Oro tankis nėra vienodas. Kur jis mažesnis, ten ir oras plonesnis. Išsiaiškinkime, ką reiškia retintas oras ir kokiomis savybėmis jis pasižymi.
Žemės dujinis apvalkalas
Oras yra neapčiuopiama, bet nepaprastai svarbi mūsų planetos sudedamoji dalis. Jis dalyvauja energijos mainų procese, palaikydamas visas gyvybines organizmų funkcijas. Skatina garsų perdavimą, apsaugo nuo hipotermijos Žemėje ir apsaugo ją nuo pernelyg didelės saulės spinduliuotės įtakos.
Oras yra išorinis planetos apvalkalas, vadinamas atmosfera. Jį sudaro daugybė dujų: neono, argono, vandenilio, metano, helio, kriptono ir kt. Didžiąją dalį sudaro deguonis ir azotas, kurie sudaro 98–99 % oro.
Dujų santykis ir jų kiekis gali skirtis. Taigi dėl automobilių išmetamųjų dujų ir gamyklos išmetamųjų teršalų miesto oras yra labiau prisotintas anglies dvideginio. Miškuose, tose vietose, kur nėra pramonės, deguonies kiekis didėja. Tačiau ganyklų plote metano dalis, kurią karvės išskiria virškindamos, auga.
Oro tankis
Dujų apvalkalo tankiui įtakos turi daug veiksnių, jis skiriasi įvairiose planetos vietose ir skirtinguose aukščiuose. Mažo tankio oras yra retas oras (iš žodžio „retas“). Kuo jis retesnis, tuo toliau viena nuo kitos yra jo molekulės.
Tankis parodo, kiek oro yra viename kubiniame tūrio metre. Šios vertės standartas pasirinktas 1,293 kilogramo kubiniame metre normaliomis sąlygomis ir sausu oru.
Fizikos moksle įprasta skirti specifinį ir masinį tankį. Specifinis nustato vieną kubinį metrą. Tai priklauso nuo geografinės platumos ir planetos sukimosi inercijos. Masė nustatoma pagal barometrinį slėgį, absoliučią temperatūrą ir specifinę dujų konstantą.
Pagrindiniai retinto oro atsiradimo modeliai ir principai aprašyti Gay-Lussac ir Boyle-Marriott įstatymais. Anot jų, kuo aukštesnė temperatūra ir mažesnis slėgis, tuo retesnis oras. Kartu svarbi ir jo drėgmė: jai didėjant, tankis mažėja.
Retas oras ir aukštis
Žemės gravitacijos jėga, kaip magnetas, traukia visus jai prieinamus kūnus link savęs. Štai kodėl mes vaikštome, o ne chaotiškai plūduriuojame erdvėje. Todėl dugne kaupiasi daugiau medžiagos molekulių, o tai reiškia, kad jos tankis ir slėgis taip pat yra didesni prie žemės paviršiaus. Kuo toliau nuo jos esate, tuo šie rodikliai yra žemesni.
Ar pastebėjote, kad kylant į didesnį aukštį, pavyzdžiui, kalnuose, darosi sunkiau kvėpuoti? Taip yra dėl oro trūkumo. Didėjant aukščiui, bendras deguonies kiekis viename litre oro sumažėja. Jis tinkamai neprisotina kraujo ir patiriame sunkumų kvėpuoti.
Everesto aukštis yra 8488 metrai. Jo viršūnėje oro tankis yra trečdalis standartinio tankio jūros lygyje. Žmogus gali pastebėti pokyčius jau 1500–2500 metrų aukštyje. Tolesni tankio ir slėgio pokyčiai jaučiami aštriau ir jau kelia galimą pavojų sveikatai.
Labiausiai išretėjęs oras būdingas egzosferai – išoriniam atmosferos sluoksniui. Jis prasideda nuo 500–1000 kilometrų aukštyje. Jis sklandžiai juda į kosmosą, kur erdvė yra arti vakuumo. Dujų slėgis ir tankis erdvėje yra labai maži.
Sraigtasparnis ir plonas oras
Daug kas priklauso nuo oro tankio. Pavyzdžiui, jis apibrėžia „lubas“, skirtas pakilti virš žemės paviršiaus. Žmogui tai yra dešimt tūkstančių metrų. Tačiau norint pakilti taip aukštai, reikia daug pasiruošti.
Lėktuvai taip pat turi savo ribas. Sraigtasparniams tai yra maždaug 6 tūkstančiai metrų. Daug mažiau nei lėktuvai. Viskas paaiškinama šio „paukščio“ dizaino ypatybėmis ir veikimo principais.
