Categoria: Fisica
Pubblicato: 14 settembre 2015
L’aria non ti schiaccia. Come un fluido, l’aria scorre intorno a te e cerca di schiacciarti. Fortunatamente, in genere c’è altrettanto pressione all’interno del vostro corpo premendo verso l’esterno in quanto vi è la pressione dell’aria al di fuori del vostro corpo spingendo verso l’interno. In genere si annullano, il che significa che non vi è alcuna forza complessiva su di voi e non si ottiene schiacciato. Anche quando la pressione interna ed esterna non si annullano esattamente a vicenda, la pelle, i muscoli e altri tessuti sono di solito abbastanza forti e abbastanza flessibili da non essere danneggiati dalla forza.
Stare fuori in un campo e guardare verso l’alto. Stai guardando una colonna d’aria di cento chilometri che viene tirata verso di te dalla gravità. Sebbene l’aria sia molto tenue rispetto ad altri materiali, è infatti composta da atomi e ha effettivamente massa. Come tale, l’aria viene tirata giù dalla gravità proprio come tutto il resto che ha massa. Una manciata di aria potrebbe non avere molta massa, ma cento chilometri d’aria sono una storia diversa. Se si disegna un metro per un metro quadrato sul terreno (che è circa l’impronta del frigorifero), quindi tutta l’aria direttamente su quel quadrato ha una massa totale di circa diecimila chilogrammi. A causa della gravità terrestre, questa massa spinge verso il basso sul metro quadrato con una forza di circa ventimila sterline, che è la stessa del peso di uno scuolabus vuoto. In altre parole, se hai posizionato uno scuolabus vuoto su un piedistallo di metro quadrato (per focalizzare la forza nell’area giusta), la zona di terra sotto il piedistallo starebbe vivendo tanto peso dal bus quanto normalmente dall’aria.
Ora disegna un quadrato di un pollice per un pollice sulla tua spalla. I cento chilometri d’aria direttamente sopra quel quadrato hanno una massa totale di 7 chilogrammi. Sotto l’influenza della gravità terrestre, questa massa spinge verso il basso sul pollice quadrato della spalla con una forza di circa 15 libbre. Questo è lo stesso del peso di una grande palla da bowling. In altre parole, l’aria spinge verso il basso sul pollice quadrato sulla spalla altrettanto duro come se ci fosse una grande palla da bowling seduto su quel pollice quadrato e nessuna atmosfera. Inoltre, non c’è niente di speciale in quel particolare pollice quadrato sulla tua spalla. Ogni pollice quadrato sulla superficie del tuo corpo si sente 15 libbre spingendo su di esso a causa dell’aria nell’atmosfera. Ad esempio, se il palmo della mano ha una superficie di 10 pollici quadrati (che è un valore tipico), l’aria spinge sul palmo della mano con una forza totale pari al peso di 10 grandi palle da bowling. Ma perché non lo senti? Certamente non sembra che tu stia tenendo costantemente 10 grandi palle da bowling nel palmo della tua mano. La risposta è che l’aria è un fluido.
Come fluido, l’aria è in grado di fluire in ogni direzione e assumere qualsiasi forma. Mentre lo fa, l’aria trasmette la forza di schiacciamento del suo peso in tutte le direzioni, anche in alto. Tieni la mano con il palmo rivolto verso l’alto. Mentre è vero che l’aria sta spingendo verso il basso sul palmo della mano con la forza di 10 palle da bowling, allo stesso tempo l’aria sta spingendo verso l’alto sul dorso della mano con la forza di 10 palle da bowling. Di conseguenza, la forza totale sull’intera mano è zero. Le singole superfici (la parte superiore e inferiore della mano) sentono la pressione dell’aria, ma la mano nel suo insieme non sperimenta alcuna forza netta dall’atmosfera. Ecco perché non si sente come si sono costantemente trascinarsi dietro una decina di palle da bowling nel palmo della tua mano, ed è per questo un centinaio di chilometri di aria sopra di voi non appuntare la mano a terra. Allo stesso modo, anche se l’aria sta premendo sulla parte superiore della testa con centinaia di chili di forza, è anche premendo sul mento e sul collo con centinaia di chili di forza. Di conseguenza, la tua testa non viene schiacciata contro il marciapiede. In questo modo, la natura fluida dell’aria fa in modo che il peso dell’atmosfera spinga ovunque su di te, ma non ti spinga verso il basso.
