Warum nimmt der Luftdruck mit der Höhe ab?

Ich suche nach dem Grund: Warum nimmt der Luftdruck mit der Höhe ab? Hat es damit zu tun, dass die Gravitationskraft in größerer Höhe aufgrund des größeren Abstands zwischen den Massen geringer ist? Verursacht die Drehung der Erde eine Zentrifugalkraft? Drücken die Moleküle in größerer Höhe auf die Luftmoleküle in niedrigerer Höhe und erhöhen so deren Druck? Ist der Luftdruck der Erde an den Polen höher als am Äquator?

Druck ist eine Kraft. So ist die Schwerkraft, aber Sie können eines ohne das andere haben.
Auf dem Boden liegen. Dann lass jemanden auf dir liegen. Dann jemand auf ihnen. Wiederholen Sie dies, bis Sie unter 100 Personen begraben sind. Warum fühlt sich die Person unten stärker gequetscht als die Person oben?
Da es auf dem Mond keinen Luftdruck gibt, sollte der Druck zumindest irgendwann mit der Höhe abnehmen ... aber das ist keine Physik, das ist Mathematik ...
Weil in geringer Höhe mehr Luft oben ist als in großer Höhe weniger Luft.
@J... Meine Katzen führen dieses Experiment seit Jahren durch. Ich warte immer noch darauf, etwas über ihre wissenschaftlichen Schlussfolgerungen zu lesen.

Antworten (6)

Der Luftdruck an einem bestimmten Punkt ist das Gewicht der Luftsäule direkt über diesem Punkt, wie hier erklärt . Mit zunehmender Höhe wird diese Säule kleiner und hat somit weniger Gewicht. Daher haben Punkte in größerer Höhe einen geringeren Druck.

Während die Gravitationskraft mit der Höhe abnimmt, ist der Unterschied für alltägliche Zwecke (in der Nähe der Erdoberfläche bleiben) nicht sehr groß. Auch die Zentrifugalkraft hat keinen nennenswerten Einfluss .

Übrigens gilt diese Regel auch für den Druck in einer bestimmten Tiefe in einem Flüssigkeitsschlauch!
Oder einen Haufen Steine ​​auf sich stapeln oder Stroh auf den Rücken eines Kamels :-)
@CarlWitthoft Beachten Sie, dass der Luftdruck (ungefähr) exponentiell mit der Höhe abnimmt, während der Wasserdruck (ungefähr) linear mit der Tiefe zunimmt. Die Luftdruckschwankung ist temperaturabhängig, dh je größer die Temperatur, desto langsamer der Druckabfall. Diese Antwort ist richtig, aber in diesem Sinne etwas unvollständig.
„Während die Gravitationskraft mit der Höhe abnimmt, ist der Unterschied für alltägliche Zwecke (in der Nähe der Erdoberfläche bleiben) nicht sehr groß.“ – Auf der ISS beträgt die Gravitation immer noch ~90 % der Gravitation an der Oberfläche, das ist eine gute Orientierungszahl, die man sich merken sollte. Offensichtlich gibt es fast keinen atmosphärischen Druck, was darauf hindeutet, dass die beiden nichts miteinander zu tun haben.
Vielleicht eine hilfreiche Analogie: Stellen Sie sich einen großen Turm aus übereinander gestapelten Federn vor, die aufrecht stehen. Die unteren Federn werden stärker komprimiert als die oberen, da die unteren das Gewicht der oberen tragen (aber nicht umgekehrt). In dieser Analogie ist die Kompression der Feder das gleiche Prinzip wie der Luftdruck in einer bestimmten Höhe. Je mehr Sie darauf legen, desto mehr wird es komprimiert / unter Druck gesetzt.
Jetzt habe ich das Gefühl, dass der Luftdruck sinken sollte, wenn ich nach drinnen gehe, da dann der größte Teil der Luftsäule über mir vom Dach des Gebäudes gehalten wird und nicht von meinem eigenen Körper :)
@JeremyFriesner: Druck ist ungerichtet; Die Luft direkt vor der Tür drückt mit dem Druck dieser Luft in die Türöffnung und setzt dadurch die Luft direkt in der Tür auf denselben Druck. Wenn das Gebäude also nicht hermetisch (oder nahezu hermetisch) abgedichtet ist, erreicht die Luft im Inneren schnell den gleichen Druck wie die Außenluft. (Mehr: en.wikipedia.org/wiki/Pascal%27s_law .)

