Понятие, уровни вакуума и единицы измерения Vuototecnica. КИП-Сервис: промышленная автоматика.
Термин «вакуум«, как физическое явление — среда, в которой давление газа ниже атмосферного давления.
Количественной характеристикой вакуума служит абсолютное давление. Основной единицей измерения давления в Международной системе (СИ) служит Паскаль (1 Па = 1Н/м2). Однако, на практике встречаются и другие единицы измерения, такие как миллибары (1 мбар = 100Па) и Торры или миллиметры ртутного столба (1 мм.рт.ст. = 133,322 Па). Данные единицы не относятся к СИ, но допускаются для измерения кровяного давления.
Уровни вакуума
В зависимости от того, на сколько давление ниже атмосферного (101325 Па), могут наблюдаться различные явления, вследствие чего могут использоваться различные средства для получения и измерения такого давления. В наше время выделяют несколько уровней вакуума, каждый из которых имеет свое обозначение в соответствии с интервалами давления ниже атмосферного:
- Низкий вакуум (НВ): от 10
- Средний вакуум (СВ): от 102 до 10-1 Па,
- Высокий вакуум (ВВ): от 10-1 до 10-5 Па,
- Сверхвысокий вакуум (СВВ): от 10-5 до 10-9 Па,
- Черезвычайно высокий вакуум (ЧВВ): <10-9 Па.
Данные уровни вакуума в зависимости от области применения разделяют на три производственные группы.
— Низкий вакуум: в основном используется там где требуется откачка большого количества воздуха. Для получения низкого вакуума используют электромеханические насосы лопастного типа, центробежного, насосы с боковым каналом, генераторы потока и т.д.
Низкий вакуум применяется, например, на фабриках шелкотрафаретной печати.
— Промышленный вакуум
: термин “промышленный вакуум” соотвествует уровню вакуума от -20 до -99 кПа. Данный диапазон используется в большинстве применений. Индустриальный вакуум получают с помощью ротационных, жидкостно-кольцевых,поршневых насосов и лопастных вакуумных генераторов по принципу Вентури. Область применения промышленного вакуума включает в себя захват присосками, термоформование, вакуумный зажим, вакуумная упаковка и др.— Технический вакуум: соответствует уровню вакуума от -99 кПа.
Такой уровень вакуума получают при помощи двухуровневых ротационных насосов, эксцентриковых роторных насосов, вакуумных насосов Рутса, турбомолекулярных насосов, диффузионных насосов, криогенных насосов и т.д.
Такой уровень вакуума используется в основном при лиофилизации, металлизации и термообработке. В науке технический вакуум используется в качестве симуляции космического пространства.
Наивысшее значение вакуума на земле значительно меньше значения абсолютного вакуума, которое остается чисто теоретическим значением. Фактически, даже в космосе, несмотря на отсутствие атмосферы, имеется небольшое количество атомов.
Основным толчком к развитию вакуумных технологий послужили исследования в промышленной области. В настоящий момент существует большое количество применений в различных секторах. Вакуум используется в электролучевых трубках, лампах накаливания, ускорителях частиц, в металлургии, пищевой и аэрокосмической индустрии, в установках для контроля ядерного синтеза, в микроэлектронике, в стекольной и керамической промышленности, в науке, в промышленной роботехнике, в системах захвата с помощью вакуумных присосок и т.
д.
Все, что нужно знать о выходах в космос
В ночь на 16 августа космонавты Олег Артемьев и Сергей Прокопьев завершили выход в открытый космос по программе российского сегмента Международной космической станции (МКС). Продолжительность работы за бортом станции составила 7 часов 46 минут. Космонавты, в частности, демонтировали установленные в 2017 году панели с микроорганизмами, которые должны были выживать в открытом космосе. Также Прокопьев и Артемьев установили научное оборудование «Икарус» для мониторинга окружающей среды и запустили микроспутники «Сириуссат».
Спецпроект на тему
Оба россиянина работали в новых скафандрах «Орлан-МКС». В этих космических костюмах используется новая полиуретановая внутренняя оболочка вместо резины. Также в скафандры установлена новая автоматическая система терморегулирования. Система работает как хороший климат-контроль в автомобиле, самостоятельно подстраиваясь под температуру внутренней среды скафандра и усиливая или, наоборот, уменьшая степень охлаждения.
Выход в космос не только захватывающее событие, но и тяжелая и во многих смыслах неудобная работа. Про некоторые детали типового выхода рассказал ТАСС космонавт Герой России Алексей Овчинин.
Два литра за каждый выходЗа тонкими стенками (не более 20 мм) МКС находится так называемый открытый космос — пустое безжизненное пространство, оказавшись в котором без защиты человек даже не успеет задохнуться, а умрет от перепада давления в течение нескольких десятков секунд. Остынет он значительно позже — в космосе из-за вакуума очень слабая теплопередача, и любой предмет охлаждается медленно. Космонавты выходят в космос в специальных костюмах — скафандрах, состоящих из большого числа оболочек. Они создают для человека личный микромир с приемлемыми давлением, температурой и воздухом, которым можно дышать.
- Зачем нужно быстро летать к МКС
Как отмечает Овчинин, скафандр плохо подвижен, и чем больше в нем избыточное давление, тем он жестче (костюм раздувается в вакууме как шар).
Тренировка в гидролаборатории
© AP Photo/Sergey PonomarevНе секрет, что вся работа за бортом выполняется с помощью рук. Сжать перчатку скафандра полностью, конечно, можно, другое дело, что для выполнения работ за бортом станции не всегда это нужно, достаточно совершать более мелкие движения пальцами, чтобы руки, плечевой пояс, пальцы не уставали и чтобы можно было выполнить все задачи внекорабельной деятельности (ВКД)
Алексей Овчинин
космонавт, Герой России
На эту тему
По его словам, космонавты тренируют руки специальными упражнениями, которые развивают плечевой пояс и пальцы.
Также облегчают работу космонавтов специальные инструменты, которые для удержания в руках не требуют полного сжатия перчаток.
Кроме сильного напряжения рук, человек греется и сильно потеет внутри скафандра, несмотря на работу системы охлаждения. Алексей Овчинин отметил, что потерю энергии космонавтов за выход в космосе в джоулях или калориях никто не считал, но люди устают за время внекорабельной деятельности достаточно сильно. «Из организма уходит за выход очень много воды, это порядка двух литров. После выхода мы как раз восполняем именно потребности в воде. При этом не используется каких-либо витаминов и других пищевых добавок», — рассказал Овчинин.
Не забудьте перецепить страховочный карабинКосмонавты работают в разных местах за бортом станции, иногда приходится проделать длинный путь от выхода из модуля «Пирс» до места проведения работ. По пути следования передвигающиеся на руках космонавты цепляют себя страховкой за жесткие и гибкие поручни, как альпинисты.
«Никто никогда не считал, сколько раз космонавт перецепляет карабин во время ВКД, потому что это зависит от задач. Во время некоторых выходов космонавты работают рядом с шлюзовым отсеком. А могут быть работы гораздо дальше, тогда при перемещении по поручням космонавт должен перефиксировать два карабина от двух фалов. Поручни при этом на поверхностях модулей расположены неравномерно — где-то чаще, где-то реже. В некоторых местах поручни расположены достаточно далеко или установлены вообще мягкие поручни — там несколько другая система перецепления», — рассказал Овчинин. При этом он добавил, что случаев отрыва — когда космонавта, «соскользнувшего» с борта станции, спасли лишь страховочные фалы — пока не было.
За время выхода за борт станции космонавты неоднократно оказываются как в тени Земли, так и на солнечной стороне. В тени системы скафандра включаются на обогрев — по трубкам специального сетчатого костюма, надетого на космонавта внутри скафандра, начинает течь теплая вода.
На солнечной стороне водяная система влючается на охлаждение. Причем перегреться в скафандре значительно проще, чем замерзнуть, — он работает как термос, и внутреннее пространство скафандра быстро нагревается от тепла работающего человека.
На солнечной стороне космонавты также используют специальное защитное забрало из многослойного золотисто-зеркального стекла. Оно настолько хорошо защищает их лицо и глаза от солнечных лучей, что они впрямую могут смотреть на нашу звезду.