Questo annullamento delle forze sulla tua mano avviene solo se l’aria atmosferica è in grado di raggiungere sia il palmo che il dorso della tua mano. Se si rimuove l’aria che sta spingendo verso l’alto sul dorso della mano, non ci sarà più un annullamento delle forze e si verificherà 10 palle da bowling vale la pena di peso sulla vostra mano complessiva. È possibile farlo parzialmente accendendo una macchina a vuoto estremamente forte mentre si preme l’apertura all’estremità del tubo direttamente contro il dorso della mano. La macchina a vuoto aspira e rimuove l’aria che stava premendo sul dorso della mano, permettendo alla mano di sentire la forza verso il basso della pressione dell’aria sul palmo della mano. Probabilmente descriveresti questa esperienza come il tubo che succhia la mano verso di esso, e quindi diresti che la forza che la tua mano sente nel complesso è una forza di trazione esercitata dal tubo. In realtà, il peso dell’aria sopra la mano sta spingendo la mano verso il tubo di aspirazione ed è la fonte della forza.
Ogni volta che parliamo di aspirazione intendiamo davvero rimuovere l’aria da un lato di un oggetto in modo che l’immenso peso dell’aria nell’atmosfera possa essere vissuto dall’oggetto nel suo complesso senza essere cancellato. Ogni volta che hai avuto difficoltà a rimuovere una ventosa da una finestra, quella forza resistiva che stai vivendo è letteralmente il peso dell’aria dell’atmosfera che la schiaccia contro il vetro. Se la ventosa è grande e ha una buona tenuta,non sarà abbastanza forte per tirare direttamente la tazza. In poche parole, non sei abbastanza forte da opporti alla forza dell’aria che schiaccia la ventosa contro il vetro. Tuttavia, è possibile ottenere facilmente la ventosa dalla finestra lasciando che l’aria atmosferica raggiunga l’altro lato della ventosa. Colpire una matita o un perno tra la tazza e il vetro per rompere il sigillo, lasciando così il flusso d’aria dietro la ventosa. Una volta che ciò accade, le forze sulla tazza dall’aria su entrambi i lati si annullano a vicenda e la tazza non viene più schiacciata contro il vetro. Con questi concetti in mente, ora dovrebbe essere ovvio che le ventose non funzionano nel vuoto dello spazio.
Anche quando la forza dell’aria sul dorso della tua mano annulla la forza dell’aria sul palmo della tua mano, la tua mano è ancora schiacciata nel mezzo tra queste due forze opposte. Fortunatamente, c’è anche una pressione all’interno della mano diretta verso l’esterno che annulla la forza interna della pressione dell’aria. Di conseguenza, non c’è forza netta sulla superficie della tua mano. La pressione interna non è causata dall’aria ma è causata dall’acqua intrappolata. La pressione interna del corpo viene creata e mantenuta avendo cellule semirigide che vengono pompate con acqua usando le forze attrattive chimiche tra acqua e ioni come il sodio. Ogni cella è un po ‘ come un palloncino d’acqua. Se si pompa acqua in un palloncino, la pressione dell’acqua interna può annullare la pressione dell’aria esterna e il palloncino mantiene la sua forma senza essere schiacciato.
Se si rende un contenitore a tenuta d’aria e quindi si riduce la pressione interna in modo che l’effetto di annullamento scompaia, il peso dell’aria atmosferica è effettivamente abbastanza forte da schiacciare internamente il contenitore. Per esempio, prendere un barile di metallo vuoto e riscaldarlo con il tappo fuori in modo che l’aria all’interno della canna si riscalda, si espande, e in parte fuoriesce. Ora, posizionare il tappo saldamente e posizionare la canna in una pozza di ghiaccio. Quando l’aria rimanente nella canna si raffredda, perde la sua pressione e non è più in grado di annullare la pressione dell’aria all’esterno della canna. Di conseguenza, la canna implode.
Si noti che anche se la pressione interna del corpo e la pressione dell’aria esterna non sono esattamente uguali e quindi non si annullano a vicenda, la maggior parte dei tessuti del corpo sono abbastanza forti da resistere alla forza netta risultante. Ad esempio, se si posiziona un essere umano nel vuoto dello spazio senza una tuta spaziale, ci sarà la normale pressione interna del corpo ma nessuna pressione esterna per annullarlo. Nonostante questa differenza, una tale persona non esploderà poiché la pelle è abbastanza forte da resistere alla pressione. L’esposizione al vuoto danneggia effettivamente gli esseri umani e provoca persino la morte dopo pochi minuti, ma non fa esplodere gli esseri umani dalla differenza di pressione.
Argomenti: aria, pressione dell’aria, atmosfera, pressione