Масса атмосферы Земли
Воздух, парящие облака, всё это выглядит таким лёгким, безмятежным. Однако всё, что нас окружает, имеет массу, даже воздух.
В общем смысле масса – это количество вещества. Воздух состоит из различных газов, аэрозолей. Раз так, то и он имеет массу.
Задумывались ли вы, сколько весит атмосфера Земли? Давайте взвесим.
Рассчитать массу атмосферы нам помогут три главных компонента:
1) немного геометрии;
2) частичка географии;
3) кусочек метеорологии.
Из первого мы возьмем всеми известную формулу площади сферы: S = 4πR2.
Из второго мы возьмём радиус Земли, который равен 6371км.
Из метеорологии мы узнаём один интересный факт.
Для того чтобы уравновесить атмосферное давление, оказанное на 1см2 на уровне моря, потребуется столб ртути высотой 760мм (от сюда и единицы измерения мм рт.ст.), который весит примерно 1033 грамма. Это означает, что масса воздуха равна 1033гр в столбе воздуха площадью 1см2 (потому что достигается равновесие). Это показал опыт Паскаля в 1646г.
Теперь, когда у нас всё есть, приступим к расчётам.
1) S = 4×3,14×6371 = 5,1×108км2
2) В 1км 1×105см, в 1км2 1×1010см2
3) Масса в 1 км = 1033x1x105 = 1×108 грамм
4) Масса в 1 км2 = 1033x1x1010 = 1×1013 грамм
5) Масса по всей площади Земли = 1033×5,1×108 = 5,3×1021 грамм
Итого: масса земной атмосферы равна 5,3×1018кг или 5,3×1015тонн
Да, примерно такую массу имеет атмосфера Земли, только представьте себе! На этом всё, увидимся позже, до новых встреч!
Похожие темы:
Барометр станционный
Воздух – неотъемлемая часть нашей жизни. Его невозможно увидеть или потрогать. Также у воздуха нет запаха, однако он есть повсюду. Кажется, что воздух абсолютно невесомый, но на самом деле это не так. Интересно, проводились ли учеными эксперименты по взвешиванию воздуха и принесли ли они какие-либо результаты?
Есть ли у воздуха вес?
На этот вопрос можно ответить определенно: воздух является смесью газов, поэтому он не может быть невесомым. 98% занимают азот и кислород, остальные 2% – другие газы. В свою очередь, каждый компонент воздуха состоит из атомов и молекул – мельчайших частиц.
Можно ли доказать, что у воздуха есть вес? Для этого достаточно провести простой эксперимент. Необходимо надуть до одинакового размера два воздушных шара и привязать их нитью к концам обычного карандаша, расположенного горизонтально. В таком положении конструкция будет держать равновесие, поскольку вес двух шаров одинаковый.
На следующем этапе необходимо проткнуть один из шаров – карандаш тут же изменит положение из-за перевеса, поскольку из одного шарика выпущен воздух. Этот опыт доказывает, что вес у воздуха есть.
Интересный факт: вес воздуха меняется с высотой – в горах он легче, а на равнинных областях – тяжелее. Это связано с тем, что с увеличением высоты он становится более разреженным. Это значит, что давление понижается, уменьшается количество кислорода и других веществ. Именно поэтому в горах тяжелее дышать. Вблизи водоемов воздух тяжелее из-за большего количество капель воды в нем.
Окружающий нас воздух образует земную атмосферу и подвергается гравитационному притяжению. Поэтому он оказывает определенное давление на поверхность земли. Плотность воздуха составляет 1,2 кг/м³.
Изучение воздуха в прошлом
Впервые наличие атмосферного давления доказал ученый Эванджелиста Торричелли, последователь Галилео Галилея. В 1643 году он провел эксперимент с ртутью. Использовал трубку длиной 1 м, которую полностью наполнил ртутью. Один конец трубки имел открытое отверстие, а другой – запаянное.
Также Торричелли задействовал другой сосуд с жидким металлом. Он опустил метровую трубку открытым отверстием в сосуд. Ртуть начала вытекать, но этот процесс остановился на отметке 760 мм.
Стало очевидно, что на поверхность ртути в верхней части сосуда давит какая-то сила. Так было доказано, что у воздуха есть вес, трубка с ртутью стала прототипом барометра. А 760 мм ртутного столбика теперь считается нормальным атмосферным давлением при температуре 0℃.
Как узнать вес атмосферы Земли?
