大気圧について

質問

不大気圧って空気の重さですよね。大気圏までの空気の柱の重さだと思うのですが、山は気圧が低いのは、上に上がった分の空気の圧力が減ったからでしょうか？

また、家にいるときは、天井がありますから、空気の重さが天井で抑えられて、外にいる時よりも空気の重さ、圧力が減るような気がするのですが、実際はどうなんでしょうか？

回答No.6

Quarks · ベストアンサー

>下からも力が働いて釣り合っているので、人間は空気の重さを感じないんですね。

はい、そうなのです。

>ニュートン力学でいう反作用のことなのかなと思いました。

いえ、反作用ではありません。

私達地球人は生まれてこの方、この"空気の重さ"に晒されているので、感じないのです。
…でも、いくら四六時中その"重さ"に晒されているから感じないのだと言われても、なるほどとは思わないでしょうね。軽く皮膚を押しただけでも押された感覚が生じるのに、10(t)もの重さを感じないでいるなんて、いくら"慣れてるんですよ"と言われてもなかなか納得できないのではないでしょうか。

やはり、この辺の違和感も解消しなければならないでしょうか。いままでのお話では、大気圧を、"空気柱"の重さに起因するものという、いわば巨視的なレベルでの解釈を行ってきました。もちろん、ごまかしなどは有りませんから、それで納得できるなら良いのです。
しかし、空気は酸素分子や窒素分子の集合体であって、分子は自由に動き回っています。これらの分子の振る舞いから、大気圧を説明することもできます。そして、その説明の後なら"10(t)の重さ"を感じないでいられる理由が分かってもらえるかも。では、始めましょう。

(1)気体分子が壁にぶつかったら…
軽い板を用意したとしましょう。子供を数百人呼びます。彼等にはソフトボールを渡しておきます。あなたは、板を垂直に立て、倒れないように支えてください。子供達は一斉に板に向かってボールを投げつけます。ボールがぶつかるときの衝撃で壁が倒れないよう、あなたは壁をしっかり支えていなければならないことが想像できますよね。この衝撃こそが、大気圧の正体なのです。板が容器の壁、ソフトボールが空気の分子だと考えれば納得できるでしょう？空気分子はそれこそ無数に有り、どれもが絶えず走っています。或るものは東へ別の或るものは上空へ…みな、てんでんばらばらな方向に進んでいます。そして、何かにぶつかれば跳ね返ってきます。ソフトボールと違って、跳ね返っても、速さは変わらないようです。もし遅くなるようなら、いつしか空気分子は止まり地面に積もってしまうでしょうが、私達はそんな光景を見たことがありませんから、分子は止まらないと考えるのが自然です。衝撃を受けた壁を見て我々は壁には圧力が生じていると感じるわけです。分子が壁にぶつかることで大気圧が発生する。ですから、壁面が水平に置かれていても、そうではなくどんなに傾いていても、それに掛かる圧力は同じ。両面での違いも無いことは、明らかでしょう？
(2)気体分子の速さは、そのときの気温で決まっている…
ぶつかったときの衝撃の強さは、粒の質量と速さとで決まります。空気分子は小さいとはいえ質量は０ではありません。１個の衝撃はきわめて小さいでしょうが、数が多ければ、それなりのものになるはずです。１[気圧]の場合なら１[m^3]あたり、10^25個のオーダーですから、衝撃ははっきりと観察されるレベルになります。速さは気温によって決まっていることが分かっています。20℃程度の空気でしたら、200[m/s]くらいです。ものすごい速さですね…。
１[m^3]あたり、10^25個の分子が200[m/s]くらいの速さで壁面にぶつかったときの衝撃による圧力が、ほぼ１[気圧]という圧力なのですね。
(3)地表付近で受ける大気圧とは…
大気圧の大きさは、分子の個数(正確には密度)と速さで決まってしまいます。速さは地表付近でも上空でもあまり違わないと仮定すると、地表と山頂とで大気圧が違うのは、空気分子の密度です。上空は空気が希薄になっていますから、結果大気圧は小さくなるのです。

私達の皮膚にも、空気分子はぶつかってきています。それによって大気圧を感じるわけです。どうでしょうか？皮膚には、極々軽い分子が、ぶつかってきては跳ね返っています。それが大気圧。これなら、痛くも痒くもないですよね。