什么是大气压强?物理教材或网上科普都很清楚了,就是无数不停运动的空气分子撞击物体的表面,形成了对物体表面持续的压力,就产生了大气压强。由于空气分子的运动是杂乱无章地,朝着各个方向运动,所以同一位置各个方向的大气压强都相等。
大气压强是如何计算出来的?初中物理知识介绍的是托里拆利利用水银计算的,
p = ρ水银gh = 1.013×10^5帕
除了托里拆利利用水银计算大气压强之外,网上科普知识中还有公式计算方法,如果知道气体体积V、物质的量M、绝对温度T时,可用公式
PV=nRT 或pV=mRT/M、p=ρRT/M
求出气体压强。
在前面的有关机翼升力原理的探索中,了解了飞机升力与大气压强密切相关。我在建立“全动压模型”中发现可以用动压公式P = 1/2ρυ^2来计算大气压强。也就是利用气体分子平均速率υ和空气密度ρ来计算空气压强的。由于空气分子杂乱无章地朝着各个方向运动,所以气体分子平均速率υ不能直接用于空气压强的计算,要在气体分子平均速率υ前加个速度修正系数n进行修正,那么新的气压公式就是:
P = 1/2ρ(nυ)^2
或:P = 1/2n^2ρυ^2
速度修正系数n的值约为0.8841左右,如果需要精确计算,可取值五位数或六位数等。
这两种大气压强计算方法p=ρRT/M是把大气看作是一个安静的模型,P = 1/2n^2ρυ^2是把大气看作是一个运动的模型,角度不同,但殊途同归,计算结果相近。比方说下面的条件,我们就可以利用上面的公式进行气压的计算。
利用公式p=ρRT/M,把上面的空气密度和空气的绝对温度代入,就可求出大气压强。
P = ρRT/M≈1.013×10^5帕
如果利用公式P =1/2n^2ρυ^2 ,就得先利用公式υ= 1.6[(R×T)÷μ]^(0.5) 把空气速度求出来,得459.9m/s,再计算压强
P = 1/2n^2ρυ^2 = 1/2·0.8841^2·1.2257·459.9^2 =101317pa≈1.013×10^5帕
这与表中的标准大气压101325 pa相差无几了,可以省略为标准大气压1.013×10^5pa。海拔不同,温度不同,空气密度不同,大气压强就不同,都可以以利用p=ρRT/M和P = 1/2n^2ρυ^2这两个公式进行计算。
另外,我要把上篇文章的升力公式修正一下,由于反作用力可能不需要速度系数n修正,所以升力公式修改为
F升力 =1/2 [K(4 n ^2υ0/sinθυ+1)cosθsin^2θ]ρSυ^2
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