Quali fattori influenzano la densità dell'aria?
La densità è la misura della massa di un materiale in un dato volume di spazio. Per un solido, la densità rimane costante anche quando il suo ambiente cambia. La densità di un lingotto d'oro è la stessa a livello del mare, sotto l'oceano e in cima al Monte Everest. Per un gas come l'aria, la densità è influenzata dalle variazioni di pressione, temperatura e umidità. I cambiamenti nella densità dell'aria possono modificare la facilità con cui un oggetto si muove e persino causare problemi di salute.
L'aria è una miscela di azoto, ossigeno e altri gas in traccia. Le molecole di questi gas si muovono in genere rapidamente, rimbalzando l'una dall'altra. Quando l'ambiente è una costante senza variazioni di temperatura, pressione o umidità, la massa d'aria in un determinato volume di spazio rimarrà stabile. Il valore della densità dell'aria, generalmente indicato in chilogrammi per metro cubo, viene calcolato anziché misurato direttamente.
L'aumento o la diminuzione della pressione dell'aria può influire sulla densità dell'aria. Le due ragioni principali per le variazioni della pressione atmosferica sono l'altitudine e i sistemi meteorologici. Di questi, l'altitudine è la più significativa.
Per la maggior parte, l'aria diventa più densa all'aumentare della pressione dell'aria. La pressione aggiuntiva forza le molecole d'aria più vicine tra loro, con conseguente maggiore massa nel volume dato. All'aumentare dell'altitudine, la pressione dell'aria diminuisce: c'è meno pressione che spinge le molecole d'aria insieme. Questa diminuzione della densità dell'aria significa che un alpinista ad alta quota riceve meno ossigeno quando fa un respiro. I polmoni contengono lo stesso volume ma la minore densità dell'aria significa che c'è meno ossigeno nello spazio.
La temperatura è l'altro importante fattore che può avere un effetto sulla densità dell'aria. Quando la temperatura aumenta, le molecole d'aria si muovono più velocemente e rimbalzano ulteriormente; pertanto, temperature più elevate comportano una minore densità dell'aria. Quando l'aria è più densa, crea resistenza agli oggetti che si muovono attraverso di essa. Ad esempio, una pallina da golf colpita in una giornata calda in un campo da golf sulla cima di una montagna andrà oltre un colpo in una fredda giornata a livello del mare. L'alta temperatura e la pressione dell'aria più bassa rilevate ad alta quota si combinano per ridurre la densità dell'aria.
Sebbene un effetto relativamente minore, anche l'umidità o la quantità di umidità nell'atmosfera possono modificare la densità dell'aria. Sorprendentemente, più umidità c'è nell'aria si traduce in una minore densità dell'aria. Poiché il numero di molecole è costante, quando il numero di molecole d'acqua aumenta, il numero di molecole di azoto e ossigeno deve diminuire. Il peso molecolare dell'acqua è molto più basso di quello dell'aria secca il cui peso è dominato da azoto e ossigeno. Ad alta umidità, quindi, la densità dell'aria diminuisce a causa della massa ridotta in un determinato volume.