Как найти давление атмосферы на площадь

Наша планета окружена атмосферой — огромным по толщине слоем воздуха, превышающим 100 км. Примерно 80% всей массы атмосферы сосредоточено в нижнем слое высотой около 15 км от поверхности Земли. Воздух удерживается вблизи земной поверхности действующей на него силой тяжести. Если бы Земля не притягивала воздух, то он рассеялся бы в окружающем Землю пространстве.

Рассмотрим цилиндрический столб воздуха атмосферы, который опирается на земную поверхность площадью S (рис. 152). На этот столб действует сила тяжести M · g, где M – масса воздуха в этом столбе. В системе отсчета, связанной с Землей, сила тяжести столба воздуха, находящегося в покое, уравновешивается силой реакции опоры N со стороны поверхности Земли. Поэтому по второму закону Ньютона N – M · g = 0.

По третьему закону Ньютона сила N по модулю равна весу P столба воздуха, с которой он действует на поверхность Земли. Таким образом, сила, с которой столб атмосферного воздуха давит на земную поверхность площадью S, равна силе тяжести P = M · g. Разделив эту силу на площадь S, получим давление атмосферы p_атм на поверхность Земли.

Давление воздуха на поверхность Земли (на уровне моря) почти с не изменяется и в среднем равно p_атм = 101 325 Па. Это давление называют нормальным атмосферным давлением.

При решении задач нормальное атмосферное давление приблизительно считают равным 0,1 МПа.

Для измерения давления часто используют внесистемную единицу, называемую физической атмосферой (атм): 1 атм = 101 325 Па.

Атмосферное давление в каждом конкретном месте может незначительно изменяться с течением времени. Это связано с изменением температуры воздуха, движением воздушных масс и другими причинами.

По мере подъема над уровнем моря толщина давящего сверху столба атмосферного воздуха уменьшается. Поэтому вместе с уменьшением его веса уменьшается и атмосферное давление. Опыт показывает, что при небольшом подъеме от поверхности Земли атмосферное давление уменьшается примерно на 10 Па на каждый метр подъема. Следовательно, отслеживая изменение атмосферного давления с высотой, можно определить высоту подъема.

Многочисленные эксперименты показывают, что силы атмосферного давления действуют не только на горизонтальную поверхность, но и на стены домов, окна, наклонные крыши и т. п. Действует атмосферное давление и на любую точку человеческого тела. Давление внутри человека в среднем равно атмосферному и уравновешивает внешнее давление. Поэтому человек не ощущает действия атмосферного давления.

Тот факт, что силы атмосферного давления в данной точке действуют во всех направлениях одинаково, можно установить экспериментально. Возьмем открытую стеклянную банку, в которой воздух находится под давлением атмосферы, и закроем ее горлышко тонкой резиновой пленкой (рис. 153, а). На поверхность пленки снаружи будет действовать сила Fатм атмосферного давления. При этом пленка на банке не прогибается, так как изнутри действует равная по модулю сила Fв давления воздуха в банке. Если наклонить и переворачивать банку, то поверхность пленки будет оставаться плоской (рис. 153, б и в). Следовательно, сила внешнего атмосферного давления, действующая на пленку, при любом ее положении будет равна силе давления воздуха внутри банки (т. е. равна силе давления атмосферы на горизонтальную поверхность пленки). Значит, атмосферное давление в данной точке по всем направлениям одинаково. Это давление создается весом столба атмосферного воздуха, находящегося над данной точкой.

Таким образом, воздух передает оказываемое на него давление во всех направлениях одинаково. Этот закон был открыт в 1653 г, французским ученым Блезом Паскалем и носит его имя.

Воздух передает оказываемое на него давление во всех направлениях одинаково.

Действие этого закона можно продемонстрировать с помощью прибора, который называют шаром Паскаля (рис. 154). Это полый шар с маленькими отверстиями, расположенными равномерно по всей его поверхности. Пар присоединен к насосу (трубке с поршнем). Если заполнить насос и шар дымом и надавить на поршень, то дым будет выходить из отверстий в шаре одинаковыми струями во всех направлениях. Дым выходит из отверстий под действием разности давлений внутри и снаружи шара. То, что струи дыма одинаковы, доказывает, что добавочное давление, созданное поршнем, передается во всех направлениях одинаково.