С альпинистами космонавтов роднят не только страховочные фалы и карабины, но и пониженное давление воздуха: во время выхода в скафандре поддерживается давление более чем в два раза меньше обычного атмосферного на Земле — около 0,37–0,42 атмосферы. Это немногим выше, чем на вершине Эвереста.
Человек, в принципе, достаточно комфортно чувствует себя при таком давлении, время нахождения в скафандре ограничено другими системами жизнеобеспечения. А так в среднем за ВКД космонавт находится в скафандре семь-восемь часов
Алексей Овчинин
космонавт, Герой России
Надо отметить, что на вершине Эвереста люди могут погибнуть не из-за низкого давления, а из-за недостаточного содержания кислорода в разреженном воздухе.
Космонавты во время работы за бортом имеют право на отдых. Так, они могут попросить Центр управления полетами (ЦУП) дать паузу в работе практически в любое время. При этом не используется никаких специальных команд или стоп-слов, просто космонавт сообщает ЦУП, что он устал и ему нужна передышка. Также паузы в работе могут быть организованы по указанию с Земли.
«По циклограмме отдых во время ВКД не предусмотрен, смотрится состояние космонавтов — во время внекорабельной деятельности группа медицинского обеспечения следит за нами, на каждом космонавте надет медицинский пояс, который сбрасывает множество параметров. Если медики видят, что учащается пульс или растет давление, они дают команду на прекращение работы», — рассказал Овчинин. Он также сообщил, что российские космонавты не едят и даже не пьют во время выхода, хотя емкости для воды предусмотрены.
После выхода космонавтам также не дается какого-то специального времени для отдыха — по большей части они в этот момент занимаются обслуживанием скафандра.
Космический костюм после выхода нужно прежде всего просушить от пота, затем подготовить к следующему выходу и убрать в специальное помещение на станции.
Валерия Решетников
Что будет в открытом космосе с человеком без скафандра?
1. Человек не превратится мгновенно в ледышку?
Нагревание или охлаждение происходит либо из-за контакта с холодной внешней средой, либо через тепловое излучение.
В вакууме среды нет, контактировать не с чем. А если точнее, то в вакууме присутствует очень разряженный газ, который из-за своей разряженности дает очень слабый эффект. В термосе вакуум используют как раз для того, чтобы сохранить тепло! Не имея контакта с холодным веществом, герой вовсе не будет испытывать обжигающего холода.
2. Замерзать придется долго
Что касается излучения, то человеческое тело, попав в вакуум, будет постепенно отдавать тепло излучением. В термосе делают стенки колбы зеркальными, чтобы удержать излучение.
Этот процесс довольно медленный. Даже если на космонавте нет скафандра, но есть одежда, она поможет сохранить тепло.
3. Поджариться?
Зато можно загореть. Если дело происходит в космосе недалеко от звезды, то можно получить солнечный ожог на оголенных участках кожи — как от чрезмерного загара на пляже. Если дело происходит где-нибудь на орбите Земли, то эффект будет сильнее, чем на пляже, так как там нет атмосферы, которая защищает от жесткого ультрафиолета. 10 секунд достаточно для получения ожога. Но все же это тоже не обжигающий жар, к тому же одежда тоже должна защитить. А если речь идет о дырке в скафандре или трещине в шлеме, то на эту тему можно не беспокоиться.
4. Кипящая слюна
Температура кипения жидкостей зависит от давления. Чем меньше давление, тем ниже температура кипения. Поэтому в вакууме жидкости будут испаряться. Это обнаружилось в экспериментах — не сразу, но слюна закипает, так как давление почти нулевое, а температура языка — 36 С.
Видимо, то же самое произойдет со всеми слизистыми оболочками (на глазах, в легких) — они будут высыхать, если только из организма не будет поступать новая слизь.
Кстати, если взять не просто жидкую пленку, а большой объем воды, тогда, наверное, будет эффект как у «сухого льда»: снаружи испарение, с испарением быстро теряется тепло, за счет этого внутренняя часть замерзает. Можно предположить, что шарик воды в космосе частично испарится, а в остальном превратится в кусочек льда.
5. Кровь вскипит?
Эластичная кожа, сосуды, сердце создадут достаточное давление, чтобы ничего не кипело.
6. Эффекта шампанского тоже не предвидится
У аквалангистов есть такая неприятность, как кессонная болезнь. Причина — то, что происходит с бутылкой шампанского.
Кроме кипения есть еще растворение газов в крови. Когда давление падает, газы превращаются в пузырьки. В шампанском выходит растворенный углекислый газ, а у аквалангистов — азот.
Но этот эффект происходит при больших перепадах давления — хотя бы в несколько атмосфер.
А при попадании в вакуум перепад всего в одну атмосферу. В статье на эту тему ничего не говорится, никакие симптомы не описываются — видимо, этого недостаточно.
7. Воздух изнутри разорвет?
Предполагается, что жертва его выдохнет — и потому не разорвет. А если не выдохнет? Оценим угрозу. Пускай в скафандре поддерживается давление в 1 атм. Это 10 кг на квадратный сантиметр. Если человек пытается задержать дыхание, то на пути воздуха встает мягкое небо. Если там площадь хотя бы 2×2 см, то получится нагрузка в 40 кг. Вряд ли мягкое небо выдержит — человек выдохнет сам, как сдувшийся шарик.
8. Человек задохнется?
Вот это и есть основная и реальная угроза. Дышать то нечем. Сколько человек может продержаться без воздуха? Тренированные ныряльщики — несколько минут, нетренированный человек — не больше минуты.
Но! Это на вдохе, когда в легких полно воздуха с остатками кислорода. А там, помните, придется выдохнуть. Сколько простой человек может продержаться на выдохе? Секунд 30.
Но! На выдохе легкие не «скукоживаются» до конца, остается немного кислорода. В космосе, видимо, кислорода останется еще меньше (сколько удастся удержать). Конкретное время, через которое человек потеряет сознание от удушья известно — порядка 14 секунд.
Источник
Смотрите также:
Космический зонд засек интригующий радиосигнал с Венеры
Космический зонд «Паркер» принял радиосигнал с Венеры. Правда, послали его не инопланетяне, а сама атмосфера планеты, в которую аппарат неожиданно погрузился. Впрочем, новые данные всё-таки связаны с проблемой внеземной жизни. Возможно, они помогут понять, как Венера, этот двойник Земли, превратилась в кромешный ад, губительный для всего живого.
Мы подробно рассказывали о зонде «Паркер». Напомним, что основная его задача – изучение Солнца. Вскоре после запуска аппарат приблизился к светилу на рекордное расстояние и с тех пор несколько раз обновлял собственные рекорды.
Совсем недавно, в апреле 2021 года, он сблизился с нашей звездой в восьмой раз.
Чтобы подбираться всё ближе к Солнцу, зонд должен менять свою орбиту. Для этого миссия использует гравитацию Венеры. 11 июля 2020 года «Паркер» сблизился с этой планетой в третий раз и подошёл к ней ближе, чем когда-либо прежде. Он прошёл всего в 833 километрах от поверхности. Для сравнения: МКС обращается вокруг Земли на высоте 400 километров.
Фотография ночной стороны Венеры, сделанная зондом «Паркер» 11 июля 2020 года с расстояния более 12 тысяч километров.
Здесь-то учёных и ждал сюрприз. Установленный на борту зонда прибор FIELDS (буквально «поля»), предназначенный для измерения электромагнитных полей, обнаружил радиосигнал. Тот длился всего семь минут, в течение которых аппарат был ближе всего к планете.
«Я был так взволнован, когда получил новые данные с Венеры», – признаётся первый автор исследования Глин Коллинсон (Glyn Collinson) из Центра космических полётов имени Годдарда НАСА.
Учёный быстро разобрался в природе необычного сигнала.
«На следующий день я проснулся и подумал: «Боже мой, я знаю, что это!»», – рассказывает Коллинсон.
Эксперт вспомнил свою работу с космическим аппаратом «Галилео», исследовавшим спутники Юпитера. Подобный сигнал появлялся всякий раз, когда зонд проходил через ионосферы лун гигантской планеты.
