La meccanica della pressione dell'aria

Pressione dell'aria, pressione atmosferica o pressione barometrica, è la pressione esercitata su una superficie dal peso di un massa d'aria (e le sue molecole) sopra di esso.

La pressione dell'aria è un concetto difficile. Come può qualcosa di invisibile avere massa e peso? L'aria ha massa perché è composta da a miscela di gas che hanno massa. Sommare il peso di tutti questi gas che compongono l'aria secca (ossigeno, azoto, anidride carbonica, idrogeno e altri) e si ottiene il peso dell'aria secca.

Il peso molecolare, o massa molare, dell'aria secca è di 28,97 grammi per mole. Sebbene ciò non sia molto, una tipica massa d'aria è costituita da un numero incredibilmente elevato di molecole d'aria. Come tale, puoi iniziare a vedere come l'aria può avere un peso considerevole quando le masse di tutte le molecole vengono sommate.

Quindi qual è la connessione tra molecole e pressione dell'aria? Se il numero di molecole d'aria sopra un'area aumenta, ci sono più molecole per esercitare pressione su quell'area e la sua pressione atmosferica totale aumenta. Questo è ciò che chiamiamo

La pressione dell'aria non è uniforme in tutta la Terra. Va da 980 a 1050 millibar e cambia con l'altitudine. Maggiore è l'altitudine, minore è la pressione dell'aria. Questo perché il numero di molecole d'aria diminuisce a quote più elevate, diminuendo così densità dell'aria e pressione dell'aria. La pressione dell'aria è massima al livello del mare, dove la densità dell'aria è massima.

Ci sono 5 basi sulla pressione dell'aria:

• Aumenta all'aumentare della densità dell'aria e diminuisce al diminuire della densità dell'aria.
• Aumenta quando le temperature aumentano e diminuisce quando le temperature si raffreddano.
• Aumenta alle quote più basse e diminuisce alle quote più alte.
• L'aria si sposta da alta pressione a bassa pressione.
• La pressione dell'aria viene misurata con uno strumento meteorologico noto come a barometro. (Questo è il motivo per cui talvolta viene anche chiamato "pressione barometrica".)

UN barometro è usato per misurare la pressione atmosferica in unità chiamate atmosfere o milibar. Il più antico tipo di barometro è il baromete di mercurior. Questo strumento misura il mercurio quando sale o si abbassa nel tubo di vetro del barometro. Poiché la pressione atmosferica è fondamentalmente il peso dell'aria nel atmosfera sopra il serbatoio, il livello di mercurio nel barometro continuerà a cambiare fino a quando il peso del mercurio nel tubo di vetro è esattamente uguale al peso dell'aria sopra il serbatoio. Una volta che i due hanno smesso di muoversi e sono bilanciati, la pressione viene registrata "leggendo" il valore all'altezza del mercurio nella colonna verticale.

Se il peso del mercurio è inferiore alla pressione atmosferica, il livello di mercurio nel tubo di vetro aumenterà (alta pressione). Nelle aree ad alta pressione, l'aria sta affondando verso la superficie della terra più rapidamente di quanto possa fluire verso le aree circostanti. Poiché il numero di molecole d'aria sopra la superficie aumenta, ci sono più molecole per esercitare una forza su quella superficie. Con un aumento del peso dell'aria sopra il serbatoio, il livello di mercurio sale a un livello superiore.

Se il peso del mercurio è maggiore della pressione atmosferica, il livello di mercurio diminuirà (bassa pressione). Nel aree di bassa pressione, l'aria si sta allontanando dalla superficie della Terra più rapidamente di quanto possa essere sostituita dall'aria che fluisce dalle aree circostanti. Poiché il numero di molecole d'aria sopra l'area diminuisce, ci sono meno molecole per esercitare una forza su quella superficie. Con un peso d'aria ridotto sopra il serbatoio, il livello di mercurio scende a un livello inferiore.

Altri tipi di barometri includono aneroidi e barometri digitali. Barometri aneroidi non contengono mercurio o altri liquidi, ma hanno una camera metallica sigillata e ermetica. La camera si espande o si contrae in risposta alle variazioni di pressione e un puntatore su un quadrante viene utilizzato per indicare le letture della pressione. I barometri moderni sono digitali e sono in grado di misurare la pressione atmosferica in modo accurato e rapido. Questi strumenti elettronici visualizzano le letture attuali della pressione atmosferica attraverso uno schermo.

La pressione atmosferica è influenzata dal riscaldamento diurno del sole. Questo riscaldamento non avviene uniformemente in tutta la Terra poiché alcune aree sono riscaldate più di altre. Quando l'aria viene riscaldata, aumenta e può provocare un sistema a bassa pressione.

La pressione al centro di a sistema a bassa pressione è inferiore all'aria nell'area circostante. I venti soffiano verso l'area di bassa pressione causando l'innalzamento dell'aria nell'atmosfera. Il vapore acqueo nell'aria che sale condensa formando nuvole e, in molti casi, precipitazioni. Dovuto al Effetto di Coriolis, a seguito della rotazione terrestre, i venti in un sistema a bassa pressione circolano in senso antiorario nell'emisfero settentrionale e in senso orario nell'emisfero meridionale. I sistemi a bassa pressione possono produrre condizioni meteorologiche instabili e tempeste come cicloni, uragani e tifoni. Come regola generale, i minimi hanno una pressione di circa 1000 millibar (29,54 pollici di mercurio). A partire dal 2016, la pressione più bassa mai registrata sulla Terra è stata di 870 mb (25,69 inHg) nell'occhio del Typhoon Tip sull'Oceano Pacifico il 12 ottobre 1979.

Nel sistemi ad alta pressione, l'aria al centro del sistema ha una pressione più elevata dell'aria nell'area circostante. L'aria in questo sistema affonda e soffia via dall'alta pressione. Questa aria discendente riduce il vapore acqueo e la formazione di nuvole con conseguente vento leggero e condizioni meteorologiche stabili. Il flusso d'aria in un sistema ad alta pressione è opposto a quello di un sistema a bassa pressione. L'aria circola in senso orario nell'emisfero settentrionale e in senso antiorario nell'emisfero meridionale.

Articolo a cura di Regina Bailey

• Britannica, The Editors of Encyclopaedia. "Pressione atmosferica." Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 5 marzo. 2018, www.britannica.com/science/atmospher-pressure.
• National Geographic Society. "Barometro." National Geographic Society, 9 ottobre 2012, www.nationalgeographic.org/encyclopedia/barometer/.
• "Gli alti e bassi della pressione dell'aria." Sicurezza meteorologica invernale | Centro UCAR per l'educazione scientifica, scied.ucar.edu/shortcontent/highs-and-lows-air-pressure.