Необходимы дополнения...
Из курса физики хорошо известно, что с повышением высоты над уровнем моря атмосферное давление падает. Если до высоты 500 метров никаких значительных изменений этого показателя не наблюдается, то при достижении 5000 метров атмосферное давление уменьшается почти вдвое. С уменьшением атмосферного давления падает и парциальное давление кислорода в воздушной смеси, что моментально сказывается на работоспособности человеческого организма. Механизм этого воздействия объясняется тем, что насыщение крови кислородом и его доставка к тканям и органам осуществляется за счёт разности парциального давления в крови и альвеолах лёгких, а на высоте эта разница уменьшается.
До высоты в 3500 - 4000 метров организм сам компенсирует нехватку кислорода, поступающего в лёгкие, за счёт учащения дыхания и увеличения объёма вдыхаемого воздуха (глубина дыхания). Дальнейший набор высоты, для полной компенсации негативного воздействия, требует использования лекарственных средств и кислородного оборудования (кислородный баллон).
Кислород необходим всем органам и тканям человеческого тела при обмене веществ. Его расход прямо пропорционален активности организма. Нехватка кислорода в организме может привести к развитию горной болезни, которая в предельном случае - отёке мозга или лёгких - может привести к смерти. Горная болезнь проявляется в таких симптомах, как: головная боль, отдышка, учащённое дыхание, у некоторых болезненные ощущения в мышцах и суставах, снижается аппетит, беспокойный сон и т. д.
Переносимость высоты очень индивидуальный показатель, определяемый особенностями обменных процессов организма и тренированностью.
Большую роль в борьбе с негативным влиянием высоты играет акклиматизация , в процессе которой организм учится бороться с недостатком кислорода.
- Первой реакцией организма на понижение давления является учащение пульса, повышение кровяного давления и гипервентиляция лёгких, наступает расширение капилляров в тканях. В кровообращение включается резервная кровь из селезёнки и печени (7 - 14 дней).
- Вторая фаза акклиматизации заключается в повышение количества производимых костным мозгом эритроцитов практически вдвое (от 4,5 до 8,0 млн. эритроцитов в мм3 крови), что приводит к лучшей переносимости высоты.
Благотворное влияние на высоте оказывает употребление витаминов, особенно витамина С.
Интенсивность развития горной болезни в зависимости от высоты.| Высота, м | Признаки |
|---|---|
| 800-1000 | Высота переносится легко, однако у некоторых людей наблюдаются небольшие отклонения от нормы. |
| 1000-2500 | Физически нетренированные люди испытывают некоторую вялость, возникает легкое головокружение, учащается сердцебиение. Симптомов горной болезни нет. |
| 2500-3000 | Большинство здоровых неакклиматизированных людей ощущает действие высоты, однако ярко выраженных симптомов горной болезни у большинства здоровых людей нет, а у некоторых наблюдаются изменения в поведении: приподнятое настроение, излишняя жестикуляция и говорливость, беспричинное веселье и смех. |
| 3000-5000 | Проявляется острая и тяжело протекающая (в отдельных случаях) горная болезнь. Резко нарушается ритм дыхания, жалобы на удушье. Нередко возникает тошнота и рвота, начинаются боли в области живота. Возбужденное состояние сменяется упадком настроения, развивается апатия, безразличие к окружающей среде, меланхоличность. Ярко выраженные признаки заболевания обычно проявляются не сразу, а в течение некоторого времени пребывания на этих высотах. |
| 5000-7000 | Ощущается общая слабость, тяжесть во всем теле, сильная усталость. Боль в висках. При резких движениях - головокружение. Губы синеют, повышается температура, часто из носа и легких выделяется кровь, а иногда начинается и желудочное кровотечение. Возникают галлюцинации. |
2. Рототаев П. С. Р79 Покоренные гиганты. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., “Мысль”, 1975. 283 с. с карт.; 16 л. ил.
Давление
— это физическая величина, показывающей действующую силу на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности.
Давление определяется, как P = F / S
,
где P - давление, F - сила давления, S - площадь поверхности. Из этой формулы
видно, что давление зависит от площади поверхности тело действующего с некой
силой. Чем меньше площадь поверхности, тем больше давление.