Можно также продемонстрировать, что атмосферное давление уменьшается с высотой. Для этого поднимем банку, горлышко которой закрыто тонкой резиновой пленкой, на крышу высотного дома. Мы обнаружим, что пленка, остававшаяся плоской у поверхности Земли, выгнется наружу. Это означает, что внешнее атмосферное давление изменилось: оно стало меньше давления воздуха внутри банки. Если мы будем изменять наклон банки, то убедимся, что форма выгнутой поверхности пленки при этом останется неизменной. Значит, давление на высоте в данной точке также будет одинаково во всех направлениях, но меньше, чем давление на уровне Земли.

Таким образом, на все предметы, находящиеся в атмосфере, действует давление воздуха, которое называют атмосферным давлением.

Итоги

Сила, с которой столб атмосферного воздуха давит на земную поверхность, равна силе тяжести: P = M · g, где M – масса столба воздуха.

Давление воздуха па поверхность Земли (на уровне моря) почти не изменяется и в среднем равно: p_атм = 101 325 Н/м² = 0,1 МПа. Это давление называют нормальным атмосферным давлением.

Закон Паскаля.
Воздух передает оказываемое на него давление во всех направлениях одинаково.

Вопросы

1. Почему воздух атмосферы Земли не улетает в космическое пространство?
2. Что такое атмосферное давление?
3. Чему равно нормальное атмосферное давление?
4. Как изменяется атмосферное давление с высотой вблизи поверхности Земли? Как объяснить это явление?
5. Сформулируйте закон Паскаля.
6. Зависит ли атмосферное давление в данной точке от направления действия?

Упражнения

1. Рассчитайте силу нормального атмосферного давления, действующую на горизонтальную крышу дома. Площадь крыши равна 150 м².
2. Определите, с какой силой действует воздух на потолок вашей комнаты, класса.
3. Выразите в паскалях давление внутри шин колес автобуса (равное 4,5 атм) и легкового автомобиля (1,8 атм).
4. Для перемещения тяжелых пакетов стекол используют вакуумные присоски. Объясните принцип их действия. Какую массу может удерживать одна присоска площадью 50 см²?

Сергей Пономарев

Высший разум

(125915)


13 лет назад

расчитывай исходя из того, что атмосферное давление составляет 1 кг на 1 квадратный см или 10000 кг на 1 кв м
площадь листа ты знаешь (только площадь не 0.168м^3, а 0.168м^2 – ибо это не объем, а площадь)
пересчитай квадратные метры в квадратные сантиметры
а если требуется сила в паскалях, то переведи в паскали
Физическая атмосфера (атм, atm )
Единица измерения давления, равная нормальному атмосферному давлению на высоте уровня моря то есть давлению, уравновешиваемому столбом ртути высотой 760 мм при температуре 0°С, плотности ртути 13595,1 кг/м3 и нормальном ускорении свободного падения 9,80665 м/сек2.
Физическая атмосфера равна 101325 паскалей.
вот это тебе будет полезно
http ://nolik . ru/pressure. htm

Ольга Алексеевна

Ученик

(168)


7 лет назад

Как вычислить давление

Даже приложив небольшое усилие, можно создать значительное давление. Все, что для этого необходимо – сконцентрировать это усилие на небольшой площади. И наоборот, если равномерно распределить по большой площади значительное усилие, давление получится сравнительно малым. Чтобы узнать, каким именно, придется провести расчет.

Инструкция

Переведите все исходные данные в единицы системы СИ: силу – в ньютоны, массу – в килограммы, площадь – в квадратные метры и т.п. Тогда давление после расчета будет выражено в паскалях.

В случае если в задаче приведена не сила, а масса груза, вычислите силу по следующей формуле:F=mg, где F – сила (Н), m – масса (кг), g – ускорение свободного падения, равное 9,80665 м/с².