Итак, выявлено, что на каждый квадратный сантиметр поверхности Земли воздух давит с силой около 1 кг. Визуально можно представить каждый такой сантиметр в виде воздушного столба. Атмосферную оболочку планеты также называют воздушным океаном. Таким образом, атмосфера состоит из огромного количества таких столбов.
Остается узнать, какое количество см² содержится на поверхности планеты. Эта информация известна – поверхность Земли составляет 510 миллионов км² или же 51 х 10⁷ кв. км. В 1 км содержится 1010 квадратных сантиметров.
Получается, что 51 х 107 х 1010 = 51 х 1017 см2 – это количество воздушных столбов на всей поверхности планеты. Такому же количеству соответствует вес всего воздуха на Земле в килограммах или 51 х 1014 в тоннах.
Интересный факт: если на каждого человека воздух давит с огромной силой, то почему в таком случае это давление остается неощутимым? Дело в том, что в нашем организме тоже присутствует воздух, который оказывает противодействие и уравнивает давление.
Доказать, что воздух имеет вес, несложно при помощи простейших экспериментов. Он состоит из различных газов, а те – из атомов и молекул, как и любое вещество. Гравитация притягивает атмосферу Земли, поэтому существует понятие атмосферного давления. На участок размером 1 см2 воздух давит с силой в 1 кг. Если провести несложные расчеты, учитывая всю поверхность земного шара, то вес всего воздуха на планете – 51 х 1014 тонн.
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
-
-
August 9 2010, 14:53
- Наука
- Cancel
Сколько весит атмосфера
Несмотря на то, что воздух весит в тысячу (буквально, примерно в 1000) раз меньше, чем вода, он все-таки что-то да весит.
И не так мало, как кажется на первый взгляд.
Так кубический метр воды на уровне поверхности моря занимает 1000 литров и соответственно весит тонну. Т.е. кубический контейнер с размерами метр на метр на метр заполненный водой весит (а точнее имеет массу) 1000 килограммов. Не считая веса самого контейнера. В стандартную ванну, например, входит треть этого кубика, т.е. литров 300.
Этот же кубик наполненный воздухом (т.е. по нашим понятиям пустой) весит 1.3 килограмма. Это вес воздуха, который находится внутри кубического сосуда.
Как же посчитать вес всей атмосферы? На первый взгляд все просто – узнать ее объем да поделить.
Но точно подсчитать объем атмосферы не такое легкое дело. Во-первых вряд ли можно с какой-нибудь достоверной точностью определить – вот тут заканчивается атмосфера и начинается безвоздушное пространство, а во-вторых, плотность воздуха резко падает с набором высоты.
Считается, что толщина атмосферы составляет 2000—3000 км, при этом половина ее массы находится в пределах 5 км от поверхности.
Однако существует и другой, весьма точный способ узнать сколько весит атмосфера. Им воспользовался 400 лет назад выдающийся ученый, математик, физик, писатель и философ Блез Паскаль.
Достаточно знать, что такое атмосферное давление (в миллиметрах ртутного столба) и что на поверхности моря в нормальных условиях оно равно примерно 760 этих самых миллиметров.
За несколько лет до опытов Паскаля сей факт обнаружил итальянский математик и физик, ученик Галилея Эванджелиста Торричелли.
Итак, для того, чтобы уравновесить атмосферное давление на 1 квадратный сантиметр земной поверхности на уровне моря необходим столбик ртути высотой 760 миллиметров, данный столбик ртути весит примерно 1033 грамма. Столько же весит и воздух, который давит на этот квадратный сантиметр, только высота его гораздо больше – те самые 2000-3000 км, что в данный момент неважно.
Теперь достаточно посчитать площадь земной поверхности. Как все мы помним Земля это шар с радиусом примерно 6400 километров (или с длиной окружности на экваторе примерно 40 000 км), и как все мы помним (с 8го класса средней школы) Sсферы = 4πR2.
Итого площадь поверхности Земли равна примерно 510 072 000 км², ну а общая масса атмосферы получается 5 х 1021 грамм, или 5 x 1015 тонн, или если словами – 5 квадриллионов тонн!
Эта цифра и поразила в свое время Паскаля, ведь он рассчитал, что столько же будет весит медный шар диаметром 10 км.
Не такой уж он и легкий, этот воздух…
P.S. Кстати, еще несколько интересных фактов про атмосферное давление, а точнее про его уменьшение с поднятием на высоту и вытекающие из этого последствия можно найти в посте трехлетней давности. Не пропадать же ему в безвестности…
Сколько весит атмосфера Земли на самом деле
Земная атмосфера огромна, но кажется, будто она невесома. Какая на самом деле масса этой воздушной оболочки нашей планеты?
