Atmosfera este un nor de gaz care înconjoară Pământul. Greutatea aerului, a cărui înălțime depășește 900 km, are un efect puternic asupra locuitorilor planetei noastre. Nu simțim asta, luând viața pe fundul oceanului de aer ca o chestiune normală. O persoană simte disconfort atunci când urcă sus în munți. Lipsa oxigenului provoacă oboseală rapidă. În același timp, presiunea atmosferică se modifică semnificativ.
Fizica se ocupă de presiunea atmosferică, de modificările acesteia și de impactul asupra suprafeței Pământului.
În cursul liceului de fizică, se acordă o atenție considerabilă studiului acțiunii atmosferei. Caracteristicile definiției, dependența de înălțime, influența asupra proceselor care au loc în viața de zi cu zi sau în natură, sunt explicate pe baza cunoștințelor despre acțiunea atmosferei.
Când încep oamenii să studieze presiunea atmosferică? Clasa a 6-a - timpul pentru a face cunoștință cu particularitățile atmosferei. Acest proces continuă în clasele de liceu specializate.
Istoricul studiului
Primele încercări de a stabili presiunea aerului atmosferic au fost făcute în 1643 la sugestia evanghelistului italianTorricelli. Un tub de sticlă sigilat la un capăt a fost umplut cu mercur. După ce s-a închis pe ceal altă parte, a fost coborât în mercur. În partea superioară a tubului, din cauza scurgerii parțiale de mercur, s-a format un spațiu gol, care a primit următoarea denumire: „Vidul Torricellian”.
În acest moment, teoria lui Aristotel domina în știința naturii, care credea că „naturii se teme de gol”. Potrivit opiniilor sale, nu poate exista un spațiu gol care să nu fie plin cu materie. Prin urmare, multă vreme au încercat să explice prezența golului într-un tub de sticlă cu alte chestiuni.
Nu există nicio îndoială că acesta este un spațiu gol, nu poate fi umplut cu nimic, deoarece până la începutul experimentului mercurul a umplut complet cilindrul. Și, curgând afară, nu a permis altor substanțe să umple locul liber. Dar de ce nu s-a revărsat tot mercurul în vas, pentru că nici nu există obstacole în acest sens? Concluzia sugerează de la sine: mercurul din tub, ca și în vasele comunicante, creează aceeași presiune asupra mercurului din vas ca și ceva din exterior. La același nivel, doar atmosfera intră în contact cu suprafața cu mercur. Presiunea ei este cea care împiedică substanța să se reverse sub influența gravitației. Se știe că gazul creează aceeași acțiune în toate direcțiile. Afectează suprafața de mercur din vas.
Înălțimea unui cilindru cu mercur este de aproximativ 76 cm. Se observă că acest indicator variază în timp, prin urmare, presiunea atmosferică se modifică. Se poate măsura în cm de mercur.coloană (sau în milimetri).
Ce unități să folosiți?
Sistemul internațional de unități este internațional, deci nu implică utilizarea milimetrilor de mercur. Artă. la determinarea presiunii. Unitatea de presiune atmosferică este setată în același mod ca și în cazul solidelor și lichidelor. Măsurarea presiunii în pascali este acceptată în SI.
Pentru 1 Pa, se ia o astfel de presiune care este creată de o forță de 1 N pe zonă de 1 m2.
Stabiliți cum sunt legate unitățile de măsură. Presiunea coloanei de lichid este stabilită după următoarea formulă: p=ρgh. Densitatea mercurului ρ=13600 kg/m3. Să luăm ca punct de referință o coloană de mercur lungă de 760 de milimetri. De aici:
r=13600 kg/m3×9,83 N/kg×0,76 m=101292,8 Pa
Pentru a înregistra presiunea atmosferică în pascali, luați în considerare: 1 mm Hg.=133,3 Pa.
Exemplu de rezolvare a problemelor
Determinați forța cu care acționează atmosfera pe suprafața unui acoperiș care măsoară 10x20 m. Se presupune că presiunea atmosferei este de 740 mm Hg. St.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Analiză
Pentru a determina forța de acțiune, trebuie să setați presiunea atmosferică în pascali. Ținând cont de faptul că 1 milimetru Hg. egal cu 133,3 Pa, avem următoarele: p=98642 Pa.
Decizie
Utilizați formula pentru determinarea presiunii:
p=F/s, Deoarece aria acoperișului nu este dată, să presupunem că este un dreptunghi. Aria acestei figuri este determinată de formula:
s=ab.
Înlocuiți valoarea zonei înformula de calcul:
p=F/(ab), de unde:
F=pab.
Calculați: F=98642 Pa×10 m×20 m=19728400 N=1,97 MN.
Răspuns: forța de presiune a atmosferei pe acoperișul casei este de 1,97 MN.
