Atmosférický tlak je tlak vyvíjený plynné směsi tvořícího atmosféru v pochybnost (na internetu : Na vzduchu ) na jednom povrchu je ve styku s ním. Molekuly této směsi, animované neustálým náhodným pohybem, tepelným mícháním , procházejí srážkami mezi sebou a proti povrchům předmětů. Síly nárazu způsobené otřesy těchto molekul na objekty přítomné v atmosféře vedou k silám distribuovaným na povrchu těchto objektů, které jsou odpovědné za atmosférický tlak (lisovací síly molekul atmosféry na jednotku plochy).
Přesněji řečeno, gravitace přítomná na Zemi stlačuje atmosféru směrem k zemi, takže na každé úrovni je takto vytvořený místní tlak dostatečný k podpoře celkové hmotnosti sloupu nadložního vzduchu. Atmosférický tlak na úrovni hladiny moře je v průměru 1 013,25 hPa nebo 1 atm . To v podstatě závisí na hmotnosti v atmosféře , která je distribuován v komplexně globální atmosférické cirkulace, způsobuje, že tlak měnit z místa na místo.
Atmosférický tlak se měří pomocí barometru , hypsometru nebo výškoměru . Již dlouho se měří v milimetrech rtuti (symbol mmHg; také se nazývá torr , symbol Torr) kvůli běžnému používání barometru na rtuťovém sloupci .
Od přijetí pascalu v Mezinárodní soustavě jednotek (SI) jako jednotky tlaku používají meteorologové násobek této jednotky, hektopascal (hPa), který má tu výhodu, že přesně odpovídá dříve použitému milibaru .: 1 hPa = 1 mbar .
V roce 1638 napsal Galileo Diskurzy a matematické demonstrace týkající se dvou nových věd (in) , kde popisuje různé experimenty, včetně experimentu navrženého Aristotelem, který může zvýraznit váhu vzduchu válcem obsahujícím stlačený vzduch. Ve své práci vědec uvádí pozorování, které mu poskytly fontány ve Florencii o neschopnosti sacích čerpadel fontán zvednout vodu nad 10 metrů. Galileo připisuje tuto impotenci vnitřní příčině, omezené hrůze vakua , která přebírá falešnou aristotelovskou představu o hrůze vakui ( „příroda abhors a vakuum“ ). V roce 1643, Torricelli , kamarád a žák Galileo, provádí experiment (v), která mu umožňuje, aby atribut vzestup vody na vnější příčiny, atmosférický tlak, a přesně měřit hmotnost atmosféry. Experimenty magdeburských hemisfér provedené Ottem von Guericke z roku 1654 ukazují, že atmosférický tlak tlačí dvě polokoule proti sobě rychlostí deseti tun na metr čtvereční.
Skutečně měřený atmosférický tlak se pohybuje kolem normálního atmosférického tlaku stanoveného podle definice na „hladině moře“ (střední úroveň) při teplotě 15 ° C :
Ve starších jednotkách systému CGS je normální atmosférický tlak :
Podle definice milimetru rtuti (mmHg) a torru (Torr), který se mu rovná, je normální atmosférický tlak přesně 760 mmHg = 760 Torr .
Nakonec samotný normální atmosférický tlak umožňuje definovat jednotku tlaku : 1 atm = 101 325 Pa .
Při 20 ° C je průměrná rychlost molekul vzduchu při normálním atmosférickém tlaku asi 500 m / s (1 800 km / h), při 100 ° C dosahuje tato rychlost míchání 560 m / s (2 016 km / h). Ale při 20 ° C a za atmosférického tlaku je průměrná vzdálenost mezi molekulami řádově desetinásobkem průměru těchto molekul a průměrná volná dráha řádově stokrát větší než tento průměr. Molekuly se srážejí velmi často (každá prochází průměrnou kolizí každých 10–10 sekund), udržují si tuto rychlost pouze na velmi krátké vzdálenosti).
Atmosférický tlak klesá s rostoucí nadmořskou výškou , protože hmotnost - a tedy hmotnost - nadložního vzduchu nutně klesá s výškou a stlačuje vzduch stále méně. Tlak klesá exponenciálně o faktor 10 pokaždé, když stoupáte o 16 km (nebo o polovinu ve výšce 5500 m ). Je tedy možné použít tlak k měření výšky, což je základní princip výškoměru používaného v letectví a horolezectví.
V aplikované meteorologii se tlak často používá přímo jako svislá souřadnice . Budeme hovořit například o teplotě při („výšce“) 700 hPa . Tento přístup má technické výhody a zjednodušuje některé rovnice používané v meteorologii.
Typicky se atmosférický tlak sníží o polovinu na přibližně 5 500 metrů a průměrná teplota atmosféry se sníží o 9,7 ° C na 1 000 metrů. Tato rychlost však platí pouze pro standardizovanou atmosféru a ve skutečnosti se liší podle obsahu vodní páry a nadmořské výšky. Tyto vlastnosti lze důsledně prokázat, pokud vycházíme z předpokladu, že atmosféra je v rovnováze (i když to zůstává vynikající aproximace, v praxi to není tak úplně pravda).
Když je půda ohřátá Sluncem, konvekcí se spodní vrstvy atmosféry zahřejí a protože horký vzduch je méně hustý, bude mít ohřátý vzduch tendenci stoupat díky Archimédovu tahu . Pokud se horkovzdušná kapsa ochladí méně rychle než okolní vzduch, zrychlí se tento vzduchový balíček nahoru. Pak jsme v přítomnosti nestabilní vzdušné hmoty. Jinak bude stoupající vzduch chladnější než okolní vzduch, pohyb nahoru se zastaví a atmosféra bude stabilní.