Единицей измерения давления является ньютон на квадратный метр (H/м 2). Также мы можем перевести единицы давления Н/м 2 в паскали, - единицы измерения, названные в честь французского ученого Блеза Паскаля, который вывел, так называемый, Закон Паскаля. 1 Н/м 2 = 1 Па.
Что такое???
Измерение давления
Давления газов и жидкостей - манометром, дифманометром, вакумметро, датчиком давления.Атмосферного давления - барометром.
Артериального давления - тонометром.
И так, еще раз давление определяется, как P = F / S. Сила в гравитационном
поле равно весу - F= m * g, где m - масса тело; g - ускорение свободного
падения. Тогда давление -
P = m *
g / S
.
Используя данную формулу, можно определить давление оказываемое телом на поверхность.
Например, человеком на землю.
Атмосферное давление с высотой убывает. Зависимость атмосферного давления
от высоты определяется
барометрической формулой
-
P
= Po*exp(- μgh/RT)
. Где, μ = 0,029 кг/м3
- молекулярная масса газа (воздуха); g = 9.81 м/с2 - ускорение свободного падения;
h - h o - разность высоты над уровнем моря и высотой принятой
начало отчета (h=h o); R = 8,31 - Дж/моль К- газовая постоянная;
Ро - атмосферное давление на высоте, принятой за начало отсчета;
Т- температура по Кельвину.
Сообщая по радио о погоде, дикторы в конце обычно сообщают: атмосферное давление 760 мм ртутного столба (или 749, или 754 и т.д.). Но многие ли понимают, что это значит, и откуда синоптики берут эти данные? О том, как измеряют атмосферное давление, как оно изменяется и влияет на человека, вы узнаете из этой статьи.
Немного истории
Первым атмосферное давление измерил итальянский ученый Эванджелиста Торричелли в 1643 году. Развивая учения Галилея, Торричелли после долгих опытов, доказал, что воздух имеет вес, и давление атмосферы уравновешивается столбом воды в 32 фута, или 10,3 м. Он пошел в своих исследованиях ещё дальше и позже изобрел прибор для измерения атмосферного давления — барометр.
Атмосферное давление, что это?
Атмосферное давление — давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и на земную поверхность. В каждой точке атмосферы атмосферное давление равно весу вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице площади. С высотой атмосферное давление убывает. В соответствии с международной системой единиц (система СИ) основной единицей для измерения атмосферного давления является гектопаскаль (гПа), однако, в обслуживании ряда организаций разрешается применять старые единицы: миллибар (мб) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). Нормальным атмосферным давлением (на уровне моря) принято значение 760 мм ртутного столба (мм рт. ст.) при температуре 0 °С.
Зачем его измеряют?
Измеряют атмосферное давление для того, чтобы с большей вероятностью предсказать возможное изменение погоды. Существует прямая связь между изменениями давления и изменениями погоды. Рост или понижение атмосферного давления с некоторой вероятностью может служить признаком изменения погоды.
Изменение атмосферного давления с высотой
Газы сильно сжимаемы и чем сильнее сжат газ, тем больше его плотность и тем большее давление он производит. Нижние слои воздуха сжаты всеми вышележащими слоями. Чем выше от поверхности Земли, тем воздух слабее сжат, тем меньше его плотность и, следовательно, тем меньшее давление он производит. Так, например, когда воздушный шар поднимается над Землей, то давление воздуха на шар становится меньше не только потому, что высота столба воздуха над ним уменьшается, но еще и потому, что плотность воздуха вверху меньше, чем внизу. Так как все метеостанции, измеряющие атмосферное давление, расположены на разных высотах и полученные на них показатели чаще всего приводят к уровню моря. Делают это потому, что атмосферное давление довольно существенно убывает с высотой. Так на высоте 5 000 м оно уже примерно в два раза ниже. Поэтому для получения представления о реальном пространственном распределении атмосферного давления и для сравнимости его величины в различных местностях и на разных высотах, для составления синоптических карт давление приводят к единому уровню - к уровню моря.
