У повсякденному житті мало хто замислюється надтим, що таке щільність повітря і яке значення цей показник має взагалі в існуванні всього сущого на планеті. А між тим, ми щодня бачимо летять літаки, що летять птахів, що злітають вгору і падаючі вниз предмети і зовсім не замислюємося над тим, що саме параметр щільності повітря визначає наявність цих явищ.
Часто, проводячи відпочинок в різних місцях, миговоримо, що в одному місці був вологе повітря, а в іншому - сухий. При цьому додаємо, що в першому випадку вам було легко пересуватися, дихати, а в другому ви відчували тяжкість при русі, дискомфорт, який не відчували при перебуванні в звичайній для вас кліматичної середовищі. В цей час, ми забуваємо те, що нам говорили вчителі ще під час навчання в школі на уроках фізики - вологе повітря має щільність меншу, ніж повітря сухе, а, отже, і маса його менше, ніж у сухого.
На перший погляд, це здається парадоксальним,якщо брати до уваги наші чуттєві відчуття, про які йшлося вище. Адже дійсно, як повітря, до якого ще додається вода у вигляді пари, може бути легше того, який води не містить?
Але це дійсно так, і відповідь на цей, парадоксальний, на перший погляд, питання, вчені знали досить давно.
Впервые гипотезу о том, что плотность влажного повітря нижче, ніж у повітря сухого, висловив великий Ісаак Ньютон у своїй знаменитій книзі «Оптика», яка була видана в Лондоні ще в 1717 році. Проте, гіпотеза великого англійця не вміла успіху - до самого вісімнадцятого століття вчені не просто не приймали її, а й взагалі не відчували особливого інтересу до даної проблеми.
Щоб хоч якось наблизитися до розуміння проблеми - чому щільність повітря залежить від його вологості - слід згадати кілька відомих природних законів.
Например, в самом начале прошлого века Амадео Авогадро, знаменитий італійський фізик, встановив, що незалежно від виду газу, якщо взяти його фіксований обсяг, то при однаковій температурі і однаковому тиску, кількість молекул в цьому газі буде величиною постійною. Ця величина і отримала пізніше назви константи Авогадро, так само став називатися і відкритий ним закон для газів.
Як проявляє себе цей закон, як залежить щільність повітря від температури, тиску і вологості можна переконатися на досить простому прикладі.
Як правило, сухий чистий (в хімічному сенсі)повітря, містить в своєму складі приблизно 78% молекул азоту, при цьому атомна вага кожної з цих молекул дорівнює 28. У складі повітря ще 21% належить молекулам кисню, атомна вага молекул якого, дорівнює 32. Один відсоток у складі повітря доводиться на деякі інші гази, які присутні в ньому, але для нашого розрахунку цей показник будемо вважати несуттєвим.
Молекули газу, як відомо, мають властивістьвільного виходу за межі резервуара, в якому знаходиться газ. Так ось, Авогадро встановив таку закономірність: якщо в наш обсяг сухого газу, що містить, як ми домовилися, молекули азоту і кисню, додати молекули води, то вони і зроблять наше повітря менш щільним. Пояснюється це дуже просто - молекули води мають атомний вага менше, ніж у молекул азоту і водню, він дорівнює 18. А так як кількість молекул в заданому обсязі газу має бути постійним, то молекули води просто витіснили молекули азоту і кисню в складі повітря, замінивши їх собою. Таким вот способом і стає щільність повітря вологого меншою, ніж у сухого.
У цьому прикладі, правда, є одне протиріччя.Воно полягає в тому, що будь-який обиватель може вигукнути, як же таке може бути, якщо щільність води вище щільності повітря. Відповідь тут теж простий: вода присутня в повітрі в формі пара, який легше і азоту і кисню, а тому на таку «воду» поширюються всі закономірності, виведені геніальним Авогадро.
Важливо враховувати, що в більшій мірі залежитьщільність повітря від температури і тиску, ніж від вологості. Тому вологе повітря має меншу щільність, ніж сухий тільки за умови збереження однакових значень температури і тиску.