Rychlost ochlazování vzestupné hmoty vzduchu lze vypočítat teoreticky nebo na termodynamickém diagramu s ohledem na teplotu prostředí danou radiosondou . Tento výpočet je založen na předpokladu, že nedochází k výměně tepla s vnějším vzduchem a že rychlost změny teploty je jiná, pokud je vzduch nasycený nebo ne. V prvním případě se kondenzovaná vodní pára odstraní ze vzestupné hmoty.
Meteorologové analyzují horizontální variace atmosférického tlaku za účelem lokalizace a sledování meteorologických systémů: to umožňuje definovat zóny depresí (D) (tlak obecně nižší než 1013 hPa , 760 mmHg ), vysokotlaké zóny (A) (tlak obecně vyšší než 1013 hPa , 760 mmHg ) a isobary . Pody a žlaby jsou obecně spojeny se špatným počasím . Anticyklony a barometrické hřebeny jsou příznivé pro dobré počasí.
Tlakový rozdíl mezi dvěma body stejné nadmořské výšky (nebo horizontálním tlakovým gradientem ) je také nejdůležitější hnací silou větru : u nejnásilnějších tropických cyklónů byly pozorovány hodnoty 5 hPa / km .
Aby bylo možné použít tlak k monitorování povětrnostních systémů a odhadu síly větru, je nutné sladit měření tlaku, která byla prováděna v různých nadmořských výškách: na moři, v údolích, v horách. Toho se dosáhne podrobením měření surového tlaku standardizovanému nastavení. Hodnota vyplývající z této úpravy se nazývá tlak na hladinu moře nebo PNM . Vezmeme-li například případ stanice umístěné 100 metrů nad mořem , úprava se provede odhadem tlaku na dně fiktivní díry hluboké 100 metrů, kterou „bychom vykopali na stanici. Přesněji řečeno, hodnota PNM je funkcí tlaku měřeného na stanici a teploty přiřazené fiktivnímu vzduchovému sloupci. U posledně jmenovaného použijeme průměr aktuální teploty na stanici a ten naměřený před dvanácti hodinami. MLP je velmi užitečná aproximace, ale je třeba dbát na to, aby mu nebyla poskytnuta plná hodnota přesného fyzického měření, zejména v hornatém terénu. Atmosférický tlak měřený na hladině moře se pohybuje kolem průměrné hodnoty 1 013 hPa .
Tlak měřený na zemi se používá ke kalibraci a validaci dat ze vzdálených meteorologických měřicích přístrojů. Přesná měření tlaku jsou tedy nezbytným základem pro pozorování Země a podnebí.
Experiment s „obráceným sklem“ nebo „invertibilním sklem“ spočívá v naplnění sklenice jinou než plynnou kapalinou, zakrytí jejího otvoru vrstvou kartonu (nebo ekvivalentního média), jemným obrácením skla a následným odstraněním ruky, která drží to. papír. Kapalina zůstává ve sklenici. Toto protiintuitivní pozorování lze vysvětlit takto: atmosférický tlak (přibližně 1 kg / cm 2 ) a v menší míře povrchové napětí působí svislá síla nahoru větší než hmotnost kapaliny obsažené ve skle a tlak vzduchu ve spodní části sklenice. Pokud je podpora odstraněna, kapalina uniká, i když atmosférický tlak vyvíjí stejnou sílu vzhůru: gravitační (destabilizující) síly mají přednost před silami povrchového napětí (stabilizujícími) a spouští Rayleigh-Taylorovu nestabilitu .
Důsledkem tohoto experimentu je otevření sklenice s džemem, skleněnou plechovkou nebo dětskou nádobou, kterou ztěžuje vyšší atmosférický tlak než extrémně nízký tlak vzduchu pod víkem. Dalším důsledkem je „voda vroucí bez ohně“ s otevřením sklenice bez stopky pokryté kapesníkem vtlačeným do vnitřku tak, aby byla v kontaktu s povrchem kapaliny a složena ven kolem skla. Jakmile je sklo obráceno, jednou rukou přiložte tkáň, dokud není zcela natažena přes otvor. Potom je slyšet probublávání a pozorujeme, že skrz míchanou vodu stoupají velké bubliny, jako by vřely. Podržením kapesníku se uvnitř skla vytvoří „částečné vakuum“, které způsobí, že vnější vzduch projde póry látky a voda tuto „prázdnotu“ zaplní.
Spalování zápasu nebo svíčky, který spočívá na dně nádoby naplněné vodou (desky, krystalizátoru , ...), a která je umístěna v pouzdru (typicky sklo), ukazuje, že je za atmosférického tlaku. Částečná spotřeba kyslíku v důsledku spalování parafinového vosku produkuje oxid uhličitý CO 2a vody H 2 O, dva reakční produkty, které jsou v plynné formě. Chlazení zbytkového plynu ( tepelné smrštění ) a kondenzace vodní páry (pozorovatelná tvorbou mlhy na vnitřních stěnách krytu) způsobují pokles vnitřního tlaku, který je nižší než vnější atmosférický tlak. Na rozdíl od všeobecného přesvědčení, které se někdy učí, je to právě tento jev, který vysvětluje, proč je voda tlačena do skla atmosférickým tlakem.