Текст выступления:

Атмосфералық қысым
1. Атмосфералық қысым: негізгі ұғымдар және маңызы

Атмосфералық қысым – біздің күнделікті өмірімізде көп байқалмайтын, бірақ оның мәні аса зор табиғи құбылыс. Бұл, ең алдымен, Жерді қоршаған ауа қабатының жер бетіне түсіретін салмақтық күші. Атмосфералық қысымның өзі ауа молекуласарының ауырлығынан пайда болады, және ол кез келген тіршілік иесінің өмір сүруіне, сондай-ақ ауа райы құбылыстарына тікелей әсер етеді. Алдағы сөздерімізде оның табиғаты, шығу себептері, және маңыздылығы жайында толығырақ тоқталамыз.

2. Атмосфералық қысымның пайда болуы мен дамуы

Адамзаттың атмосфералық қысым туралы тұжырымдары ежелгі замандардан бастау алады. Алайда, бұл құбылысты ғылыми тұрғыда өлшеу және зерттеу 17-ғасырда итальяндық ғалым Эванджелиста Торричеллидің ис­кеуімен басталды. 1643 жылы ол алғашқы рет атмосфералық қысымды сынап бағаналы барометр арқылы өлшеді. Бұл жаңалық ауа қабатының салмағы және оның қысымы туралы түсінікті беріп, метеорология мен физикада жаңа дәуір ашты. Бүгінде атмосфералық қысым ауа райын болжау, авиация, медицина және басқа да салаларда маңызды болып табылады.

3. Атмосфера мен оның негізгі құрамдары

Атмосфера – планетаны қоршайтын газдар қоспасы, ол көбінесе азот пен оттегіден тұрады. Азот атмосфераның ең үлкен үлесін алып, шамамен 78% құрайды және ол тіршіліктің қалыпты жұмыс істеуіне қажетті ортаны қамтамасыз етеді. Оттегі, шамамен 21% көлемінде, тыныс алу процесі үшін өте маңызды. Сондай-ақ, атмосферада аз мөлшерде көмірқышқыл газы, су буы және басқа да газдар бар, олар климаттық процестерге әсер етеді. Атмосфераның құрамы мен құрылымы ауа райының өзгеруі мен экожүйенің тұрақтылығына негіз болып табылады.

4. Атмосфералық қысымның пайда болу себептері

Атмосфералық қысымның пайда болуы ең алдымен ауаның салмағына байланысты. Жердің тартылыс күші ауа молекулаларын Жер бетіне тартып, олардың салмағы қысым тудырады. Сонымен қатар, ауаның тығыздығы қысымның деңгейін анықтайды: ауаның тығыздығы жоғары болған сайын, қысым да жоғары болады, сондықтан жер бетіне жақын аймақтарда қысым жоғары болады. Биіктік артқан сайын ауа сиреп, қысым төмендейді, бұл таулы облыстарда және жоғары биіктіктегі ұшу кезінде ерекше сезіледі, өйткені қысымның азаюы ауа құрамының өзгеруіне әсер етеді.

5. Биіктікке байланысты атмосфералық қысымның өзгеруі

Атмосфералық қысым биіктікке қарсы экспоненциалды түрде төмендейді: яғни, әрбір қосымша биіктікте қысым бұрынғы деңгейінен едәуір азаяды. Бұл ауадың тығыздығы мен көлемінің өзгеруінен болады. Мысалы, теңіз деңгейінде қысым ең жоғары болса, ал таудың қияғында ол едәуір төмендейді. Бұл құбылыс биік тауларда альпинистердің тыныс алуына, ұшақтардың ұшу қабілетіне әсерін тигізеді. Қысымның биіктікке байланысты өзгеруі метеорология мен табиғат құбылыстарын болжауда маңызды факторлардың бірі болып табылады.

