Quels facteurs affectent la densité de l'air?
La densité est la mesure de la masse d'un matériau dans un volume d'espace donné. Pour un solide, la densité reste constante même si son environnement change. La densité d'un lingot d'or est la même au niveau de la mer, sous l'océan et au sommet du mont Everest. Pour un gaz tel que l'air, la densité est influencée par les changements de pression, de température et d'humidité. Les changements de densité de l'air peuvent modifier la facilité avec laquelle un objet se déplace et même causer des problèmes de santé.
L'air est un mélange d'azote, d'oxygène et d'autres traces de gaz. Les molécules de ces gaz se déplacent généralement rapidement, rebondissant les unes sur les autres. Lorsque l'environnement est constant sans changement de température, de pression ou d'humidité, la masse d'air dans un volume d'espace donné reste stable. La valeur de la densité de l'air, généralement indiquée en kilogrammes par mètre cube, est calculée plutôt que mesurée directement.
L'augmentation ou la diminution de la pression atmosphérique peut avoir une incidence sur la densité de l'air. L'altitude et les conditions météorologiques sont les deux principales causes des variations de la pression atmosphérique. De ceux-ci, l'altitude est le plus significatif.
Dans la plupart des cas, l’air devient plus dense à mesure que la pression atmosphérique augmente. La pression supplémentaire oblige les molécules d'air à se rapprocher, ce qui donne plus de masse dans le volume donné. Au fur et à mesure que l'altitude augmente, la pression atmosphérique diminue: il y a moins de pression qui rapproche les molécules d'air. Cette diminution de la densité de l'air signifie qu'un alpiniste de haute altitude reçoit moins d'oxygène lorsqu'il respire. Les poumons contiennent le même volume, mais la densité de l'air plus faible signifie qu'il y a moins d'oxygène dans l'espace.
La température est l'autre facteur majeur pouvant influer sur la densité de l'air. Lorsque la température augmente, les molécules d’air se déplacent plus rapidement et s’écartent davantage; par conséquent, des températures plus élevées entraînent une densité de l'air plus faible. Lorsque l'air est plus dense, il crée une traînée sur les objets qui le traversent. Par exemple, une balle de golf frappée par une journée chaude sur un terrain de golf au sommet d'une montagne ira plus loin qu'une frappe par temps froid au niveau de la mer. La température élevée et la pression atmosphérique inférieure rencontrées à haute altitude se combinent pour réduire la densité de l'air.
Bien que l'effet soit relativement mineur, l'humidité ou la quantité d'humidité dans l'atmosphère peut également modifier la densité de l'air. Étonnamment, plus il y a d'humidité dans l'air, plus la densité de l'air est faible. Puisque le nombre de molécules est constant, lorsque le nombre de molécules d'eau augmente, le nombre de molécules d'azote et d'oxygène doit diminuer. Le poids moléculaire de l'eau est bien inférieur à celui de l'air sec dont le poids est dominé par l'azote et l'oxygène. Par conséquent, à forte humidité, la densité de l’air diminue en raison de la masse réduite dans un volume donné.