Tlak Tlak (p) definira se kao omjer sile (F) i površine (A) na koju ta sila djeluje pod pravim kutem.

Transcription

1 TLAK

2 Tlak Tlak (p) definira se kao omjer sile (F) i površine (A) na koju ta sila djeluje pod pravim kutem. p = F/A gdje je: p - tlak izražena u Pa, F - sila izražena u N, A - površina izražena u m 2. Mjerna jedinica za tlak je njutn po metru kvadratnom (N/m 2 ), a ta izvedena mjerna jedinica naziva se paskal (Pa).

3 Tlak zraka Atmosferski tlak = broj udaraca molekula u jedinici vremena po jedinici neke površine. Udarci molekula djeluju kao neprekidna sila te tlak zraka možemo opisati i kao silu koja djeluje okomito na jedinicu površine. Tlak nekog plina pa tako i tlak zraka izravno ovisi o temperaturi i gustoći. U atmosferi je hidrostatički tlak najznačajniji pa se u meteorologiji upravo ta komponenta tlaka podrazumijeva pod nazivom "tlak zraka". Stoga, pojednostavljeno možemo reći da atmosferski tlak odgovara težini stupca zraka iznad plohe jediničnog presjeka (sve do vrha atmosfere).

4 Vertikalna promjena tlaka zraka Tlak s visinom pada Prosječna vertikalna promjena tlaka zraka je 600 puta veća od horizontalne promjene tlaka kod uragana. barometarska stopa (do ~ 5 km visine) : -svakih 8 m visine tlak pada za 1 hpa -iznad ~ 5 km visine barička stopa je duplo veća

5 Mjerenje tlaka zraka Instrumenti za mjerenje tlaka zraka zovu se barometri. Prvi barometar (živin) konstruirao je Torricelli. Princip rada živinog barometra u posudu sa živom stavi se staklena cijev iz koje je isisan zrak (vakuum). U staklenoj cijevi dolazi do dizanja žive usljed djelovanja sile atmosferskog tlaka na živu u posudi. Kad se uspostavi ravnotežno stanje (pri standardnim uvjetima atmosfere T=15 C, p=1013 hpa), visina stupca žive je 760 mm. Zašto Hg? Živa ima veliku specifičnu težinu, a tekuća je pri normalnoj temperaturi, pa stupac koji uravnotežuje tlak zraka nije jako visok (primjerice, da se u barometru upotrebljava voda, visina stupca bila bi oko 10 m).

6 Mjerenje tlaka zraka Vrste barometara: živin barometar - tlak zraka uravnotežuje se visinom stupca žive aneroid - konstruiran tako da promjena elastične sile u metalu odgovara promjeni tlaka zraka

7 Mjerenje tlaka zraka Vrste barometara: barograf - aneroid u kombinaciji sa satnim mehanizmom koji okreće bubanj na kojemu je papirnata traka, tzv. barogram. Barogram je papirnata traka s neprekidnim zapisom barografa o promjenama tlaka.

8 Tlak zraka Mjerna jedinica za tlak, prema SI sustavu, je 1 Pa ( paskal ), a s obzirom na definiciju tlaka kao sile po jedinici površine, možemo pisati jednakost: 1 Pa = 1 Nm -2 U meteorologiji je, iz praktičnih razloga, za tlak zraka prikladnije upotrebljavati 100 puta veću jedinicu, hektopaskal (hpa). SI sustav međunarodnih mjernih jedinica i dalje dopušta odgovarajuću jedinicu milibar (mbar), ali se milimetri žive (mm Hg) više ne upotrebljavaju. Vrijede slijedeće jednakosti: 1 mbar = 1 hpa = 100 Pa = 100 Nm -2 3/4 mm Hg 1013,25 mbar = 1013,25 hpa = 760 mm Hg

9 Tlak zraka Ako pažljivo pratimo promjene tlaka, vidjet ćemo da se tlak zraka stalno mijenja. Te promjene mogu biti pravilne i nepravilne. Pravilna je promjena tlaka zraka posljedica prirodne atmosferske oscilacije koja ima period 12 sati. Takva pravilna promjena tlaka najočitija je u stabilnim vremenskim uvjetima kada prizemni tlak zraka ima izražen dnevni hod. Prosječna promjena tlaka zraka u stabilnim vremenskim situacijama ima oblik dvostrukog vala: jedan minimum je u rano jutro oko 04 sata, drugi minimum je oko 16 sati, jedan maksimum je oko 10 sati, drugi maksimum je oko 22 sata (po mjesnom vremenu), a prosječna je amplituda (razlika izmenu maksimalne i minimalne vrijedosti) oko 2 hpa. Ta promjena nije posve simetrična i dosta ovisi o lokalnim uvjetima.

