L'altimetro
introduzione
La Terra è circondata da un involucro gassoso, l'atmosfera, che per effetto della gravità esercita una pressione. Più tecnicamente, la pressione è il peso della colonna d'aria sovrastante una superficie unitaria. L'unità di misura è l'ettopascal (hPa), equivalente ad una forza di 100 Newton che agisce su una superficie di un metro quadrato. In formula:
Al livello del mare la pressione vale 1013 hPa. Variando con la quota, l'altezza della colonna d'aria si riduce di peso e quindi la pressione. Con buona approssimazione, fino a 20.000 metri di quota, la
pressione si dimezza ogni 5000 metri. Lo strumento che misura la pressione è detto barometro. L'apparecchio trasportabile, estremamente comodo e leggero, è costituito da una capsula circolare metallica a pareti sottili, ermeticamente chiusa, in cui è stato fatto il vuoto. Al variare della pressione esterna il coperchio, contrastato da una molla interna, si deforma. Attraverso
una serie di leve e movimenti meccanici, gli spostamenti vengono ampliati e sono trasmessi ad una
lancetta che su un quadrante indica il valore della relativa pressione; se, accanto alla scala delle
pressioni si pone quella delle corrispondenti quote, il barometro diventa un altimetro.
L'altimetro è uno strumento di misura che permette di misurare la distanza verticale di un corpo da una superficie di riferimento, che può essere il livello medio del mare, il suolo o un livello convenzionale.
la pressione atmosferica
Per pressione atmosferica si intende la forza, riferita all'unità di superficie, che l'aria esercita in ogni punto dello spazio atmosferico e sulla superficie terrestre. Essa, ad ogni quota, è equivalente al peso della colonna di sezione unitaria, avente uno spessore che si estende da quella quota fino al limite estremo dell'atmosfera. Torricelli riuscì a dimostrare che l'atmosfera esercita una pressione pari al peso di una colonnina di mercurio (Hg) di altezza h = 760 mm. Tale valore è riferito a condizioni considerate standard ovvero al livello del mare, temperatura 15° C, aria asciutta e latitudine media 45°. Il valore di pressione registrato risultò indipendente dalla forma, diametro e inclinazione della canna barometrica.
Partendo da questo concetto si può dimostrare che la pressione atmosferica è espressa dalla seguente relazione:
dove:
• g è l'accelerazione di gravità;
• d è la densità dell'aria;
• h è l'altezza della colonna d'aria.
Applicando l'esperienza di Torricelli alla suddetta formula, sostituiamo:
d Hg = 13.6 gr/cm³
h = 76 cm
g = 980 cm/sec²
si avrà:
p = 13.6 • 980 • 76 = 1013250 dine/cm²
In parole povere, fatte le opportune considerazioni, si ha che in aria standard la pressione atmosferica è pari a:
1.01325 bar = 1013.25 mb = 1013.25 hPa = 101325 Pa = 760 mm Hg = 1 atm
La pressione di 1013.25 hPa è la pressione di riferimento generale in campo aeronautico.
Il barometro (o altimetro) è sensibile alle variazioni di peso dell'aria che dipendono dall'altezza della colonna ma anche dalla densità e dall'umidità. Poiché queste ultime sono funzione delle 
variazioni di temperatura, a loro volta connesse al cambiamento delle condizioni meteorologiche, l'altimetro, quando resta per alcune ore alla stessa quota, può fungere da piccola stazione meteorologica.
La temperatura modifica anche il comportamento delle parti metalliche, per cui, i migliori altimetri sono compensati, hanno cioè degli artifici per bilanciare queste variazioni e garantire che gli spostamenti dell'indice siano imputabili soltanto alla variazione di quota o di densità dell'aria.
Oggi, gli altimetri meccanici (Thommen o Barigo) sono stati completamente sostituiti dagli altimetri
elettronici (Casio, Suunto, Thommen ecc.) in cui la differenza di pressione genera un impulso elettrico pari a 4-20 milliampere, che si trasforma nel segnale digitale che indica quota e pressione. Tali altimetri, sempre più sofisticati, ora sono compensati e arrivano alle massime altitudini della Terra.
taratura dell'altimetro
Affinché l'altimetro segni effettivamente la quota in cui si trova, è necessario eliminare la differenza dovuta alla variazione di densità dell'aria. Questo è possibile in quanto la scala delle quote è posta sulla ghiera, che è libera di ruotare rispetto al corpo fisso (negli altimetri digitali esistono pulsanti di variazione).
La rotazione permette di far corrispondere alla posizione dell'indice la quota effettiva del posto.
Ogni volta che si arriva in un punto di cui si conosce esattamente la quota, è opportuno fare questa
operazione. detta appunto taratura, in quanto. anche con scostamenti relativamente limitati, è possibile imbattersi in bolle o strati d'aria circoscritti ma con caratteristiche termiche diverse, e distribuiti sia orizzontalmente sia verticalmente nell'atmosfera.
La pressione atmosferica presenta inoltre variazioni regolari e periodiche. La più importante è quella
diurna, che mostra due massimi (alle ore 10 e 22 solari) e due minimi (alle 4 e 16 solari). E' comunque diversa in rapporto alle stagioni e alla latitudine. Per le nostre zone è limitata intorno ai 2 hPa. Si riporta di seguito una tabella che mette in relazione quota, pressione e temperatura (valori medi, riferiti all'Atmosfera Tipo Internazionale):
quota (m) |
0 |
500 |
1000 |
1500 |
2000 |
2500 |
3000 |
3500 |
4000 |
4500 |
5000 |
temperatura ("C) |
15,00 |
11,75 |
8,50 |
5,25 |
2,00 |
-1,24 |
-4,50 |
-7,74 |
-10,98 |
-14,23 |
-17,47 |
pressione (mmHg) pressione (millibar) |
760 1013 |
716 955 |
674,1 899 |
634,2 846 |
596,3 795 |
560,2 747 |
525,9 701 |
493,4 658 | 426,5 617 |
433,2 578 |
405,4 540 |
l'altimetro aeronautico
L'altimetro aeronautico è lo strumento di misura presente negli aeroplani, che fa da indicatore di quota. Presenta al suo interno una cassa aneroide (depressione di 1/2 atm) collegata alla presa statica. All'interno della cassa è presente una capsula che contiene una molla, che facilita i movimenti della capsula, mantenendola tarata.
La parte visibile dello strumento è un quadrante con numeri da 0 a 9 e lancette. Tra ogni numero ci sono 4 tacche, ognuna misura 20 piedi (ft). Le lancette sono 3: la prima, piccola, indica 1000 ft (o metri), la seconda lunga e stretta, indica 100 ft (o metri) e la terza (non sempre presente) a forma di freccia rovesciata, indica 10000 ft (o metri).
All'interno del quadrante troviamo anche 2 indicatori. Il primo permette di selezionare la pressione alla superficie di riferimento. I valori presenti al suo interno sono espressi in hPa (hettoPascal) o mbar (millibar), inchHg (pollici di mercurio). Il secondo è un indicatore di bassa quota, esso appare solamente in aria non standard. L'area standard è considerata in condizioni di aria secca, pressione pari a 1013,25 hPa (hectoPascal), densità di 1,225 kg/m³, temperatura 15°C, gradiente termico verticale (GTV) 1.98°C ogni 1000 piedi, con temperatura alla tropopausa (11 km alla latitudine di 45°) di -56.5°C. Il gradiente barico verticale (GBV) è pari a 1 mbar (millibar) ogni 27 piedi.
