Ciśnienie atmosferyczne to siła, z jaką oddziałuje na nas otaczające powietrze, czyli atmosfera. W artykule przedstawimy eksperymenty, podczas których upewnimy się, że ciśnienie powietrza naprawdę istnieje. Dowiemy się, kto mierzył to po raz pierwszy, co się dzieje, gdy ciśnienie atmosferyczne jest nierównomiernie rozłożone i wiele więcej.
Manifestacje ciśnienia atmosferycznego
Jeśli powietrze naciska na wszystko dookoła, to coś waży. Czy to naprawdę prawda, dlaczego więc wydaje nam się nieważkie? Przeprowadźmy eksperymenty, które pokażą, że ciśnienie atmosferyczne rzeczywiście istnieje.
Napełnij strzykawkę wodą do połowy, a następnie pociągnij tłok do góry. Woda podąży za tłokiem. Powodem tego jest ciśnienie atmosferyczne, ale kiedy ludzie jeszcze nie wiedzieli o jego istnieniu, mówili, że natura po prostu nie toleruje pustki. Teraz wiemy, że kiedy tłok się podnosi, powstaje obszarobniżone ciśnienie, a atmosfera wyciska wodę do strzykawki.
Doświadczenie z plastikową kartą i słoikiem
Napełnij szklany słoik do góry wodą, przykryj wierzch kawałkiem plastiku, na przykład kartą. Odwróćmy słoik i zobaczmy, że karta trzyma się i nie spada. Siła ciśnienia wody jest kompensowana siłą ciśnienia atmosfery. Nic nie naciska na wodę z góry, ale atmosfera napiera od dołu, dzięki czemu karta jest trzymana. Jeśli powietrze dostanie się między plastik i słoik, karta odpadnie i woda się wyleje.
Urządzenie Torricelli
Włoski naukowiec Torricelli po raz pierwszy zmierzył ciśnienie atmosferyczne. Zrobił to za pomocą tak zwanego barometru rtęci. Najpierw Torricelli napełnił szklaną rurkę rtęcią do góry, wziął dużą miskę z rtęcią, odwrócił rurkę, zanurzył ją w misce i otworzył dolny koniec. Merkury zaczął schodzić, ale nie wyszedł całkowicie, ale zszedł na pewną wysokość.
Okazało się, że ten poziom wynosi 760 mm. Dlatego ciśnienie atmosfery jest w stanie utrzymać słup rtęci 760 mm. Jeśli ciśnienie wzrośnie, może utrzymać kolumnę o większej wysokości, jeśli spadnie, mniej. Jeśli tak, to jego wielkość można ocenić na podstawie wysokości słupka. Dlatego w praktyce ciśnienie atmosfery i gazów często mierzy się dokładnie w milimetrach słupa rtęci. Ustalmy związek między milimetrami słupa rtęci a zwykłymi jednostkami paskala.
Jak są ze sobą powiązane milimetry rtęci i paskali
Ciśnienie atmosferyczne podnosi poziom rtęci o 760 mm. To znaczy, żekolumna pras rtęciowych o wysokości 760 mm o sile równej normalnemu poziomowi ciśnienia atmosferycznego. 1 mm Hg to ciśnienie wytwarzane przez kolumnę rtęci o wysokości 1 mm. Wyobraź sobie, że wysokość słupka rtęci wynosi 1 mm. Oblicz ciśnienie hydrostatyczne odpowiadające tej wysokości.
P=1 mmHg Ciśnienie hydrostatyczne oblicza się ze wzoru: ρgh. ρ to gęstość rtęci, g to przyspieszenie ziemskie, h to wysokość słupa cieczy. ρ=13, 6103 kg/m3, g=9, 8 N/kg, h=110 -3 m. Zastąp te dane formułą. Po konwersji pozostanie 13,69,8=133,3 N/m2. N/m2 - to Pascal (Pa). Jeśli przeliczymy ciśnienie atmosferyczne na hektopaskale, to 1 mm Hg. Sztuka. odpowiada 1,333 hPa.
Hg i pogoda
Torricelli przez długi czas obserwował odczyty barometru rtęci. Zauważył ciekawą rzecz. Gdy słupek rtęci opada, to znaczy gdy ciśnienie atmosferyczne spada, po chwili nadchodzi zła pogoda. Gdy słupek rtęci się podnosi, po pewnym czasie zła pogoda ustępuje miejsca dobrej pogodzie. Oznacza to, że pomiar ciśnienia atmosferycznego pozwala na sporządzenie prognozy pogody.