В течение суток давление также меняется, но незначительно, т.е. имеет суточный ход. Ночью повышается, а днем в период максимальных температур понижается. Особенно правильный суточный ход оно имеет в тропических странах, где дневное колебание достигает 2,4 мм рт. ст., а ночное — 1,6 мм рт. ст. С увеличением широты амплитуда изменения АД уменьшается, но вместе с тем становятся более сильными непериодические изменения атмосферного давления.
Распределение атмосферного давления по земной поверхности обусловливает движение воздушных масс и атмосферных фронтов, определяет направление и скорость ветра.
Влияние атмосферного давления на самочувствие
На самочувствие человека, достаточно долго проживающего в определённой местности, обычное, т.е. характерное давление не должно вызывать особого ухудшения самочувствия.
Пребывание в условиях повышенного атмосферного давления почти ничем не отличается от обычных условий. Лишь при очень высоком давлении отмечается небольшое сокращение частоты пульса и снижение минимального кровяного давления. Более редким, но глубоким становится дыхание. Незначительно понижается слух и обоняние, голос становится приглушенным, появляется чувство слегка онемевшего кожного покрова, сухость слизистых и др. Однако все эти явления относительно легко переносятся.
Более неблагоприятные явления наблюдаются в период изменения атмосферного давления — повышения (компрессии) и особенно его снижения (декомпрессии) до нормального. Чем медленнее происходит изменение давления, тем лучше и без неблагоприятных последствий приспосабливается к нему организм человека.
При пониженном атмосферном давлении отмечается учащение и углубление дыхания, учащение сердечных сокращений (сила их более слабая), некоторое падение кровяного давления, наблюдаются также изменения в крови в виде увеличения количества красных кровяных телец. В основе неблагоприятного влияния пониженного атмосферного давления на организм лежит кислородное голодание. Оно обусловлено тем, что с понижением атмосферного давления понижается и парциальное давление кислорода, поэтому при нормальном функционировании органов дыхания и кровообращения в организм поступает меньшее количество кислорода.
Повлиять на погоду мы не в состоянии. Но вот помочь своему организму пережить этот тяжелый период совсем несложно. При прогнозе значительного ухудшения погодных условий, а следовательно и резких перепадов атмосферного давления, прежде всего следует не паниковать, успокоиться, максимально снизить физическую нагрузку, а для тех у кого адаптация протекает довольно сложно, необходимо посоветоваться с врачом о назначении соответствующих лекарственных средств.
Воздушная оболочка Земли, являющаяся смесью различных газов, оказывает давление на земную поверхность и все находящиеся на ней предметы. На уровне моря каждый 1 см 2 любой поверхности испытывает давление вертикального столба атмосферы, равное 1,033 кг. Нормальным считается давление, равное 760 мм рт. ст. на уровне моря при 0°. Величина атмосферного давления определяется и в барах. Одна нормальная атмосфера равна 1,01325 бара. Один миллибар равен 0,7501 мм рт. ст. На поверхность человеческого тела давит вес, равный примерно 15-18 т, однако человек его не ощущает, так как давление внутри организма уравновешивается атмосферным. Обычные суточные и годовые колебания давления воздуха, равные 20-30 мм рт. ст., не оказывают заметного влияния на самочувствие здоровых людей.
Однако у лиц пожилого возраста, а также у больных ревматизмом, невралгиями, гипертонией перед резким ухудшением погоды часто наблюдается плохое самочувствие, общее недомогание, обострение хронических болезней. Эти болезненные явления наступают, по-видимому, вследствие сопровождающих плохую погоду понижений атмосферного давления и других изменений метеорологических факторов.
По мере подъема в высоту атмосферное давление снижается; уменьшается и парциальное давление кислорода в воздухе, содержащемся в альвеолах (т. е. той части общего давления воздуха в альвеолах, которая обусловлена кислородом). Эти данные иллюстрирует таблица 6.
