Давление и движение воздуха

Определения и обозначения

Воздух — смесь газов, окружающая Землю и занимающая место. Это значит, что воздух есть вокруг нас, хотя его нельзя увидеть, и он может заполнять шар или комнату. Знание этого помогает понять, почему воздух способен действовать на предметы и почему пустое на вид пространство не всегда свободно от него.

Давление воздуха — действие воздуха на поверхности и тела. Частицы воздуха сталкиваются с окружающими предметами, и множество таких столкновений создаёт давление. Это понятие помогает объяснить, почему надувается шар и почему воздух может перемещать лёгкие предметы.

Атмосферное давление — давление воздуха атмосферы на поверхность Земли и находящиеся на ней тела. Атмосфера — это воздушная оболочка нашей планеты. Слово «атмосферное» уточняет, что речь идёт о давлении воздуха, который окружает Землю, а не только о воздухе внутри какого-либо предмета.

Ветер — движение воздуха над поверхностью Земли. Воздух при этом перемещается из одного места в другое, а не просто давит на предметы. Это определение нужно, чтобы отличать ветер от самого давления воздуха и связывать его с колыханием листьев, движением облаков и переменами погоды.

Как это устроено

Воздух оказывает давление, потому что он состоит из частиц, которые непрерывно движутся. Частицы имеют массу и сталкиваются друг с другом, а также с поверхностями окружающих тел. При каждом столкновении частица действует на поверхность, и множество таких воздействий вместе образует давление. Поэтому даже невидимый воздух может натягивать стенки шара или давить на нашу кожу.

Давление действует во всех направлениях, потому что частицы воздуха движутся не только вниз, но и в стороны, и вверх. Они сталкиваются с поверхностями с разных сторон, поэтому воздух давит не исключительно сверху. Мы обычно не ощущаем это действие: давление воздуха вокруг нас уравновешивается давлением внутри тела. Если бы оно заметно изменилось, равновесие могло бы нарушиться, и человек почувствовал бы перемену.

Когда воздух нагревается, его частицы движутся быстрее и расстояния между ними увеличиваются. Воздух расширяется, становится менее плотным и поднимается среди более холодного воздуха. При охлаждении частицы движутся медленнее, воздух становится плотнее и опускается. Так нагревание и охлаждение заставляют воздушные массы менять положение.

Воздух начинает перемещаться, когда в соседних местах давление неодинаково. Он движется из области более высокого давления в область более низкого, стремясь выровнять разницу. Представь две соседние области воздуха: если в одной давление больше, воздух будет перемещаться в сторону другой. Чем заметнее различие, тем активнее может быть такое движение.

Солнечные лучи нагревают поверхность Земли неравномерно: одни участки становятся теплее других. Воздух над нагретым местом получает тепло, расширяется и поднимается, а более холодный и плотный воздух опускается и перемещается на его место. Так возникают движения воздушных масс и различия давления. Движение воздуха над поверхностью Земли называют ветром, а движения воздуха происходят и выше, не только у земли.

Давление и движение воздуха

Сравнивай признаки по строкам: в первом столбце указано, что именно сравнивается, а в двух других — чем различаются давление и движение воздуха. Таблица помогает увидеть, что давление описывает действие воздуха на тела, а движение — его перемещение. Примеры в последней строке связывают оба понятия с наблюдениями в повседневной жизни.

Разбор задач

Почему надутый шар не сдувается сразу?

Условие: нужно объяснить, почему надутый воздушный шар сохраняет форму и почему его стенки натянуты. Не следует думать, что шар держится только благодаря резине: внутри него есть воздух, который занимает место. Проследим, как воздух действует на стенки.

1. Воздух внутри шара состоит из движущихся частиц и имеет массу.
2. Частицы сталкиваются со стенками с внутренней стороны и оказывают на них давление.
3. Стенки растягиваются наружу, но упругая резина сопротивляется растяжению и сжимает шар.
4. Пока давление внутри удерживается стенками и шар не повреждён, шар сохраняет форму.

