大気圧と重力の関係

中学の物理分野で大気圧は空気の重さと習いますが，圧力は気体分子の衝突回数でもあります。

地球の中心からの距離が短い低地では気体の数が増えるため気圧が大きくなり，高地では重力が小さくなるため気体の数が減少し気圧が低くなる。
また，大気圧を気体の衝突回数と考えた方が，大気圧はあらゆる方向（横からも）にはたらくということもうまく説明できます。

つまり，低地と高地の大気圧の変化は空気の重さではなく，重力の違いによる気体の数の変化と考えています。

私の考えはおかしいですか？

No.3 回答者： htms42 回答日時： 2008/01/31 20:14

気体の分子運動から圧力を考える場合、衝突回数だけでなく衝突の衝撃も関係してきます。

衝撃とは壁にぶつかって跳ね返るときの運動量の変化量（運動量＝速度×質量）です。分子の速度が速くなれば衝突回数が増えますが一回あたりの衝撃も大きくなります。圧力には両方の効果が入っています。密度は衝突回数に影響します。

圧力を衝突回数と見るか重さと見るかはミクロに見るかマクロに見るかの違いです。対立する見方ではありません。

箱の中に入った気体の質量が測定できるのは箱の底に当たったときの速さと天井に当たったときの速度が異なるからです。気体分子の運動でもやはり、落下すれば速くなり上昇すれば遅くなります。速くなれば衝撃が大きくなります。
分子の運動から圧力の表現を求めるのは普通地上の小さい容器について計算しています。上空までの大気全てに当てはめると計算が難しくなります。でも上に示した箱の中の気体の質量が上下の圧力差から分かるというのがヒントになるでしょう。
大気の圧力を水銀柱で測ることがあります。水銀柱の底面にかかる圧力は水銀柱の重さに対応していますからそれに見合って大気の方も大気の重さであるとしているように思います。水銀は液体ですから原子は動き回っています。動き回っている原子の質量の合計が分かるというのは衝突の繰り返しで順に力が下に伝わっていなければいけません。

No.2 回答者： k_maisan 回答日時： 2008/01/31 19:54

＞大気圧があらゆる方向からはたらくというのは，空気が流体であるからと考えた方がよいのでしょうか

　圧力＝分子の衝突です。分子の移動に特に方向が決まってないのであらゆるところから力が働いているというのが正確なところでしょうか。

　流体だと質問者さんのような性質を示します。
　流体が気体であれば、実際は衝突である…という理屈がわかっていれば問題ないでしょう。

No.1 回答者： k_maisan 回答日時： 2008/01/31 13:04

　まず、重力は高地でもそれほど代わりません。

　たとえば高度10kmでは、気圧は地上の約20%(0.2気圧)ですが、重力は計算では地上の99.6%でほとんどかわりません。

　よって、高度による重力の強さについては大気圧と強い関係はないと思います。

　で、地上と高度10kmで大きく気圧に差が出るかというと、やはり空気の重さです。
　地上に近いほど上からの重みで圧縮されて気圧が上がっているのです。

>大気圧を気体の衝突回数と考えた方が，大気圧はあらゆる方向（横からも）にはたらくということもうまく説明できます。
　ここはこの考え方であっています。
　気体の場合は圧力と密度に強い比例関係がありますので、衝突回数が気圧になっている思っていいでしょう。

この回答へのお礼

k_maisan，回答，ありがとうございます。

もう一つ，お願いします。
大気圧があらゆる方向からはたらくというのは，空気が流体であるからと考えた方がよいのでしょうか？

よろしくお願いします。

お礼日時：2008/01/31 16:45