10 Tlak zraka Na površini Zemlje tlak zraka je u prosjeku oko 1013 hpa. - prizemni tlak uglavnom između: 950 hpa < p < 1050 hpa najniži p 870 hpa (1979-tropski ciklon) najviši p 1094 hpa (1968-Sibirska anticiklona) Hrvatska 980 hpa < p < 1040 hpa

11 Tlak zraka Stanični tlak p 2 = 884 hpa z 2 = 1000 m p 1 i p 2 nisu usporedivi p 1 = 1001 hpa z 1 = 100 m

12 Tlak zraka Tlak na postaji ovisi o težini stupca zraka, a težina o visini stupca i gustoći zraka u stupcu. Visina stupca ovisi o nadmorskoj visini postaje, a gustoća o temperaturi i vlagi zraka u stupcu. Postaje mogu biti na istim nadmorskim visinama, što znači da iznad njih postoji ista visina stupca zraka, ali tlak na njima može biti različit. Razlike u tlaku nastaju zbog različite gustoće zraka u stupcu koja se javlja zbog razlike u temperaturi i vlažnosti zraka ( jednadžba stanja idealnog plina p = RT )

13 Tlak zraka Redukcija tlaka zraka Tlak zraka izmjeren na različitim postajama ovisi u velikoj mjeri o njihovoj nadmorskoj visini. Kako bi podaci o tlaku zraka na različitim postajama bili usporedivi pri analizi vremenskih karata potrebno je izvršiti redukciju tlaka zraka. Redukcija tlaka je postupak preračunavanja tlaka zraka izmjerenog na nadmorskoj visini meteorološke postaje na neku zadanu nadmorsku visinu, uvažavajući temperaturu zraka (izmjerenu i zadanu). Tlak zraka izmjeren na meteorološkoj postaji zove se stanični tlak. p 2 Redukcijom staničnog tlaka dobijemo vrijednost koja se naziva reducirani tlak. p 1

14 Tlak zraka Na prizemnoj meteorološkoj karti ucrtavaju se vrijednosti tlaka zraka reduciranog na srednju morsku razinu i tada se radi analiza prizemnog polja tlaka. Povišenjem nadmorske visine meteorološke postaje, povećava se pogreška redukcije pa se podaci o tlaku s meteoroloških postaja iznad 800 do 1000 m nadmorske visine ne uzimaju u obzir kod analize prizemnog polja tlaka (iako se ucrtavaju na kartu kao tzv. planinske postaje). tlak zraka 1012,5 hpa Analiza prizemnog polja tlaka zraka obavlja se tako da se crtaju izobare - crte koje spajaju točke jednakog tlaka zraka. tlak zraka 846,8 hpa

15 Tlak zraka Barometarska tendencija Promjena tlaka zraka u nekom razdoblju (primjerice svakih tri sata) naziva se barometarskom tendencijom. Kaže se da je barometarska tendencija: -u porastu kad se tlak zraka povećava (npr. prigodom približavanja središta anticiklone ili nakon prolaza hladne fronte) -u padu kada se tlak zraka smanjuje (npr. prigodom približavanja središta ciklone ili prigodom približavanja atmosferske fronte) -bez promjene u stabilnim vremenskim situacijama. Izalobare su crte koje spajaju točke s jednakom barometarskom tendencijom. Tako su područja najjačeg pada tlaka ujedno i područja gdje valja očekivati pogoršanje vremena. porast tlaka zraka u posljednja 3 sata (1,3 hpa)

16 Tlak zraka Visinomjer ( Altimeter ) - instrument za mjerenje visine objekta iznad neke fiksne razine. Visinomjer prema tlaku ( pressure altimeter ) koji još nazivamo i barometarski visinomjer, je visinomjer koji ćemo naći u većini zrakoplova. U njemu, aneroidni barometar mjeri statički atmosferski tlak izvan zrakoplova. Visinomjer je kalibriran da pokaže tlak kao nadmorsku visinu prema barometarskoj formuli. Altitude - Visina izražena kao udaljenost iznad referentne točke, što je obično morska razina ili razina tla. Mjerenje takve udaljenosti (visine) zove se altimetrija.

