Влияние изменения атмосферного давления на человека

В 7-м классе я познакомились с темой «Атмосферное давление». Меня эта тема заинтересовала. В различной литературе, в Интернете я стали находить материал об атмосферном давлении, о влиянии его на жизнь и здоровье людей.

Оказалось что, изучение связи между здоровьем человека и атмосферными явлениями имеет длинную историю, в которой факты перемешаны с легендами. Уже отец медицины Гиппократ в своем знаменитом трактате «О воздухах, водах и местностях» изложил сущность влияния погоды на человека.

Прошло 25 веков, наука достигла небывалого расцвета, однако изучение этого влияния осталось в стороне от внимания ученых. А ведь катастрофы, вызванные капризами погоды, по своим масштабам не уступают порой другим стихийным бедствиям. Но отдаем ли мы себе в этом отчет? Прочитав в газете, что на Лондон опустился зеленоватый туман и унес несколько тысяч человеческих жизней, мы сначала пугаемся, а затем начисто забываем о газетном сообщении, полагая, что это было каким-то исключительным явлением. Заблуждение! Изо дня в день и в городе и в сельской местности люди в той или иной степени испытывают на себе влияние атмосферных явлений.

В ясную теплую погоду человек чувствует прилив сил, подъем настроения. А когда собираются облака, чувство комфорта исчезает, и организм может резко отреагировать на употребление алкоголя или лекарств. Гроза настраивает человека на депрессию. В городах перед грозой даже здоровые люди плохо себя чувствуют, нервничают, им трудно дышать, появляются обильное потоотделение и головная боль. Сильные приступы удушья наблюдаются у астматиков.

Ученые заметили ряд особенностей в поведении организма в определенных метеоусловиях. Например, перед сменой атмосферных фронтов кровь свертывается быстрее. Меняется содержание в крови сахара, кальция, фосфора, натрия, магния. При подходе холодного воздуха повышается способность крови ликвидировать сгустки. Чем холоднее, тем медленнее диабетики реагируют на инсулин. Некоторые лекарства, в частности морфий и дигиталис, в магнитную бурю действуют сильнее, а ряд снотворных менее эффективен в жару. Анестезиологи отмечают, что влияние наркоза колеблется в зависимости от того, светит солнце или небо затянуто облаками.

Факторов воздействия природы на человека много, к одному из них относится атмосферное давление. Связь между ним и человеком установлена давно, но это явление до сих пор слабо изучено. Общие признаки этого явления: у человека болит голова, плохое самочувствие, сонливость и т. д. В дни, когда барометрическое давление падает, люди забывчивы - возрастает число вещей, оставленных в транспорте и магазинах.

При изменении давления меняется растворимость газов в жидкостях (кессонная болезнь у водолазов). Давление на человека в горах зависит от высоты его месторасположения, например: концентрация кислорода в воздухе и соответственно в крови человека уменьшается (кислородное голодание) – это нежелательное явление; замедление процессов окисления приводит к увеличению продолжительности жизни – это положительное явление.

Так как атмосферное давление оказывает влияние на человека, его самочувствие, здоровье, меня заинтересовал вопрос, влияет ли атмосферное давление на посещение школы учениками, на их успеваемость.

1. 1 Атмосфера

      Возможность жизни на любой планете зависит, прежде всего, от того, есть ли там атмосфера, т. е. воздушная оболочка. Только благодаря наличию атмосферы возникла и могла развиться жизнь на Земле. Это она словно куполом прикрыла Землю, с ее растительным и животным миром, защищая от пагубного воздействия ультрафиолетовой и космической радиации. Пропуская лучи солнца, атмосфера задерживает часть радиации, отражаемой земной поверхностью, а также излучаемой последней, как всяким нагретым телом. Это предохраняет Землю от охлаждения и резких колебаний температуры в течение суток.

