі). Чітко простежується зона пониженого тиску у помірних широтах, суцільна у Південній півкулі і розділена на мінімуми у Північній. Область високого тиску розташовується над
Арктикою й Антарктидою.
Залежно від сезону зони високого й низького тиску над Океаном зміщуються на північ і південь. Над материками вони не лише зміщуються, але й змінюють, залежно від сезону, знак на протилежний. На місці баричного максимуму формується баричний мінімум і, навпаки, на місці баричного мінімуму формується баричний максимум.
Баричні максимуми та мінімуми, які виражені на картах середнього тиску, називаються центрами дії атмосфери. При цьому виділяються постійні й; сезонні центри. До перших відносяться екваторіальна депресія, субтропічні максимуми і субполярні депресії над океанами, полярні максимуми. До других відносяться зимові максимуми і літні мінімуми над материками у помірних широтах: Центри дії атмосфери справляють великий вплив на повітряні течії, погоду та клімат. Так, наприклад, розвиток атмосферних процесів над Європою залежить від впливу таких центрів, як постійний Азорський і сезонний Азіатський (Сибірський) максимуми, постійний Ісландський і сезонний Азіатський (Іранський) мінімуми.
Атмосферний, тиск із висотою знижується, оскільки з висотою зменшується товща повітря. Відстань у метрах, на яку необхідно піднятися, або опуститися, щоб атмосферний тиск змінився на 1 гПа, називається баричним ступенем. Баричний ступінь збільшується з висотою у зв'язку із зменшенням густини повітря. Крім того, величина баричного ступеня залежить від температури. З підвищенням температури на 1°С вона збільшується на 0,4 %. У теплому повітрі баричний ступінь більший, ніж у холодному. Тому теплі області дтмосфери у. високих шарах мають вищий тиск, ніж холодні.
Для вивчення загальної циркуляції атмосфери важливе значення має поле тиску на різних висотах у тропосфері. Для відображення поля тиску на висотах складаються: карти баричної топографії. Вони відображають. розташування у просторі тієї чи іншої ізобаричної поверхні. Назви карт пояснюються тим, що на них!.зображається рельєф; поля тиску (барична топографія). Такі карти найчастіше складаються для ізобаричної поверхні з таким тиском: 850, 700, 500, 300 гПа. Вони приблизно відповідають висотам: 1,5; 3,0; 5,0-5,5 і 9,0 км.
Рух, повітря у горизонтальному напрямі називається вітром. Основною причиною руху повітря є нерівномірний розподіл тиску, тобто баричний градієнт. Горизонтальний градієнт тиску - це зміна атмосферного тиску на одиницю відстані у напрямі найбільш швидкої його зміни, від високого тиску до низького.
Під дією сили баричного градієнта виникає вітер, причому чим більший баричний градієнт, тим більша швидкість вітру.
Розподіл атмосферного тиску в січні
В січні вздовж екватора розташовується зона зниженого тиску. На середній осі цього поясу тиск складає близько 1010 мб. Області найнижчого тиску (1008 мб) знаходяться не на самому екваторі, а над нагрітими материками південної півкулі, де в цей час літо - приблизно на 15° пд.ш. (Південна Америка, Південна Африка). По обидва боки зони низького тиску, на широтах 30-35° обох півкуль утворюються зони високого тиску. Вони також розпадаються на окремі області, які мають тиск в центрі більше 1020 мб. Це так звані субтропічні баричні максимуми (антициклони). В північній півкулі до них відносяться азорський максимум, який розташовується біля Азорських островів, та Гавайський максимум (біля Гавайських островів). В субтропіках південної півкулі утворюються три баричних максимума: в південній частині Індійського океану - південноіндійський, в південній частині Атлантичного океану - південноатлантичний, в південній частині Тихого океану - південнотихоокеанський. Усі ці баричні максимуми розташовані над океанами, тоді як над материками південной півкулі, які у січні тепліші океанів, тиск понижений.
На північ від субтропіків тиск над океанами зменшується, утворюючи в північній півкулі два баричних мінімуми: в Атлантичному океані біля Ісландії - ісландський мінімум з тиском у центрі біля 995 мб, і в Тихому океані біля Алеутських островів - алеутський мінімум з тиском в центрі біля 1000 мб. Над суходолом північної півкулі тиск в середині материків сильно зростає, утворюючи два баричних максимума: обширний азіатський антициклон над Азією, центр якого з тиском близько 1040 мм розташований над Монгольським плато, і канадський антициклон в Північній Америці з тиском у центрі близько 1025 мб. В південній півкулі на південь від субтропічних максимумів тиск також зменшується і на широтах 60-65° пд.ш. розташований майже суцільний пояс зниженого тиску. Внаслідок однорідності діяльної поверхні (вода) ізобари мають тут майже широтний напрямок.
В Арктиці в напрямку до Північного полюсу та в Антарктиці, в напрямку до Південного полюсу, тиск збільшується, утворюючи полярні баричні максимуми.