Wszystkie żywe istoty na Ziemi nie zauważają presji wywieranej na nie przez wspaniałą powłokę powietrzną naszej planety. Powodem jest to, że od urodzenia są przyzwyczajeni do kontaktu z atmosferą, a ich organizmy są do niej przystosowane biologicznie.
Tymczasem taka chmura gazowa ma naprawdę znaczną wagę. Jest utrzymywany przez grawitację planety, dzięki czemu nie wyparowuje w nieskończoną przestrzeń, ciągnąc się w górę na tysiąc kilometrów. A to oznacza, że powłoka powietrzna wywiera nacisk na wszystko, co znajduje się na powierzchni globu. Ile kosztuje jedna atmosfera w Pascalach? Naukowcom udało się wyrazić ciśnienie powietrza w liczbach już w XVII wieku.
Ciśnienie atmosferyczne
W Ratyzbonie w 1654 roku Otto von Guericke dał cesarzowi Ferdynandowi III i jego kolegom naukowcom spektakularne doświadczenie. Niemiecki fizyk wziął dwie puste w środku miedziane półkule o niewielkich rozmiarach (około 35,6 cm średnicy). Następnieprzycisnął je mocno do siebie, łącząc je skórzanym pierścieniem i wypompował powietrze od wewnątrz za pomocą rurki wsuwanej i pompki. Po tym półkule nie mogły zostać rozdzielone. Co więcej, szesnaście koni przywiązanych do żelaznych pierścieni na obu końcach po obu stronach powstałej kuli nie mogło tego zrobić.
Ten eksperyment zademonstrował światu wpływ nacisku na otaczające przedmioty. To właśnie ta siła tak mocno ściskała obie części kuli. Jego wielkość jest więc naprawdę imponująca. Dwa lata później niezwykłe doświadczenie powtórzyło się w Magdeburgu. Tam już 24 konie próbowały rozbić kulę, ale z takim samym sukcesem. Te półkule użyte podczas eksperymentu przeszły do historii pod nazwą Magdeburg. Nadal są przechowywane w Muzeum Niemieckim.
Jedna atmosfera w Pascalach
Jak obliczyć ciśnienie płaszcza gazowego planety? Nic prostszego, gdyby dokładnie znana była gęstość powietrza i wysokość pocisku. Ale w XVII wieku naukowcy nie mogli jeszcze wiedzieć takich rzeczy. Jednak wykonali świetną robotę. Po raz pierwszy zrobił to uczeń Galileusza – włoski Torricelli.
Wziął metrową szklaną rurkę i napełnił ją rtęcią po przylutowaniu jednego z końców. I opuścił otwartą część do naczynia z tą samą substancją. W tym samym czasie część rtęci z rury spadła. Jednak nie wszystko się wylało. A wysokość pozostałej kolumny wynosiła około 760 mm. To właśnie to doświadczenie ułatwiło później obliczenie, ile Pascalów znajduje się w jednej atmosferze. Ta liczba to okołowynosi 101 300 Pa. Jest to wartość normalnego ciśnienia atmosferycznego.
Wyjaśnienie eksperymentu Torricellego
Ciśnienie atmosfery wpływa na wszystkie ciała ziemskie. Jest to jednak niezauważalne, ponieważ równoważone jest działaniem powietrza, które znajduje się w samych przedmiotach i żywych organizmach. Eksperyment z półkulami magdeburskimi wymownie pokazał, co by się stało, gdyby gaz nie miał zdolności przenikania prawie wszędzie. W powstałej sferze sztucznie stworzono pozbawioną powietrza przestrzeń. W rezultacie okazał się niezwykle silny i nierozłączny, ściśnięty ze wszystkich stron jedną atmosferą, w Pascalach, którego wartość ciśnienia, jak już wiemy, jest bardzo znacząca.
Te same prawa leżą u podstaw pomp. Ciecz wdziera się w uformowaną przestrzeń pozbawioną powietrza. Podnosi się, aż istniejące ciśnienie powietrza i substancje zrównoważą się nawzajem. A wysokość kolumny zależy od gęstości cieczy.
Wiedząc to, Torricelli zmierzył ciśnienie wytwarzane przez jedną atmosferę. Oczywiście nadal nie potrafił przełożyć tej wartości na Pascale. Zrobiono to później. Dlatego zmierzył go w milimetrach słupa rtęci. Wiadomo, że w naszych czasach ciśnienie atmosferyczne jest zwykle mierzone w podobnych jednostkach.
Jak przekonwertować atmosfery na Pascale
Francuz Blaise Pascal (jego portret jest nieco wyższy), którego imieniem nazwane są jednostki ciśnienia, po zapoznaniu się z eksperymentami Torricelliego,powtórzono podobne eksperymenty na różnych wysokościach, wykorzystując oprócz rtęci wodę i inne płyny. I to w końcu dowiodło obecności i wpływu ciśnienia atmosferycznego na ciała i substancje ziemskie, chociaż w tamtych czasach było wielu wątpiących.
Poniżej pokazano, jak przeliczyć ciśnienie w atmosferach na paskale i inne jednostki.
Ta wartość nie jest stała i zależy od wielu wskaźników. Przede wszystkim z wysokości nad poziomem morza. Jak udowodnił Pascal, im wyżej wspinasz się na szczyt góry, tym mniejsze staje się ciśnienie. Łatwo to wyjaśnić. W końcu zmniejsza się głębokość powłoki powietrznej, podobnie jak jej gęstość. I już na wysokości około 5,5 km wskaźniki ciśnienia są o połowę mniejsze. A jeśli podjedziesz 11 km, to wartość ta zmniejszy się czterokrotnie.
Ponadto ciśnienie atmosferyczne zależy od pogody. Dlatego ten wskaźnik jest uważany za istotny w swoich prognozach. Na przykład im wyższe ciśnienie w lecie, tym większe prawdopodobieństwo, że w tym dniu słońce ucieszy się swoimi promieniami i nie będzie opadów.