Если в условиях вместо площади указаны геометрические параметры области, на которую оказывается давление, вначале рассчитайте площадь этой области. Например, для прямоугольника:S=ab, где S – площадь (м²), a – длина (м), b – ширина (м).Для круга:S=πR², где S – площадь (м²), π – число «пи», 3,1415926535 (безразмерная величина), R – радиус (м).

Чтобы узнать давление, поделите усилие на площадь:P=F/S, где P – давление (Па), F – сила (н), S – площадь (м²).

При необходимости переведите давление в производные единицы: килопаскали (1 кПа=1000 Па) или мегапаскали (1 МПа=1000000 Па).

Для перевода давления из паскалей в атмосферы или миллиметры ртутного столба воспользуйтесь следующими соотношениями: 1 атм=101325 Па=760 мм рт. ст.

В ходе подготовки сопроводительной документации к товарам, предназначенным для поставки на экспорт, может потребоваться выразить давление в фунтах на квадратный дюйм (PSI – pounds per square inch). В этом случае руководствуйтесь следующим соотношением: 1 PSI=6894,75729 Па.

Видео по теме

Источники:

• как вычислить атмосферное давление

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

Атмосферное давление
Размерность	L−1MT−2
Единицы измерения
СИ	Па
СГС	дин·см-2
Примечания
скаляр

Атмосфе́рное давле́ние — давление атмосферы, действующее на все находящиеся в ней предметы и на земную поверхность, равное модулю силы, действующей в атмосфере, на единицу площади поверхности по нормали к ней^[1]. В покоящейся стационарной атмосфере давление равно отношению веса вышележащего столба воздуха к площади его поперечного сечения. Атмосферное давление является одним из термодинамических параметров состояния атмосферы, оно изменяется в зависимости от места и времени^[2]. Давление — величина скалярная, имеющая размерность L⁻¹MT⁻², измеряется барометром.

Единицей измерения в Международной системе единиц (СИ) является паскаль (русское обозначение: Па; международное: Pa). Кроме того, в Российской Федерации в качестве внесистемных единиц давления допущены к использованию бар, миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба, метр водяного столба, килограмм-сила на квадратный сантиметр и атмосфера техническая^[3]. Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °C, называется нормальным атмосферным давлением (101 325 Па)^[2].

История[править | править код]

Традиционно считалось, что всасывающие насосы работают из-за того, что «природа боится пустоты». Но голландец Исаак Бекман в тезисах своей докторской диссертации, защищенной им в 1618 году, утверждал: «Вода, поднимаемая всасыванием, не притягивается силою пустоты, но гонима в пустое место налегающим воздухом» (Aqua suctu sublata non attrahitur vi vacui, sed ab aere incumbentein locum vacuum impellitur).

В 1630 году генуэзский физик Балиани написал письмо Галилею о неудачной попытке устроить сифон для подъема воды на холм высотою примерно 21 метр. В другом письме Галилею (от 24 октября 1630 года) Балиани предположил, что подъем воды в трубе обусловлен давлением воздуха.

Наличие атмосферного давления привело людей в замешательство в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами — вода не поднималась выше 10,3 метров. Поиски причин этого и опыты с более тяжёлым веществом — ртутью, предпринятые Эванджелистой Торричелли, привели к тому, что в 1643 году он доказал, что воздух имеет вес^[5]. Совместно с В. Вивиани, Торричелли провёл первый опыт по измерению атмосферного давления, изобретя первый ртутный барометр — стеклянную трубку, в которой нет воздуха. В такой трубке ртуть поднимается на высоту около 760 мм.

Изменчивость и влияние на погоду[править | править код]

На земной поверхности атмосферное давление изменяется время от времени и от места к месту. Особенно важны определяющие погоду непериодические изменения атмосферного давления, связанные с возникновением, развитием и разрушением медленно движущихся областей высокого давления (антициклонов) и относительно быстро перемещающихся огромных вихрей (циклонов), в которых господствует пониженное давление. Отмечены колебания атмосферного давления на уровне моря в пределах 641 — 816 мм рт. ст.^[6] (в центральной части смерча давление падает и может достигать значения 560 мм ртутного столба)^[7].