   Без атмосферы наша планета была бы такой же мертвой, как ее спутница Луна. Вместо великолепной гаммы красок неба, рождаемой солнечным светом, проходящим через атмосферу, Землю окутывал бы бездонный мрак. Не было бы утренних зорь и вечерних закатов, радуги и полярных сияний, как и других многочисленных световых явлений. Великое множество их создается лучами Солнца, которые проходят через различные по плотности слои атмосферы и многократно преломляются в плавающих в ней кристаллах льда и водяных каплях, из которых состоят разные по форме облака, вечно меняющиеся, от тонких нежно-белых до мощных мрачных громад, из которых выпадают осадки в виде дождя, снега, крупы, града.

    Атмосфера - воздушная оболочка Земли (высотой несколько тысяч километров). Само слово "атмосфера" - древнегреческое: "атмос" означает пар, а "сфайра" - сфера. Однако теперь мы уже далеко ушли от такого примитивного определения и можем описать реальную атмосферу.

Великий французский ученый А. Лавуазье (1743-1794) первым установил, что воздух представляет собой смесь газов. Самый распространенный в атмосфере газ - азот, содержание которого составляет 78%. В биологическом отношении самый активный газ - кислород. Его содержание - около 21% - сравнительно неизменно. Одной из самых важных частей атмосферы является углекислый газ. Хотя по объему он занимает всего 0,03%, изменение его содержания может коренным образом изменить погоду и климат Земли. В атмосфере есть газы, которые не участвуют в биологических процессах, однако некоторые из них играют важную роль в переносе энергии в высоких слоях. К числу таких газов относятся аргон, неон, гелий, водород, ксенон, озон.

    Кроме перечисленных газов в атмосфере много веществ находящихся в твердом и жидком состоянии - пыль, водяной пар, сернистый газ, кристаллики солей.    Различные газы и твердые частицы по-разному влияют на формирование погоды, попав в атмосферу.

    Только в начале ХХ века было установлено слоистое строение атмосферы.     

    Все перемены погоды и климата являются результатом физических процессов, происходящих в самом нижнем и самом плотном слое атмосферы - тропосфере.

По подсчетам Паскаля атмосфера Земли весит столько же, сколько весил бы медный шар диаметром 10км - пять квадриллионов ( 5000000000000000 ) тонн!

1. 2 Атмосферное давление

Мы живём на дне воздушного океана, и вся толща атмосферы «давит» на нас. Атмосферное давление - давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и на земную поверхность.

Атмосферное давление определяется как сила, действующая на единицу площади, вызванная весом воздуха над этой поверхностью. На диаграмме, расположенной ниже, давление на точку "Х" увеличивается с увеличением веса воздуха над ней, и наоборот, давление на точку "Х" уменьшается при уменьшении веса воздуха над ней.

Если число молекул воздуха над поверхностью увеличивается, то, соответственно, большее число молекул вызывает давление на эту поверхность и, следовательно, давление возрастает. Аналогично, уменьшение числа молекул воздуха над поверхностью вызовет уменьшение давления.

Ещё в глубокой древности человек замечал, что воздух оказывает давление на наземные предметы, особенно во время бурь и ураганов. Он пользовался этим давлением, заставляя ветер двигать парусные суда, вращать крылья ветряных мельниц. Однако долго не удавалось доказать, что воздух имеет вес. Только в XVII веке был поставлен опыт, доказавший весомость воздуха. Поводом к этому послужило случайное обстоятельство.

В Италии в 1640 году герцог Тосканский задумал устроить фонтан на террасе своего дворца.

Торричелли Эванжелиста

Воду для этого фонтана должны были накачивать из соседнего озера, но вода не шла выше 32 футов (10. 3м). Герцог обратился за разъяснениями к Галилею, тогда уже глубокому старцу. Великий ученый был смущен и не нашелся сразу, как объяснить это явление. И только ученик Галилея, Торричелли после долгих опытов, доказал, что воздух имеет вес, и давление атмосферы уравновешивается столбом воды в 32 фута, или 10. 3м. Он пошел в своих исследованиях ещё дальше и в 1643 году изобрел прибор для измерения атмосферного давления – барометр, в котором показателем давления служит высота ртутного столба (в мм), уравновешиваемого давлением воздуха.

Нормальным атмосферным давлением называют давление в 760 мм рт. ст. (101 325 Па).

