PRESSIONE ATMOSFERICA: VALORE NORMALE, COME MISURARLA, ESEMPI - FISICO - 2025

La pressione atmosferica è causata dal peso dei gas che compongono l'atmosfera sopra la Terra. Si stima che la massa dell'atmosfera sia di circa 5 x 10 ¹⁸ kg e tutti gli esseri viventi siano soggetti alla pressione che questa massa esercita.

Il primo a misurarlo fu lo scienziato italiano Evangelista Torricelli (1608-1647). Nel 1644 compì un esperimento semplice ma molto ingegnoso: riempì completamente di mercurio un tubo di vetro chiuso ad un'estremità, lo capovolse e lo versò in un contenitore che conteneva anche mercurio.

Figura 1. Barometro aneroide per misurare la pressione atmosferica, a differenza del barometro a mercurio, non contiene liquidi. Fonte: Wikimedia Commons.

Torricelli osserva che il tubo non si svuota completamente, ma si riempie di mercurio fino a un'altezza di 76 cm. Sorpreso, ha fatto molte prove con tubi di forma diversa, ottenendo sempre lo stesso risultato.

In questo modo Torricelli si accorse che la pressione atmosferica aumentava e manteneva la colonna di mercurio all'interno del tubo ad un'altezza di 760 mm. In questo modo viene stabilito il valore medio della pressione atmosferica.

Poiché la pressione è definita come forza per unità di area, le unità di pressione atmosferica nel Sistema Internazionale sono newton / metro o pascal, che è abbreviato Pa. Quindi in questo sistema, la pressione atmosferica P _atm ha un valore di :

Questo è il valore normale della pressione atmosferica a 0 ºC e al livello del mare.

Pressione atmosferica a livello del mare e altre variazioni

In teoria, il valore massimo della pressione atmosferica è solo al livello del mare. Sebbene ci sia così tanta variabilità a questo livello, gli esperti devono impostare un sistema di riferimento per aiutarli a determinarne il valore.

Ecco i principali fattori che influenzano il valore della pressione atmosferica in un determinato luogo sulla Terra:

-Altitudine : per ogni 10 metri di altezza la pressione diminuisce di 1 mm di Hg. Ma accade anche che la densità del gas che compone l'atmosfera non sia costante. In linea di principio, all'aumentare dell'altitudine, la densità dell'aria diminuisce.

Figura 2. Altimetro, uno strumento che misura l'altitudine sul livello del mare in base alle variazioni di pressione. Fonte: Pixabay.

- Temperatura : ovviamente più è alta la temperatura diminuisce la densità e meno pesa l'aria, quindi il valore della pressione diminuisce.

- Latitudine : la pressione atmosferica è inferiore alle latitudini equatoriali, perché la Terra non è una sfera perfetta. La costa all'equatore è più lontana dal centro della Terra rispetto ai poli e anche lì la densità dell'aria è inferiore.

- Continentalità : più si sposta verso l'interno dei continenti, maggiore è la pressione atmosferica, mentre nelle località costiere la pressione è minore.

Variazione della pressione atmosferica con l'altezza

L'equazione altimetrica che mette in relazione la pressione atmosferica P di un luogo con la sua altezza z sul livello del mare, ha questa forma:

Qui P _o è la pressione esistente all'altezza iniziale o di riferimento, che è normalmente presa a livello del mare, ρ _o la densità dell'aria a livello del mare eg il valore dell'accelerazione di gravità. Più avanti nella sezione degli esercizi risolti c'è la deduzione passo dopo passo.

Come viene misurata la pressione atmosferica?

La pressione atmosferica viene misurata con il barometro. La più semplice è come quella costruita da Torricelli, a base di mercurio. L'inclinazione del tubo o il diametro non altera l'altezza della colonna di mercurio, a meno che non ne siano responsabili i fattori climatici.

Ad esempio, le nuvole si formano nelle regioni di bassa pressione. Quindi, quando la lettura del barometro diminuisce, è un segno che sta arrivando il maltempo.

In realtà si potrebbero usare anche altri liquidi al posto del mercurio, ad esempio si può realizzare un barometro dell'acqua. Il problema è che la dimensione della colonna è di 10,33 m, molto poco pratica da trasportare.

Esistono anche strumenti che misurano meccanicamente la pressione - tramite deformazioni in tubi o spirali -: barometri aneroidi e manometri. Possono misurare la differenza di pressione tra due punti o anche misurare una pressione prendendo come riferimento la pressione atmosferica.

Unità di pressione

Il valore di pressione normale viene utilizzato per definire una nuova unità di pressione: l'atmosfera, abbreviata atm. La pressione atmosferica è di 1 atm; in questo modo altre pressioni possono essere espresse in termini di pressione atmosferica, che è un valore molto familiare a tutti:

La tabella seguente mostra le unità più utilizzate in scienza e ingegneria per misurare la pressione e il corrispondente equivalente in pascal:

Unità	Equivalenza in pascal
N / m 2	uno
ATM	101.355
mm Hg	133.3
lb / pollici 2	6894.76
pub	1x 10 5

Pressione idrostatica, assoluta e relativa

Sulla superficie libera di un liquido in equilibrio statico e aperto all'atmosfera agisce la pressione atmosferica. Ma nei punti interni del liquido, ovviamente, agisce il peso della colonna di fluido.