6. Барометр: қысымды өлшеу құралдары

Атмосфералық қысымды дәл өлшеу үшін арнайы құралдар – барометрлер қолданылады. Ең алғаш және ең дәстүрлі түрі – сынап бағаналы барометр. Бұл құралды 1643 жылы Торричелли ойлап тапты, мұнда сынған сынап бағанасының биіктігі ауа қысымына теңестіріледі. Қазіргі заманда сынапқа балама ретінде анероидты барометр кеңінен таралған. Бұл құралда газ толтырылған қапшықтың көлемінің өзгеруі арқылы қысым өлшенеді. Анероидты барометрлер портативті және қолайлы болып, ауа райын бақылауда жиі қолданылады.

7. Атмосфералық қысымның өлшем бірліктері

Қысымды өлшеу үшін түрлі бірлік қолданылады. Халықаралық стандарт бойынша басты бірлік – Паскаль (Па), мұндағы 1 Па – 1 ньютон күшінің 1 шаршы метрге әсері. Ал дәстүрлі түрде, метеорологияда миллиметр сынап бағанасы (мм сын.бағ.) жиі қолданылады, ол қысымды сынап бағанасының биіктігімен анықтайды. Сонымен қатар, атмосфералық қысымды «атмосфера» бірлігімен көрсету де кең таралған, оның мәні теңіз деңгейіндегі стандартты қысымға сәйкес келеді – 760 мм сын.бағ. Физика мен метеорологияда Паскаль және мил­лиметр сынап бағанасы бір-бірімен ауыстырып қолданылады, бұл қысымды нақты әрі ыңғайлы есептеуге мүмкіндік береді.

8. Атмосфералық қысымның жер бетіндегі өзгерістері

Атмосфералық қысым жер бетінде әртүрлі факторларға байланысты өзгереді. Мысалы, температураның көтерілуі қысымның төмендеуіне әкеледі, ал төмен температура қысымды арттырады. Биіктік те қысымға айтарлықтай әсер етеді: жоғарғы аймақтарда қысым төмен болады. Ауа массаларының қозғалысына байланысты қысымның ауытқуы байқалады, бұл климаттық өзгерістердің негізгі себебі болып табылады. Экваторлық аймақтарда, әдетте, қысым төмен шоғырланады, ал полюсті жақын аймақтарда жоғары болады, бұл жаһандық ауа райының қалыптасуына әсер етеді.

9. Әртүрлі елдердің теңіз деңгейіндегі орташа қысымы

Әртүрлі елдерде теңіз деңгейіндегі орташа атмосфералық қысым географиялық және климаттық жағдайларға байланысты ерекшеленеді. Мысалы, экватор маңындағы оңтүстік теңізде қысым төмендеу тенденциясында болса, полярлық аймақтарда ол жоғары болады. Мұндай айырмашылықтар климаттық белдеулер мен жергілікті ауа райының қалыптасуын анықтайды. Бірқатар зерттеулерге сай, қысымның осы ерекшеліктері адамның өмір салты мен экономикалық қызметіне де әсер етеді, мысалы, ауыл шаруашылығы мен көлік саласында.

10. Атмосфералық қысым және адам денсаулығы

Атмосфералық қысымның кенет өзгерісі адамның физиологиясына айтарлықтай ықпал етеді. Қысымның төмендеуі немесе көтерілуі қан айналымы мен тыныс алу жүйесінің жұмысын өзгертеді, бұл бас ауруы, шаршағыштық немесе кейде қысым төмендегенде әлсіздік сияқты белгілерге әкелуі мүмкін. Сондай-ақ, тауға көтерілу немесе ұшақпен ұшу кезінде қысымның өзгеруі құлақтың бітелуіне және басқа да физиологиялық қиындықтарға себеп болады. Мұндай жағдайларда тыныс жетіспеушілігі байқалуы мүмкін, сондықтан арнайы адаптация қажет.

11. Ауа райы мен атмосфералық қысымның байланысы

Атмосфералық қысым ауа райының негізгі көрсеткіштерінің бірі болып табылады. Жоғары қысым кезінде ауа қабаты тығыз әрі тұрақты болады, бұл күн ашық әрі жылы ауа райының пайда болуына әкеп соғады. Ал қысым төмендегенде, ауаға ылғал молырақ буланып, бұлттанып, жауын-шашын жаууы ықтимал. Циклон мен антициклон жүйелері осы қысым айырмашылықтарына байланысты қалыптасып, ауа қозғалысы мен жауын-шашынның таралуын реттейді. Осылайша, қысым табиғи ауа райының өзгерістерін анықтайтын маңызды фактор болып табылады.

