Откуда берется атмосферное давление?

В некотором смысле да. Позвольте мне немного объяснить. Если бы мы взяли запаянный сосуд с газом и поместили его в свободное пространство вдали от других тел, так что сила тяжести на ящике была бы пренебрежимо малой, согласились бы вы, что в сосуде все равно было бы какое-то давление? Если мы предположим, что у нас есть идеальный газ, то давление просто определяется выражением

Итак, если температура нашего ящика не меняется, то и давление не меняется, оно определяется количеством частиц, находящихся внутри нашего ящика.

Итак, если мы рассмотрим Землю, в целом плотность частиц в воздухе уменьшается с увеличением высоты. Это связано с гравитационной силой Земли. Таким образом, числовая плотность наибольшая у поверхности Земли и меньше, когда воздух становится более разреженным на высоте. Это игнорирует тот факт, что температура не постоянна на разных высотах в атмосфере.

Таким образом, давление воздуха, которое мы ощущаем на уровне земли, в некотором роде обусловлено гравитацией, но обычно давление не является функцией гравитационного потенциала. Давление — это всего лишь мера силы, с которой частицы газа действуют на сосуд при столкновении со стенками. Как и следовало ожидать, это зависит от скорости частиц (их температуры) и количества частиц, отскакивающих от стенки в любой момент времени.

В общем случае давление воздуха в атмосфере Земли представляет собой гидростатическое давление, вызванное гравитационным полем Земли. Если бы не было гравитации, не было бы и центростремительной силы, и все молекулы воздуха просто уплыли бы в космос. Вот почему на Луне нет атмосферы — потому что на ней недостаточно гравитации, чтобы поддерживать ее.

Давление воздуха существует потому, что если мы поместим что-то в газ, то молекулы/атомы, летающие вокруг, будут продолжать сталкиваться с ним и, таким образом, создавать результирующую постоянную силу на единицу площади.

Как объяснил @Chris2807 в аккуратной формуле$P=n k_{B} T$, это пропорционально количеству частиц (поскольку это пропорционально количеству «ударов» в заданное время), а также температуре (поскольку температура представляет собой среднюю энергию этих частиц газа, движущихся случайным образом).

Сила тяжести проявляется в том, что она оказывает сильное влияние на равновесие$n$и$T$как функция высоты. Так как он тянет вниз, мы получаем концентрацию частиц ближе к Земле. Затем, конечно, это становится несколько сложным из-за ослабления гравитации на большей высоте, но это больше детали. Что касается температуры, скажем так, это очень сложно. Просто подумайте о том, как сложно предсказывать погоду.

Давление газа возникает из-за среднего коллективного изменения импульса, когда его частицы отскакивают друг от друга и от стенок всего, что сталкивается с ним. Что делает гравитация, так это создает противодавление — вес самого газа, — который не дает ему свободно расширяться в космос. Вес воздуха над поверхностью Земли составляет в среднем около 101 325 ньютонов на квадратный метр, но, поскольку мы не привыкли к ньютонам как к единице «веса», это 10,33 метрических тонны. Эквивалентна глубине морской воды около 10 метров. На Луне гравитация составляет 16,56% от земной, поэтому морская вода на той же глубине создает только 1,711 тонны нисходящей силы на квадратный метр. Чтобы весить столько же, он должен быть примерно 60 метров в глубину.

Между прочим, у Луны достаточно «гравитации», чтобы удерживать атмосферу в течение миллиардов лет, если единственным фактором, пытающимся ее сорвать, было давление воздуха. Однако солнечный ветер и мягкое рентгеновское излучение Солнца способствуют более быстрому удалению газа. Конечно, даже в этом случае давление будет только заметно снижаться в течение миллионов лет.