Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν την πυκνότητα του αέρα;

Η πυκνότητα είναι η μέτρηση της μάζας ενός υλικού σε έναν δεδομένο όγκο χώρου. Για ένα στερεό, η πυκνότητα παραμένει σταθερή ακόμη και όταν αλλάζει το περιβάλλον του. Η πυκνότητα μιας ράβδου χρυσού είναι ίδια στο επίπεδο της θάλασσας, κάτω από τον ωκεανό και στην κορυφή του Έβερεστ. Για ένα αέριο όπως ο αέρας, η πυκνότητα επηρεάζεται από αλλαγές στην πίεση, τη θερμοκρασία και την υγρασία. Οι αλλαγές στην πυκνότητα του αέρα μπορούν να τροποποιήσουν την ευκολία κίνησης ενός αντικειμένου και ακόμη και να προκαλέσουν προβλήματα υγείας.

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

Αυξήσεις ή μειώσεις της πίεσης του αέρα μπορεί να επηρεάσουν την πυκνότητα του αέρα. Οι δύο κύριοι λόγοι για τις αλλαγές στην ατμοσφαιρική πίεση είναι το υψόμετρο και τα καιρικά συστήματα. Από αυτά, το υψόμετρο είναι το πιο σημαντικό.

Ως επί το πλείστον, ο αέρας γίνεται πιο πυκνός καθώς αυξάνεται η πίεση του αέρα. Η πρόσθετη πίεση αναγκάζει τα μόρια του αέρα πιο κοντά μεταξύ τους, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη μάζα στον δεδομένο όγκο. Καθώς αυξάνεται το υψόμετρο, η πίεση του αέρα μειώνεται: υπάρχει μικρότερη πίεση που ωθεί τα μόρια του 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 λιγότερο οξυγόνο στο χώρο.

Η θερμοκρασία είναι ο άλλος σημαντικός παράγοντας που μπορεί να επηρεάσει την πυκνότητα του αέρα. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, τα μόρια του αέρα κινούνται πιο γρήγορα και αναπηδούν πιο μακριά. Συνεπώς, οι υψηλότερες θερμοκρασίες έχουν ως αποτέλεσμα χαμηλότερη πυκνότητα αέρα. Όταν ο αέρας είναι πιο πυκνός, δημιουργεί έλξη σε αντικείμενα που κινούνται μέσα από αυτόν. Για παράδειγμα, ένα χτύπημα μπάλας του γκολφ 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 βρίσκονται σε μεγάλα υψόμετρα συνδυάζονται για να μειώσουν την πυκνότητα του αέρα.

Αν και μια σχετικά μικρή επίδραση, η υγρασία ή η ποσότητα υγρασίας στην ατμόσφαιρα μπορεί επίσης να αλλάξει την πυκνότητα του αέρα. Παραδόξως, όσο περισσότερη υγρασία υπάρχει στον αέρα έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερη πυκνότητα αέρα. Δεδομένου ότι ο αριθμός των μορίων είναι σταθερός, όταν ο αριθμός των μορίων του νερού αυξάνεται, ο αριθμός 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. Σε υψηλή υγρασία, επομένως, η πυκνότητα του αέρα μειώνεται λόγω της μειωμένης μάζας σε έναν δεδομένο όγκο.