Sraigtasparnis įgyja pakėlimą naudodamas sraigtus. Jie sukasi, dalindami orą į du srautus: virš jų ir po jais. Viršutinėje dalyje oras juda varžtų kryptimi, apatinėje - prieš. Taigi tankis po prietaiso sparnu tampa didesnis nei virš jo. Atrodo, kad sraigtasparnis atsiremia į po juo esantį orą ir pakyla.
Retas oras neleidžia sukurti reikiamo slėgio. Tokiomis sąlygomis teks stipriai padidinti variklio galią ir sraigtų greitį, ko neatlaikys pačios medžiagos. Paprastai sraigtasparniai skraido tankesniu oru 3-4 tūkstančių metrų aukštyje. Tik kartą pilotas Jeanas Boulet savo automobilį pakėlė į 12,5 tūkst. metrų, tačiau užsidegė variklis.
Didėjant atstumui nuo žemės paviršiaus, oro tankis mažėja. Taip atsitinka todėl, kad slėgis viršutiniuose atmosferos sluoksniuose yra mažesnis nei žemėje.
Koks ryšys tarp oro slėgio ir jo tankio?
Dujų tankis yra tiesiogiai proporcingas jų slėgiui. Oro tankio priklausomybę nuo slėgio apibūdina Clapeyron lygtis: idealioms dujoms
,Kur ? - oro tankis, p- absoliutus slėgis, R- specifinė dujų konstanta sausam orui (287,058 J? (kg K)), T- absoliuti temperatūra Kelvinais.
Norėdami apskaičiuoti oro tankį ? tam tikrame aukštyje virš jūros lygio h naudojamos šios formulės:
, Kur
Čia
0 p- standartinis atmosferos slėgis jūros lygyje (101325 Pa);
T0- standartinė temperatūra jūros lygyje (288,15 K);
g- laisvo kritimo virš Žemės paviršiaus pagreitis (9,8 m? sek. 2);
L- temperatūros kritimo greitis atsižvelgiant į aukštį troposferoje (0,0065 K? m);
R- universali dujų konstanta (8,31447 J? (Mol K));
M- sauso oro molinė masė (0,0289644 kg? Mol).
Tai aišku ir intuityvu: apatiniuose oro sluoksniuose yra didesnis slėgis nei viršutiniuose.
Ką reiškia žemas slėgis ir mažas oro tankis? Tai reiškia, kad tokiame išretintame ore yra mažiau molekulių, įskaitant deguonies molekules. Štai kodėl sunku kvėpuoti dideliame aukštyje.
Beje...
0°C temperatūroje vieno kubinio metro (1 m3) oro masė yra:
- Žemės paviršiuje - 1 293 kilogramai;
- 12 km aukštyje - 319 gramų;
- 40 km aukštyje – 4 gramai.
Kalnai traukia žmones savo grožiu ir didybe. Senoviniai, kaip ir pati amžinybė, gražūs, paslaptingi, kerintys protą ir širdį, jie nepalieka abejingo nei vieno. Kvapą gniaužiantys vaizdai į kalnų viršūnes, padengtas niekada tirpstančiu sniegu, miškingus šlaitus, alpines pievas, vilioja sugrįžti visus, bent kartą atostogas praleidusius kalnuose.
Jau seniai pastebėta, kad žmonės kalnuose gyvena ilgiau nei lygumose. Daugelis jų, sugyvendami iki senatvės, išlaiko gerą nuotaiką ir proto aiškumą. Jie rečiau serga ir greičiau pasveiksta nuo ligos. Moterys viduriniuose kalnuose išlaiko galimybę gimdyti daug ilgiau nei moterys žemumose.
Kvapą gniaužiančius kalnų vaizdus papildo gryniausias oras, kuriuo taip malonu giliai kvėpuoti. Kalnų orasšvarus ir pripildytas vaistinių žolelių bei gėlių aromatų. Nėra dulkių, pramoninių suodžių ar išmetamųjų dujų. Lengva kvėpuoti ir atrodo, kad negali to atsigerti.
Kalnai žmones traukia ne tik savo grožiu ir didybe, bet ir ilgalaikiu savijautos pagerėjimu, pastebimu darbingumo padidėjimu, jėgų ir energijos antplūdžiu. Kalnuose oro slėgis mažesnis nei lygumoje. 4 kilometrų aukštyje slėgis siekia 460 mmHg, o 6 km aukštyje – 350 mmHg. Didėjant aukščiui, oro tankis mažėja, atitinkamai mažėja ir deguonies kiekis įkvepiamame tūryje, tačiau paradoksalu, bet tai teigiamai veikia žmogaus sveikatą.
