La pressione atmosferica

L'atmosfera è l'involucro gassoso che circonda la Terra, trattenuto dalla forza di gravità, che agisce grazie al suo peso. È costituita da una miscela di gas, principalmente azoto (circa 78%) e ossigeno (circa 21%), accanto ad alcuni gas minori, tra cui argo, vapor d'acqua e diossido di carbonio, o anidride carbonica. L'atmosfera esercita una pressione su tutti i corpi che vi sono immersi, la pressione atmosferica, dovuta alla pressione esercitata dal peso della colonna d'aria, dal livello del mare al limite esterno dell'atmosfera. La prima misura della pressione atmosferica si deve al fisico italiano E. Torricelli (1608-1647), che inventò il barometro a mercurio. Il barometro di Torricelli è costituito da una vaschetta contenente mercurio e da un tubo, anch'esso contenente mercurio, del diametro di circa 1 cm e lungo circa 1 m, chiuso a un'estremità e inserito capovolto all'interno della vaschetta (v. fig. 10.3). All'interno del tubo la colonna di mercurio si abbassa fino a che non viene raggiunto l'equilibrio tra la sua forza peso e la pressione atmosferica, che grava sulla superficie libera del mercurio contenuto nella vaschetta: al livello del mare, l'equilibrio si ottiene quando il mercurio nel tubo raggiunge un dislivello h rispetto alla superficie della vaschetta tale che:

La pressione atmosferica impedisce al tubo di svuotarsi completamente e, poiché la pressione esercitata dal mercurio e quella esercitata dall'atmosfera sono in equilibrio, si può dire che al livello del mare l'atmosfera esercita mediamente una pressione pari a quella esercitata da una colonnina di mercurio alta 76 cm. Il valore della pressione nell'unità del Sistema Internazionale (il pascal, Pa) può essere calcolato dalla relazione:

dove ρ = 13.590 kg/m³ è la densità del mercurio, ottenendosi:

Questo valore corrisponde a una pressione atmosferica media definita normale, misurata al livello del mare, a 45° di latitudine e a 0 °C. Tali specificazioni sono molto importanti poiché la densità del mercurio dipende dalla temperatura, l'accelerazione di gravità dipende dalla latitudine e la pressione atmosferica diminuisce con l'altezza dal livello del mare (poiché salendo di quota diminuisce lo strato di atmosfera e quindi il suo peso). Accanto al pascal, sono in uso altre unità di misura della pressione atmosferica. La pressione atmosferica varia infine da luogo a luogo e a seconda delle condizioni meteorologiche, come si può verificare ripetendo l'esperimento varie volte. Lo studio della distribuzione orizzontale della pressione atmosferica costituisce la base della meteorologia, che si serve di carte geografiche sulle quali vengono tracciate le linee che congiungono i punti di uguale pressione atmosferica (le isobare), perché dalla distribuzione della pressione è possibile ricavare il movimento delle masse d'aria.