Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν την πυκνότητα του αέρα;

Η πυκνότητα είναι η μέτρηση της μάζας ενός υλικού σε δεδομένο όγκο χώρου.Για μια σταθερή, η πυκνότητα παραμένει σταθερή ακόμη και όταν αλλάζει το περιβάλλον.Η πυκνότητα ενός χρυσού μπαρ είναι η ίδια στη στάθμη της θάλασσας, κάτω από τον ωκεανό, και στην κορυφή του Mount Everest.Για ένα αέριο όπως ο αέρας, η πυκνότητα επηρεάζεται από τις μεταβολές της πίεσης, της θερμοκρασίας και της υγρασίας.Οι αλλαγές στην πυκνότητα του αέρα μπορούν να τροποποιήσουν πόσο εύκολα κινείται ένα αντικείμενο και ακόμη και μπορεί να προκαλέσει προβλήματα υγείας.

Ο αέρας είναι ένα μείγμα αζώτου, οξυγόνου και άλλων αέρια ιχνοστοιχείων.Τα μόρια αυτών των αερίων συνήθως κινούνται γρήγορα, αναπηδώντας το ένα από το άλλο.Όταν το περιβάλλον είναι μια σταθερά χωρίς αλλαγές στη θερμοκρασία, την πίεση ή την υγρασία, η μάζα του αέρα σε ένα δεδομένο όγκο χώρου θα παραμείνει σταθερή.Η τιμή της πυκνότητας του αέρα, που γενικά δίδεται σε χιλιόγραμμα ανά κυβικό μέτρο, υπολογίζεται και όχι άμεσα μετράται.

Αυξήσεις ή μειώσεις της πίεσης του αέρα μπορεί να επηρεάσει την πυκνότητα του αέρα.Οι δύο κύριοι λόγοι για τις αλλαγές στην πίεση του αέρα είναι τα συστήματα υψομέτρου και καιρικών συνθηκών.Από αυτά, το υψόμετρο είναι το σημαντικότερο.Η πρόσθετη πίεση αναγκάζει τα μόρια αέρα πιο κοντά, με αποτέλεσμα περισσότερη μάζα στον δεδομένο όγκο.Καθώς αυξάνεται το υψόμετρο, η πίεση του αέρα μειώνεται: υπάρχει λιγότερη πίεση που πιέζει τα μόρια αέρα μαζί.Αυτή η μείωση της πυκνότητας του αέρα σημαίνει ότι ένας ορειβάτης σε μεγάλα υψόμετρα παίρνει λιγότερο οξυγόνο όταν παίρνει μια ανάσα.Οι πνεύμονες περιέχουν τον ίδιο όγκο, αλλά η χαμηλότερη πυκνότητα αέρα σημαίνει ότι υπάρχει μικρότερο οξυγόνο στο χώρο.

Η θερμοκρασία είναι ο άλλος σημαντικός παράγοντας που μπορεί να επηρεάσει την πυκνότητα του αέρα.Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, τα μόρια αέρα κινούνται ταχύτερα και αναπηδούν πιο μακριά.Επομένως, οι υψηλότερες θερμοκρασίες έχουν ως αποτέλεσμα χαμηλότερη πυκνότητα αέρα.Όταν ο αέρας είναι πυκνότερος, δημιουργεί drag σε αντικείμενα που κινούνται μέσα από αυτό.Για παράδειγμα, μια μπάλα γκολφ χτύπησε σε μια ζεστή μέρα σε ένα γήπεδο γκολφ στην κορυφή ενός βουνού θα πάει περισσότερο από ένα χτύπημα σε μια κρύα μέρα στο επίπεδο της θάλασσας.Η υψηλή θερμοκρασία και η χαμηλότερη πίεση αέρα που βρέθηκαν σε μεγάλα υψόμετρα συνδυάζονται για να μειώσουν την πυκνότητα του αέρα.Παραδόξως, όσο περισσότερη υγρασία υπάρχει στον αέρα οδηγεί σε χαμηλότερη πυκνότητα αέρα.Δεδομένου ότι ο αριθμός των μορίων είναι σταθερός, όταν ο αριθμός των μορίων νερού αυξάνει τον αριθμό των μορίων αζώτου και οξυγόνου πρέπει να μειωθεί.Το μοριακό βάρος του νερού είναι πολύ χαμηλότερο από αυτό του ξηρού αέρα του οποίου το βάρος κυριαρχείται από άζωτο και οξυγόνο.Επομένως, με υψηλή υγρασία, η πυκνότητα του αέρα μειώνεται λόγω της μειωμένης μάζας σε δεδομένο όγκο.