Поясним, что такое ионосфера. Во внешний слой атмосферы планеты или спутника врываются заряженные частицы и рентгеновские лучи из космоса. Они отрывают электроны у атомов газа, превращая их в ионы. Подвергающийся такой атаке слой атмосферы и называется ионосферой.
Ионизированный газ излучает радиоволны, которые несут информацию о его плотности и других характеристиках. И это большая удача для астрономов, не исследовавших ионосферу Венеры «на месте» уже тридцать лет.
В последний раз подобные измерения проводились зондом «Пионер-Венера-1» в 1992 году.
Тогда Солнце находилось в пике 11-летнего цикла активности. А вот «Паркер» вошёл в ионосферу Венеры всего через полгода после затянувшегося минимума очередного цикла.
Солнечный ветер и рентгеновское излучение Солнца – основные «виновники» ионизации атмосферы Венеры (как и Земли). Поэтому можно было ожидать, что характеристики ионосферы в минимуме и максимуме активности будут отличаться.
И в самом деле, плотность ионосферы Венеры в 2020 году оказалась на порядок ниже, чем в 1992 году. К слову, именно этот показывают наблюдения с Земли: ионосфера второй от Солнца планеты становится плотнее, когда солнечная активность на подъёме, и истончается, когда активность светила идёт на спад.
Теперь эта закономерность подтверждена измерениями непосредственно в атмосфере Венеры. Но учёные по-прежнему не знают, почему ионосфера планеты истончается именно в минимуме солнечной активности, а не наоборот.
Венера, в отличие от Земли, не имеет магнитного поля, защищающего атмосферу от «сдувания» солнечным ветром.
Казалось бы, именно в максимуме солнечной активности планета должна интенсивнее всего терять газ. Следовательно, ионосфера должна быть более разреженной. Однако наблюдения показывают, что всё происходит с точностью до наоборот. Впрочем, экспертов есть гипотезы, объясняющие это странное явление. Но какая из них верна, покажут только будущие исследования.
Отметим, что венерианская атмосфера интересует человечество не просто так. Венера – космический близнец Земли. Её радиус составляет 95% земного. Она всего в 1,4 раза ближе к Солнцу, чем наша планета, и очень похожа на неё по химическому составу. Почему же тогда на поверхности Венеры царит температура 470 °C и давление более 90 атмосфер? Почему там практически отсутствует вода даже в виде пара? У астрономов есть лишь гипотезы, объясняющие такую разительную непохожесть планет-сестёр. Но тщательное изучение Венеры рано или поздно поможет установить истину.
Подробности исследования изложены в научной статье, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters.
К слову, ранее мы рассказывали об озоновом слое на Венере и о том, почему её атмосфера вращается быстрее поверхности.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».
Космический туризм: ракетоплан Virgin Galactic успешно долетел до границы космоса
- Джонатан Эймос
- Корреспондент Би-би-си по вопросам науки
Для просмотра этого контента вам надо включить JavaScript или использовать другой браузер
Подпись к видео,Видео: ракетоплан отделяется от корабля-носителя
Ракетоплан Unity компании Virgin Galactic совершил первый из трех главных испытательных полетов. После них, если все пойдет по плану, британский предприниматель Ричард Брэнсон, возглавляющий Virgin, может начинать коммерческие рейсы.
Запуск Unity осуществили два пилота — бывший астронавт НАСА Си Джей Стеркоу и старший летчик-испытатель Galactic Дейв Маккей.
Под их руководством летательный аппарат смог подняться на высоту 89 километров, после чего спланировал на Землю. Граница земной атмосферы с космосом находится на высоте 100 км.
Своей очереди долететь до границы с космосом по оплаченным билетам уже дожидаются порядка 600 будущих пассажиров. В их числе известные актеры и музыканты. Но до того, как они смогут попасть на борт, ракетоплан должен получить все необходимые лицензии. Это должно произойти до конца нынешнего года.
Процесс лицензирования осуществляет Федеральное управление гражданской авиации США (FAA), которому будут направлены технические данные о субботнем полете над пустыней штата Нью-Мексико.
Чиновники, в частности, должны будут удостовериться, что компании удалось устранить проблему электромагнитных помех, из-за которых не удалась предыдущая попытка запуска в декабре 2020 года. Судя по тому, что на этот раз полет прошел успешно, вопрос был решен.
Запуск прошел по запланированному сценарию.
Самолет-носитель под названием Eve поднял ракетоплан на высоту 13 километров, затем аппарат отделился и включил собственный ракетный двигатель.
После этого Unity буквально взмыл к границе космоса и земной атмосферы, разогнавшись до скорости, в три раза превышающей звуковую.
Автор фото, Virgin Galactic
Подпись к фото,Unity взмывает вверх, кадры с корабля-носителя
За пять лет программы летных испытаний это шестой раз, когда аппарат смог совершить взлет на ракетном двигателе. Однако нынешний был особенно значимым, потому что сейчас Unity впервые стартовал из своего будущего постоянного дома — частного космопорта «Америка», специально построенного для коммерческих запусков.
«Сегодняшний полет продемонстрировал изящество и безопасность, присущие нашей системе для космических полетов, и одновременно стал значительным шагом вперед — как для Virgin Galactic, так и для полетов человека в космос из Нью-Мексико», — сказал исполнительный директор компании Майкл Колглазиер.
Автор фото, Virgin Galactic
«Космические путешествия — это смелое и рискованное начинание, и я невероятно горжусь нашей талантливой командой, которая делает мечту о частных полетах космос в реальностью», — добавил Колглазиер.
Брэнсон летит в космос
Во время следующего запуска Unity к пилотам присоединятся несколько сотрудников компании Virgin Galactic. А после этого в полет отправится и сам Ричард Брэнсон, чтобы продемонстрировать миру, что аппарат готов к коммерческой эксплуатации.
После этого компания должна начать получать доход от частных полетов.
Самый первый коммерческий полет оплатили BBC Италии, которые хотят отправить на ракетоплане группу специалистов для проведения нескольких экспериментов с микрогравитацией.
Автор фото, Blue Origin
Подпись к фото,Джефф Безоз планирует начать туристические полеты в июле
Компания Virgin Galactic прошла долгий путь, чтобы добиться успеха.
Прошлый год выдался особенно непростым, так как из-за пандемии работа шла медленнее, чем предполагалось.
Но ее нынешние уверенные шаги в направлении коммерческих полетов пришлись как никогда ко времени. Индустрия космического туризма снова резко активизировалась после довольно вялого десятилетия.
В 2000-х годах семеро состоятельных людей заплатили за то, чтобы посетить Международную космическую станцию. Однако этот вид туризма, организованный под эгидой Роскосмоса, прекратился в 2009 году.
Теперь новые инициативы в этом направлени реализует не только Ричард Брэнсон, но и основатель Amazon Джефф Безос, и калифорнийский предприниматель Илон Маск.
Россияне также работают над возобновлением коммерческих полетов на МКС. А еще есть и такие энтузиасты, которые хотят запустить частные космические станции специально для туристических визитов. В их числе компания Axiom, основанная бывшим программным менеджером НАСА.
18 марта в истории Космонавтики
Год | 18 марта |
1964 | Запуск спутника «Космос-26» для изучения магнитного поля Земли. |
1965 | Советский космонавт Алексей Архипович Леонов совершил первый в истории человечества выход в открытый космос с борта космического корабля «Восход-2» пилотируемого лётчиком-космонавтом Павлом Ивановичем Беляевым. |
1980 | На космодроме «Плесецк» при подготовке к пуску на стартовой позиции взорвалась ракета «Восток-2М», в результате чего погибли 48 человек, множество пострадавших. |
2001 | С плавающей платформы «Одиссей» в Тихом океане успешно запущена российско-украинская ракета-носитель «Зенит-3SL», доставившая на орбиту американский спутник ХМ-2 Rock. |
2003 | Спутником SOHO впервые были засняты два одновременных протуберанца с противоположных сторон диска Солнца. |
2004 | Рекордно близко от Земли (43 тыс. |
км) пролетел астероид.18 марта 1965 года Алексей Леонов совершил полёт в космос совместно с Павлом Беляевым в качестве второго пилота на космическом корабле «Восход-2». В ходе этого полёта Леонов совершил первый в истории космонавтики выход в открытый космос продолжительностью 12 минут 9 секунд. Во время выхода проявил исключительное мужество, особенно в нештатной ситуации, когда раздувшийся космический скафандр препятствовал не только работе, но и его возвращению в космический корабль. Продолжительность полёта — 1 сутки 2 часа 2 минуты 17 секунд.
