Air on kaikkialla ympärillä. Se painaa kehoasi vasten koko ajan. Siksi kutsumme sitä ilmanpaineeksi. Yleensä et huomaa ilmanpainetta, koska se painaa sinua vastaan tasaisesti kaikkiin suuntiin.
Kuka tahansa voi mitata ilmanpaineen barometriksi kutsutulla välineellä. Kun käytämme barometriä ilmanpaineen mittaamiseen, tuloksena saatua lukua kutsutaan barometriseksi paineeksi.
Barometrit toimivat, koska ilmalla on paino. Ympärillämme oleva ilma alkaa maapallon pinnalta ja nousee taivaan huipulle asti. Kaikki tuo ilma, koko ilmakehä, painaa noin 5 miljoonaa miljardia miljardia tonnia! Me emme murskaannu, koska kaikki tämä paino jakautuu tasaisesti koko maapallon pinnalle. Keskimääräinen voima, jonka tunnet, on noin 15 kiloa jokaista kehosi neliösenttimetriä kohti. Koska ilma on nestemäistä, tämä voima kohdistuu tasaisesti koko kehoosi, ei vain päälaelle.
Voimme mitata, kuinka paljon ilma painaa meitä alas yksinkertaisella mutta nokkelalla laitteella. Sen nimi on U-putki-barometri, ja se toimii pitkälti kuin kiikkutuoli. Vaappu pysyy tasapainossa niin kauan kuin molemmilla puolilla on yhtä paljon painoa. Jos painot eroavat toisistaan, vaappu kallistuu painavammalle puolelle. Sama pätee U-putki-barometriin. Katso vasemmalla olevaa putkea. Se sisältää hieman vettä.
Kun molemmat päät ovat avoinna ilmaan, vesimäärät kummallakin puolella ovat samat. Tämä johtuu siitä, että ilmanpaine kummallakin puolella on sama. Vesi on tasapainossa molemmilla puolilla olevien alaspäin suuntautuvien voimien välillä, aivan kuten kiikkulauta.
Puhalla hiukan ilmaa vasemmanpuoleiseen putkeen. Vedenpinnat muuttuvat, koska olet saanut ilman painamaan alaspäin enemmän kuin oikean puolen ilmaa. Toisin sanoen olet lisännyt ilmanpainetta vasemmalla puolella. Vesi liikkuu, kunnes se tasapainottaa alaspäin suuntautuvat voimat molemmilla puolilla.
Veden menetys vasemmalla puolella vähentää veden painosta johtuvaa alaspäin suuntautuvaa voimaa vasemmalla puolella. Veden nousu oikealla puolella lisää veden painosta oikealla puolella aiheutuvaa alaspäin suuntautuvaa voimaa. Tämä tasapainottaa vasemmalle puolelle lisäämästäsi ilmanpaineesta aiheutuvaa voimaa.
Toisaalta, kun imetät ilmaa vasemmalta puolelta, vedenpinnat muuttuvat eri tavalla. Kun olet poistanut ilmaa vasemmalta puolelta, olet saanut ilman painumaan alaspäin vähemmän kuin oikealla puolella oleva ilma. Jälleen vesi liikkuu, kunnes se tasapainottaa alaspäin suuntautuvat voimat molemmilla puolilla.
Jos käytät vahvaa alipainepumppua poistamaan kaiken ilman vasemmalta puolelta, ilmanpaine siellä on nolla. Ainoa alaspäin suuntautuva voima vasemmalla puolella olisi tuolla puolella olevan korkean vesipatsaan aiheuttama. Toisella puolella oleva voima, joka tasapainottaa veden painon, on oikealla puolella olevan normaalin ilmanpaineen aiheuttama alaspäin suuntautuva voima. Kun tämä tapahtuu, vasemmanpuoleinen vedenpinta nousee noin 34 jalan korkeuteen. Tämä ei ole kovin käytännöllistä, joten U-putki-barometreissä ei varsinaisesti käytetä vettä nesteenä.
Sen sijaan käytetään elohopeaa, koska se on hyvin tiheä nestemäinen metalli. Elohopea on noin 14 kertaa vettä tiheämpää. Koska elohopea on niin raskas, normaali ilmanpaine työntää sen vain noin 30 tuuman eli 760 millimetrin korkeuteen.
Meteorologit mittaavat ilmanpainetta laskemalla barometrin elohopeatuumoja. Muut tutkijat, jotka työskentelevät kaasunpaineiden parissa, käyttävät mieluummin millimetrejä. Yksi millimetri elohopeaa tunnetaan nimellä ”Torr”. Torr-yksikkö on nimetty Evangelista Torricellin kunniaksi, joka keksi elohopeabarometrin vuonna 1643.
Torricelli täytti pitkän lasiputken elohopealla ja käänsi putken astiaan. Hän havaitsi, että osa elohopeasta ei virrannut ulos ja että putken elohopean yläpuolella oleva tila oli tyhjiö.
Torricelli oli ensimmäinen ihminen, joka pystyi luomaan ja ylläpitämään tyhjiön. Hän päätteli, että elohopean korkeuden päivittäiset muutokset johtuivat ilmakehän paineen muutoksista.
Merenpinnan korkeudella ilmanpaine on korkea, koska merenpinta on alin paikka, johon voi mennä. Enemmän ilmaa yläpuolellasi luo enemmän painetta. Korkeilla vuorilla tai lentokoneessa ilmanpaine on pienempi. Koska olet korkeammalla ilmakehässä, yläpuolellasi on vähemmän ilmaa, joten sen luoma paine on pienempi.
Missä tahansa paikassa, kun ilmanpaine laskee, voit odottaa myrskyä. Kun se nousee, voit odottaa aurinkoista säätä.
