O ar é um gás, mas para fins de cálculo da pressão atmosférica, você pode considerá-lo um fluido e calcular a pressão ao nível do mar usando a expressão para pressão do fluido. Esta expressão é:
onde ρ é a densidade do ar, g é a aceleração da gravidade e h é a altura da atmosfera. Essa abordagem não funciona, porém, porque nem ρ nem h são constantes. A abordagem tradicional é medir a altura de uma coluna de mercúrio. Se você está procurando a pressão atmosférica em uma altitude específica, pode usar a fórmula barométrica. Este é um relacionamento bastante complexo que depende de várias variáveis, então é mais fácil apenas pesquisar o valor que você precisa em uma tabela.
TL; DR (muito longo; Não li)
Os cientistas calculam a pressão atmosférica ao nível do mar medindo a altura de uma coluna de mercúrio e calculando a pressão que a atmosfera deve exercer para elevar a coluna a essa altura.
O Barômetro de Mercúrio
Mergulhe um tubo de vidro com a extremidade fechada em uma bandeja de mercúrio e deixe todo o ar escapar, depois vire o tubo na posição vertical com a abertura submersa no mercúrio. Você terá uma coluna de mercúrio dentro do tubo e um vácuo entre o topo da coluna e a extremidade do tubo. A pressão exercida pela atmosfera sobre o mercúrio na bandeja está sustentando a coluna, portanto, a altura da coluna é uma forma de medir a pressão atmosférica. Se o tubo for graduado em milímetros, a altura da coluna será de aproximadamente 760 mm, dependendo das condições atmosféricas. Esta é a definição de 1 atmosfera de pressão.
O mercúrio é um fluido, então você pode calcular a pressão necessária para suportar a coluna usando a equação da pressão. Nessa equação, ρ é a densidade do mercúrio eh é a altura da coluna. Em unidades SI (métricas), uma atmosfera é igual a 101.325 Pa (Pascals), e em unidades britânicas, é igual a 14,696 psi (libras por polegada quadrada). A torr é outra unidade de pressão atmosférica originalmente definida como sendo igual a 1 mm Hg. Sua definição atual é 1 torr = 133,32 Pa. Uma atmosfera = 760 torr.
A Fórmula Barométrica
Embora você não possa derivar a pressão atmosférica ao nível do mar a partir da altura total da atmosfera, você pode calcular as mudanças na pressão do ar de uma altura para outra. Este fato, juntamente com outras considerações, incluindo a lei do gás ideal, leva a uma relação exponencial entre a pressão ao nível do mar (P0) e pressão na altura h (Ph). Essa relação, conhecida como fórmula barométrica, é:
P_h = P_o e ^ {\ frac {-mgh} {kT}}
- m = massa de uma molécula de ar
- g = aceleração devido à gravidade
- k = constante de Boltzmann (constante de gás ideal dividida pelo número de Avogadro)
- T = temperatura
Embora essa equação preveja pressões em várias alturas, suas previsões diferem da observação. Por exemplo, ele prevê uma pressão de 25 torr a uma altura de 30 km (19 mi), mas a pressão observada nessa altura é de apenas 9,5 torr. A discrepância se deve principalmente ao fato de que as temperaturas são mais frias em altitudes mais elevadas.