Гагарин был первым космонавтом, но до него летали собаки, и какое-то представление о том, что его ждёт в космосе, уже имели. Выход Леонова в открытый космос, конечно же, подготовили десятки учёных-специалистов самых разных областей – врачи, инженеры, конструкторы и др. Они предусмотрели всё, что можно было предусмотреть на Земле, но неприятностей избежать не удалось. Когда Алексей Леонов вышел в открытый космос, скафандр раздулся из-за избыточного давления (внутри 35 сотых атмосферы, снаружи — ноль).
«Руки у меня выскочили из перчаток, а ноги из ботинок», — рассказывал потом Леонов. Это значит, что он оказался внутри скафандра, надутого, как воздушный шарик, во «взвешенном» состоянии! И в таком положении ему надо было двигаться и работать! Алексей прикинул, что с момента, как он «закрыл скафандр» прошёл уже час, и рискнул уменьшить давление в скафандре, не спросив разрешения у специалистов и даже не доложив на Землю, нарушил важное правило: космонавт на любые действия должен спрашивать разрешение у Земли. Но спрашивать было некогда, у него закончился бы кислород, которого и так оставалось лишь на 20 минут!
Когда скафандр сдулся и снова стал нужного размера, сразу стало легче, можно было двигаться и работать с фотоаппаратом и кинокамерой, что он и делал, сообщая обо всем своему командиру и на Землю.
Перед посадкой отказала автоматическая система ориентации. Беляев вручную сориентировал корабль и включил тормозной двигатель. В результате «Восход» совершил посадку в нерасчётном районе – в глухой пермской тайге. В сообщении ТАСС это называлось посадкой в «запасном районе». После посадки огромный купол парашюта, застрявший на двух высоких елях, развевался на ветру. Вскоре над ними уже кружил «Ил-14». С самолёта сразу же установили радиосвязь и сообщили космонавтам, что их обнаружили и скоро пришлют помощь. С Пермского аэродрома был поднят гражданский «Ми-1». С этого вертолёта в район посадки спустили двух лесников, которые в 17 часов 19 марта, пробравшись сквозь тайгу около 4 километров, были уже рядом с героями. На следующее утро, 20 марта, к месту посадки подоспели 3 вертолёта. Сесть они не могли, но сбросили всё необходимое. Чтобы посадить вертолеты и вывезти космонавтов, нужно было повалить большое количество деревьев. И вот, 21 марта, по прокатанной лыжне, космонавты, с помощью сопровождающих, добрались до вертолёта. Спускаемый аппарат был эвакуирован 22 марта.
Как достать соседку: Венеру хотят исследовать с помощью дронов | Статьи
Российские ученые предложили концепцию исследования Венеры с помощью дронов. Согласно проекту, беспилотники будут летать на высотах от 30 до 65 км от поверхности планеты, где давление и температура в атмосфере близки к земным. Аппараты смогут получать данные о химическом составе атмосферы, измерять скорость ветра, анализировать параметры облаков. Эксперты считают поставленную задачу вполне реализуемой, однако отметили ограничения, которые накладывают экстремальные венерианские условия. В частности, видео- и фотосъемку будет затруднять плохая видимость.
Среди газа и туманаВ 2029 году может состояться запуск межпланетной автоматической станции «Венера-Д», сообщали ранее в Институте космических исследований РАН. Первая со времен СССР миссия к Венере станет частью новой российской программы по всестороннему изучению второй от Солнца планеты. На начальном этапе предполагается провести исследования поверхности, атмосферы, окружающей плазмы и внутреннего строения Венеры.
Ученые из МАИ предложили концепцию исследования планеты с помощью дронов.
— Венерианское направление сегодня вернулось в космическую повестку нашей страны, — отметил профессор кафедры «Космические системы и ракетостроение» МАИ Виктор Воронцов. — Рассматривается возможность включения поэтапной программы исследования планеты в Федеральную космическую программу России. Мы предлагаем расширить схему эксперимента по контактному изучению атмосферы и поверхности планеты с помощью нового оригинального технического средства. Оно будет функционировать на высотах от 40 до 65 км, где значения температуры, давления и плотности атмосферы ближе к земным.
В качестве инструмента сбора данных ученые предложили использовать винтовой мультироторный летательный аппарат (МРЛА), способный вертикально взлетать и садиться на поверхность. Согласно плану, он будет получать данные о венерианской атмосфере и облачном слое на разных высотах, «зависать» над визуально исследуемой областью. В его задачи будет входить измерение температуры, давления, тепловых потоков, скорости ветра, а также анализ строения, состава и микрофизических параметров облаков и химического состава атмосферы.
Дрон будет относительно легким — массой до 15 кг — и сможет поднимать в качестве полезного груза до 9 кг, рассчитывают ученые. В частности, МРЛА сможет поднимать в воздух камеры для фото- и видеосъемки, заборники газа и газоанализаторы для исследования атмосферы. Работать он будет от аккумуляторных батарей, расположенных внутри корпуса МРЛА.
Экстремальные условияПо словам разработчиков, разместить один или несколько МРЛА можно в спускаемом аппарате сферической формы типа «Вега» диаметром 2,4 м. Зона размещения на системе аэростатного зонда представляет собой квадрат со стороной 40 см, высота беспилотника — не более 30 см.
В 1985 году на поверхность Венеры были спущены советские аппараты «Вега-1» и «Вега-2». Каждый из них был оснащен посадочным аппаратом и аэростатным зондом. Отделившись на заданной высоте, зонды передали на Землю уникальную информацию об атмосфере Венеры.
— Конструкция аппарата типа «Вега» позволяет доставить в атмосферу Венеры до семи мультироторных летательных аппаратов одновременно, — пояснил выпускник МАИ, соавтор идеи Михаил Яценко. — Это дает возможность выстраивать совершенно иную схему эксперимента — производить сбор данных в разных точках, замерять сейсмическую активность в тех или иных областях и выполнять другие исследования. При этом важнейшими качествами таких аппаратов являются их управляемость и взаимозаменяемость.
Ученые уже предложили проектный облик МРЛА. Разработчики оценили массово-габаритные параметры беспилотника, но с окончательным вариантом запуска еще не определились.
— На Венере условия очень тяжелые, особенно на поверхности планеты: давление более 90 атмосфер, кислотные дожди, — пояснил эксперт рабочей группы AeroNet Национальной технологической инициативы Олег Понфиленок. — Поэтому я считаю вариант запуска дронов с поверхности слишком сложным. Вместо этого лучше запускать летательные аппараты на большой высоте 50–60 км, где давление сравнимо с земным. Я бы предложил планер самолетного типа с солнечными панелями на крыльях, который нужно отделить от спускаемого аппарата на высоте 60 км. Такой самолет на солнечных панелях сможет долго, месяцы или даже годы, летать в венерианской атмосфере, выше кислотных облаков.
В ближайшее время разработчики планируют провести углубленные расчеты, уточнить схему МРЛА и выбрать материалы с учетом венерианских условий.
— По описанию, поставленная авторами задача вполне реализуема, — отметил заместитель начальника отделения АО «Российские космические системы» Рудольф Бакитько. — В верхних слоях атмосферы планеты аэростатный зонд успешно летал, значит, и дрон может повторить это действие. Однако большая высота ограничивает возможности беспилотника — например, видеосъемку будет провести затруднительно из-за плохой видимости в венерианской атмосфере.
Сроки воплощения проекта зависят от того, когда будет разработана и принята новая программа изучения Венеры, поскольку предлагаемый дрон нужно встроить в венерианский космический аппарат.
«Известия» направили запрос в «Роскосмос».
Узнайте о давлении космоса
Крутые эксперименты с зефиром
В космосе, за пределами атмосферы Земли, в газе, окружающем Международную космическую станцию, почти нет молекул. Отсутствие молекул означает, что давление воздуха чрезвычайно низкое — фактически оно почти равно нулю, так что это почти идеальный вакуум.