17 Tlak zraka Pri analizi polja tlaka često govorimo o gradijentu tlaka zraka. Općenito, gradijent neke veličine označuje njezinu prostornu promjenu. U matematičkom smislu, gradijent je vektor (određen je smjerom i veličinom promjene). Dakle, horizontalna promjena tlaka zraka na zadanu udaljenost okomito na izobaru u smjeru sniženog tlaka zove se horizontalni gradijent tlaka zraka.

18 Analiza prizemnog polja tlaka zraka

19 Analiza tlaka zraka Izvlačenjem izobara na meteorološkim kartama dobiva se raspodjela tlaka zraka na nekom području u odredom trenutku (vremenu). Izobare se obično izvlače na svakih 5 hpa, a u mezoskalnim ( km) analizama na svakih 2,5 hpa ili čak za svakih 1 hpa. Izvučene izobare tvore različite oblike: anticiklone (A) (zatvorene krivulje)... H (high) ciklone (C) (zatvorene krivulje)... L (low) grebene (g)... R (ridge) doline (d)... T (through) sedla (s)... C (col)

20 Analiza tlaka zraka Anticiklona je područje povišenog (visokog) atmosferskog tlaka u odnosu na okolinu. Označava se slovom A (H). Zrak u tom polju struji od središta prema rubovima. Ciklona je područje sniženog (niskog) atmosferskog tlaka u odnosu na okolinu. Označava se slovom C (L). Zrak u tom polju struji od rubova prema središtu. Greben je izduženo područje visokog tlaka zraka. Označava se slovom g (R) Dolina je izduženo područje niskog tlaka zraka. Označava se slovom d (T). Izrazito izdužena dolina naziva se korito. Sedlo je područje između dviju minimuma i maksimuma tlaka zraka. Označava se slovom s (C)

21 Analiza tlaka zraka HORIZONTAL PRESSURE GRADIENT

22 Analiza tlaka zraka

23 Analiza tlaka zraka

24 Analiza tlaka zraka Buys-Ballot-ovo pravilo: Zakon opisuje odnos horizontalnog smjera vjetra u atmosferi i raspodjele tlaka zraka. Ako vjetar puše u leđa, tada je niski tlak s lijeve strane (na sjevernoj hemisferi). Na južnoj hemisferi je obrnuto.

25 Tlak zraka i zrakoplovstvo na velikim visinama se istodobno sa smanjenjem tlaka zraka smanjuje i tlak kisika. U slučaju oštećenja letjelice dolazi do nedostatka kisika u organizmu (hipoksija). Čovjek obično može ostati pri svijesti sve dok je arterijsko zasićenje kisikom veće od 40% do 50%, što znači sve do 7000 m u slučaju udisanja zraka, odnosno, u slučaju udisanja čistog kisika sve do m. Promjena parcijalnog tlaka kisika (O 2 ) s promjenom visine. Visina (m) Tlak zraka (hpa) Tlak kisika (hpa)

26 Tlak zraka i zrakoplovstvo Postupni pad psihofizičkih sposobnosti uslijed hipoksije ne traje na svim visinama jednako: u najnižih 2500 m uglavnom nema značajnijih smetnji na visini 4500 m psihofizička sposobnost se tijekom jednog sata smanji za 50%, a tijekom 18 sati boravka na toj visini za oko 80% iznad 7000 m - smanjivanje psihofizičkih sposobnosti završava kolapsom organizma i gubitkom svijesti (prelaskom u stadij kome) - što je visina veća, trajanje procesa je kraće: na visini 8400 m svijest se počinje mutiti za 1 minutu, a koma nastupa za 3 minute na visini 9000 m svijest se počinje mutiti za oko 30 sekundi, a koma nastupa za oko 2 minute na visini m svijest se počinje mutiti za 30 sekundi, a koma nastupa za oko 1 minutu