Teraz służby meteorologiczne całodobowo, co 3 godziny, mierzą ciśnienie atmosferyczne. Książka Julesa Verne'a Piętnastoletni kapitan opisuje obserwację barometru i pogody. Bohater książki odkrył, że jeśli słup rtęci szybko opada, to pogoda gwałtownie się pogarsza, ale nie na długo, jeśli poziom rtęci spada powoli, przez kilka dni, topogoda będzie się stopniowo pogarszać, ale będzie trwać przez długi czas.
Co się dzieje, gdy ciśnienie atmosferyczne jest nierównomiernie rozłożone
Rozważmy mapę synoptyczną. Zawiera wartości ciśnienia atmosferycznego w różnych obszarach, miastach, krajach, kontynentach. Kierunek ruchu mas powietrza jest oznaczony strzałkami. Dlaczego wieje wiatr? Ciśnienie atmosferyczne w niektórych miejscach jest większe, w innych mniejsze. Z miejsca, gdzie jest większy, wiatr wieje tam, gdzie jest mniejszy. Widzimy to w kierunku strzałek na mapie.
Jeśli spojrzysz na całą planetę, zobaczysz, że różni się ona w różnych częściach. Na fioletowo zaznaczono obszary wysokiego ciśnienia, gdzie strzałki wiatru wirują i poruszają się zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Ten obszar wysokiego ciśnienia nazywa się antycyklonem. Zwykle jest pogodna pogoda.
Ale Hiszpania i Portugalia. Tutaj obserwujemy dwa najpotężniejsze antycyklony. Skręcanie prądów powietrza jest związane z obrotem kuli ziemskiej.
A oto dwa potężne obszary niskiego ciśnienia atmosferycznego - tylko 965 hektopaskali. To jest cyklon, powietrze w nim obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.
Dzięki temu możesz obserwować rozkład ciśnienia atmosferycznego w różnych miejscach na naszej planecie. W dzisiejszych czasach meteorolodzy dokładnie przewidują zmiany pogody, które występują, gdy ciśnienie atmosferyczne jest nierównomiernie rozłożone.
Ciśnienie na i nad poziomem morza
Załóżmy, że barometr pokazuje ciśnienie 1006 hPa. Ale jeślispójrz na mapę synoptyczną danego obszaru, miasta, może się okazać, że tam panuje inne ciśnienie atmosferyczne. Dlaczego to się dzieje? Faktem jest, że mapy synoptyczne pokazują wartości ciśnienia atmosferycznego na poziomie morza. Możemy znajdować się na pewnej wysokości nad poziomem morza, więc ciśnienie jakie barometr pokazuje w pomieszczeniu jest mniejsze niż na poziomie morza.
Wysokościomierz
Jak zmierzyć wysokość swojej lokalizacji? Istnieją specjalne przyrządy podobne do barometru, ale ich skala jest wyskalowana nie w jednostkach ciśnienia, ale w jednostkach wysokości. Takie urządzenia posiadają turyści i piloci. Nazywane są wysokościomierzami lub wysokościomierzami parametrycznymi. Gdy pilot jest na ziemi, ustawia wysokościomierz na zero, ponieważ jego wysokość nad ziemią wynosi zero. W razie potrzeby ustawia strzałkę na wysokość nad poziomem morza, w zależności od tego, czy jest dla niego ważne, aby wiedzieć, na jakiej wysokości lotnisko znajduje się nad poziomem morza, czy nie. W przypadku lotów długodystansowych może to być przydatne, zwłaszcza jeśli lotnisko znajduje się w górach. Następnie, patrząc na wskazówkę wysokościomierza, pilot określa wysokość.
Dlaczego ciśnienie atmosferyczne wzrasta wraz z wysokością
Po tym, jak dowiedzieliśmy się, że gdy ciśnienie atmosferyczne jest nierównomiernie rozłożone, pojawia się wiatr, zastanówmy się, dlaczego ciśnienie spada wraz ze wzrostem wysokości. Powietrze ma wagę, więc jest przyciągane do ziemi, wywiera na nią nacisk. Jeśli umieścimy barometr w pewnej warstwie atmosfery, zostanie on dociśnięty przez tę warstwę atmosfery,który jest powyżej. Należy zauważyć, że atmosfera nie ma wyraźnych granic.
Jeżeli umieścimy barometr na poziomie morza, ciśnienie będzie równe sumie ciśnienia w tej warstwie powietrza i ciśnień w leżących nad nim warstwach atmosfery. Oznacza to, że wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie spada. Powstaje pytanie: czy można obliczyć ciśnienie atmosferyczne ze wzoru Р=ρgh? Nie, ponieważ wartość gęstości powietrza nie jest stała w różnych warstwach atmosfery. Na dole powietrze jest pod większym ciśnieniem, więc jest gęstsze, a na górze jest mniej gęste.