Deguonis oksiduoja mūsų organizmą, prisideda prie senėjimo ir daugelio ligų atsiradimo. Tuo pačiu metu gyvenimas be jo visiškai neįmanomas. Todėl jei norime gerokai pailginti gyvenimą, reikia mažinti deguonies patekimą į organizmą, bet ne per mažai ir ne per daug. Pirmuoju atveju terapinio poveikio nebus, tačiau antruoju galite pakenkti sau. Šis aukso vidurys yra vidurio kalnų oras: 1200–1500 metrų virš jūros lygio, kur deguonies kiekis yra apie 10%.
Šiuo metu jau aiškiai nustatyta, kad yra tik vienas veiksnys, prailginantis žmogaus gyvenimą kalnuose - tai kalnų oras, kuriame yra sumažintas deguonies kiekis ir tai labai teigiamai veikia organizmą.
Deguonies trūkumas sukelia įvairių organizmo sistemų (širdies ir kraujagyslių, kvėpavimo, nervų) veiklos pertvarkymą ir verčia įsijungti atsargines jėgas. Tai, pasirodo, labai efektyvus, nebrangus ir, svarbiausia, prieinamas būdas atkurti ir pagerinti sveikatą. Sumažėjus deguonies kiekiui įkvepiamame ore, signalas apie tai per specialius receptorius perduodamas į pailgųjų smegenų kvėpavimo centrą, o iš ten patenka į raumenis. Padidėja krūtinės ląstos ir plaučių darbas, žmogus pradeda dažniau kvėpuoti, atitinkamai pagerėja plaučių ventiliacija ir deguonies patekimas į kraują. Padidėja širdies susitraukimų dažnis, dėl to suaktyvėja kraujotaka ir deguonis greičiau pasiekia audinius. Tai taip pat palengvina naujų raudonųjų kraujo kūnelių išsiskyrimas į kraują, taigi ir juose esantis hemoglobinas.
Tai paaiškina teigiamą kalnų oro poveikį žmogaus gyvybingumui. Atvykę į kalnų kurortus daugelis pastebi, kad pagerėja nuotaika, suaktyvėja gyvybingumas.
Bet jei pakilsite aukščiau į kalnus, kur kalnų ore deguonies dar mažiau, organizmas į jo trūkumą reaguos visai kitaip. Hipoksija (deguonies trūkumas) jau bus pavojinga, nuo jos pirmiausia kentės nervų sistema, o jei nepakanka deguonies smegenų veiklai palaikyti, žmogus gali netekti sąmonės.
Kalnuose saulės spinduliuotė daug stipresnė. Taip yra dėl didelio oro skaidrumo, nes didėjant aukščiui mažėja jo tankis ir dulkių bei vandens garų kiekis. Saulės spinduliuotė sunaikina daug kenksmingų mikroorganizmų, kurie gyvena ore ir skaido organines medžiagas. Tačiau svarbiausia, kad saulės spinduliuotė jonizuoja kalnų orą, skatindama jonų, įskaitant neigiamus deguonies ir ozono jonus, susidarymą.
Kad mūsų organizmas veiktų normaliai, ore, kuriuo kvėpuojame, turi būti tiek neigiamo, tiek teigiamo krūvio jonų ir griežtai apibrėžtu santykiu. Šios pusiausvyros pažeidimas bet kuria kryptimi labai neigiamai veikia mūsų savijautą ir sveikatą. Tuo pačiu metu neigiamo krūvio jonai, remiantis šiuolaikiniais moksliniais duomenimis, žmogui reikalingi kaip ir vitaminai maiste.
Kaimo ore abiejų krūvių jonų koncentracija saulėtą dieną siekia 800-1000 1 kub.cm. Kai kuriuose kalnų kurortuose jų koncentracija pakyla iki kelių tūkstančių. Todėl kalnų oras turi gydomąjį poveikį daugumai gyvų būtybių. Daugelis Rusijos ilgaamžių gyvena kalnuotose vietovėse. Kitas plono oro poveikis padidina organizmo atsparumą žalingam radiacijos poveikiui. Tačiau dideliame aukštyje ultravioletinės spinduliuotės dalis smarkiai padidėja. Ultravioletinių spindulių poveikis žmogaus organizmui yra labai didelis. Galimi odos nudegimai. Jie žalingai veikia akių tinklainę, sukelia stiprų skausmą ir kartais laikiną aklumą. Norėdami apsaugoti akis, turite naudoti akinius su apsaugančiais nuo šviesos lęšiais, o norėdami apsaugoti veidą – plačiabryle skrybėlę.