Ich habe diese Frage am ersten Tag als Antwort auf einige Kommentare bearbeitet, die auf ein Missverständnis hinwiesen, aber nicht registriert wurden. Ich entschuldige mich aufrichtig dafür.

Wie aus anderen Antworten hervorgeht, nimmt der Druck aufgrund von Flüssigkeiten, ob komprimierbar oder nicht, mit der Tiefe zu. Dies liegt an der größeren Masse und damit dem Gewicht der darüber liegenden Flüssigkeit.

Interessant ist, dass der Wasserdruck linear mit der Tiefe zunimmt, der Luftdruck dagegen nicht.

Selbst in der Höhe der ISS sinkt die Gravitationsfeldstärke auf nur noch 88 % ab. Der Druckabfall hat eher damit zu tun, dass Luft im Gegensatz zu Wasser eine komprimierbare Flüssigkeit ist. Wenn Sie sich weiter nach unten in die Atmosphäre bewegen, drückt ein größeres Luftgewicht auf die darunter liegende Luft, sodass die Dichte und damit der Luftdruck zunimmt. Grundsätzlich die Dichte ρ ist eine Funktion von H . Sie müssen also die Dichte über die Höhe integrieren, anstatt einfach zu multiplizieren.

P = G ∫ ρ D H

oder

P = ∫ G ρ D H
wenn Sie die Änderung des Gravitationsfeldes berücksichtigen wollen, wie klein sie auch sein mag

Egal ob komprimierbar oder nicht - auch der Wasserdruck steigt mit der Tiefe.
Ja, Kompressibilität bedeutet nur, dass sie mit der Tiefe schneller als linear zunimmt. Für eine ideale (isotherme) Atmosphäre nimmt sie exponentiell mit der Tiefe zu.
Ich bin nicht sehr zuversichtlich in diesem Argument, aber ich denke, Putten G innerhalb des Integrals ist nicht erforderlich - es geht unter als 1 / R 2 , und die Säule „direkt darüber“ (eigentlich radial außerhalb des Erdmittelpunkts) nimmt an Fläche zu als R 2 als H erhöht sich
Falsche Antwort. Je höher Sie kommen, desto weniger Atmosphäre ist über Ihnen, desto weniger wiegt sie, sodass der Druck abnimmt. Argumente über die Kompressibilität beeinflussen die genaue Rate, mit der der Druck mit der Höhe abnimmt, sind jedoch irrelevant für die Tatsache, dass er abnimmt.
Bitte siehe edir

Je höher Sie gehen, desto weniger Luftmoleküle (weniger Gewicht) befinden sich auf einer bestimmten Fläche. Dies ist im Grunde ein Grund, warum sie abnimmt.

Aus der barometrischen Formel kann man den Zusammenhang zwischen Druck und Höhe ermitteln. Es ist definiert als

P = P 0 e − M G H k T

so ist das Verhältnis zwischen Druck und Höhe P ∝ e − H . Wenn wir also in größere Höhen gehen, wird der Druck exponentiell abnehmen.

Um es pedantisch zu sagen, das ist es nicht P ∝ e − H (In der Tat, e − H macht technisch nicht einmal Sinn). Richtigerweise sollte man das sagen Protokoll ⁡ ( P / P 0 ) ∝ − H (oder sagen Sie einfach die gesamte Aussage oder führen Sie den Begriff der Skalenhöhe oder so etwas ein).

Hat es damit zu tun, dass die Gravitationskraft in größerer Höhe aufgrund des größeren Abstands zwischen den Massen geringer ist?