Предлагаем вам насладиться изящным и довольно простым способом самостоятельно рассчитать массу атмосферы Земли
В 1798 году британский физик Генри Кавендиш стал первым человеком, который точно определил массу Земли. В результате его тщательно проведенного эксперимента была рассчитана плотность Земли и, следовательно, значение G — универсальной гравитационной постоянной, впервые предложенной Исааком Ньютоном в 1687 году.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Хотя масса и вес не взаимозаменяемы (вес является переменным, в то время как масса постоянна), эксперимент Кавендиша по «взвешиванию мира» дал результат примерно в 6 секстиллионов тонн (6×1021 тонн). А для того, чтобы посчитать массу земной атмосферы есть довольно простой и элегантный способ.
Сколько весит атмосфера Земли?
Атмосфера Земли простирается от поверхности ее океанов, суши и покрытой льдом поверхности наружу в космос. С увеличением высоты плотность атмосферы падает, так как уменьшается сила гравитационного притяжения Земли. Воздух тяжелее (и, следовательно, им легче дышать) на уровне моря, поскольку молекулы воздуха расположены близко друг к другу, и придавливаются воздухом сверху. Однако с увеличением высоты молекулы воздуха расходятся все дальше друг от друга, и воздух становится легче. Кажется, все это надо учесть, чтобы посчитать массу атмосферы. Но можно поступить проще.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Вычислить массу атмосферы Земли можно легко, если вспомнить нормальное давление воздуха. Оно составляет 101 325 паскаля или 101 325 ньютонов на каждый квадратный метр земной поверхности. 1 ньютон можно легко перевести в килограммы, просто разделив его на ускорение свободного падения (9,8 м/с2). Теперь нам остается посчитать площадь поверхности Земли. Ее радиус составляет примерно 6400000 метров, поэтому площадь, рассчитанная по формуле S=4π*r2, будет равна 5,15*1014 квадратных метров. Теперь умножаем полученное число на атмосферное давление и делим на ускорение свободного падения. В итоге получаем массу атмосферы Земли в 5,32×1018 килограмм или 5,32×1015 тонн.
Сколько весит атмосфера
Сколько весит воздух? Этот вопрос в детстве казался нам чьей-то шуткой, потому что каждому здравомыслящему человеку понятно, что воздух если что-то и весит, то совсем немного и этим весом вполне можно пренебречь. Но все, что в обыденности представляется нам несущественным, в масштабах планеты может приобретать колоссальное значение. В этом плане показателен пример земной атмосферы.
Инструкция
Для начала примем некоторые упрощения. Во-первых примем, что на всей Земле действует одинаковое атмосферное давление, равное 101 000 Паскалей. В реальности это не совсем так, но близко к этому. Примем также, что радиус Земли равняется 6400 километров, а сама планета является идеальным шаром. На самом деле, Земля немного сплюснута, но этой деформацией также можно пренебречь.
Также упростим нашу задачу, “избавив” Землю от гор, впадин, холмов и прочих прелестей рельефа. Итак, все мелкие допущения сделаны, при этом погрешность будет не выше 1 процента. Теперь надо определиться: а как считать вес атмосферы?
Здесь все не так просто, как кажется. Нельзя взять, посчитать объем атмосферы и умножить его на плотность воздуха. Известно, что плотность воздуха уменьшается при увеличении высоты, а потому придется брать интеграл от переменной плотности по объему, а это в десятки раз усложняет нашу задачу.
Выход из ситуации вот какой: мы знаем атмосферное давление на поверхности Земли, а оно, как нам известно равно силе, действующей нормально на поверхность к площади этой поверхности. Площадь поверхности мы знаем – это площадь поверхности сферы с радиусом Земли. Осталось найти силу. Она будет равна произведению массы на ускорение свободного падения.
Таким образом у нас есть расчетная формула и выглядит она вот так:
M = P*4*pi*R^2/g.
Здесь
М – масса атмосферы.
Р – атмосферное давление.
R – радиус Земли.
g – ускорение свободного падения.
Подставляя значения из шага 1 мы получаем удивительную цифру в 5 квинтиллионов килограмм. Это число с восемнадцатью нулями. Тем не менее это в миллион раз меньше массы самой Земли.
Видео по теме
Полезный совет
1 квинтиллион это 1 000 000 000 000 000 000.
g =9,8 метров на секунду в квадрате.
Источники:
- 1 бар это сколько атмосфер? Возможные варианты подсчетов!
Войти на сайт
или
Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