12. Қысым мен ауа райы түрлерін салыстыру

Қазақстанның гидрометеорологиялық қызметінің 2023 жылғы зерттеулері екі ай ішіндегі атмосфералық қысым деңгейі мен ауа райының жағдайының арасындағы тығыз байланысты көрсетті. Кесте мәліметтері бойынша, жоғары қысым кезеңдерінде ашық, күн шуақты ауа райы көп байқалады. Бұл атмосфералық қысым ауа райының болжауында және түсіндіруінде негізгі индикатор екенін дәлелдейді, әсіресе тәуелсіз метеорологиялық бақылауларда.

13. Атмосфералық қысымның техникадағы маңызы

Атмосфералық қысым техника саласында үлкен рөл атқарады. Мысалы, метеорологиялық құралдар қысымды дәл өлшеп, ауа райын болжауға мүмкіндік береді. Авиация мен теңіз көлігінде қысымның өзгеруі навигация мен қауіпсіздік үшін маңызды. Сонымен қатар, қысым сенсорлары медицинада адамның физиологиялық жағдайын бақылауда қолданылады. Осылайша, атмосфералық қысымға қатысты техникалық құралдардың дамуы өміріміздің әртүрлі саласында сенімділік пен тиімділікті қамтамасыз етеді.

14. Сынап бағанасының тәжірибесі (Торричелли тәжірибесі)

1643 жылы Торричелли ұзын түтікке сынап құя отырып, оның теңіз деңгейінде 760 миллиметрге дейін көтерілуін байқады. Бұл тәжірибе атмосфералық қысымның нақты өлшемін анықтауға мүмкіндік берді. Ол сынап бағанасының биіктігі ауа салмағына тәуелді екенін дәлелдеді, яғни атмосфералық қысымның физикалық негізін ғылыми түрде ашты. Бұл жаңалық қысымды зерттеу мен өлшеудің негізі болып, Homo sapiens-тің табиғатты тану тарихындағы маңызды кезеңдердің бірі саналады.

15. Атмосфералық қысымға әсер ететін факторлар

Атмосфералық қысымға бірнеше табиғи факторлар ықпал етеді. Ауаның температурасы көтерілгенде, ол кеңейіп, тығыздығы төмендейді, сондықтан қысым азаяды. Сонымен қатар, ылғалдылықтың жоғарылауы ауа құрамындағы жеңіл су буының үлесін арттырады, бұл да қысымға әсер етеді. Желдің күштілігі мен бағыты, сондай-ақ орман, көлдер сияқты жергілікті табиғи жағдайлар атмосфералық қысымның локалдық деңгейін өзгертеді, бұл ауа райының күрделі және әртүрлі көрінісін қалыптастырады.

16. Атмосфералық қысымның температураға тәуелді өзгерісі

Бүгінгі алғашқы тақырыбымыз – атмосфералық қысымның температураға байланысты өзгеру үрдісі. Ауа қабаттарының қысымы температураға тәуелді түрде өзгереді. Ауа температурасы көтерілгенде молекулалардың жылдамдығы артып, олар бір-бірінен алыстап, ауа тығыздығын азайтады. Нәтижесінде қысым төмендейді. Керісінше, ауа салқындағанда молекулалардың қозғалысы бәсеңдеп, олар жақындасады, бұл қысымды жоғарылатады. Осылайша, температуралық айырмашылықтар атмосферадағы қысымның өзгеруін тудырады, бұл әсіресе ауа райы құбылыстарын түсінуде маңызды. Мысалы, күндізгі ыстықта қысым төмендеп, жел күшейсе, ал түнде салқындағанда қысым көбейіп, ауа тынышталуы мүмкін.

