Seccion I-B: Densidad del aire

La densidad del aire, r, se calcula con la ecuación:

r = (p * M) / (R * T)

dónde M es el peso molecular del aire, ó 0.028964 ^kg / _mol

dónde R es la constante universal del gas de 8.31447 ^J / _{(mol * K)}

dónde T es la temperatura de la altitud en grados Celsius, calculado de la siguiente manera:

T = T₀ + L * h

dónde T₀ es la temperatura estándar a nivel del mar, ó 288.15 K (convirtiendo 15° C a Kelvin)

dónde L es la tasa de pérdida adiabática para el aire seco de -0.0065 ^K / _m

y h es la altitud en metros sobre el nivel del mar

y dónde p se calcula con el polinomio

p = p₀ * { 1 + [ (L * h) / T ₀ ] } ^{[ (g * M) / (R * -L) ]}

dónde g es la aceleración gravitacional promedio en la superficie de la Tierra de 9.80655 ^m / _s 2

y p₀ es la presión estándar a nivel del mar, o 101,325 ^kg / _{m * s} 2

Tal como la temperatura o la altitud se incrementan, la densidad del aire se decrementa. Una regla general es que, para un aumento de temperatura de 10° F (o aproximadamente 5.5° C), la densidad del aire disminuirá en 0.02 kg / m 3. Además, a medida que la altitud aumenta en 500 pies (o 328 m), la densidad del aire volverá a disminuir por 0.02 kg / m 3. (Y una vez más, estas son cifras aproximadas de ejemplo.) 

No debería sorprender que a medida que disminuye la densidad del aire, aumenten las trayectorias de las bolas sin giro. Para las bolas con retroceso (es decir, con efecto de hopup aplicado), una disminución en la densidad del aire contribuye a una mayor trayectoria, como se explica con más detalle en la Section V-B:Efecto de la altitud en la trayectoria y la Section V-C: Efectos de la temperatura en la trayectoria.

Ten en cuenta que mis cálculos no tienen en consideración la cantidad de vapor de agua en el aire (humedad relativa). Esto se hizo inicialmente; sin embargo, los efectos de la humedad en la densidad fueron tan insignificantes que se eliminó de la ecuación. Incluso la temperatura y la altitud, que tienen un efecto mucho más pronunciado en la densidad del aire que en la humedad, todavía representan una variación muy pequeña en el rendimiento (aunque todavía es observable y, por lo tanto, he incluido cuadros que detallan los efectos de la altitud y la temperatura en trayectoria).

A medida que aumenta la humedad, hace que el aire se vuelva menos denso. Esto es ciertamente contra-intuitivo. Uno podría pensar que agregar vapor de agua aumentaría la densidad del aire simplemente porque el agua es mucho más densa en comparación con el aire. Pero no estamos agregando agua; Estamos agregando vapor de agua. El vapor de agua es menos denso que el aire. La razón de esto es que el peso molecular del vapor de agua es menor que el del aire estándar.  Piensa en ello de esta manera: el aire es, para todos los propósitos prácticos, está principalmente compuesto de nitrógeno y oxígeno, con nitrógeno que constituye el 78% y oxígeno el 21% del volumen total de aire (con Argón y CO2 que representan casi todo el 1% restante). El peso molecular del oxígeno y el nitrógeno combinados es, simplemente, más pesado que el de la combinación de hidrógeno y oxígeno. Por lo tanto, agregar vapor de agua al aire, hace que el medio combinado se vuelva menos denso que el aire seco.

La cantidad de vapor de agua que puede mantenerse en el aire, está relacionada con la temperatura del mismo. En pocas palabras, un aire más caliente puede contener más vapor de agua. Si compararas la densidad del aire que es de 40° F con un 0% de humedad relativa, a la de 40° F con 100% de humedad, encontrarás que la diferencia de densidad es muy, muy pequeña. Incluso a temperaturas más altas (y nuevamente, el aire más caliente puede contener más vapor de agua, lo que afecta la densidad en mayor medida), sigue siendo un factor insignificante. El cambio en la densidad del aire que es de 90° F con una humedad relativa del 0% a la de 90° F con una humedad del 100%, es de aproximadamente 0,002 kg / m3. Tomar en cuenta la humedad para calcular la densidad del aire, no nos brindaría ningún beneficio, ya que el sutil el cambio de 1 grado Fahrenheit, tendrá más efecto sobre la densidad del aire. Y, en realidad, es más que probable que la trayectoria de una bola la lleve a través de varias regiones del aire con diferentes temperaturas (como al pasar sobre un tramo de arena caliente al sol o un parche de hierba, sobre asfalto, a través de una región de aire que está en la sombra, etc.).