Step 5: Il principio fisico

 VARIOMETRO 

Analisi del principio fisico alla base del funzionamento del variometro pneumatico.

Variazione di pressione:

Con l'altitudine:

A causa della comprimibilità dell'aria sotto il proprio peso e siccome la diminuzione della pressione atmosferica con la quota sul livello del mare non è lineare come nei liquidi. Con l’aumentare dell’altezza la pressione atmosferica diminuisce, e la decrescita non è lineare. Presupponendo (anche se in realtà non è così) che l’atmosfera sia isoterma vale la legge di Boyle-Mariotte

con tali premesse la densità dell'aria è proporzionale alla pressione. Si supponga che al livello del mare la densità e la pressione valgano rispettivamente ${\displaystyle \rho _{0}}$ e ${\displaystyle p_{0}}$ e si consideri come asse di riferimento per le altezze l’asse ${\displaystyle z}$, con origine a livello del mare ed orientato verso l’alto. Ad una generica quota ${\displaystyle z}$ la pressione (in accordo con l’ipotesi di isotermia) varrà:

Se si applica la legge di Stevino ad una variazione di quota ${\displaystyle dz}$ si può affermare che vale la seguente relazione:

Dove:

Se si integra tra il livello del mare e una quota generica ${\displaystyle z}$, si ottiene:

Nell’atmosfera isoterma la pressione decresce in funzione dell’altezza con andamento esponenziale. Il valore di ${\displaystyle \alpha }$ a 0°C è di circa 8km; a 20°C è di circa 8,6km. La pressione si ridurrebbe di un terzo di quella a livello del mare ad una quota compresa tra 8 e 9km.

Vari fattori come le condizioni atmosferiche e la latitudine influenzano il suo valore, la NASA ha compilato valori medi per tutte le parti del mondo. La seguente tabella fornisce i valori indicativi della pressione, in percentuali di una atmosfera, in funzione dell'altitudine.

Esiste anche una formula matematica per calcolare la pressione atmosferica in atmosfere (P) in funzione dell'altezza in metri (m):

Con la temperatura:

La pressione atmosferica è influenzata dalla temperatura dell'aria. Il motivo è che l'atmosfera terrestre, riscaldandosi, tende a dilatarsi diventando meno densa. Di conseguenza al livello del mare il peso della 'colonna di aria' sulla propria testa rimane sempre lo stesso, mentre se ci troviamo ad un'altitudine maggiore la pressione crescerà col crescere della temperatura, poiché man mano che l'aria, riscaldandosi, aumenterà il proprio volume, parte della massa d'aria compresa tra il livello del mare e la quota di interesse si sposterà verso quote maggiori.

I valori locali della pressione, considerati a sé stanti, non hanno significato di prognosi; lo hanno invece se confrontati con i valori simultaneamente rilevati nelle zone adiacenti per mettere in risalto le aree di bassa pressione (brutto tempo) o di alta pressione (bel tempo). Localmente solo cambiamenti repentini dei valori di pressione (ovvero cambiamenti di pressione più rapidi rispetto a quelli relativi alla temperatura) sono indice di modifiche sostanziali delle condizioni meteorologiche.

Con l'umidità:

Anche l'umidità dell'aria influenza il valore della pressione atmosferica: la presenza di molecole di vapore acqueo (H₂O) che prendono il posto di molecole più pesanti, principalmente quelle d'azoto (il 78% dell'aria è costituito da questo elemento), rendono l'aria umida più leggera e quindi si ha una minore pressione atmosferica (bassa pressione). Questo d'altronde è uno dei princìpi di formazione dei cicloni tropicali. Al contrario, aria più secca sarà anche più pesante e quindi, esercitando un peso maggiore determinerà un aumento della pressione atmosferica (alta pressione).

Bibliografia e fonti:

https://it.wikipedia.org/wiki/Pressione_atmosferica