¿Por qué la presión del aire disminuye con la altitud?

Estoy buscando la razón: ¿por qué la presión del aire disminuye con la altitud? ¿Tiene que ver con el hecho de que la fuerza gravitacional es menor a mayor altura debido a la mayor distancia entre las masas? ¿El giro de la tierra causa una fuerza centrífuga? ¿Están las moléculas a mayor altitud empujando a las moléculas de aire a menor altitud aumentando así su presión? ¿La presión del aire terrestre es mayor en los polos que en el ecuador?

La presión es una fuerza. También lo es la gravedad, pero puedes tener uno sin el otro.
Acuéstate en el piso. Entonces haz que alguien se acueste encima de ti. Entonces alguien encima de ellos. Repite hasta que estés enterrado bajo 100 personas. ¿Por qué la persona de abajo se siente más aplastada que la de arriba?
Dado que no hay presión de aire en la luna, debería haber una disminución de la presión con la altitud comenzando al menos en algún punto... pero eso no es física, son matemáticas...
Porque hay más aire en la parte superior cuando estás a baja altura en comparación con menos aire cuando estás a gran altura.
@J... Mis gatos han estado realizando ese experimento durante años. Todavía estoy esperando leer acerca de sus conclusiones científicas.

Respuestas (6)

La presión del aire en un punto dado es el peso de la columna de aire directamente sobre ese punto, como se explica aquí . A medida que aumenta la altitud, esta columna se vuelve más pequeña, por lo que tiene menos peso. Por lo tanto, los puntos a mayor altitud tienen menor presión.

Si bien la fuerza gravitatoria disminuye con la altitud, para fines cotidianos (permanecer cerca de la superficie de la Tierra), la diferencia no es muy grande. Asimismo, la fuerza centrífuga tampoco tiene un impacto significativo .

De hecho, ¡esta regla se aplica también a la presión a una profundidad dada en un tubo de líquido!
O apilar un montón de piedras encima de ti, o paja en el lomo de un camello :-)
@CarlWitthoft Tenga en cuenta que la presión del aire disminuye (aproximadamente) exponencialmente con la altitud, mientras que la presión del agua aumenta (aproximadamente) linealmente con la profundidad. La variación de la presión del aire depende de la temperatura, es decir, cuanto mayor sea la temperatura, menor será la caída de presión. Esta respuesta es correcta, pero un poco incompleta en este sentido.
"Si bien la fuerza gravitacional disminuye con la altitud, para propósitos cotidianos (permanecer cerca de la superficie de la Tierra), la diferencia no es muy grande". – En la ISS, la gravedad sigue siendo ~90% de la gravedad de la superficie, es un buen número de referencia a tener en cuenta. Claramente, la presión atmosférica es casi inexistente, lo que sugiere el hecho de que los dos no están relacionados.
Tal vez una analogía útil: imagine una gran torre de resortes apilados unos sobre otros de pie. Los resortes inferiores se comprimirán más que los superiores, porque los inferiores soportan el peso de los superiores (pero no al revés). En esta analogía, la compresión del resorte es el mismo principio que la presión del aire a una altura dada. Cuanto más se pone encima, más se comprime/presuriza.
Ahora siento que la presión del aire debería caer cuando entro, ya que la mayor parte de la columna de aire sobre mí está siendo sostenida por el techo del edificio, en lugar de mi propio cuerpo :)
@JeremyFriesner: la presión no es direccional; el aire justo fuera de la puerta presiona la entrada con la presión de ese aire y, por lo tanto, presuriza el aire dentro de la puerta a la misma presión. Entonces, a menos que el edificio esté sellado herméticamente (o casi herméticamente), el aire del interior alcanza rápidamente la misma presión que el exterior. (Más: en.wikipedia.org/wiki/Pascal%27s_law ).

Edité esta pregunta el primer día, en respuesta a algunos comentarios que señalaron un malentendido, pero no se registró. Me disculpo sinceramente por eso.

Como lo señalaron otras respuestas, la presión debida a cualquier fluido, comprimible o no, aumenta con la profundidad. Esto se debe a la mayor masa y, por lo tanto, al peso del fluido de arriba.

Lo interesante es que la presión del agua aumenta linealmente con la profundidad, mientras que la del aire no.

La intensidad del campo gravitatorio se reduce a solo el 88% incluso a la altura de la ISS. La caída de presión tiene más que ver con el hecho de que, a diferencia del agua, el aire es un fluido comprimible. A medida que se mueve más hacia abajo en la atmósfera, hay un mayor peso de aire arriba que empuja hacia abajo al aire de abajo, por lo que aumenta la densidad y, por lo tanto, la presión del aire. Básicamente, la densidad ρ es una función de h . por lo que debe integrar la densidad sobre la altura en lugar de simplemente multiplicar.

