Jakie czynniki wpływają na gęstość powietrza?
Gęstość to pomiar masy materiału w danej objętości przestrzeni. Dla ciała stałego gęstość pozostaje stała, nawet gdy zmienia się jego środowisko. Gęstość sztabki złota jest taka sama na poziomie morza, pod oceanem i na szczycie Mount Everest. W przypadku gazu, takiego jak powietrze, na gęstość wpływają zmiany ciśnienia, temperatury i wilgotności. Zmiany gęstości powietrza mogą zmieniać szybkość poruszania się obiektu, a nawet powodować problemy zdrowotne.
Powietrze jest mieszaniną azotu, tlenu i innych gazów śladowych. Cząsteczki tych gazów zwykle poruszają się szybko, odbijając się od siebie. Gdy otoczenie jest stałe bez zmian temperatury, ciśnienia lub wilgotności, masa powietrza w danej objętości przestrzeni pozostanie stabilna. Wartość gęstości powietrza, ogólnie podawana w kilogramach na metr sześcienny, jest obliczana, a nie bezpośrednio mierzona.
Wzrost lub spadek ciśnienia powietrza może wpływać na gęstość powietrza. Dwa główne powody zmian ciśnienia powietrza to systemy wysokości i pogody. Spośród nich najważniejsza jest wysokość.
W przeważającej części powietrze staje się gęstsze wraz ze wzrostem ciśnienia powietrza. Dodatkowe ciśnienie zmusza cząsteczki powietrza bliżej siebie, co skutkuje większą masą w danej objętości. Wraz ze wzrostem wysokości maleje ciśnienie powietrza: ciśnienie zmniejsza popychanie cząsteczek powietrza. Ten spadek gęstości powietrza oznacza, że alpinista na dużych wysokościach otrzymuje mniej tlenu, gdy bierze oddech. Płuca zawierają tę samą objętość, ale niższa gęstość powietrza oznacza, że w przestrzeni jest mniej tlenu.
Temperatura jest kolejnym ważnym czynnikiem, który może mieć wpływ na gęstość powietrza. Kiedy temperatura rośnie, cząsteczki powietrza poruszają się szybciej i odbijają się dalej; dlatego wyższe temperatury powodują niższą gęstość powietrza. Gdy powietrze jest gęstsze, powoduje przeciąganie się obiektów przez niego poruszających się. Na przykład piłka golfowa trafiona w upalny dzień na polu golfowym na szczycie góry pójdzie dalej niż jedno trafienie w zimny dzień na poziomie morza. Wysoka temperatura i niższe ciśnienie powietrza występujące na dużych wysokościach łącznie zmniejszają gęstość powietrza.
Chociaż stosunkowo niewielki efekt, wilgotność lub ilość wilgoci w atmosferze może również zmieniać gęstość powietrza. Zaskakujące, że więcej wilgoci w powietrzu powoduje niższą gęstość powietrza. Ponieważ liczba cząsteczek jest stała, gdy liczba cząsteczek wody wzrasta, liczba cząsteczek azotu i tlenu musi się zmniejszyć. Masa cząsteczkowa wody jest znacznie niższa niż masy suchego powietrza, którego ciężar jest zdominowany przez azot i tlen. Dlatego przy wysokiej wilgotności gęstość powietrza spada z powodu zmniejszonej masy w danej objętości.