Люди под давлением
Люди эволюционировали, чтобы жить под давлением атмосферы Земли, которая все время давит на нас.Чтобы справиться с атмосферным давлением, у людей есть внутреннее давление, которое ему нужно. Давление внутри нашей кожи равно давлению снаружи нашей кожи.
По нескольким причинам космический вакуум невероятно опасен для людей, если они не носят специально разработанные скафандры «Сокол», которые поддерживают давление воздуха, будучи подключенными к системам жизнеобеспечения корабля «Союз».
Используя зефир и шприц, вы можете исследовать один из удивительных эффектов, которые низкое давление воздуха может оказывать на человеческий организм.
Эксперимент с волшебным зефиром
Посетив один из наших научных центров, вы можете увидеть демонстрацию того, что происходит с зефиром в вакуумной камере лабораторного размера.
Посмотрите, что происходит с зефиром, когда давление в камере снижается.
Почему мы используем зефир? Из-за их мягкой губчатой текстуры. Пористость зефира возникает из-за того, что внутри него много воздуха. Если вы надавите на нее или немного растянете, она вернется в исходную форму.
Это немного похоже на плоть человеческих тел. Но когда наши тела давят, тянут или помещают в вакуум, это довольно неприятно, поэтому мы используем зефир вместо тел, чтобы посмотреть на невероятное воздействие, которое может оказать вакуум.
Вот как вы можете создать подобное дома, но в меньшем масштабе.
Что вам понадобится
- Чистый пластиковый шприц — около 10 или 20 мл часто используется для того, чтобы давать лекарства младенцам и домашним животным, так что вы можете иметь один на кухне. В противном случае он будет у местного химика.
- Маленькие зефиры — они будут действовать как мини-космонавты.
Чем вы занимаетесь
Закройте поршень шприца до отметки 3 мм. Теперь плотно прижмите открытый конец к коже большого пальца другой руки. (Если вам трудно использовать шприц одной рукой, прижмите его к коже на ноге). Осторожно потяните поршень примерно на 8-10 мм.
Ощущаете ли вы ощущение сосания на коже? Это из-за падения давления воздуха внутри шприца.
Внутри шприца было небольшое количество воздуха. Когда вы закрываете конец шприца большим пальцем, молекулы воздуха не могут вырваться наружу, и молекулы воздуха больше не могут попасть внутрь. Когда вы поднимаете поршень, вы даете захваченным молекулам воздуха больше места для перемещения, и вы создаете падение давления воздуха: вакуум.
Возьмите свой зефир и нарисуйте простой смайлик на боку парочки ваших зефирных космонавтов.Для этого воспользуйтесь фломастером.
Теперь выньте поршень из шприца и поместите в шприц пару зефирных зефиров. Переместите поршень вниз так, чтобы он касался верхней части зефира в виде «смайлика». Не раздавливайте его, иначе он потеряет эластичность. В шприце остается очень мало воздуха. Снова поместите большой палец на узкий конец шприца и вытяните поршень до упора.
Ваши зефирные космонавты расширяются!
Если вы нарушите вакуум, убрав большой палец, нормальное атмосферное давление восстановится, и зефир вернется к своему первоначальному размеру.
Теперь вытяните поршень до упора. Снова поместите большой палец на открытый конец и снова вставьте поршень. Посмотрите, что теперь происходит с зефиром: они сжимаются.
Когда зефир расширяется, это происходит потому, что его внутреннее давление пытается соответствовать низкому давлению воздуха вокруг него. Это преувеличение того, что случилось бы с настоящим космонавтом, оказавшимся в космическом вакууме, потому что наша кожа действует как неплохой скафандр, но давление определенно вытеснит весь воздух из наших легких.
Зефир садится из-за того, что давление воздуха, под которым он находится, увеличивается.
Получайте удовольствие от расширения и сжатия. Скоро это превратится в мягкий беспорядок.
ГЛАВА 2. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Отвечать. Тропосфера содержит всю массу атмосферы, за исключением доли P (тропопауза) / P (поверхность), которая находится выше тропопаузы. Из Рисунок 2-2 мы читаем P (тропопауза) = 100 гПа, P (поверхность) = 1000 гПа.Таким образом, доля Ftrop от общей массы атмосферы в тропосфере составляет
. Тропосфера составляет 90% общей массы атмосферы на 30 ° с.ш. (85% в глобальном масштабе).
Доля Fstrat от общей массы атмосферы в стратосфере выражается долей над тропопаузой, P (тропопауза) / P (поверхность), за вычетом доли над стратопаузой, P (стратопауза) / P (поверхность). Из Рисунок 2-2 мы читаем P (стратопауза) = 0,9 гПа, так что
Таким образом, стратосфера содержит почти всю массу атмосферы над тропосферой.Мезосфера содержит всего около 0,1% общей массы атмосферы.
2,4 БАРОМЕТРИЧЕСКИЙ ЗАКОН
Мы рассмотрим факторы, контролирующие вертикальный профиль температуры атмосферы в главах 4 и 7. Здесь мы сосредоточимся на объяснении вертикального профиля давления. Рассмотрим элементарный слой атмосферы (толщина dz, горизонтальная область A) на высоте z:
.Рисунок 2-3 Вертикальные силы, действующие на элементарный слой атмосферы
Атмосфера оказывает восходящую силу давления P (z) A на нижнюю часть плиты и направленную вниз силу давления P (z + dz) A на верхнюю часть плиты; чистая сила (P (z) -P (z + dz)) A называется сила градиента давления.Поскольку P (z)> P (z + dz), сила градиента давления направлена вверх. Чтобы плита находилась в равновесии, ее вес должен уравновешивать силу градиента давления:
(2.3)
Переставляем урожайность
(2,4)
Левая часть по определению равна dP / dz. Следовательно,
(2,5)
Теперь, исходя из закона идеального газа,
(2.6)
где Ma — молекулярная масса воздуха, T — температура. Подстановка (2,6) в (2,5) урожайность:
(2,7)
Теперь сделаем упрощающее предположение, что T постоянна с высотой; как показано в Рисунок 2-2 , T изменяется только на 20% ниже 80 км. Затем мы интегрируем (2,7) чтобы получить
(2,8)
что эквивалентно
(2.9)
Уравнение (2,9) называется барометрический закон. Удобно определить шкала высоты H для атмосферы:
(2.10)
приводя к компактной форме Барометрического закона:
(2,11)
Для средней температуры атмосферы T = 250 K масштаб высоты H = 7,4 км. Барометрический закон объясняет наблюдаемую экспоненциальную зависимость P от z в Рисунок 2-2 ; из уравнения (2.11) , график зависимости z от ln P дает прямую линию с наклоном -H (проверьте, что наклон в Рисунок 2-2 действительно близко к -7,4 км). Небольшие колебания наклона Рисунок 2-2 вызваны колебаниями температуры с высотой, которыми мы пренебрегли в нашем выводе.
Аналогично можно сформулировать вертикальную зависимость плотности воздуха. Из (2,6) , ra и P связаны линейно, если T предполагается постоянным, так что
(2.12)
Аналогичное уравнение применяется к плотности воздуха na. Для каждого подъема высоты H давление и плотность воздуха падают в е = 2,7 раза; таким образом, H обеспечивает удобную меру толщины атмосферы.
При расчете высоты шкалы от (2.10) мы предположили, что воздух ведет себя как однородный газ с молекулярной массой Ma = 29 г / моль. Закон Дальтона гласит, что каждый компонент воздушной смеси должен вести себя так, как если бы он был один в атмосфере.Тогда можно было бы ожидать, что разные компоненты будут иметь разные шкала высоты определяется их молекулярной массой. В частности, учитывая разницу в молекулярной массе между N2 и O2, можно было ожидать, что соотношение в смеси O2 будет уменьшаться с высотой. Тем не мение, гравитационное разделение воздушной смеси происходит за счет молекулярная диффузия, которая значительно медленнее турбулентного вертикального перемешивания воздуха на высотах ниже 100 км ( проблема 4. 9 ). Таким образом, турбулентное перемешивание поддерживает однородную нижнюю атмосферу.Только на высоте более 100 км начинает происходить значительное гравитационное разделение газов, при этом более легкие газы обогащаются на больших высотах. Во время дебатов о вредном воздействии хлорфторуглеродов (ХФУ) на стратосферный озон некоторые не очень уважаемые ученые утверждали, что ХФУ не могут достичь стратосферы из-за их высокого молекулярного веса и, следовательно, низкого масштаба. В действительности турбулентное перемешивание воздуха гарантирует, что соотношения смешивания ХФУ в воздухе, поступающем в стратосферу, по существу такие же, как и в приземном воздухе.
