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e sopra i suoi giri il vento ritorna. Ecclesiaste, cap.1, v.6
Pressione e convezioneIniziamo l'argomento parlando del flusso dell'aria. Supponiamo che una "massa d'aria" (usiamo qui questo termine) venga riscaldata in prossimità del suolo per conduzione termica, cioè con un flusso di calore dovuto al contatto diretto con la superficie terrestre calda. Il calore fa espandere l'aria, la quale quindi diventa meno densa dell'aria circostante, per cui, galleggiando, sale verso l'alto come un pallone aerostatico (o come una goccia d'olio in una bottiglia d'acqua). Arrivando negli strati alti dell'atmosfera, questa "bolla" di aria calda cede il suo calore (ad altre masse d'aria o magari verso lo spazio esterno), si raffredda, ed altre bolle che provengono dal basso la spingono lateralmente, così che questa massa ricomincia a scendere. (ved. il diagramma qui sopra). Questo flusso circolatorio è chiamato convezione. Più in generale, la convezione è ogni flusso che
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La cosa importante da ricordare quando si ha a che fare con i flussi convettivi è che quanto più in alto ci si trova nell'atmosfera, tanto più basse sono la pressione e la densità dell'aria. Ciò che esercita la compressione è il peso degli strati d'aria sovrastanti che l'aria deve sostenere. In cima al monte Everest, c'è meno aria al di sopra e quindi la pressione è più bassa. A livello del suolo (o meglio, a livello del mare), il peso dell'atmosfera è pari a circa 1 chilogrammo su ogni centimetro quadrato. Questa pressione non dà fastidio al nostro corpo, poiché l'aria al suo interno si trova alla stessa pressione, e i nostri fluidi corporei (come il sangue) non si comprimono molto facilmente. Per la stessa ragione, i pesci non hanno problemi con la profondità -- anche a una profondità di 100 metri, dove la pressione è 11 volte maggiore (10 chilogrammi di acqua su ogni centimetro quadrato, più il peso dell'atmosfera) i pesci non risentono del minimo fastidio.
Ad una altitudine di circa 5 chilometri, soltanto metà dell'atmosfera si trova sopra la nostra testa, e l'altra metà si trova sotto di noi, per cui dovremmo sopportare il peso soltanto di metà dell'atmosfera, e la pressione si riduce quindi a metà. Secondo la "legge di Boyle" (che prende il nome da Robert Boyle, 1627-91), anche la densità si riduce a una metà (trascurando le variazioni di temperatura). Salendo in quota di altri 5 chilometri, la pressione diminuisce di un'altra metà, arrivando a 1/4 della pressione al livello del mare, e a 15 chilometri di quota, si dimezzarebbe ulteriormente, riducendosi a 1/8. Tutte queste valutazioni sono approssimate e dipendono dalla temperatura, ma il tipo di andamento dovrebbe essere chiaro. L'abitacolo di un aereo di linea che voli a 10 km di quota deve essere sigillato e pressurizzato, poiché i passeggeri che respirassero l'aria a 1/4 della densità al livello del mare mancherebbero di ossigeno e perderebbero conoscenza. Nelle rare occasioni in cui un aereo di linea perdesse la sua pressurizzazione, della maschere collegate a bombole di ossigeno scenderebbero automaticamente, permettendo ai passeggeri di respirare normalmente mentre il pilota cercherebbe subito di scendere a una quota più bassa.
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Più in alto si va e più fa freddo -- Perché??Quando l'atmosfera è stabile, più in alto si va, e più fredda è l'aria. L'aria è più calda vicino al suolo, che assorbe il calore ricevuto con la luce del Sole. La zona più fredda in assoluto è quella al di sopra della quota di volo degli aerei di linea, attorno ai 10-15 chilometri, la regione in cui l'aria irradia la maggior parte del suo calore verso lo spazio. È questo il motivo per cui le cime delle montagne sono fredde e le montagne più alte hanno la cima incappucciata di neve.
Che cosa accade esattamente? Supponiamo che una "massa d'aria" (aria secca, per il momento -- l'umidità è un fattore aggiuntivo, ma lo considereremo in seguito) venga riscaldata dal suolo e salga verso l'alto. Più il alto sale e più la pressione è bassa, per cui l'aria si espande: ma l'espansione causa un raffreddamento. Similmente, se per qualche motivo la massa d'aria è spinta verso il basso, essa viene di nuovo compressa e si riscalda a causa della compressione. Questo moto in su e in giù avviene costantemente, ma il risultato globale è che, quando le condizioni sono stabili, la temperatura diminuisce con un andamento costante all'aumentare della quota. Il moto della massa d'aria che sale dipende dall'ambiente circostante. L'aria si raffredda sempre per espansione -- ma è ancora più calda dell'aria immobile circostante? Se lo è, continua a salire, altrimenti si ferma. Come vedremo, è qui che l'umidità dell'aria gioca un ruolo importante.
Il vapore acqueoInvece di riscaldare la Terra, la radiazione del Sole può fare evaporare l'acqua dalla superficie -- specialmente dagli oceani, che coprono gran parte della superficie terrestre. Occorre considerare che l'aria umida contiene dell'energia aggiuntiva, che il Sole ha fornito con il suo calore per fare evaporare l'acqua. Il calore attiva il moto di convezione, e l'umidità può amplificarlo. L'aria calda e umida è quella che causa i temporali, e la superficie calda dell'oceano è anche il luogo dove tradizionalmente nascono i violenti temporali tropicali, come gli uragani in America e i tifoni in Asia.
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Vediamo ora due esempi dell'effetto dell'umidità.
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Curiosità:
Chi è stato per primo a scrivere "Tutti parlano del tempo, ma nessuno ne sa niente"? Quasi tutti sostengono che fu Mark Twain (provate a fare una ricerca su Internet e vedrete!), però non è così. Lo stile sembra quello di Twain, tuttavia in realtà questa frase è apparsa la prima volta in un editoriale sull' "Hartford (Conn.) Courant" del 24 Agosto 1897, scritto da Charles Dudley Warner. Warner era un buon amico di Twain, il quale pure visse a Hartford per molti anni (fino al 1897). Era un giornalista a Hartford e i due collaborarono alla realizzazione del libro "The Gilded Age" del 1873. Warner è anche ricordato per altre citazioni, come, per esempio, "La politica porta a strane compagnie"
A proposito di questa citazione, si può vedere il sito Web Domande poste dagli utenti: "Ma il calore non sale?" *** Una decompressione improvvisa a 5 miglia di quota |
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Autore e Curatore: Dr. David P. Stern
Ci si può rivolgere al Dr. Stern per posta elettronica (in inglese,
per favore!):
audavstern ("chiocciola") erols.com
Traduzione in lingua italiana di Giuliano Pinto
Aggiornato al 10 Dicembre 2005