Welke factoren beïnvloeden de luchtdichtheid?
Dichtheid is de meting van de massa van een materiaal in een bepaald ruimtevolume. Voor een vaste stof blijft de dichtheid constant, zelfs als de omgeving verandert. De dichtheid van een goudstaaf is hetzelfde op zeeniveau, onder de oceaan en op de top van de Mount Everest. Voor een gas zoals lucht wordt de dichtheid beïnvloed door veranderingen in druk, temperatuur en vochtigheid. Veranderingen in luchtdichtheid kunnen wijzigen hoe gemakkelijk een object beweegt en kunnen zelfs gezondheidsproblemen veroorzaken.
Lucht is een mengsel van stikstof, zuurstof en andere sporengassen. De moleculen van deze gassen bewegen meestal snel en stuiteren van elkaar af. Wanneer de omgeving constant is zonder veranderingen in temperatuur, druk of vochtigheid, blijft de luchtmassa in een bepaald volume stabiel. De waarde van de luchtdichtheid, meestal aangegeven in kilogram per kubieke meter, wordt berekend in plaats van direct gemeten.
Verhogingen of verlagingen van de luchtdruk kunnen de dichtheid van lucht beïnvloeden. De twee belangrijkste redenen voor veranderingen in luchtdruk zijn hoogte- en weersystemen. Hiervan is hoogte het meest significant.
Voor het grootste deel wordt lucht dichter naarmate de luchtdruk toeneemt. De extra druk dwingt de luchtmoleculen dichter bij elkaar, wat resulteert in meer massa in het gegeven volume. Naarmate de hoogte toeneemt, neemt de luchtdruk af: er is minder druk om de luchtmoleculen samen te drukken. Deze afname van de luchtdichtheid betekent dat een bergbeklimmer op grote hoogte minder zuurstof krijgt als hij ademhaalt. De longen bevatten hetzelfde volume, maar de lagere luchtdichtheid betekent dat er minder zuurstof in de ruimte is.
Temperatuur is de andere belangrijke factor die een effect kan hebben op de dichtheid van lucht. Wanneer de temperatuur stijgt, bewegen luchtmoleculen sneller en stuiteren ze verder uit elkaar; daarom resulteren hogere temperaturen in een lagere luchtdichtheid. Wanneer lucht dichter is, creëert dit luchtweerstand op objecten die erdoorheen bewegen. Een golfbal die bijvoorbeeld op een warme dag op een golfbaan op een berg wordt geraakt, gaat verder dan één hit op een koude dag op zeeniveau. De hoge temperatuur en lagere luchtdruk op grote hoogtes zorgen samen voor een lagere luchtdichtheid.
Hoewel een relatief gering effect, kan de luchtvochtigheid of hoeveelheid vocht in de atmosfeer ook de luchtdichtheid veranderen. Verrassend is dat hoe meer vocht er in de lucht is, resulteert in een lagere luchtdichtheid. Omdat het aantal moleculen constant is, moet het aantal stikstof- en zuurstofmoleculen afnemen wanneer het aantal watermoleculen toeneemt. Het molecuulgewicht van water is veel lager dan dat van droge lucht, waarvan het gewicht wordt gedomineerd door stikstof en zuurstof. Bij hoge luchtvochtigheid neemt daarom de luchtdichtheid af als gevolg van de verminderde massa in een bepaald volume.