Metode de măsurare
Determinarea experimentală a presiunii atmosferice poate fi efectuată folosind o coloană de mercur. Dacă remediați scara de lângă ea, atunci devine posibil să remediați modificările. Acesta este cel mai simplu barometru cu mercur.
A fost Evangelista Torricelli cea care a fost surprinsă să observe schimbările în acțiunea atmosferei, legând acest proces cu căldura și frigul.
Presiunea atmosferică la nivelul suprafeței mării la 0 grade Celsius a fost numită optimă. Această valoare este de 760 mmHg. Presiunea atmosferică normală în pascali este considerată egală cu 105 Pa.
Se știe că mercurul este destul de dăunător pentru sănătatea umană. Ca urmare, barometrele cu mercur deschise nu pot fi utilizate. Alte lichide sunt mult mai puțin dense, așa că tubul umplut cu lichid trebuie să fie suficient de lung.
De exemplu, coloana de apă creată de Blaise Pascal ar trebui să aibă aproximativ 10 m înălțime. Inconvenientul este evident.
Barometru fără lichid
Un pas remarcabil înainte este ideea de a vă îndepărta de lichid atunci când faceți barometre. Capacitatea de a fabrica un dispozitiv pentru determinarea presiunii atmosferei este implementată în barometre aneroide.
Partea principală a acestui contor este platăcutie din care este pompat aerul. Pentru ca acesta să nu fie stors de atmosferă, suprafața este ondulată. Cutia este conectată printr-un sistem de arcuri la o săgeată care indică valoarea presiunii pe scară. Acesta din urmă poate fi gradat în orice unități. Presiunea atmosferică poate fi măsurată în pascali cu o scară de măsurare adecvată.
Înălțimea de ridicare și presiunea atmosferică
Schimbarea densității atmosferei pe măsură ce vă ridicați duce la o scădere a presiunii. Neomogenitatea învelișului de gaz nu permite introducerea unei legi liniare a schimbării, întrucât gradul de scădere a presiunii scade odată cu creșterea înălțimii. La suprafața Pământului, pe măsură ce se ridică, la fiecare 12 metri, efectul atmosferei scade cu 1 mm Hg. Artă. În troposferă, o schimbare similară are loc la fiecare 10,5 metri.
Lângă suprafața Pământului, la altitudinea unei aeronave, un aneroid echipat cu o scară specială poate determina altitudinea prin presiunea atmosferică. Acest dispozitiv se numește altimetru.
Un dispozitiv special de pe suprafața Pământului vă permite să setați altimetrul la zero, astfel încât să îl puteți utiliza ulterior pentru a determina înălțimea ascensiunii.
Exemplu de rezolvare a problemelor
La poalele muntelui, barometrul arăta o presiune atmosferică de 756 de milimetri de mercur. Care va fi valoarea la o altitudine de 2500 de metri deasupra nivelului mării? Este necesar să se înregistreze presiunea atmosferică în pascali.
r1 =756 mm Hg, H=2500 m, r2 - ?
Decizie
Pentru a determina citirea barometrului la înălțimea H, ținem cont de faptul căpresiunea scade cu 1 mm Hg. la fiecare 12 metri. Prin urmare:
(p1 – p2)×12 m=H×1 mmHg, de la:
p2=p1 - H×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m×1 mmHg/12 m=546 mmHg
Pentru a înregistra presiunea atmosferică obținută în pascali, procedați în felul următor:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
Răspuns: 72619 Pa.
Presiunea atmosferică și vremea
Mișcarea straturilor atmosferice ale aerului în apropierea suprafeței Pământului și încălzirea neuniformă a aerului în diferite zone duc la modificări ale condițiilor meteorologice în toate părțile planetei.
Presiunea poate varia cu 20-35 mmHg. pe termen lung şi cu 2-4 milimetri de mercur. în timpul zilei. O persoană sănătoasă nu percepe modificări ale acestui indicator.
Presiunea atmosferică, a cărei valoare este sub normală și se modifică adesea, indică un ciclon care a acoperit unul anume. Adesea, acest fenomen este însoțit de înnorare și precipitații.
Presiunea scăzută nu este întotdeauna un semn de vreme ploioasă. Vremea rea depinde mai mult de scăderea treptată a indicatorului în cauză.
O scădere bruscă a presiunii la 74 de centimetri Hg. iar dedesubt amenință cu furtună, averse care vor continua chiar și atunci când indicatorul începe deja să crească.
Schimbarea vremii în bine poate fi identificată prin următoarele semne:
- după o perioadă lungă de vreme rea, are loc o creștere treptată și constantă a presiunii atmosferice;
- presiunea crește pe vreme cețoasă și nămoloasă;
- în perioada vântului de sud, indicatorul în cauză crește câteva zile la rând;
- o creștere a presiunii atmosferice în timpul vântului este un semn de vreme confortabilă.