Почему атмосфера не уносится в космос?
Краткий ответ:
Гравитация Земли достаточно сильна, чтобы удерживать ее атмосферу и не дать ей улететь в космос.
Ответ одним словом …
Гравитация
К счастью для нас, гравитация Земли достаточно сильна, чтобы удерживать ее атмосферу. Марс, например, меньше половины размера Земли и около одной десятой массы Земли.Меньшая масса означает меньшее гравитационное притяжение. Плотность атмосферы Марса составляет лишь 1/100 плотности Земли. И, кстати, в основном это CO 2 .
Воздух внизу атмосферы имеет гораздо больший вес, чем воздух ближе к верху.Подобно акробату внизу группы акробатов, воздух внизу атмосферы находится под гораздо большим весом, чем воздух ближе к вершине. Это означает, что воздух ближе к поверхности Земли сдавливается воздухом над ней и, таким образом, становится более плотным.Чем выше вы поднимаетесь в атмосфере, тем тоньше становится воздух. Девяносто девять процентов воздуха находится в нижних 30 километрах (19 милях) атмосферы.
Да, атмосфера Земли имеет вес. Итак, здесь, на поверхности, внизу «стопки», на каждый квадратный дюйм нашего тела давит около 14,7 фунтов воздуха! К счастью, мы к этому привыкли. Мы эволюционировали здесь, поэтому наши тела могут с этим справиться. Выше в атмосфере начинаются проблемы. Даже на высоте 3000–4500 метров (около 10–15000 футов) воздух становится настолько разреженным, что у большинства людей возникают проблемы с получением достаточного количества кислорода.
Если бы Земля была размером с пляжный мяч, воздухопроницаемая атмосфера была бы тонкой, как бумага. Наблюдение за нашей атмосферой из космоса показывает, насколько она тонкая и хрупкая.
«Многие астронавты сообщали о том, что видели эту нежную тонкую синюю ауру на горизонте освещенного днем полушария — которая представляет толщину всей атмосферы — и немедленно, непрошено, созерцая ее хрупкость и уязвимость. Они беспокоятся об этом. У них есть причины для этого. волноваться.» Карл Саган, Миллиарды и миллиарды
NWS JetStream — давление воздуха
Количество молекул ватмосфера уменьшается с высотой.
Атомы и молекулы, составляющие различные слои атмосферы, постоянно движутся в случайных направлениях. Несмотря на свой крошечный размер, когда они ударяются о поверхность, они оказывают на эту поверхность силу, которую мы наблюдаем как давление.
Каждая молекула слишком мала, чтобы ее можно было почувствовать, и она проявляет лишь крошечную силу. Однако, если мы суммируем полные силы от большого количества молекул, которые ударяются о поверхность каждый момент, то общее наблюдаемое давление может быть значительным.
Давление воздуха можно увеличить (или уменьшить) одним из двух способов.Во-первых, простое добавление молекул в какой-либо конкретный контейнер повысит давление. Большее количество молекул в любом конкретном контейнере увеличит количество столкновений с границей контейнера, что наблюдается как увеличение давления.
Хорошим примером этого является добавление (или удаление) воздуха в автомобильной шине. При добавлении воздуха количество молекул увеличивается, а также увеличивается общее количество столкновений с внутренней границей шины. Увеличение числа столкновений заставляет давление в шине увеличиваться и увеличиваться в размерах.
Второй способ увеличения (или уменьшения) — добавление (или вычитание) тепла. Добавление тепла к любому конкретному контейнеру может передавать энергию молекулам воздуха. Таким образом, молекулы движутся с повышенной скоростью, ударяясь о границу контейнера с большей силой, и это наблюдается по увеличению давления.
Развивающий урок: Воздух: важный предмет
Поскольку молекулы движутся во всех направлениях, они могут даже оказывать давление воздуха вверх, когда врезаются в объект снизу.В атмосфере давление воздуха может действовать во всех направлениях.
На Международной космической станции поддерживается плотность воздуха, аналогичная плотности на поверхности Земли. Следовательно, давление воздуха на космической станции такое же, как и на земной поверхности (14,7 фунта на квадратный дюйм).
Урок обучения: обязательное участие
Обучающий урок: плывя по течению
Вернувшись на Землю, по мере увеличения высоты количество молекул уменьшается и, следовательно, плотность воздуха уменьшается, что означает уменьшение давления воздуха.Фактически, хотя атмосфера простирается более чем на 15 миль (24 км) вверх, половина молекул воздуха в атмосфере содержится в пределах первых 18 000 футов (5,6 км).
Из-за этого уменьшения давления с высотой очень трудно сравнивать давление воздуха на уровне земли в разных местах, особенно когда высота каждого участка разная. Поэтому, чтобы придать смысл значениям давления, наблюдаемым на каждой станции, мы преобразуем показания давления воздуха на станции в значение с общим знаменателем.
Общий знаменатель, который мы используем, — это высота над уровнем моря. На станциях наблюдения по всему миру показания атмосферного давления, независимо от высоты станции наблюдения, преобразуются в значение, которое было бы наблюдением , если бы этот прибор был расположен на уровне моря.
Двумя наиболее распространенными единицами измерения давления в США являются «Дюймы ртутного столба» и «Миллибары». Дюймы ртутного столба — это высота столба ртути, измеренная в сотых долях дюйма.Это то, что вы обычно слышите по радио NOAA Weather Radio или из вашего любимого источника погоды или новостей. На уровне моря стандартное атмосферное давление составляет 29,92 дюйма ртутного столба.
Миллибар происходит от первоначального названия давления «бар». Бар происходит от греческого «báros», что означает вес. Милбар составляет 1/1000 бара и примерно равен 1000 дин (одна дина — это сила, необходимая для ускорения объекта массой один грамм со скоростью один сантиметр в секунду в квадрате).Значения миллибар, используемые в метеорологии, находятся в диапазоне от 100 до 1050. На уровне моря стандартное давление воздуха в миллибарах составляет 1013,2. Карты погоды, показывающие давление на поверхности, нарисованы с использованием миллибаров.
Как температура влияет на высоту давления.Хотя изменения обычно происходят слишком медленно, чтобы непосредственно наблюдать, давление воздуха почти всегда меняется. Это изменение давления вызвано изменениями плотности воздуха, а плотность воздуха связана с температурой.
Теплый воздух менее плотный, чем более холодный, потому что молекулы газа в теплом воздухе имеют большую скорость и находятся дальше друг от друга, чем в более холодном воздухе.Таким образом, хотя средняя высота уровня 500 миллибар составляет около 18 000 футов (5600 метров), фактическая высота в теплом воздухе будет выше, чем в холодном.
Обучающий урок: Crunch Time
Буквы H обозначают место наивысшего давления.Буквы L представляют положение самого низкого давления. Буквы H обозначают место наивысшего давления.
Буквы L представляют положение самого низкого давления.
Самое основное изменение давления — это повышение и понижение дважды в день из-за нагрева от солнца.Каждый день около 4 часов утра. давление минимально и близко к пику около 10 утра / вечера. Величина суточного цикла максимальна около экватора, уменьшаясь к полюсам.
Помимо суточных колебаний, наблюдаются более значительные изменения давления в результате миграции погодных систем. Эти погодные системы обозначаются синими буквами H и красными буквами L на погодных картах.
Урок: Измерение давления: «Мокрый» барометр
Снижение давления воздуха по мере увеличения высоты. Как изменения погоды связаны с изменениями давления?
Со своего выгодного положения в Англии в 1848 году преподобный доктор Брюэр написал в своей книге A Guide to the Scientific Knowledge of Things Familiar следующее о связи давления с погодой:
FALL барометра (снижение давления)
- В очень жаркую погоду падение барометра означает гром. В противном случае внезапное падение барометра означает сильный ветер.