На 1 см² земной поверхности воздух оказывает давление, равное 1. 033 кг. Такое давление на 1 см² испытывают все предметы, находящиеся на Земле, а также и человеческое тело. Если принять площадь поверхности тела человека в среднем равной около 15000см², то, очевидно, что она находится под давлением порядка 15500 кг. Почему же человек не испытывает никаких неудобств и не чувствует этой тяжести? А происходит это потому, что давление распределяется равномерно по всей поверхности тела и внешнее давление уравновешивается внутренним давлением воздуха, наполняющим все наши органы. Организм человека (да и не только он, а еще многих представителей фауны) приспособлен к атмосферному давлению, при нём развились все органы, и только при нём они могут нормально функционировать.

Атмосферное, или барометрическое, давление на поверхности земли неравномерно и непостоянно. Величина его зависит от географических условий, времени года, суток и различных атмосферных явлений. По мере удаления от поверхности земли наблюдается уменьшение давления, при опускании в глубокие земные недры — повышение.

Распределение атмосферного давления по земной поверхности обусловливает движение воздушных масс и атмосферных фронтов, определяет направление и скорость ветра. Значение атмосферного давления состоит в том, что от его изменений зависят сила и направление ветра, частота и количество атмосферных осадков и колебания температуры. Это приводит к изменению погоды, оказывающей серьезное влияние на здоровье.

1. 3 Влияние изменения атмосферного давления на человека

Атмосферное давление – один из важных климатоформирующих элементов. Изменение атмосферного давления приводит к существенным изменениям погоды, и значительно влияют на самочувствие человека. Основной причиной изменения атмосферного давления воздуха является неравномерность нагрева атмосферы от земной поверхности. При охлаждении атмосферного воздуха увеличивается его плотность и, следовательно, растет его давление. При нагревании атмосферного воздуха все происходит, соответственно, наоборот.

В обычных условиях на поверхности земли годовые колебания атмосферного воздуха не превышают 20—30 мм, а суточные составляют 4—5 мм. Здоровые люди переносят их легко и незаметно. Некоторые больные очень чувствительны даже к таким незначительным изменениям давления. Так, при понижении давления у лиц, страдающих ревматизмом, появляются боли в пораженных суставах, у больных гипертонической болезнью ухудшается самочувствие, наблюдаются приступы стенокардии. У людей с повышенной нервной возбудимостью резкие перемены давления вызывают появление чувства страха, ухудшение настроения и сна.

За понижением давления следует пасмурная, дождливая погода, за повышением — сухая погода, с сильным похолоданием зимой.

При понижении атмосферного давления газы, находящиеся в желудочно-кишечном тракте, расширяются, вызывая растяжение органов. Кроме того, связанное с пониженным давлением высокое стояние диафрагмы может привести к затруднению дыхания и нарушению функций сердечно-сосудистой системы. Было установлено, что при резком понижении давления или при очень низком давлении воздуха электрическое сопротивление кожи человека значительно выше обычного. При высоком атмосферном давлении оно, напротив, бывает значительно пониженным. При повышении атмосферного давления уменьшается число лейкоцитов в крови; понижение атмосферного давления, напротив приводит к увеличению числа лейкоцитов.

В горных районах, расположенных на высоте 2500—3000 м над уровнем моря и выше, значительно понижается атмосферное давление, а вслед за ним и давление кислорода в атмосфере и воздухе легких.

Повышенное барометрическое давление бывает в глубоких шахтах, при водолазных и кессонных работах.

Атмосферное давление механически раздражает рецепторы кожи и слизистых оболочек. Когда оно возрастает, то раздражение рецепторов кожи и слизистых оболочек тоже увеличивается. В результате в крови уменьшается содержание кислорода. А это вызывает обострение сердечно-сосудистых заболеваний.

Понижение же атмосферного давления ухудшает самочувствие тех, кто страдает заболеваниями желудочно-кишечного тракта. Находящиеся в нем газы при этом расширяются, вызывают вздутие живота, диафрагма поднимается и становится трудно дышать.

Действия атмосферного давления и атмосферных явлений (гроза, горячие и сухие ветры, туманы, снегопад и др. ), по данным различных ученых, влияют на самочувствие примерно 75% населения. Они провоцируют приступы стенокардии при ишемической болезни сердца.

