Pressione atmosferica
Che cos'è e quanto vale la pressione atmosferica?
La superficie della Terra, come noto, è ricoperta per diversi chilometri di altezza da una massa d'aria che chiamiamo atmosfera.
L'atmosfera, costituita principalmente da azoto, ossigeno, anidride carbonica e acqua allo stato di vapore, rappresenta quindi uno spesso strato di gas, che essendo un fluido dotato di massa, esercita una certa pressione sulla superficie terrestre e su qualunque oggetto o corpo si trovi immerso in questa bolla di gas.
Così come per ogni fluido, vale la legge di Pascal per cui questa pressione agisce qualunque sia l'orientazione del corpo ed in ogni direzione.
Perché i corpi non si deformano a causa della pressione atmosferica?
Ogni corpo immerso nell'atmosfera subisce una pressione esterna in qualunque direzione che tenderebbe a comprimerlo.
Il fatto che però i corpi non implodono è dovuta al fatto che essi contengono aria al loro interno che controbilancia con la stessa pressione quella atmosferica.
Se un astronauta che andasse sulla Luna non avesse una tuta a tenuta stagna, tale cioè da non far fuoriuscire i gas dall'interno e quindi capace di mantenere una pressione che contenga i gas che premono verso l'esterno, allora il corpo esploderebbe in quanto sulla Luna, non essendoci atmosfera, la pressione atmosferica vale zero.
Se pensiamo ad una bottiglia di plastica essa non si deforma se contiene aria alla stessa pressione di quella atmosferica.
Nel momento in cui si fa fuoriuscire l'aria dalla bottiglia, questa inizia a deformarsi in quanto viene meno la pressione interna.
Vince così la pressione esterna dell'aria che fa accartocciare la bottiglia stessa.
Misura della pressione atmosferica
L'esperimento che permise per la prima volta di valutare quanto valesse la pressione atmosferica terrestre fu eseguito da Torricelli.
Egli prese un tubo di vetro della lunghezza di 1 m e lo riempì con del mercurio.
Tenendo tappata l'estremità, immerse il tubo in una bacinella contenente anch'essa del mercurio e tolse il tappo dall'estremità in modo che il mercurio contenuto all'interno del tubo potesse scorrere per gravità nella bacinella.
Eppure egli osservò che il livello del mercurio nel tubo scendeva ad una certa altezza h rispetto alla superficie libera della vaschetta e poi si arrestava.
Tale altezza vale 760 mm.
Barometro a mercurio.
La spiegazione di questo fenomeno è dovuta al fatto che la pressione atmosferica esercitata sul mercurio contenuto nella vaschetta è tale da controbilanciare la discesa per gravità e quindi la pressione del mercurio contenuto nel tubo.
Torricelli concluse così che la pressione atmosferica a livello del mare era pari alla pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 760 mm.
Per ulteriori info si veda: esperimento di Torricelli e barometro a mercurio.
Le unità di misura della pressione
L'unità di misura ufficiale nel S.I. della pressione è il Pa (Pascal) equivalente al N/m2:
1 Pa = 1 N/m2
Innumerevoli sono però le unità di misura della pressione utilizzate nei vari ambiti scientifici dalla meteorologia alla termodinamica alla meccanica dei fluidi.
Le più comuni unità di misura e i corrispondenti valori in Pascal sono:
- Il torr o millimetro di mercurio (mmHg) pari alla pressione esercitata da una colonna alta 1 mm di mercurio all'altezza del mare : 1 mmHg = 133,2 Pa (per ulteriori info si veda: mmHg in Pa).
- Il bar e il suo sottomultiplo mbar (10-3 bar) unità molto spesso usata in meteorologia 1bar = 105 Pa
- L'ettopascal (hPa) = 102 Pa
- L'atmosfera (atm) invece corrisponde a 1,013 bar (si veda: conversione atm in bar) ovvero 101325 Pa o 760 torr e rappresenta il valore della pressione atmosferica terrestre al livello del mare.
La rappresentazione della pressione atmosferica
La pressione atmosferica non è sempre un valore costante ma può risultare più elevato o meno elevato del valore standard attribuito di 1 atm o 101325 Pa o 1013 mbar.
Questo accade perché la Terra è un pianeta dinamico e il sistema della pressione può essere influenzato da diversi fattori quali il riscaldamento, i venti, la temperatura, l'umidità ecc.
Per distinguere dunque le zone di bassa o alta pressione sul globo si utilizzano delle linee immaginarie chiamate isobare, che congiungono idealmente tutti i punti sulla superficie terrestre caratterizzati in quel momento dalla stessa pressione atmosferica.
Ciò è di fondamentale importanza in meteorologia perché una delle conseguenze più rilevanti è che l'alta pressione in genere porta bel tempo in quanto costringe l'aria a scendere in senso orario ed ad allontanare le nuvole di vapore; mentre la bassa pressione crea dei vortici di aria che richiamano nubi e tende a ruotare in senso antiorario salendo verso l'alto.
Nella cartina dell'Europa qui riportata, vediamo che le isobare congiungono le località interessate dall'alta pressione (P > 1013 mbar) e quelle invece in cui c'è bassa pressione (P < 1013 mbar).
Ad esempio sulla Spagna ci sono due campi di pressione a 1025 mbar e 1020 mbar ed infatti è riportato tempo soleggiato.
Invece sull'Inghilterra insiste una campo di bassa pressione a 1000 mbar ed infatti si nota una nuvoletta come simbolo del cattivo tempo.
Pressione atmosferica e altitudine
È noto che andando ad alte quote ad esempio in alte montagne, l'atmosfera diventa più rarefatta e ciò può provocare rischi seri alla respirazione umana in quanto la quantità di ossigeno minima necessaria per il corretto funzionamento dei nostri organi viene meno.
Questo fenomeno si spiega col fatto che la pressione esercitata dal gas sovrastante diminuisce in quanto la colonna d'aria premente si riduce sempre più aumentando di quota rispetto al livello del mare.
La legge che lega pressione atmosferica ed altitudine è data da:
P(h) = P0 ∙ e-0,127∙h
in cui:
- P0 è il valore della pressione atmosferica al livello del mare (101325 Pa);
- e è la base naturale e vale 2,718… ;
- h l'altezza misurata a partire dal livello del mare in chilometri.
Per h = 0 ovviamente la pressione coincide con P0 in quanto e0 = 1.
Esercizio
Calcolare la pressione atmosferica ad un'altitudine di 8000 m sul livello del mare.
Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: calcolo della pressione atmosferica ad alta quota.
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