La
pressione atmosferica
e una
grandezza fisica
che esprime il rapporto tra la
forza peso
della colonna d'
aria
che grava su una superficie, presente in un qualsiasi punto dell'
atmosfera
terrestre
e la misura dell'area della superficie stessa.
Nella maggior parte dei casi il valore di tale grandezza e equivalente alla pressione
idrostatica
esercitata dal
peso
della colonna d'aria presente al di sopra del punto di misura e si misura nel
sistema internazionale
in
pascal
e con uno
strumento di misura
noto come
barometro
.
[1]
Al
livello del mare
il volume di
1
m³
di aria (ad una temperatura di
0
°C
) ha una massa di circa
1,30
kg
. Il valore della pressione atmosferica varia anche in funzione della
temperatura
e della quantita di
vapore acqueo
contenuto nell'atmosfera e decresce con l'aumentare dell'
altitudine
, rispetto al livello del mare, del punto in cui viene misurata. Le aree di
bassa pressione
hanno sostanzialmente minore
massa
atmosferica sopra di esse, viceversa aree di
alta pressione
hanno una maggior massa atmosferica.
Storicamente la pressione atmosferica fu misurata in maniera accurata per la prima volta da
Evangelista Torricelli
attraverso il cosiddetto
tubo di Torricelli
, il primo esempio di
barometro
. Poiche 76 cm³ di
mercurio
hanno una massa 1,033 kg, possiamo dire che la pressione atmosferica che preme su ogni
centimetro quadrato
di superficie ha una forza pari alla forza peso di una massa di 1,033 kg.
[2]
[3]
Questo valore preso come unita di misura della pressione atmosferica, si chiama
atmosfera
(simbolo atm): 1 atm= 1033 g/cm
²
. Le unita di misura della pressione atmosferica sono:
[4]
Nel
Sistema Internazionale
(S.I.), viene usato il
pascal
perche e definito come il rapporto tra la componente normale di una forza (misurata in Newton) e una superficie (misurata in metri quadrati),
[5]
ed e messo in relazione con l’atmosfera dall’equivalenza:
1 atm =
Pa (piu precisamente 1 atm = 101325 Pa).
La pressione atmosferica normale (o standard) e quella misurata alla
latitudine
di 45°, al livello del mare e ad una temperatura di 15 °C su una superficie unitaria di 1 cm
2
, che corrisponde alla pressione di una colonnina di
mercurio
di
760
mm
. In alternativa e possibile affermare che la pressione atmosferica di 1 atm coincide, con buona approssimazione, con la pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 760mm che si trova alla temperatura di 0 °C in un luogo in cui l’
accelerazione di gravita
vale
.
[6]
Nelle altre unita di misura corrisponde a:
- 1
atm
=
760
torr
(o mmHg) =
101
325
Pa
=
1
013
,25
mbar
= 10,33
mca
.
Con la diffusione dell'uso del
Sistema internazionale
anche in ambito meteorologico, la pressione atmosferica si misura in ettopascal (centinaia di Pascal) il cui simbolo e hPa. Dal momento che il
millibar
equivale all'ettopascal,
1
013
,25
mbar
=
101
325
Pa
=
1
013
,25
hPa
.
A causa della comprimibilita dell'aria sotto il proprio peso, la
legge di Stevino
non e applicabile, e la diminuzione della pressione atmosferica con la quota sul livello del mare non e lineare come nei liquidi
[7]
.
Con l’aumentare dell’altezza la pressione atmosferica diminuisce, e la decrescita non e lineare. Presupponendo (anche se in realta non e cosi) che l’atmosfera sia isoterma vale la
legge di Boyle-Mariotte
:
[2]
;
con tali premesse la
densita
dell'aria e proporzionale alla pressione. Si supponga che al livello del mare la densita e la pressione valgano rispettivamente
e
e si consideri come asse di riferimento per le altezze l’asse
, con origine a livello del mare ed orientato verso l’alto. Ad una generica quota
la pressione (in accordo con l’ipotesi di isotermia) varra:
.
Se si applica la legge di Stevino ad una variazione di quota
si puo affermare che vale la seguente relazione
:
dove
.
Se si integra tra il livello del mare e una quota generica
, si ottiene:
.
Nell’atmosfera isoterma la pressione decresce in funzione dell’altezza con andamento esponenziale. Il valore di
a 0 °C e di circa 8km; a 20 °C e di circa 8,6km. La pressione si ridurrebbe a un terzo di quella a livello del mare ad una quota compresa tra 8 e 9km.
Vari fattori come le condizioni atmosferiche e la latitudine influenzano il suo valore, la
NASA
ha compilato valori medi per tutte le parti del mondo. La seguente tabella fornisce i valori indicativi della pressione, in percentuali di una atmosfera, in funzione dell'altitudine.