Атмосферное давление о многом может поведать. Прежде всего, оно помогает предсказывать погоду. А ее знание необходимо людям разных профессий - летчикам, агрономам, радистам, полярникам, медикам, ученым. Если атмосферное давление повышается, то погода будет хорошей: холодной – зимой, жаркой – летом; если резко падает, то можно ожидать появления облачности, насыщения воздуха влагой. Понижение давления летом предвещает похолодание, зимой – потепление. Объяснить это можно примерно так.

Атмосферное давление увеличивается, если будут происходить перемещения масс воздуха вниз (нисходящие потоки). Опускается с больших высот сухой воздух, поэтому погода будет хорошей, без осадков. Понижается же атмосферное давление при восходящих потоках воздуха. Вверх поднимается воздух, обильно насыщенный водяными парами. Вверху он охлаждается, что приводит к появлению облачности, выпадению осадков – погода при этом ухудшается. Резкие изменения атмосферного давления могут привести в медленное и плавное колебательное движение поверхность воды в бухте или в большом заливе и даже целого района моря; иногда они способны вызвать шторм и в океане.

2. 1. Барометры

От греч. Baros - тяжесть + Metreo - измеряю

Барометр - прибор для измерения атмосферного давления. Барометры подразделяются на жидкостные барометры и барометры-анероиды.

Ртутный барометр.

Для измерения атмосферного давления используются барометры. Единица измерения давления – 1 мм ртутного столба (мм рт. ст. ) или 1 Па.

Простой ртутный барометр можно сделать при помощи толстостенной трубки длинной в метр, которая запаяна с одного конца. Ртуть осторожно наливается в трубку. Теперь трубка полностью заполнена ртутью, и ее нужно открытым концом опустить в широкий сосуд, наполненный ртутью. Поскольку давление, производимое столбиком ртути в полностью заполненной трубке, больше атмосферного давления, то часть ртути из трубки вытечет в сосуд. Пространство, образовавшееся вверху трубки, не содержит воздуха, и поэтому на этом участке отсутствует какое-либо давление. Ртуть перестанет вытекать, когда давление на нижнем горизонтальном уровне станет одинаковым внутри и вне трубки, т. е. когда уровень ртути в трубке будет находиться на высоте h, такой, чтобы hρg(р

( где р - атмосферное давление).

Ртутный барометр обладает большой точностью, но имеет ряд существенных недостатков:

- в нём используется жидкая ртуть, пары которой вредны для организма человека;

- барометр изготовлен из стекла, а значит непрочен;

-слишком громоздок и неудобен в работе.

Про атмосферное давление говорят: оно высокое или низкое, повышается или понижается. Такая традиция установилась еще с тех пор, когда атмосферное давление измеряли барометрами Торричелли, наблюдая за поднятием или опусканием ртутного столба. Сегодня же чаще применяют так называемые барометры-анероиды.

В своих измерениях мы пользовались барометром – анероидом.

Барометр-анероид

Анероид (греч. А+nērys — отрицательная частица+вода, то есть действующий без помощи жидкости) — барометр-анероид, прибор для измерения атмосферного давления.

Барометр анероид был создан для бытового использования.

В анероиде жидкость отсутствует. Барометр -анероид определяет атмосферное давление, воздействующее на тонкостенную металлическую коробку, внутри которой создано разрежение. Если атмосферное давление понижается, коробка барометра анероида расширяется, а при повышении – сжимается. Давление внутри коробки постоянно. От сминания ее предохраняет жесткая пружина, присоединенная в точках А и В (рис. 1). Когда давление воздуха увеличивается, то возникает большая разность между давлениями внутри и вне коробке и расстояние АВ уменьшается. Наоборот, если давление воздуха понижается, то разность давлений внутри и вне коробки уменьшается, и упругость пружины заставляет расстояние АВ увеличивается. Любое измерения расстояния АВ усиливается рычагами и блоками и фиксируется указателем, движущимся вокруг отградуированной шкалы, которая показывает давление воздуха. (см. рис. 1. )

Анероиды градуируются и выверяются по ртутному барометру.