Die Gravitationskraft nimmt mit zunehmender Höhe ab, aber das ist nicht der Grund. Der Druck wäre am Boden immer noch größer, selbst in einer seltsamen Physik, wo die Schwerkraft weiter von der Oberfläche entfernt stärker wurde.

Verursacht die Drehung der Erde eine Zentrifugalkraft?

Das tut es, aber auch das ist nicht Teil des Grundes.

Drücken die Moleküle in größerer Höhe auf die Luftmoleküle in niedrigerer Höhe und erhöhen so deren Druck?

Ja. Das ist genau die Antwort.

Ist der Luftdruck der Erde an den Polen höher als am Äquator?

Nein. Auch wenn die effektive Schwerkraft unterschiedlich ist, strömt Luft auf Meereshöhe von dort, wo mehr Druck herrscht, zu wo weniger, bis sie sich ausgleicht. Natürlich ändert sich der Druck aufgrund des Wetters, aber im Laufe der Zeit glaube ich, dass der Druck auf Dichtungsebene auf der ganzen Welt gleich ist.

Bearbeiten: Nachdem ich ein bisschen mehr recherchiert habe, habe ich meine Antwort so bearbeitet, dass sie deutlich genauer ist.

Kurz gesagt – der Luftdruck ist das Ergebnis der kumulativen Kraft, die Luftmoleküle aufgrund der Schwerkraft der Erde auf Objekte unter ihnen ausüben. Je höher die Höhe, desto weniger Luftmoleküle müssen unter ihnen eine Kraft ausüben , und daher gibt es in größeren Höhen weniger Luftdruck.

Obwohl

Moleküle, die weiter von der Erde entfernt sind, haben ein geringeres Gewicht (weil die Anziehungskraft geringer ist) ... sie "stehen" auch auf den Molekülen unter ihnen und verursachen eine Kompression. Die unteren müssen mehr Moleküle darüber tragen und werden dabei weiter komprimiert (unter Druck gesetzt). [Quelle]

Eine technischere Herangehensweise an die Frage wäre die Betrachtung der allgemeinen Formel für Druck:

P = F A
Wo P ist der Druck, F ist die Kraft, die den Druck verursacht, und A die Kontaktfläche ist, können wir das verstehen (angenommen A ist konstant), wie F steigt, also auch P .

Die Auswirkung der Erddrehung auf den Luftdruck ist winzig, wie hier erklärt wird .

Sie können den folgenden Link von Wikipedia überprüfen . Dies habe ich während des Grundstudiums in Thermodynamik gelernt. Sie können das ideale Gasgesetz und die Bernoulli-Prinzipien in Beziehung setzen, ohne kinetische Terme einzuführen (nur hydrostatische Annäherung). Somit erhält man eine Gleichung, die auch von der Temperatur abhängt. Die Gravitationsbeschleunigung ist angesichts der Tiefe der Atmosphäre ziemlich gleich. Es kann also nur eine Korrektur des atmosphärischen Modells und nicht des Hauptprinzips sein.

Ich denke, Sie können auch die Zentrifugalkraft in die Gravitationsbeschleunigung einbeziehen, da sie in die entgegengesetzte Richtung weisen (Beachten Sie, dass die Zentrifugalkraft nur eine imaginäre Kraft ist, die Sie der Gleichung hinzufügen können.). Sie können sich den Radius der Erde vorstellen und ihn mit der Tiefe der Atmosphäre vergleichen, um zu erraten, ob die vom Radius abhängigen Terme wie Schwerkraft oder Zentrifugalkraft in Bezug auf andere Änderungen in Ihrer Gleichung wichtig sind. Wenn Sie eine genaue Berechnung durchführen möchten, um zwei Regionen, die Pole und den Äquator, zu vergleichen, können Sie auch den Teil der Zentrifugalbeschleunigung hinzufügen.

Die Luft drückt sicherlich die anderen Luftmoleküle nach unten und erhöht so den Druck. Es ist das gleiche Prinzip (Bernoulli), das auch bei der Druckänderung in Flüssigkeiten angewendet wird.

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