Altitudine
in metri
|
Percentuale
di 1
atm
|
1 000
|
88,6
|
2 000
|
78,5
|
4 000
|
60,8
|
6 000
|
46,5
|
8 000
|
35,0
|
10 000
|
26,0
|
15 000
|
11,5
|
20 000
|
6,9
|
30 000
|
1,2
|
48 500
|
0,1
|
69 420
|
0,01
|
Esiste anche una formula matematica per calcolare la pressione atmosferica in atmosfere
in funzione dell'altezza in metri
[8]
:
La pressione atmosferica e influenzata dalla
temperatura dell'aria
. Questo avviene perche l'atmosfera terrestre, riscaldandosi, tende a dilatarsi diventando meno densa. Di conseguenza al livello del mare il peso della "colonna d'aria" sulla propria testa rimane sempre lo stesso, mentre se ci troviamo ad un'altitudine maggiore la pressione crescera col crescere della temperatura, poiche man mano che l'aria, riscaldandosi, aumentera il proprio volume, parte della massa d'aria compresa tra il livello del mare e la quota di interesse si spostera verso quote maggiori.
I valori locali della pressione, considerati a se stanti, non hanno significato di prognosi; lo hanno invece se confrontati con i valori simultaneamente rilevati nelle zone adiacenti per mettere in risalto le aree di bassa pressione (brutto tempo) o di alta pressione (bel tempo).
Localmente solo cambiamenti repentini dei valori di pressione (ovvero cambiamenti di pressione piu rapidi rispetto a quelli relativi alla temperatura) sono indice di modifiche sostanziali delle condizioni meteorologiche.
Anche l'
umidita
dell'aria influenza il valore della pressione atmosferica: la presenza di molecole di
vapore acqueo
(H
2
O) che prendono il posto di molecole piu pesanti, principalmente quelle d'
azoto
(il 78% dell'aria e costituito da questo elemento), rendono l'aria umida piu leggera e quindi si ha una minore pressione atmosferica (bassa pressione). Questo d'altronde e uno dei principi di formazione dei
cicloni tropicali
. Al contrario, aria piu secca sara anche piu pesante e quindi, esercitando un peso maggiore determinera un aumento della pressione atmosferica (alta pressione).
Con la bassa pressione c'e piu umidita, e con l'alta pressione di meno.
La piu bassa pressione atmosferica
s.l.m.
:
87,0
kPa
(870 hPa), misurata a ovest di
Guam
(
Oceano Pacifico
) il 12 ottobre
1979
(
Tifone Tip
).
La piu alta pressione atmosferica:
109,49
kPa
(1094,9 hPa), misurata a
Bajdrag
(
Mongolia
) il 29 dicembre
2020
.
[9]
Va tuttavia tenuto presente che questo valore non e stato raggiunto effettivamente in un luogo della Terra, ma si tratta del valore originario registrato a 1400 metri di quota dopo essere stato standardizzato al livello del mare, secondo i procedimenti matematici descritti in precedenza.
- ^
Gian Paolo Parodi, Marco Ostili, Guglielmo Mochi Onori,
L'Evoluzione della Fisica-Volume 1
, Paravia, 2006, p. 435,
ISBN
978-88-395-1609-1
.
- ^
a
b
Paolo Mazzoldi, Massimo Nigro, Cesare Voci,
Fisica ? Volume I
, p. 267.
- ^
Sergio Rosati,
Fisica Generale
, Casa Editrice Ambrosiana - Milano, 1990, p. 329,
ISBN
88-408-0368-8
.
- ^
Sergio Rosati,
Fisica Generale
, Casa Editrice Ambrosiana - Milano, 1990, p. 330,
ISBN
88-408-0368-8
.
- ^
Gian Paolo Parodi, Marco Ostili, Guglielmo Mochi Onori,
L'Evoluzione della Fisica-Volume 1
, Paravia, 2006, p. 439,
ISBN
978-88-395-1609-1
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- ^
Sergio Rosati,
Fisica Generale
, Casa Editrice Ambrosiana - Milano, 1990, p. 330,
ISBN
88-408-0368-8
.
.
- ^
Antonio Caforio, Aldo Ferilli,
Dentro la Fisica
, Le Monnier, 2007, p. 115,
ISBN
978-88-00-20616-7
.
- ^
Un semplice algoritmo per il calcolo della variazione della pressione con la quota
- ^
Mongolia: l'anticiclone russo-siberiano porta un record assoluto di pressione atmosferica
, su
meteolive.it
, 30 dicembre 2020.
URL consultato il 28 agosto 2023
.
- Paolo Mazzoldi, Massimo Nigro, Cesare Voci,
Fisica ? Volume I
, EdiSES, Bologna.
- Sergio Rosati,
Fisica Generale
, Casa Editrice Ambrosiana - Milano, 1990,
ISBN
88-408-0368-8
.
- Gian Paolo Parodi, Marco Ostili, Guglielmo Mochi Onori,
L'Evoluzione della Fisica-Volume 1
, Paravia, 2006,
ISBN
978-88-395-1609-1
.