- В морозную погоду падение барометра означает оттепель.
- Если влажная погода случится вскоре после падения барометра, не стоит ожидать этого.
- В сырую погоду, если барометр упадет, следует ожидать сильной влаги.
- В хорошую погоду, если барометр сильно падает и остается низким, через несколько дней ожидается сильная влажность и, возможно, ветер.
- Барометр опускается ниже всего из-за ветра и дождя вместе; рядом с этим ветром (кроме восточного или северо-восточного ветра).
RISE барометра (повышение давления)
- Зимой подъем барометра предвещает морозы.
- В морозную погоду подъем барометра предвещает снег.
- Если хорошая погода наступит вскоре после подъема барометра, не ожидайте этого.
- В сырую погоду, если ртуть поднимается высоко и остается таковой, ожидайте продолжения хорошей погоды через день или два.
- В сырую погоду, если ртуть внезапно поднимется очень высоко, хорошая погода продлится недолго.
- Барометр поднимается выше всех при северном и восточном ветрах; для всех остальных ветров он тонет.
Барометр НЕУСТАНОВЛЕННЫЙ (неустановившееся давление)
- Если движение ртути будет нарушено, ожидайте ненастную погоду.
- Если он стоит на «БОЛЬШОМ ДОЖДЕ» и повышается до «ИЗМЕНЯЕМЫЙ», ожидайте непродолжительной погоды.
- Если он стоит на «ЯВНОМ» и падает до «ИЗМЕНЯЕМЫЙ», ожидайте ненастную погоду.
- Его движение вверх указывает на приближение хорошей погоды; его движение вниз указывает на приближение непогоды.
Эти наблюдения давления справедливы и для многих других мест, но не для всех. Штормы, происходящие в Англии, расположенной недалеко от конца Гольфстрима, вызывают большие перепады давления. В Соединенных Штатах самые большие изменения давления, связанные со штормами, обычно происходят на Аляске и в северной половине континентальной части США. В тропиках, за исключением тропических циклонов, ежедневные изменения давления очень незначительны, и ни одно из правил не применяется. .
Урок: Измерение давления II: «Сухой» барометр
Быстрые факты
Научная единица давления — Паскаль (Па), названная в честь Блеза Паскаля (1623–1662).Один паскаль равен 0,01 миллибар или 0,00001 бар. В метеорологии миллибар используется для измерения атмосферного давления с 1929 года.
Когда в 1960-х годах произошел переход к научным единицам измерения, многие метеорологи предпочли использовать те величины, к которым они привыкли, и использовали префикс «гекто» (h), означающий 100.
Следовательно, 1 гектопаскаль (гПа) равен 100 Па, что равняется 1 миллибару. 100000 Па равняется 1000 гПа, что равно 1000 миллибар.
Конечный результат: хотя единицы, которые мы используем в метеорологии, могут быть разными, их числовое значение остается прежним.Например, стандартное давление на уровне моря составляет 1013,25 мбар и 1013,25 гПа.
слоев атмосферы Земли | UCAR Center for Science Education
Слои атмосферы: тропосфера, стратосфера, мезосфера и термосфера.
Кредит: Рэнди Рассел, UCAR
Атмосфера Земли состоит из ряда слоев, каждый из которых имеет свои особенности. Двигаясь вверх от уровня земли, эти слои называют тропосферой, стратосферой, мезосферой, термосферой и экзосферой.Экзосфера постепенно уходит в область межпланетного пространства.
Тропосфера — самый нижний слой нашей атмосферы. Начиная с уровня земли, он простирается вверх примерно на 10 км (6,2 мили или около 33000 футов) над уровнем моря. Мы, люди, живем в тропосфере, и почти вся погода бывает в этом нижнем слое. Здесь появляется больше всего облаков, в основном потому, что 99% водяного пара в атмосфере находится в тропосфере. По мере того, как вы поднимаетесь выше в тропосфере, давление воздуха падает, а температура становится холоднее.
Следующий слой называется стратосферой . Стратосфера простирается от верха тропосферы примерно до 50 км (31 миля) над землей. Печально известный озоновый слой находится в стратосфере. Молекулы озона в этом слое поглощают высокоэнергетический ультрафиолетовый (УФ) свет Солнца, преобразовывая УФ-энергию в тепло. В отличие от тропосферы, стратосфера действительно становится теплее, чем выше вы поднимаетесь! Эта тенденция повышения температуры с высотой означает, что воздух в стратосфере лишен турбулентности и восходящих потоков тропосферы под ней.Коммерческие пассажирские самолеты летают в нижних слоях стратосферы, отчасти потому, что этот менее турбулентный слой обеспечивает более плавный полет. Струйное течение течет вблизи границы между тропосферой и стратосферой.
Над стратосферой находится мезосфера . Он простирается вверх на высоту около 85 км (53 мили) над нашей планетой. Большинство метеоров сгорает в мезосфере. В отличие от стратосферы, температура снова становится холоднее, когда вы поднимаетесь в мезосфере. Самые низкие температуры в атмосфере Земли, около -90 ° C (-130 ° F), находятся в верхней части этого слоя.Воздух в мезосфере слишком разрежен, чтобы дышать; давление воздуха в нижней части слоя значительно ниже 1% давления на уровне моря и продолжает падать по мере того, как вы поднимаетесь выше.
Слой очень редкого воздуха над мезосферой называется термосферой . Рентгеновские лучи высокой энергии и ультрафиолетовое излучение Солнца поглощаются термосферой, повышая ее температуру до сотен, а иногда и тысяч градусов. Однако воздух в этом слое настолько разрежен, что нам кажется ледяным холодом! Во многих отношениях термосфера больше похожа на космическое пространство, чем на часть атмосферы.Многие спутники фактически вращаются вокруг Земли в пределах термосферы! Колебания количества энергии, исходящей от Солнца, оказывают сильное влияние как на высоту верхней части этого слоя, так и на температуру внутри него. Из-за этого верхняя часть термосферы может быть найдена на высоте от 500 до 1000 км (от 311 до 621 миль) над землей. Температура в верхней термосфере может колебаться от 500 ° C (932 ° F) до 2000 ° C (3632 ° F) или выше. Северное сияние, северное сияние и южное сияние происходят в термосфере.
Хотя некоторые эксперты считают термосферу самым верхним слоем нашей атмосферы, другие считают экзосферу фактической «последней границей» газовой оболочки Земли. Как вы можете себе представить, «воздух» в экзосфере очень, очень, очень тонкий, что делает этот слой даже более космическим, чем термосфера. Фактически, воздух в экзосфере постоянно — хотя и очень постепенно — «просачивается» из атмосферы Земли в космическое пространство. Нет четкой верхней границы, где экзосфера окончательно уходит в космос.Различные определения помещают верхнюю часть экзосферы где-то между 100 000 км (62 000 миль) и 190 000 км (120 000 миль) над поверхностью Земли. Последнее значение примерно на полпути до Луны!
Ионосфера не является отдельным слоем, как другие, упомянутые выше. Вместо этого ионосфера представляет собой серию областей в частях мезосферы и термосферы, где высокоэнергетическое излучение Солнца выбивает электроны из их родительских атомов и молекул.Образованные таким образом электрически заряженные атомы и молекулы называются ионами, что дало ионосфере название и наделяло эту область некоторыми особыми свойствами.
Если природа не терпит вакуума, то почему космический вакуум не поглощает всю атмосферу Земли?
Судя по нашему повседневному общению с природой, кажется, что природа не терпит пустоты. Если вы создадите вакуум внутри контейнера здесь, на Земле, природа очень быстро наполнит контейнер воздухом, если вы дадите ему возможность (например, проткнув контейнер).
С другой стороны, мы знаем, что космическое пространство — это гигантский вакуум. Космическое пространство бесконечно больше Земли, поэтому 99,9999999 …% нашей Вселенной — это вакуум. Исходя из этого, было бы лучше сказать, что «природа любит вакуум!» Так почему же космический вакуум не поглощает нашу атмосферу?