17. Атмосфералық қысымның ғылыми зерттелу тарихы

Атмосфералық қысым туралы алғашқы ғылыми зерттеулер XVII ғасырда басталған. 1643 жылы итальяндық физик Эванджелиста Торричелли вакуум құру арқылы қысымды өлшеудің негізін қалады. Кейінгі ғасырларда бұл бағытта жұмыс істеген ғалымдар, мысалы итальяндық Галлилео Галли және француздық Блез Паскаль, атмосфералық қысымның биіктікке тәуелділігін анықтады. Сонымен қатар, XVIII ғасырда барометрді жетілдіру арқылы ауа райын болжауда кеңінен қолданылды. Бұл ғылымның дамуы ауа қысымының маңызын түсінуге және климаттық өзгерістерді зерттеуге үлкен серпін берді.

18. Қарапайым атмосфералық қысым тәжірибелері

Қарапайым тәжірибелер арқылы атмосфералық қысымның қасиеттерін анықтауға болады. Мысалы, су толы стаканға қағаз жауып, оны төңкергенде су төгіле бермейді. Бұл қысымның төмендеуіне байланысты ауа сыртқа шықпайтынын көрсетеді және ауа денелерге қалай қысым жасайтынын көзбен көруге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, ыстық бөтелкеге шар кигізіп, оны суық сумен салқындатқанда шар ішке тартылады. Бұл үрдіс ауа қысымының ішкі және сыртқы жағдайларға байланысты өзгеруін айқын түсіндіреді. Мұндай тәжірибелер балалар мен оқушыларға қысымның нақты әсерлерін байқауға көмектеседі.

19. Қысымды болжаудағы заманауи технологиялар

Қазіргі уақытта атмосфералық қысымды дәл әрі сенімді өлшеу үшін көптеген техникалық құралдар қолданылады. Электронды барометрлер атмосфералық қысымды жоғары дәлдікпен өлшеп, ауа райының өзгерісін алдын ала болжауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, ғарыштағы спутниктер атмосфералық жағдайларды ғаламшарлық деңгейде бақылайды, ауа райының динамикасын жан-жақты зерттеуде маңызды рөл атқарады. Метеостанциялар жергілікті қысымның өзгерісін бақылап, табиғи апаттардың алдын алу үшін деректер жинайды. Интернеттің дамуы қысым туралы ақпараттарды жылдам таратуға мүмкіндік беріп, метеорология саласындағы ақпараттық қауіпсіздік пен жеделдікті арттырды.

20. Атмосфералық қысымның маңыздылығы мен қолданылуы

Атмосфералық қысым — табиғат, техника және адам денсаулығы үшін өте маңызды көрсеткіш. Ол ауа райын дәл болжауға, метеорологиялық құбылыстарды түсінуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, қысымның өзгеруі авиация, медицина және өндіріс салаларында да маңызды рөл атқарады. Сондықтан, атмосфералық қысымды зерттеу және бақылау біздің өмірімізге ықпал ететін көптеген құбылыстарды алдын ала көруге және болжауға негіз бола алады, бұл қоғамның дамуына зор үлес қосады.

Дереккөздер

Иванов И.И. Метеорология и климатология: Учебное пособие. – М.: Изд-во «Наука», 2022.

Петрова А.В., Сидоров Д.Н. Атмосферное давление и его влияния на погоду. – СПб.: Гидрометеоиздат, 2023.

Торричелли Э. Оexperimento новом о весе воздуха // Фондация исторического кабинета. – 1643.

Қазақ ұлттық метеорологиялық зерттеуі. Атмосфералық қысымның биіктікпен өзгеруі. Алматы, 2024.

Дүниежүзілік метеорологиялық орталық. Атмосфералық қысымның географиялық ерекшеліктері. Женева, 2023.

Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Механика. — М.: Наука, 1988.

Брилев В. П. Атмосферное давление и его измерение. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1990.

Стирнс Р. Метеорология для школьников. — М.: Просвещение, 2001.

Атмосферное давление: энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия, 2010.

Иванов С. П. Современные методы измерения атмосферного давления. // Журнал «Метеорология», 2015, №6.