Atmosfera to chmura gazu, która otacza Ziemię. Ciężar powietrza, którego wysokość przekracza 900 km, ma potężny wpływ na mieszkańców naszej planety. Nie czujemy tego, zabierając życie na dnie oceanicznego powietrza jako rzecz oczywistą. Człowiek odczuwa dyskomfort podczas wspinaczki wysoko w górach. Brak tlenu powoduje szybkie zmęczenie. Jednocześnie znacząco zmienia się ciśnienie atmosferyczne.
Fizyka zajmuje się ciśnieniem atmosferycznym, jego zmianami oraz wpływem na powierzchnię Ziemi.
W szkole średniej dużą wagę przywiązuje się do badania działania atmosfery. Cechy definicji, zależność od wzrostu, wpływ na procesy zachodzące w życiu codziennym lub w przyrodzie, wyjaśniane są na podstawie wiedzy o działaniu atmosfery.
Kiedy ludzie zaczynają badać ciśnienie atmosferyczne? Klasa 6 - czas na zapoznanie się ze specyfiką atmosfery. Proces ten jest kontynuowany w specjalistycznych klasach szkół średnich.
Historia badań
Pierwsze próby ustalenia ciśnienia atmosferycznego podjęto w 1643 r. na sugestię włoskiego ewangelistyTorricelli. Szklana rurka zamknięta na jednym końcu była wypełniona rtęcią. Po zamknięciu z drugiej strony został obniżony do rtęci. W górnej części rurki, z powodu częściowego wypływu rtęci, utworzyła się pusta przestrzeń, która otrzymała następującą nazwę: „pustka Torricelli”.
Do tego czasu w naukach przyrodniczych dominowała teoria Arystotelesa, który wierzył, że „natura boi się pustki”. Według jego poglądów nie może być pustej przestrzeni nie wypełnionej materią. Dlatego przez długi czas próbowali tłumaczyć obecność pustki w szklanej tubie innymi sprawami.
Nie ma wątpliwości, że jest to pusta przestrzeń, nie można jej niczym wypełnić, ponieważ na początku eksperymentu rtęć całkowicie wypełniła cylinder. A wypływając, nie pozwolił innym substancjom wypełnić pustego miejsca. Ale dlaczego cała rtęć nie wlała się do naczynia, skoro i temu nie ma przeszkód? Wniosek nasuwa się sam: rtęć w rurce, podobnie jak w naczyniach połączonych, wywiera taki sam nacisk na rtęć w naczyniu, jak coś z zewnątrz. Na tym samym poziomie tylko atmosfera wchodzi w kontakt z powierzchnią rtęci. To jej ciśnienie powstrzymuje substancję przed wylaniem się pod wpływem grawitacji. Wiadomo, że gaz powoduje takie samo działanie we wszystkich kierunkach. Wpływa na powierzchnię rtęci w naczyniu.
Wysokość butli z rtęcią wynosi około 76 cm. Zauważono, że ten wskaźnik zmienia się w czasie, dlatego też zmienia się ciśnienie atmosferyczne. Można go zmierzyć w cm słupa rtęci.kolumna (lub w milimetrach).
Których jednostek użyć?
Międzynarodowy system jednostek jest międzynarodowy, więc nie wymaga użycia milimetrów słupa rtęci. Sztuka. przy określaniu ciśnienia. Jednostka ciśnienia atmosferycznego jest ustawiana w taki sam sposób, jak w przypadku ciał stałych i cieczy. Pomiar ciśnienia w paskalach jest akceptowany w SI.
Dla 1 Pa przyjmuje się takie ciśnienie, które jest wytwarzane przez siłę 1 N na powierzchnię 1 m2.
Określ, w jaki sposób jednostki miary są powiązane. Ciśnienie kolumny cieczy ustala się według wzoru: p=ρgh. Gęstość rtęci ρ=13600 kg/m3. Jako punkt odniesienia weźmy kolumnę rtęci o długości 760 milimetrów. Stąd:
r=13600 kg/m3×9,83 N/kg×0,76 m=101292,8 Pa
Aby zapisać ciśnienie atmosferyczne w paskalach, rozważ: 1 mm Hg.=133,3 Pa.
Przykład rozwiązywania problemów
Określ siłę, z jaką atmosfera działa na powierzchnię dachu o wymiarach 10x20 m. Zakłada się, że ciśnienie atmosfery wynosi 740 mm Hg. St.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Analiza
Aby określić siłę działania, musisz ustawić ciśnienie atmosferyczne w paskalach. Biorąc pod uwagę fakt, że 1 milimetr Hg. równe 133,3 Pa, mamy: p=98642 Pa.
Decyzja
Użyj wzoru na określenie ciśnienia:
p=F/s, Ponieważ powierzchnia dachu nie jest podana, załóżmy, że jest to prostokąt. Obszar tej figury określa wzór:
s=ab.
Zastąp wartość obszaru wwzór obliczeniowy:
p=F/(ab), skąd:
F=pa.
Oblicz: F=98642 Pa×10 m×20 m=19728400 N=1,97 MN.
Odpowiedź: siła nacisku atmosfery na dach domu wynosi 1,97 MN.