Допустим, вы стоите на Земле, держа стеклянную бутылку. Если вы прикрепите баллон к вакуумному насосу, откачите весь воздух, а затем закройте бутылку, в бутылке будет вакуум. Если проделать в бутылке дырочку, воздух устремится внутрь.Причина, по которой он врывается, в том, что давление воздуха вокруг бутылки составляет . Стоя на земле, мы все находимся в океане воздуха, который поднимается над нами на много миль. Молекулы воздуха накладываются друг на друга и создают давление 14,7 фунтов на квадратный дюйм (фунт / кв. Дюйм) на уровне моря. Чем выше вы поднимаетесь в атмосфере, тем короче стопка молекул и, следовательно, ниже давление.
На уровне моря именно вес всех молекул, уложенных друг над другом над бутылкой (14,7 фунта на каждый квадратный дюйм), заставляет молекулы образовывать пробитый вакуум.
Если бы вы полетели на ракете к границе атмосферы, вы бы обнаружили, что там нет давления воздуха. Вместо этого отдельные молекулы воздуха носятся в космическом вакууме. Молекулы могут перемещаться куда угодно, но они стремятся устремиться к Земле, потому что гравитация Земли действует на них так же, как на все остальное с массой. Причина, по которой космический вакуум не притягивает молекулы, заключается в том, что нет всасывания в космический вакуум — нет давления воздуха, выталкивающего вещи в вакуум.Все, что есть в космосе, — это молекулы, путешествующие в вакууме.
Вы можете видеть, что нет опасности того, что вакуум засосет нашу атмосферу, но оказывается, что есть еще одна сила, которая может отделить нашу атмосферу. Эта сила называется солнечным ветром . К счастью, атмосфера защищена от солнечного ветра магнитным полем Земли.
Эти ссылки помогут вам узнать больше:
Гигантские волны давления колеблются в атмосфере
Атмосфера настолько беспорядочная, что не поддается анализу даже с помощью самых сложных современных метеорологических алгоритмов.Но его сложность не помешала французскому ученому Пьеру-Симону Лапласу раскрыть один простой аспект поведения атмосферы в конце 1700-х годов. Несмотря на то, что Лаплас никогда не видел глобальной карты погоды, он разработал теорию, согласно которой волны давления размером с континент будут периодически распространяться по земному шару.
«Моделирование атмосферы карандашом и бумагой было чертовски грубым до 20-го века, и все же Лапласу удалось это сделать», — говорит Дэвид Рэндалл, ученый-атмосферник из Университета штата Колорадо.«Я думаю, это поразительно».
Идеи Лапласа положили начало вековому поиску таких волн. Но колебания оказались столь же мягкими, сколь и гигантскими, упорно отказываясь открыться даже некоторым из самых громких имен в физических науках.
Наконец-то поиски окончены. Изысканный новый набор метеорологических данных выявил то, что пропустили миллионы показаний барометра: ансамбль волн, которые бегают вокруг Земли, покрывая ее лоскутным одеялом из зон высокого и низкого давления.Обнаружение является ошеломляющим подтверждением старинной теории.
«Это действительно прекрасная работа», — говорит Лео Доннер, геофизик из Принстонского университета, не принимавший участия в исследовании.
Лаплас задался вопросом, в какой степени Луна гравитационно сжимает воздух, окружающий нашу планету, и решил проанализировать типы волн, которые могут возникнуть в результате. Он представил атмосферу в виде тонкой жидкости на гладкой сфере и пришел к выводу, что гравитация должна прикрепить один класс волн к земле, где они будут двигаться более или менее горизонтально: двумерные волны, охватывающие поверхность планеты.«Он был действительно первым человеком, у которого в голове возникла эта картина», — говорит Кевин Гамильтон, почетный профессор Гавайского университета в Маноа и соавтор нового исследования. «Это было потрясающее открытие».
Прочтите: Новое решение самой большой загадки науки о климате
Лаплас не назвал эти волны и не изучил их поведение в деталях, но современные атмосферные ученые теперь описывают их как «нормальные режимы» — волны, которые резонируют, как звон колокол. В простейшем режиме давление в одном полушарии повышается, а в другом — понижается.Более энергичные режимы создают клетчатые узоры меньших зон высокого и низкого давления. Они мчатся вокруг земного шара, в основном на восток и запад, со скоростью, превышающей скорость большинства пассажирских самолетов.
Хотя Лаплас начал с размышлений о влиянии Луны, волны возникают больше из общего земного столпотворения: бушующих бурь. Ветры обрушиваются на горные хребты. Турбулентность еще больше размешивает горшок. Некоторая часть энергии этих коллективных злоупотреблений запускает нормальные режимы, которые являются единственными тонами, на которые может отреагировать атмосфера.«Это как котенок ходит по клавишам пианино», — говорит Рэндалл, — случайные удары «могут показать вам, какие струны находятся в пианино».
Лаплас внушил людям идею о том, что такие волны могут существовать, а его математика дала физикам инструменты для расчета настройки атмосферы. Но сможет ли кто-нибудь услышать его записи?
Примерно в то же время, когда Лаплас представил свою модель, исследователи и естествоиспытатели, в том числе Александр фон Гумбольдт, заметили, что давление в тропиках повышалось и понижалось каждые 12 часов.Ежедневный график связывал изменения с нагревом от солнца, но теоретики не могли объяснить, почему эффект был таким большим. Тайна продолжала озадачивать ученых почти столетие, пока лорд Кельвин в 1882 году не догадался, что цикл солнечного нагрева находится в резонансе с одним из «свободных колебаний» Лапласа. Он считал, что солнце может произвести невероятный толчок, потому что оно создает вибрации точно с частотой одного из колебаний Лапласа, подобно тому, как оперный певец может разбить бокал с вином с правильной высотой звука.Его предположение оказалось неверным — исследователи в 1960-х годах определили, что более сложное явление усиливает влияние Солнца, — но оно побудило ученых разработать количественные детали теории Лапласа и точно рассчитать, какие частоты должны иметь нормальные моды.
Самые низкие ноты, соответствующие этим предсказаниям, не входили в научный отчет до 1980-х годов — сначала из анализа японского метеоролога Таро Мацуно, а затем из другого анализа, проведенного Гамильтоном и Роландо Гарсиа, которые сейчас находятся в Национальном центре атмосферных исследований.Гамильтон и Гарсиа наткнулись на идеальный набор данных: метеостанция в колониальной Индонезии, которая проводила ежечасные измерения давления в течение большей части столетия, пропуская всего два показания за 79 лет.
Прочитано: Таинственные микробы в небе
Рекорд был столь же тщательным, сколь и продленным: исследователи полагались на микроскоп, чтобы регистрировать сдвиги ртути с точностью до одной сотой дюйма. Анализируя этот и другие наборы данных, Гамильтон и Гарсия смогли просто различить следы одного из самых длинных нормальных режимов.
Более короткие волны казались недосягаемыми до прошлого года, когда Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды опубликовал набор данных под названием ERA5. Этот продукт объединяет показания тысяч наземных станций, метеозондов и спутников и использует модели погоды для разумного заполнения пропусков. Полученный набор данных призван восстановить ту же информацию, которая была бы захвачена глобальной сетью метеостанций, расположенных каждые 10 километров и снимающих показания каждый час с 1979 по 2016 год.
Такатоши Саказаки, доцент Киотского университета в Японии, не искал волн Лапласа, когда вышла ERA5. Первоначально он был сосредоточен на колебаниях температуры и рассматривал пики давления как нежелательный шум. Но когда он понял, что это могут быть нормальные режимы, он перевел их на теоретические ожидания и вуаля: «Я обнаружил, что они почти идеально совпадают», — говорит он.
Саказаки не был уверен, насколько значительна была его находка, поэтому он обратился к Гамильтону, который был его научным консультантом по постдокторской работе, чтобы проверить, могут ли пики представлять интерес.
Были. Гамильтон провел десятилетия до 1980 года, просеивая данные метеостанции в поисках намеков на самые низкие атмосферные тона. Теперь в его почтовом ящике неожиданно появилось свидетельство полной симфонии.
Саказаки и Гамильтон работали вместе, чтобы проанализировать полную трехмерную структуру волн с мельчайшими подробностями; они опубликовали свои выводы в июльском выпуске журнала Journal of the Atmospheric Sciences . Их исследования подробно описывают поведение многих десятков волн помимо немногих, обнаруженных в 1980-х годах.