Il peso della colonna dipende dalla sua altezza e dalla densità del liquido, che assumeremo costante, così come la temperatura. In questo caso la pressione P è:

Questa è la pressione idrostatica in qualsiasi punto all'interno di un fluido a densità costante ed è direttamente proporzionale alla profondità z del fluido.

Per quanto riguarda la pressione assoluta P _abs in un fluido a riposo, è definita come la somma della pressione atmosferica P _atm e della pressione idrostatica P:

Infine, la pressione relativa P _man in un fluido a riposo è la differenza tra la pressione assoluta e quella atmosferica ed in questo caso equivale alla misura della pressione idrostatica:

Esempi

La forza che l'atmosfera esercita sul corpo

È possibile stimare l'entità della forza totale esercitata dall'atmosfera su un corpo umano. Supponiamo che il corpo abbia approssimativamente una superficie di 2 m ² , poiché la pressione è definita come forza per unità di area, possiamo risolvere e calcolare la forza:

Per questo calcolo utilizzeremo il valore normale della pressione atmosferica che è stato stabilito all'inizio:

Questo risultato equivale a più o meno 20 tonnellate di forza, ma non rappresenta un problema per gli esseri viventi che abitano la superficie della Terra, che si sono adattati a questo, proprio come i pesci del mare.

Sebbene sia una forza abbastanza grande. Come mai non crolliamo prima?

Ebbene, la pressione all'interno del corpo è uguale alla pressione all'esterno. Non collassiamo perché la forza interna è bilanciata da un'altra forza esterna. Ma alcune persone sono influenzate dall'altitudine e possono sanguinare dal naso quando si scalano montagne molto alte. È perché l'equilibrio tra pressione sanguigna e pressione atmosferica è stato disturbato.

Sorseggia le bevande con una cannuccia o una cannuccia

La pressione atmosferica consente di bere la soda con una cannuccia o una cannuccia. I Sumeri e altre culture antiche avevano scoperto che potevano bere birra usando steli di piante vuote o canne come cannucce.

Molto più tardi, tra la fine del XIX e l'inizio del XX secolo, vari modelli di cannucce furono brevettati negli Stati Uniti, compresi quelli con gomito a fisarmonica, oggi ampiamente utilizzati.

Figura 3. La pressione atmosferica consente di sorseggiare con una cannuccia. Fonte: Pixabay.

Ecco come funzionano: Man mano che il liquido viene assorbito attraverso la cannuccia, la pressione sopra il liquido nella cannuccia si riduce e questo fa sì che la pressione sottostante, che è più alta, spinga il liquido verso l'alto per bere facilmente.

Per questo motivo, dopo l'estrazione o la chirurgia dentale, non è consigliabile sorseggiare liquidi in questo modo, poiché la diminuzione della pressione può causare l'apertura della ferita e l'inizio del sanguinamento.

esercizi

- Esercizio 1

Ricava l'equazione altimetrica P (z):

-Po è la pressione al livello di riferimento (livello del mare)

-z è l'altezza

-ρ _o è la densità del fluido a livello del mare

-g è il valore dell'accelerazione di gravità

Soluzione

Innanzitutto, sia dp una pressione differenziale, che secondo l'equazione fondamentale dell'idrostatica è espressa come:

Il segno meno tiene conto del fatto che la pressione diminuisce con l'aumentare di z. Anche l'aria sarà considerata un gas ideale, quindi pressione e densità sono correlate da:

La densità viene immediatamente sostituita per ottenere:

Ora, scrivere la pressione in questo modo presuppone che l'atmosfera sia divisa in strati di altezza dz, qualcosa come una pila di frittelle, ciascuno con pressione dp. In questo modo si ottiene un'equazione differenziale che viene risolta separando le variabili pe z:

Viene quindi integrato su entrambi i lati, il che equivale ad aggiungere i contributi di pressione forniti da ogni strato. Nell'integrale di sinistra è costituito da una pressione P _o iniziale ad una pressione finale P. Allo stesso modo, l'integrale a destra valuta da z _o z:

Quanto segue è risolvere per P usando l'esponenziale:

Infine, se sia T che g sono mantenuti costanti, ρ _o = (M / RT) P _o , allora M / RT = ρ _o / P _o, e possiamo anche fare z _o = 0. Mettendo tutto insieme:

- Esercizio 2

Qual è il valore della pressione atmosferica a La Paz, Bolivia situata a 3640 m sul livello del mare? Prendi la densità media dell'aria come 1.225 kg / m ³ a livello del mare.

Soluzione

Sostituisci semplicemente i valori numerici forniti nell'equazione altimetrica:

In conclusione, è circa il 66% della pressione normale.

Riferimenti

1. Figueroa, D. (2005). Serie: Fisica per la scienza e l'ingegneria. Volume 5. Fluidi e termodinamica. A cura di Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fisica: uno sguardo al mondo. 6a edizione ridotta. Cengage Learning.
3. L'atmosfera standard. Estratto da: av8n.com
4. Università di Siviglia. Variazione della pressione atmosferica. Recupero da: laplace.us.es.
5. Wikipedia. Equazione ipsometrica. Estratto da: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Pressione atmosferica. Estratto da: es.wikipedia.org.