Wstęp

Lewy panel ilustracji prezentuje mapę rozkładu ciśnienia huraganu Artur przemieszczającego się w kierunku Wschodniego Wybrzeża. Centrum niskiego ciśnienia zaznaczono niebieską kropką. W prawym panelu znajduje się zdjęcie satelitarne huraganu Artur przemieszczającego się w kierunku Wschodniego Wybrzeża Stanów zjednoczonych.

Ilustracja 14.1 Zaprezentowana mapa rozkładu ciśnień (prawy obrazek) i zdjęcie satelitarne (lewy) zostały wykorzystane do stworzenia modelu trajektorii i skutków przejścia huraganu Artur nad Wschodnim Wybrzeżem Stanów Zjednoczonych w lipcu 2014 r. Modele komputerowe wykorzystują równania na siły i energie do przewidywania tworzących się wzorców pogodowych. Naukowcy numerycznie całkują równania zależne od czasu, łącznie z równaniami bilansu energetycznego dla promieniowania słonecznego w zakresie fal długich i krótkich, aby uzyskać model zmian stanu atmosfery. Mapa rozkładu ciśnień została stworzona przy pomocy modelu Weather Research Forecasting Model, opracowanego przez Narodowe Centrum Badań Atmosferycznych (National Center for Atmospheric Research). Kolory reprezentują wysokość powierzchni o ciśnieniu 850 mbar. (Żródło: panel lewy – modyfikacja pracy przygotowanej przez Narodowe Centrum Badań Atmosferycznych; panel prawy – modyfikacja pracy przygotowanej przez NLR Monterey Meteorology Division, The National Oceanic and Atmospheric Administration)

Treść rozdziału

14.1 Płyny, gęstość i ciśnienie

14.2 Pomiar ciśnienia

14.3 Prawo Pascala i układy hydrauliczne

14.4 Prawo Archimedesa i siła wyporu

14.5 Dynamika płynów

14.6 Równanie Bernoulliego

14.7 Lepkość i turbulencje

Wyobraź sobie, że spacerujesz po plaży nad Morzem Bałtyckim. Powietrze pachnie morską solą, a Słońce ogrzewa twoje ciało. Nagle w twoim telefonie pojawia się powiadomienie: nadchodzi sztorm – 12 stopni w skali Beauforta. Zderzenie powietrza polarnego i podzwrotnikowego doprowadziło do spadku ciśnienia o 30 hPa. W efekcie przewidywane są obfite opady deszczu, porywisty wiatr, przekraczający 120 km/h oraz olbrzymie zniszczenia. Przygotowując się do szybkiego wyjazdu, zastanawiasz się, w jaki sposób tak niewielki spadek ciśnienia mógł doprowadzić do tak drastycznej zmiany pogody.

Ciśnienie jest zjawiskiem fizycznym odpowiedzialnym nie tylko za pogodę. Zmiany ciśnienia sprawiają, że uszy się zatykają i odtykają ze słyszalnym „pyknięciem” podczas startu samolotu. Zmiany ciśnienia sprawiają też, że nurkowie mogą zapaść na bardzo poważną, czasami nawet śmiertelną, chorobę kesonową, której przyczyną jest rozpuszczanie się na dużych głębokościach azotu w wodzie zawartej w ciele i powrót do stanu gazowego po wypłynięciu nurka na powierzchnię. Z ciśnieniem jest związane zjawisko zwane wyporem, które sprawia, że balony na gorące powietrze unoszą się, a statki utrzymują na wodzie. Zanim w pełni zrozumiemy, jaką rolę odgrywa ciśnienie w tych zjawiskach, musimy omówić stany skupienia materii oraz pojęcie gęstości.