Какие факторы влияют на плотность воздуха?

Плотность - это измерение массы материала в данном объеме пространства. Для твердого тела плотность остается постоянной даже при изменении окружающей среды. Плотность золотого слитка одинакова на уровне моря, под океаном и на вершине горы Эверест. Для газа, такого как воздух, на плотность влияют изменения давления, температуры и влажности. Изменения плотности воздуха могут изменить то, насколько легко движется объект, и даже могут вызвать проблемы со здоровьем.

Воздух представляет собой смесь азота, кислорода и других микроэлементов. Молекулы этих газов обычно движутся быстро, отскакивая друг от друга. Когда среда является постоянной без изменений температуры, давления или влажности, масса воздуха в данном объеме пространства будет оставаться стабильной. Значение плотности воздуха, обычно выражаемое в килограммах на кубический метр, рассчитывается, а не измеряется напрямую.

Увеличение или уменьшение давления воздуха может повлиять на плотность воздуха. Двумя основными причинами изменения давления воздуха являются высота и погодные системы. Из них высота является наиболее значимой.

По большей части воздух становится более плотным при увеличении давления воздуха. Дополнительное давление заставляет молекулы воздуха сближаться, что приводит к увеличению массы в данном объеме. С увеличением высоты давление воздуха уменьшается: давление уменьшается, толкая молекулы воздуха вместе. Это уменьшение плотности воздуха означает, что альпинист на больших высотах получает меньше кислорода, когда он делает вдох. Легкие содержат такой же объем, но более низкая плотность воздуха означает, что в пространстве меньше кислорода.

Температура является другим важным фактором, который может влиять на плотность воздуха. Когда температура увеличивается, молекулы воздуха движутся быстрее и отскакивают дальше друг от друга; следовательно, более высокие температуры приводят к меньшей плотности воздуха. Когда воздух плотнее, он создает сопротивление движущимся через него объектам. Например, удар мяча для гольфа в жаркий день на поле для гольфа на вершине горы пойдет дальше, чем удар в холодный день на уровне моря. Высокая температура и более низкое давление воздуха на больших высотах в совокупности снижают плотность воздуха.

Хотя это относительно незначительный эффект, влажность или количество влаги в атмосфере также могут изменить плотность воздуха. Удивительно, но чем больше влаги в воздухе, тем ниже плотность воздуха. Поскольку число молекул постоянно, при увеличении количества молекул воды количество молекул азота и кислорода должно уменьшаться. Молекулярный вес воды намного ниже, чем у сухого воздуха, в котором преобладают азот и кислород. Поэтому при высокой влажности плотность воздуха уменьшается из-за уменьшения массы в данном объеме.