Почему атмосферное давление уменьшается с высотой?

Давление воздуха в данной точке — это вес столба воздуха непосредственно над этой точкой, как описано здесь . По мере увеличения высоты этот столбец становится меньше, поэтому он имеет меньший вес. Таким образом, точки на большей высоте имеют более низкое давление.

Хотя гравитационная сила уменьшается с высотой, для повседневных целей (оставаясь вблизи поверхности Земли) разница не очень велика. Точно так же центробежная сила также не оказывает существенного влияния .

Я отредактировал этот вопрос в первый день в ответ на несколько комментариев, указывающих на недоразумение, но он не был зарегистрирован. Я искренне извиняюсь за это.

Как указано в других ответах, давление любой жидкости, сжимаемой или нет, увеличивается с глубиной. Это связано с большей массой и, следовательно, весом жидкости выше.

Что интересно, давление воды линейно увеличивается с глубиной, а давление воздуха — нет.

Напряженность гравитационного поля падает всего до 88% даже на высоте МКС. Падение давления больше связано с тем, что в отличие от воды воздух является сжимаемой жидкостью. По мере того, как вы продвигаетесь дальше по атмосфере, больший вес воздуха наверху давит на воздух внизу, поэтому плотность и, следовательно, давление воздуха увеличивается. В основном плотность$\rho$является функцией$h$. поэтому вам нужно интегрировать плотность по высоте, а не просто умножать.

или

Чем выше вы поднимаетесь, тем меньше молекул воздуха (меньше веса) на данной площади, и это, по сути, одна из причин, по которой она уменьшается.

Из барометрической формулы можно получить зависимость между давлением и высотой. Это определяется как

поэтому отношение между давлением и высотой равно$P\propto e^{-h}$. Таким образом, по мере подъема на большую высоту давление будет экспоненциально уменьшаться.

Связано ли это с тем, что гравитационная сила меньше на большей высоте из-за большего расстояния между массами?

Сила гравитации действительно уменьшается по мере того, как вы поднимаетесь выше, но причина не в этом. Давление на дне все равно было бы больше даже в какой-то странной физике, где гравитация усиливалась бы дальше от поверхности.

Вращение Земли вызывает центробежную силу?

Да, но опять же, это не часть причины.

Молекулы на большей высоте отталкиваются от молекул воздуха на более низкой высоте, увеличивая тем самым их давление?

Да. Это точно ответ.

Давление атмосферного воздуха на Земле выше на полюсах, чем на экваторе?

Нет. Даже если эффективная гравитация отличается, воздух на уровне моря будет течь из места, где давление больше, туда, где давление меньше, пока не уравновесится. Конечно, давление меняется из-за погоды, но со временем я считаю, что давление на уровне уплотнения одинаково во всем мире.

Изменить: немного изучив вопрос, я отредактировал свой ответ, чтобы он был значительно точнее.

Короче говоря, давление воздуха является результатом кумулятивной силы, с которой молекулы воздуха действуют на объекты под ними из-за гравитации Земли. Чем выше высота, тем меньше молекул воздуха должны действовать под ними , и, следовательно, на больших высотах меньше давление воздуха.

Итак, хотя

Молекулы дальше от земли имеют меньший вес (потому что гравитационное притяжение меньше) ... они также «стоят» на молекулах под ними, вызывая сжатие. Те, что находятся ниже, должны поддерживать большее количество молекул над собой и при этом подвергаются дальнейшему сжатию (давлению). [Источник]

Более технический способ подойти к вопросу — посмотреть на общую формулу давления:

Что касается влияния вращения Земли на атмосферное давление, то, как объясняется здесь , оно незначительно .

Вы можете проверить следующую ссылку из Википедии , это то, что я узнал во время бакалавриата по курсу термодинамики. Вы можете связать закон идеального газа и принципы Бернулли, не вводя кинетические термины (только гидростатическое приближение). Таким образом, вы получаете уравнение, которое также зависит от температуры. Гравитационное ускорение почти такое же, учитывая глубину атмосферы. Так что это может быть только поправка к атмосферной модели, а не основной принцип.

Я также думаю, что вы можете включить центробежную силу в гравитационное ускорение, потому что они действуют в противоположном направлении (помните, что центробежная сила — это всего лишь воображаемая сила, которую вы можете добавить к уравнению). Вы можете представить радиус Земли и сравнить его с глубиной атмосферы, чтобы предположить, важны ли условия, зависящие от радиуса, такие как гравитация или центробежная сила, по отношению к другим изменениям в вашем уравнении. Если вы хотите выполнить точный расчет для сравнения двух регионов, полюсов и экватора, вы также можете добавить часть центробежного ускорения.

Воздух, безусловно, толкает другие молекулы воздуха вниз, тем самым увеличивая давление. Тот же самый принцип (Бернулли) применяется и при изменении давления в жидкостях.