Pastaruoju metu medicinoje plačiai paplito tokie metodai kaip oroterapija (gydymas kalnų oru) arba normobarinė hipoksinė terapija (gydymas retu oru, kuriame mažai deguonies). Tiksliai nustatyta, kad kalnų oro pagalba galima išvengti ir gydyti šias ligas: profesines ligas, susijusias su viršutinių kvėpavimo takų pažeidimais, įvairių formų alergines ir imunodeficito būsenas, bronchinę astmą, plačią infekcinių ligų grupę. nervų sistema, kaulų ir raumenų sistemos ligos, širdies ir kraujagyslių sistemos ligos, virškinimo trakto ligos, odos ligos. Hipoksiterapija pašalina šalutinį poveikį kaip gydymo be vaistų metodas.
Visų pirma, verta paminėti, kad kalbėsime apie žodžio „retas“, o ne „išsikrovęs“ reikšmę. „Išleistas“ reiškia „netekti mokesčių“.
Revolveris gali būti neapkrautas, bet oras gali būti retesnis.
Kas yra plonas oras
Žodis „retas“ kilęs iš būdvardžio „retas“. Tai yra, su sumažintu tankiu. Tai oro būsena, kai molekulių skaičius kubiniame erdvės centimetre tampa mažesnis nei ore, kuriuo visi įpratę kvėpuoti.
Gamtoje jis randamas aukštyje. Pavyzdžiui, kalnuose arba atmosferos sluoksniuose, kuriuos galima pasiekti lėktuvu. Kuo aukščiau pakilsite virš vandenyno lygio, tuo plonesnis oras. Dėl to jis pavirs vakuumu, tai yra visišku oro molekulių nebuvimu erdvėje.
Didėjant aukščiui tankis mažėja, nes kuo toliau nuo žemės, tuo mažiau žemės gravitacinės jėgos veikia deguonies daleles. Pasirodo, didžiausias oro tankis yra prie paviršiaus, ypač ten, kur auga daug augalų, tačiau atviroje erdvėje oro visai nėra, yra visiškas vakuumas. Orą galite retinti ir dirbtinai.
Lėktuvuose
Keleivinis lėktuvas pakyla virš žemės paviršiaus apie 10-12 km. Skraidančios mašinos su raketiniais ir turboreaktyviniais varikliais gali nuskristi iki 100 km, tačiau jais negali skristi tik specialiai šiai musei apmokyti žmonės. Tokiame aukštyje žmogaus organizmo gyvybinė veikla neįmanoma. Jei atidaromos skrendančio lėktuvo durys arba įvyksta avarinis slėgis salone, visi lėktuvo keleiviai akimirksniu miršta.
Tačiau net ir sandarioje, uždaroje kabinoje žmonės patirs diskomfortą:
- aukštas kraujo spaudimas;
- pėstininkų ausys;
- kojos tinsta.
Dažni skrydžiai lėktuvu nekenkia sveikatai. Slėgio pokyčiai, didelis anglies monoksido kiekis, per didelis pagreitis – visa tai veikia širdies ir kraujagyslių sistemą. Nėščioms moterims ir hipertenzija sergantiems pacientams paprastai nerekomenduojama taip judėti.
Kalnuose
Aukščiausias taškas žemėje yra Everesto viršūnė. Didžiausias šio kalno taškas siekia daugiau nei 8 tūkstančius metrų, ir tai yra labai aukšta.
Instinktyviai žmogus bijo aukščio ir stengiasi leistis žemiau. Taip nutinka ne tik dėl to, kad galite nukristi iš aukštos vietos, bet ir dėl to, kad ūgis gali turėti žalingą ir net mirtiną poveikį žmogaus sveikatai.
Neįmanoma visiškai priprasti prie plono oro savybių, tačiau galite prisitaikyti. Aukštai į kalnus kopiantys alpinistai tam ruošiasi metų metus. Jie taip pat žino, kad lipti reikia palaipsniui, įgavus tam tikrą aukštį – reikia priprasti. Jei nepasiruošęs žmogus smarkiai užkops į Everestą ar net daug žemesnį kalną, greičiausiai jį kankins aukščio liga. Sveikam, stipriam žmogui kritinis aukštis yra 2,5 km ir daugiau, o sergančiam ar pagyvenusiam žmogui - nuo 1 km ir daugiau. Šios ligos simptomai yra šie:
- galvos skausmas ir galvos svaigimas;
- dusulys;
- vėmimas;
- staigus jėgų praradimas, o tada staigus jėgų antplūdis;
- neadekvatus tikrovės suvokimas.