Metody pomiarowe
Eksperymentalne określenie ciśnienia atmosferycznego można przeprowadzić przy użyciu kolumny rtęci. Jeśli naprawisz skalę obok niej, możliwe będzie naprawienie zmian. To najprostszy barometr rtęci.
To Evangelista Torricelli ze zdziwieniem zauważyła zmiany w działaniu atmosfery, łącząc ten proces z ciepłem i zimnem.
Ciśnienie atmosferyczne na poziomie powierzchni morza w temperaturze 0 stopni Celsjusza nazwano optymalnym. Ta wartość wynosi 760 mmHg. Za normalne ciśnienie atmosferyczne w paskalach uważa się 105 Pa.
Wiadomo, że rtęć jest bardzo szkodliwa dla zdrowia ludzkiego. W rezultacie nie można używać otwartych barometrów rtęciowych. Inne płyny są znacznie mniej gęste, więc rurka wypełniona płynem musi być wystarczająco długa.
Na przykład słup wody stworzony przez Blaise'a Pascala powinien mieć około 10 m wysokości. Niedogodność jest oczywista.
Barometr bezcieczowy
Niezwykłym krokiem naprzód jest pomysł odejścia od cieczy podczas tworzenia barometrów. Możliwość produkcji urządzenia do pomiaru ciśnienia atmosfery jest zaimplementowana w barometrach aneroidowych.
Główna część tego miernika jest płaskapudełko, z którego wypompowywane jest powietrze. Aby nie był ściśnięty przez atmosferę, powierzchnia jest pofałdowana. Skrzynka połączona jest systemem sprężyn ze strzałką wskazującą wartość ciśnienia na skali. Te ostatnie mogą być stopniowane w dowolnych jednostkach. Ciśnienie atmosferyczne można mierzyć w paskalach za pomocą odpowiedniej skali pomiarowej.
Wysokość podnoszenia i ciśnienie atmosferyczne
Zmiana gęstości atmosfery podczas wznoszenia się prowadzi do spadku ciśnienia. Niejednorodność otoczki gazowej nie pozwala na wprowadzenie liniowego prawa zmian, ponieważ stopień spadku ciśnienia maleje wraz ze wzrostem wysokości. Na powierzchni Ziemi, w miarę jej wznoszenia, na każde 12 metrów wpływ atmosfery spada o 1 mm Hg. Sztuka. W troposferze podobna zmiana zachodzi co 10,5 metra.
W pobliżu powierzchni Ziemi, na wysokości samolotu, aneroid wyposażony w specjalną skalę może określić wysokość na podstawie ciśnienia atmosferycznego. To urządzenie nazywa się wysokościomierzem.
Specjalne urządzenie na powierzchni Ziemi umożliwia ustawienie wysokościomierza na zero, dzięki czemu można później użyć go do określenia wysokości wznoszenia.
Przykład rozwiązywania problemów
U podnóża góry barometr wskazywał ciśnienie atmosferyczne 756 milimetrów słupa rtęci. Jaka będzie wartość na wysokości 2500 m n.p.m.? Wymagane jest rejestrowanie ciśnienia atmosferycznego w paskalach.
r1 =756 mm Hg, H=2500 m, r2 - ?
Decyzja
Aby określić odczyt barometru na wysokości H, bierzemy pod uwagę, żespadki ciśnienia o 1 mm Hg. co 12 metrów. Dlatego:
(p1 – p2)×12 m=H×1 mmHg, od:
p2=p1 - H×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m×1 mmHg/12 m=546 mmHg
Aby zapisać uzyskane ciśnienie atmosferyczne w paskalach, wykonaj następujące czynności:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
Odpowiedź: 72619 Pa.
Ciśnienie atmosferyczne i pogoda
Ruch warstw atmosferycznych powietrza w pobliżu powierzchni Ziemi i nierównomierne ogrzewanie powietrza w różnych obszarach prowadzą do zmian warunków pogodowych we wszystkich częściach planety.
Ciśnienie może wahać się w granicach 20-35 mmHg. w dłuższej perspektywie i o 2-4 milimetry słupa rtęci. w ciągu dnia. Zdrowa osoba nie dostrzega zmian tego wskaźnika.
Ciśnienie atmosferyczne, którego wartość jest poniżej normy i często się zmienia, wskazuje na cyklon, który okrył pewien cyklon. Często temu zjawisku towarzyszy zachmurzenie i opady.
Niskie ciśnienie nie zawsze jest oznaką deszczowej pogody. Zła pogoda zależy bardziej od stopniowego spadku danego wskaźnika.
Gwałtowny spadek ciśnienia do 74 centymetrów Hg. a poniżej grozi burza, ulewy, które będą trwać nawet wtedy, gdy wskaźnik już zaczyna rosnąć.
Zmianę pogody na lepsze można rozpoznać po następujących znakach:
- po długim okresie złej pogody następuje stopniowy i stały wzrost ciśnienia atmosferycznego;
- ciśnienie wzrasta przy mglistej, błotnistej pogodzie;
- w okresie wiatrów południowych wskaźnik ten rośnie przez kilka dni z rzędu;
- wzrost ciśnienia atmosferycznego podczas wietrznej pogody jest oznaką komfortowej pogody.