Из таблицы 6 видно, что по мере уменьшения атмосферного давления с высотой снижается и величина парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе, которая при высоте около 15 км практически равна нулю. Но уже на высоте 3000-4000 м над уровнем моря снижение парциального давления кислорода приводит к недостаточному обеспечению организма кислородом (острая гипоксия) и возникновению ряда функциональных расстройств. Появляются головные боли, одышка, сонливость, шум в ушах, ощущение пульсации сосудов височной области, нарушения координации движений, бледность кожи и слизистых оболочек и др. Расстройства со стороны центральной нервной системы выражаются в значительном преобладании процессов возбуждения над процессами торможения; имеет место ухудшение обоняния, понижение слуховой и тактильной чувствительности, понижение зрительных функций. Весь этот симптомо-комплекс принято называть высотной болезнью, а в случае возникновения при подъеме в горы - горной болезнью (таблица 6).
Различают пять зон переносимости высоты:
1) безопасную, или индифферентную (до высоты 1,5- 2 км);
2) зону полной компенсации (от 2 до 4 км), где некоторые функциональные сдвиги в организме быстро устраняются -благодаря мобилизации резервных сил организма;
3) зону неполной компенсации (4-5 км);
4) критическую зону (от 6 до 8 км), где вышеуказанные нарушения усиливаются, а у наименее тренированных людей может наступить смерть;
5) смертельную зону (выше 8 км), где человек может существовать не более 3 минут.
Если изменение давления совершается быстро, то возникают функциональные нарушения в ушных полостях (боли, покалывания и др.), которые могут закончиться разрывом барабанной перепонки. Для устранения кислородной? голодания используют специальную аппаратуру, которая обеспечивает добавление кислорода к вдыхаемому воздуху и предохраняет организм от возможных расстройств, вызываемых гипоксией. На высотах более 12 км достаточное парциальное давление кислорода может обеспечить только герметическая кабина или специальный скафандр.
Известно, однако, что у лиц, проживающих в горных селениях на большой высоте, у сотрудников высокогорных станций, а также у тренированных альпинистов, поднимающихся на высоту 7000 м над уровнем моря и больше, и у летчиков, прошедших специальную тренировку, наблюдается привыкание к окружающим атмосферным условиям; их воздействие уравновешивается компенсаторными функциональными изменениями реактивности организма, к которым относится прежде всего адаптация центральной нервной системы. Существенную роль играют также и явления со стороны кроветворной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем (увеличение количества эритроцитов и гемоглобина, являющихся переносчиками кислорода, повышение частоты и глубины дыханий, скорости кровотока).
Повышенное давление в обычных условиях не встречается, оно наблюдается преимущественно при выполнений производственных процессов на большой глубине под водой (водолазные и так называемые кессонные работы). Погружение на каждые 10,3 м увеличивает давление на одну атмосферу. Во время работы при повышенном давлении наблюдаются уменьшение частоты пульса и легочной вентиляции, понижение слуха, бледность кожи, сухость слизистых оболочек полостей носа и рта, вдавливание живота и др.
Все эти явления значительно ослабляются и в конце концов совершенно исчезают при медленном переходе к нормальному атмосферному давлению. Однако если этот переход осуществляется быстро, то может возникнуть тяжелое патологическое состояние, получившее название кессонной болезни. Ее происхождение объясняется тем, что при пребывании в условиях высокого давления (начиная примерно с 90 м) в крови и других жидкостях организма скапливается большое количество растворенных газов (преимущественно азота), которые при быстром выходе из зоны высокого давления к нормальному выделяются в виде пузырьков и закупоривают просвет мелких кровеносных сосудов. В результате возникающей газовой эмболии наблюдается ряд нарушений в виде зуда кожи, поражений суставов, костей, мышц, изменений со стороны сердца, отека легких, различных типов параличей и др. В редких случаях наблюдается смертельный исход. Для профилактики кессонной болезни необходима в первую очередь такая организация работы кессонных рабочих и водолазов, чтобы выход на поверхность осуществлялся медленно и постепенно для удаления из крови избыточных газов без образования пузырьков. Кроме того, время пребывания водолазов и кессонных рабочих на грунте должно быть строго регламентировано.