Ответ: стенки надутого шара натянуты, потому что воздух внутри давит на них. Шар не сдувается сразу, так как его стенки удерживают воздух внутри. Если оболочка проколется, воздух сможет выйти наружу, и шар станет сдуваться.

Почему у открытого окна движется занавеска?

Условие: после открывания окна занавеска начинает двигаться, и нужно объяснить причину. Занавеска лёгкая, поэтому даже поток воздуха может её сдвинуть. Чтобы найти причину потока, вспомним о температуре и давлении воздуха внутри комнаты и снаружи.

1. Воздух в комнате и на улице может иметь разную температуру, потому что эти места нагреваются неодинаково.
2. Тёплый воздух расширяется и поднимается, а холодный опускается.
3. Различия температуры приводят к различиям давления, поэтому воздух перемещается из области более высокого давления в область более низкого.
4. Поток проходит через открытое окно и толкает лёгкую ткань.

Ответ: занавеска движется, потому что через окно перемещается воздух. Точная сила и направление потока зависят от условий внутри комнаты и снаружи. Само движение ткани показывает, что воздух тоже движется, хотя его не видно.

Куда переместится воздух у тёплой и холодной поверхностей?

Условие: одна поверхность сильно нагрета, а соседняя остаётся холодной. Нужно определить общее направление движения воздуха, не забывая, что нагревание может создавать круговое движение. Сначала выясним, что происходит с воздухом возле каждой поверхности.

1. Воздух у нагретой поверхности получает тепло, расширяется и поднимается.
2. Воздух у холодной поверхности охлаждается, становится плотнее и опускается.
3. Поднявшийся тёплый воздух и опустившийся холодный воздух создают перемещение между областями.
4. Для определения направления учитываем давление: воздух движется из области более высокого давления в область более низкого.

Ответ: у тёплой поверхности воздух поднимается, а у холодной опускается. Между ними возникает движение воздуха, которое помогает заменить поднявшийся тёплый воздух более холодным. Только по словам «тёплый» и «холодный» нельзя назвать точный горизонтальный поток во всех условиях, но правило о подъёме и опускании воздуха позволяет объяснить его причину.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что воздух ничего не весит и поэтому не оказывает давления. Воздух невидим, и из-за этого легко забыть, что он состоит из частиц и имеет массу. Проверь себя: вспомни, что надутый шар растягивается, потому что воздух внутри действует на его стенки.

Ошибка: думать, что давление воздуха направлено только сверху вниз. Такое представление может возникнуть потому, что мы привыкли замечать вес предметов, направленный вниз. Проверь себя: воздух окружает предмет со всех сторон, а его частицы сталкиваются с поверхностями в разных направлениях.

Ошибка: путать давление воздуха с его движением. Давление — это действие на поверхности, а движение — перемещение воздуха, поэтому это не одно и то же. Проверь себя: спроси, обязательно ли воздух должен заметно перемещаться, чтобы давить на стенки закрытого шара; нет, давление может быть и без ветра.

Ошибка: считать, что ветер возникает сам по себе, не связывая его с нагреванием и давлением. Ветер можно почувствовать, но его причину не всегда видно, поэтому кажется, будто он появился без объяснения. Проверь себя: проследи цепочку от неравномерного нагревания Земли к различиям давления и перемещению воздуха.

Связь с другими темами

Для понимания давления и движения воздуха нужно знать, что воздух занимает место, имеет массу и может нагреваться и охлаждаться. Эти свойства помогают объяснять круговорот воздуха в природе, образование облаков и изменение погоды. Наблюдая за движением воздуха, можно лучше понять, как возникает ветер и как происходят природные явления. Эти знания пригодятся и при изучении простых бытовых приборов, работа которых связана с перемещением воздуха.

Что запомнить

• Воздух занимает место и имеет массу.
• Воздух оказывает давление на окружающие тела.
• Давление воздуха действует во всех направлениях.
• Нагретый воздух расширяется и поднимается.
• Охлаждённый воздух становится плотнее и опускается.
• Воздух движется из области высокого давления в область низкого давления.
• Движение воздуха над Землёй называют ветром.