PAG = gramo ∫ ρ d h

o

PAG = ∫ gramo ρ d h
si desea tener en cuenta el cambio en el campo gravitatorio, por pequeño que sea

No importa si es comprimible o no, la presión del agua también aumenta con la profundidad.
Sí, la compresibilidad solo significa que aumenta más rápido que linealmente con la profundidad. Aumenta exponencialmente con la profundidad para una atmósfera ideal (isotérmica).
No estoy muy seguro de este argumento, pero creo que poner gramo dentro de la integral no es necesario - se reduce como 1 / r 2 , y la columna 'directamente arriba' (en realidad radialmente hacia afuera desde el centro de la tierra) aumenta en área a medida que r 2 como h aumenta
Mala respuesta. Cuanto más subes, menos atmósfera hay sobre ti, menos pesa, por lo que la presión disminuye. Los argumentos sobre la compresibilidad afectan la tasa exacta en que la presión disminuye con la altitud, pero son irrelevantes para el hecho de que sí disminuye.
Por favor vea edir

A medida que sube, hay menos moléculas de aire (menos peso) en un área determinada, esta es básicamente una de las razones por las que disminuye.

A partir de la fórmula barométrica, se puede obtener la relación entre la presión y la altitud. se define como

PAG = PAG 0 mi − metro gramo h k T

por lo que la relación entre la presión y la altitud es PAG ∝ mi − h . Por lo tanto, a medida que avanzamos a mayores altitudes, la presión disminuirá exponencialmente.

Pedantemente hablando eso no es PAG ∝ mi − h (En realidad, mi − h ni siquiera técnicamente tiene sentido). Para estar en lo cierto deberías decir que registro ⁡ ( PAG / PAG 0 ) ∝ − h (o simplemente diga la declaración completa, o introduzca la noción de altura de escala, o algo así).

¿Tiene que ver con el hecho de que la fuerza gravitacional es menor a mayor altura debido a la mayor distancia entre las masas?

La fuerza gravitacional disminuye a medida que asciendes, pero esa no es la razón. La presión aún sería mayor en el fondo, incluso en alguna extraña física donde la gravedad se hizo más fuerte más lejos de la superficie.

¿El giro de la tierra causa una fuerza centrífuga?

Lo hace, pero de nuevo, eso no es parte de la razón.

¿Están las moléculas a mayor altitud empujando a las moléculas de aire a menor altitud aumentando así su presión?

Sí. Esa es exactamente la respuesta.

¿La presión del aire terrestre es mayor en los polos que en el ecuador?

No. Incluso si la gravedad efectiva es diferente, el aire a nivel del mar fluirá desde donde hay más presión hacia donde hay menos hasta que se equilibra. Por supuesto, la presión cambia debido al clima, pero con el tiempo creo que la presión del nivel del sello es la misma en todo el mundo.

Editar: después de investigar un poco más, edité mi respuesta para que sea significativamente más precisa.

En resumen, la presión del aire es el resultado de la fuerza acumulada que las moléculas de aire actúan sobre los objetos debajo de ellas debido a la gravedad de la Tierra. Cuanto mayor es la altitud, menos moléculas de aire hay para actuar una fuerza debajo de ellas y, por lo tanto, hay menos presión de aire en altitudes más altas.

Así que aunque

Las moléculas más alejadas de la tierra tienen menos peso (porque la atracción gravitacional es menor)... también están 'paradas' sobre las moléculas debajo de ellas, causando compresión. Los que están más abajo tienen que soportar más moléculas por encima de ellos y se comprimen (presurizan) más en el proceso. [Fuente]

Una forma más técnica de abordar la pregunta sería mirar la fórmula general de la presión:

pag = F A
Dónde pag es la presión, F es la fuerza que causa la presión, y A es el área de la superficie en contacto, podemos entender que (asumiendo A es constante), como F aumenta, también lo hace pag .

En cuanto al efecto del giro de la Tierra sobre la presión del aire, es minúsculo, como se explica aquí .

Puede consultar el siguiente enlace de Wikipedia. Esto es lo que aprendí durante el curso de educación universitaria en termodinámica. Puede relacionar la ley de los gases ideales y los principios de Bernoulli sin introducir términos cinéticos (solo aproximación hidrostática). Por lo tanto, obtienes una ecuación que también depende de la temperatura. La aceleración gravitatoria es prácticamente la misma teniendo en cuenta la profundidad de la atmósfera. Por lo tanto, solo puede ser una corrección del modelo atmosférico en lugar del principio principal.

Supongo que también puede incluir la fuerza centrífuga en la aceleración gravitacional, porque están en la dirección opuesta (tenga en cuenta que la fuerza centrífuga es solo una fuerza imaginaria que puede agregar a la ecuación). Puede imaginar el radio de la Tierra y compararlo con la profundidad de la atmósfera para adivinar si los términos dependientes del radio, como la gravedad o la fuerza centrífuga, son importantes con respecto a otros cambios en su ecuación. Si desea hacer un cálculo preciso para comparar dos regiones, los polos y el ecuador, también puede agregar la parte de aceleración centrífuga.

El aire ciertamente empuja hacia abajo a las otras moléculas de aire, por lo que aumenta la presión. Es el mismo principio (de Bernoulli) que se aplica también en el cambio de presión en líquidos.

¿Por qué la presión del aire disminuye con la altitud?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v