Многие люди знают, что с увеличением высоты уменьшается давление воздуха. Рассмотрим вопрос, почему давление воздуха уменьшается с высотой, приведем формулу зависимости давления от высоты, а также рассмотрим пример решения задачи с использованием полученной формулы.
Что такое воздух?
Воздух - это бесцветная смесь газов, которая составляет атмосферу нашей планеты. В его состав входят множество различных газов, основными из которых являются азот (78 %), кислород (21 %), аргон (0,9 %), углекислый газ (0,03 %) и другие.
С точки зрения физики поведение воздуха при существующих условиях на Земле подчиняется законам идеального газа - модели, согласно которой молекулы и атомы газа не взаимодействуют друг с другом, расстояния между ними огромные по сравнению с их размерами, а скорости движения при комнатной температуре составляют порядка 1000 м/с.
Давление воздуха
Рассматривая вопрос зависимости давления от высоты, следует разобраться, что представляет собой концепция "давление" с физической точки зрения. Под давлением воздуха понимают силу, с которой воздушный столб давит на поверхность. В физике она измеряется в паскалях (Па). 1 Па означает, что сила в 1 ньютон (Н) перпендикулярно приложена к поверхности площадью 1 м 2 . Таким образом, давление 1 Па - это очень маленькое давление.
На уровне моря давление воздуха составляет 101 325 Па. Или, округляя, 0,1 МПа. Это значение принято называть давлением 1 атмосферы. Приведенная цифра говорит, что на площадку 1 м 2 воздух давит с силой 100 кН! Это большая сила, однако человек ее не ощущает, так как внутри него кровь создает аналогичное давление. Кроме того, воздух относится к текучим веществам (к ним также относятся жидкости). А это значит, что он оказывает по всем направлениям одинаковое давление. Последний факт говорит о том, что давление атмосферы с разных сторон на человека взаимно компенсируется.
Зависимость давления от высоты
Атмосферу около нашей планеты держит земная гравитация. Гравитационные силы также являются виновником падения давления воздуха с увеличением высоты. Справедливости ради следует отметить, что не только земное притяжение приводит к уменьшению давления. А также снижение температуры тоже вносит свой вклад.
Поскольку воздух является текучим веществом, тогда для него можно использовать гидростатическую формулу зависимости давления от глубины (высоты), то есть ΔP = ρ*g*Δh, где: ΔP - величина изменения давления при изменении высоты на Δh, ρ - плотность воздуха, g - ускорение свободного падения.
Учитывая, что воздух является идеальным газом, из уравнения состояния идеального газа следует, что ρ = P*m/(k*T), где m - масса 1 молекулы, T - его температура, k - постоянная Больцмана.
Объединяя две приведенные выше формулы и решая полученное уравнение относительно давления и высоты, можно получить следующую формулу: P h = P 0 *e -m*g*h/(k*T) , где P h и P 0 - давление на высоте h и на высоте уровня моря, соответственно. Полученное выражение называется барометрической формулой. Она может использоваться для расчетов зависимости атмосферного давления от высоты.
Иногда для практическим целей необходимо решать обратную задачу, то есть находить высоту, зная давление. Из барометрической формулы легко можно получить зависимость высоты от уровня давления: h = k*T*ln(P 0 /P h)/(m*g).
Пример решения задачи
Боливийский город Ла-Пас является самой "высокой" столицей в мире. Из разных источников следует, что город расположен на высоте от 3250 метров до 3700 метров над уровнем моря. Задача состоит в расчете давления воздуха на высоте Ла-Пас.
Для решения задачи воспользуемся формулой зависимости давления от высоты: P h = P 0 *e -m*g*h/(k*T) , где: P 0 = 101 325 Па, g = 9,8 м/с 2 , k = 1,38*10 -23 Дж/К, T = 293 K (20 o C), h = 3475 м (среднее между 3250 м и 3700 м), m = 4,817*10 -26 кг (с учетом молярной массы воздуха 29 г/моль). Подставляя цифры, получаем: P h = 67 534 Па.
Таким образом, давление воздуха в столице Боливии составляет 67 % от давления на уровне моря. Низкое давление воздуха является причиной головокружений и общей слабости организма, когда человек поднимается в горные районы.