Анероиды менее надёжны, чем ртутные, так как снабжены пружиной, которая с течением времени может изменить свою упругость. Зато этот прибор более удобен в обращении.

2. 2 Результаты произведённых исследований

В течении трёх месяцев, с 1 октября и по 28 декабря, мы вели наблюдения по барометру – анероиду, который имеется в кабинете физики, за изменением атмосферного давления.

Сначала я решила, проверить влияет, ли изменение атмосферного давления на успеваемость нашего класса (8а класс). Ежедневно в течение октября я следила за изменением атмосферного давления, считала количество пятёрок и двоек, которые получали, следили за количеством пропусков уроков.

При первом рассмотрении графиков можно заметить, что формы кривых на всех графиках похожи.

Нормальное атмосферное давление 760 мм рт ст, если анализировать изменение давления то можно отметить что давление в течении месяца (октябрь) было ниже нормального атмосферного, за исключением одного дня 13 октября когда давление было 761. мм рт ст. Самое низкое давление отмечалось 2 октября -737 мм рт ст. Месячное изменение давления составило 24 мм рт ст.

Уменьшение давления с 1 на 2 октября на 10 мм рт ст повело за собой увеличение пропусков занятий, уменьшение числа пятёрок и увеличение числа двоек.

Увеличение давления с 5 на 6 октября на 11 мм рт ст привело к уменьшению пропусков, уменьшению числа пятёрок и увеличению количества двоек.

13 октября отмечалось уменьшение числа пропусков занятий, значительно возросло число пятёрок.

В конце месяца изменение давления было минимальным, на одном уровне так же держалось количество пропусков и отмечалось минимальное количество двоек.

С 5 на 6 октября давление увеличилось на 11 мм рт ст, 6 были проведены проверочные работы по биологии и истории количество двоек больше чем количество пятёрок.

Изменение давления с 7 на 8 составило 3 мм рт ст, проверочная работа по географии на писана без двоек.

Увеличение давления с 12 на 13 на 6 мм рт ст более повлияло на количество пятёрок в проверочных работах по физике, чем понижение давления с 13 на 14 октября (на 2 мм рт ст) в проверочных работах по биологии.

Уменьшение давления 19 – 21 октября на 8 мм рт ст привело к увеличению двоек в проверочных работах по математике.

Я продолжила наблюдения и в ноябре – декабре и за своим классом, и решили посмотреть, а как изменение давления отражается на посещаемости занятий и успеваемости, учащихся 5- 11 классов, в общем.

Результаты за ноябрь (8а)

дата Атмосферное давление, мм рт ст посещение школы, кол-во человек Пятёрки, Двойки, кол-во кол-во

9 770 17 20 3

10 767 16 11 _

11 755 17 19 4

12 747 14 8 3

13 771 16 10 6

16 767 18 14 1

17 759 17 10 5

18 763 17 30 7

19 763 13 27 4

20 756 10 11 3

23 736 14 6 2

24 750 16 13 4

25 749 20 23 1

27 749 17 17 1

30 751 16 6 2

Месячное изменение давления составляет 35 мм рт ст, самое высокое давление отмечалось 13 ноября 771 мм рт ст, самое низкое 736 мм рт ст – 23 ноября.

В школу мы пришли 9 ноября, после каникул. Давление в этот день было 770 мм рт ст, на 10 мм рт ст больше нормального атмосферного и в этот день мы получили 20 пятёрок по разным предметам.

С 9 на 10 ноября давление уменьшилось на 3 мм рт ст, что привело к уменьшению пятёрок и двоек. 12 ноября давление по отношению к 9 ноября понизилось на 23 мм рт ст и число пятёрок уменьшилось с 20 до 8, количество двоек осталось на прежнем уровне. Скачёк давления с 12 на 13 ноября на 24 мм рт ст привёл к увеличению числа двоек, полученных 13 ноября.

18 – 19 ноября давление держалось на одном уровне (763 мм рт ст) и количество пятёрок держалось тоже на одном уровне. 25 и 27ноября давление было одинаковым (749 мм рт ст) приблизительно равной была и успеваемость класса в эти дни. Но 18 – 19 ноября пятёрок было получено больше чем 25 и 27 ноября.