Jei žmogus jaučia, kad jis staiga tapo laimingas, tai yra labai blogas ženklas. Atsiras mieguistumas, o jei užmigsi, nepabusi.
Blogiausia, kad kalnų liga ilgą laiką gali būti praktiškai besimptomė, o vėliau žmogus staiga netenka sąmonės. Jei nieko nedarysite ir tuoj pat nenusileiskite, žmogus mirs. Labiausiai destruktyvus dalykas yra hipoksija arba deguonies trūkumas centrinei nervų sistemai.
Gydymas retu oru
Tačiau yra nuomonė, kad kalnų oras yra labai naudingas. Ir ši nuomonė yra teisinga, be to, yra net oroterapija - gydymas ir atkūrimas retu oru.
Terapijos principas – įkišti žmogų į kapsulę su tam tikros koncentracijos retinto oro srautu.
Oroterapija veiksminga šiais atvejais:
- alerginės organizmo reakcijos;
- centrinės nervų sistemos ligos;
- nėštumo patologijų prevencija;
- anemija;
- poreikis skatinti regeneraciją.
Ši technika Rusijoje naudojama nuo 1987 m. Toks gydymas turėtų būti atliekamas tik klinikinėje aplinkoje ir prižiūrint gydytojui. Juk tiek elektros srovė, tiek radioaktyvioji spinduliuotė neteisingomis dozėmis žudo, bet tiksliai apskaičiuotomis dozėmis gydo. Kalnų oro generatorius leidžia retinti orą klinikinėmis sąlygomis.
Didėjant aukščiui, deguonies ir azoto kiekis smarkiai mažėja. Viskas priklauso nuo slėgio skirtumo tarp viršutinio ir apatinio atmosferos sluoksnių. Viršutiniai sluoksniai labai spaudžia apatinius, todėl pastarieji turi daug daugiau oro ir mažesnio slėgio. Alpinistai, kopdami į didelį aukštį, patiria tam tikrų sunkumų.
Viskas priklauso nuo ūgio, kuriame žmogus yra. Jei jis neviršija 1 km, skirtumas beveik nepastebimas, o kūnui nebus jokios žalos. Sveikam žmogui 1–3 km aukštis taip pat negali pakenkti (deguonies trūkumą organizmas lengvai kompensuoja). Sergantys, ypač sergantys astma, neturėtų leistis į tokią pavojingą kelionę.
5–6 km aukštyje sveiko žmogaus organizmas mobilizuoja visas sistemas ir priverčia dirbti padidintu režimu dėl deguonies trūkumo. Apmokytas žmogus gali susidoroti su tokiu aukščiu, todėl čia dažnai yra įsikūrusios įvairios tyrimų bazės, observatorijos. Sveikas miegas ir tinkama mityba padeda mokslininkų organizmams susidoroti su stresinėmis situacijomis.
Vietos, esančios 7 km ir aukščiau, yra netinkamos žmogaus gyvenimui. Čia tiek mažai deguonies, kad kraujas negali jo pilnai pristatyti į visus organus. Jie pradeda jausti deguonies badą. Žmogus jaučiasi pavargęs, skauda galvą, pablogėja bendra būklė. 8 km ir didesniame aukštyje žmogus gali praleisti ne ilgiau kaip 3 dienas.
Gyvenimas aukštumose
Kalnuotų vietovių gyventojai turi daug geresnę sveikatą ir gyvena ilgiau nei lygumų gyventojai. Kas tai paaiškina? Deguonis pagal savo prigimtį yra stiprus oksidatorius. Bet koks organizme esantis oksidatorius didesniu ar mažesniu mastu sukelia senėjimą. Bet žmogus negali gyventi. Norint pagerinti sveikatą, reikia šiek tiek mažesnio deguonies kiekio ore nei lygumose.
Optimalus aukštis patogiam gyvenimui yra apie 1500 metrų virš jūros lygio. Kūnas patiria nedidelį deguonies badą, dėl kurio visos sistemos įjungiamos patobulintu režimu. Pagerėja kraujotaka ir plaučių ventiliacija, padidėja hemoglobino kiekis kraujyje.
Amerikiečių mokslininkai pastebėjo, kad kalnuose gyvenančių žmonių kalboje būdingi gūsingi garsai. Dideliame aukštyje tokius garsus ištarti daug lengviau, nes tam reikia suspausti orą gerklėje. Tai lengviausia padaryti aukštumose, nes čia oras plonesnis nei lygumose.