23 ноября отмечалось самое низкое давление месяца и отмечалась и низкая успеваемость в классе.

Графическое представлении результатов за ноябрь (8а)

Результаты 8а класса за декабрь месяц дата Атмосферное давление, мм рт ст посещение школы, кол-во человекПятёрки, Двойки, кол-во кол-во

Самое высокое давление отмечалось 23 декабря – 774 мм рт ст, самое низкое 16 декабря – 740 мм рт ст. Месячное изменения давления составило 34 мм рт ст. Декабрь отмечается боле высоким атмосферным давлением по сравнению с октябрём и ноябрём. Можно также заметить, что успеваемость в декабре тоже была более высокой по сравнению с октябрём и ноябрём.

Более ровное давление второй недели декабря отмечается более ровной успеваемостью класса, посещаемость занятий.

Частая смена давления на 1, 3 и 4 –й неделе месяца, отмечается неустойчивостью успеваемости класса посещаемости занятий. Что очень хорошо просматривается по графикам.

Всего в 5-11 классах обучается 159 учащихся. Можно заметить, что изменение атмосферного давления влияет на успеваемость и посещение занятий.

Уменьшение атмосферного давления с 9 по 12 ноября, характеризуются ровными показателями посещения занятий и успеваемости. Резкий скачёк давления с 12 на 13 ноября, увеличилось на 24 мм рт ст, привёл к ухудшению успеваемости 13 ноября.

Вторая неделя ноября (16-20. 11) отмечается небольшими перепадами давления, что приводит к такому же волнообразному изменению числа пятёрок и двоек. Увеличение давления с 17 на 18 ноября на4 мм рт ст отмечается ростом пятёрок и двоек, а уменьшение давления с 19 на 20 ноября приводит к их уменьшению.

Третья неделя ноября отмечается более низким давлением по сравнению с 1 и 2 неделями и соответственно и более низкой успеваемостью.

Первая неделя декабря, резкое повышение давления с 1 на 2 декабря приводит к уменьшению числа двоек. Дальнейшее понижение давления проводит к понижению успеваемости в 5-11-х классах.

Вторая неделя декабря (7-10) отмечается небольшими перепадами давления, на этой неделе можно отметить и более высокую успеваемость учащихся.

Третья неделя отмечается плавным изменением давления с минимумом 16. декабря (с 14 по 16 идёт уменьшение, а с 16 по18 увеличение). Можно так же заметить плавное изменение успеваемости на этой неделе с максимумом 16 декабря.

Четвёртая неделя характеризуется резкими перепадами давления (с 21 на 22 увеличилось на 10 мм рт ст, с 22 на 23 увеличилось на 10 мм рт ст, с 23 на 24 уменьшилось на 16 мм рт ст) на этой же неделе отмечается и самая низкая успеваемость большое число пропусков занятий.

Не значительный перепад давления с 24 на 25 декабря, на 2 мм рт ст, приводит к увеличению успеваемости 22 декабря.

Графическое представление результатов за декабрь (5-11 классы)

Заключение

Проводя данную исследовательскую работу, мы узнали много нового об атмосфере, атмосферном давлении. Прочитав много теоретического материала, узнали, как изменение атмосферного давления влияет на здоровье человека. Проведя статистическую обработку результатов моих исследований, я пришли к выводу, что изменение атмосферного давления влияет не только на здоровье человека, но оказывает влияние успеваемость учащихся и посещаемость ими занятий. Правда, какой – либо пропорциональной зависимости я не выявила, но заметила:

- резкие перепады давления приводят к изменению успеваемости и посещаемости занятий;

- плавное изменение давления так же приводит к плавным изменениям успеваемости учащихся и посещаемости ими занятий;

- когда давление меняется незначительно, успеваемость выше;

- в те месяцы, где давление, в общем, более высокое успеваемость тоже выше;

- изменение давления влияют на результаты проверочных работ.

Исходя, из этого хочу, дать практический совет учителям не проводить проверочных работ в дни, когда происходит резкое изменение давления.