На картах атмосферное давление изображается с помощью изобар — изолиний, соединяющих точки с одинаковым приземным атмосферным давлением, обязательно приведенным к уровню моря^[8].

Атмосферное давление — очень изменчивый метеоэлемент. Из его определения следует, что оно зависит от высоты соответствующего столба воздуха, его плотности, от ускорения силы тяжести, которая меняется от широты места и высоты над уровнем моря.

1 Па = 0,0075 мм рт. ст., или 1 мм рт. ст. = 133,3 Па

Стандартное давление[править | править код]

В химии стандартным атмосферным давлением с 1983 года по рекомендации IUPAC считается давление, равное 100 кПа^[9].
Атмосферное давление является одной из наиболее существенных характеристик состояния атмосферы. В покоящейся атмосфере давление в любой точке равно весу вышестоящего столба воздуха с единичным сечением.

В системе СГС 760 мм рт. ст. эквивалентно 1,01325 бар (1013,25 мбар) или 101 325 Па в Международной системе единиц (СИ).

Барическая ступень[править | править код]

Высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гПа (гектопаскаль), называется «барической (барометрической) ступенью». Барической ступенью удобно пользоваться при решении задач, не требующих высокой точности, например, для оценки давления по известной разности высот. Считая, что атмосфера не испытывает существенного вертикального ускорения (то есть находится в квазистатическом состоянии), из основного закона статики получаем, что барическая ступень равна:

При температуре воздуха 0 °C и давлении 1000 гПа, барическая ступень равна 8 м/гПа. Следовательно, чтобы давление уменьшилось на 1 гПа, нужно подняться на 8 метров.

С ростом температуры и увеличением высоты над уровнем моря она возрастает (в частности, на 0,4 % на каждый градус нагревания), то есть она прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна давлению. Величина, обратная барической ступени, — вертикальный барический градиент, то есть изменение давления при поднятии или опускании на 100 метров. При температуре 0 °C и давлении 1000 гПа он равен 12,5 гПа.

Изменения давления с высотой[править | править код]

С высотой атмосферное давление уменьшается. Например, горная болезнь начинается на высоте около 2-3 км, а атмосферное давление на вершине Эвереста составляет примерно 1/4 от показателя на уровне моря.

В стационарных условиях атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты, поскольку оно создаётся лишь вышележащим слоем атмосферы. Зависимость давления от высоты описывается барометрической формулой^[10].

Уравнение статики выражает закон изменения давления с высотой:

где: — давление, — ускорение свободного падения, — плотность воздуха, — толщина слоя. Из основного уравнения статики следует, что при увеличении высоты () изменение давления отрицательное, то есть давление уменьшается. Так как плотность газа зависит от его давления, основное уравнение статики справедливо только для очень тонкого (бесконечно тонкого) слоя воздуха , в котором плотность воздуха почти не изменяется. На практике оно применимо, когда изменение высоты достаточно мало по отношению к приблизительной толщине атмосферы.

Приведение к уровню моря[править | править код]

Многие метеостанции рассылают так называемые «синоптические телеграммы», в которых указывается давление, приведённое к уровню моря (см. КН-01, METAR). Это делается для того, чтобы давление было сравнимо на станциях, расположенных на разных высотах, а также для нужд авиации. Приведённое давление используется также и на синоптических картах.

При приведении давления к уровню моря используют сокращенную формулу Лапласа:

То есть, зная давление и температуру на уровне , можно найти давление на уровне моря .

Вычисление давления на высоте по давлению на уровне моря и температуре воздуха :

где — давление Па на уровне моря [Па];
— молярная масса сухого воздуха, M = 0,029 кг/моль;
— ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;
— универсальная газовая постоянная, R = 8,31 Дж/моль·К;
— абсолютная температура воздуха, К, , где — температура Цельсия, выражаемая в градусах Цельсия (обозначение: °C);
— высота, м.

На небольших высотах каждые 12 м подъёма уменьшают атмосферное давление на 1 мм рт. ст. На больших высотах эта закономерность нарушается^[5].

Более простые расчёты (без учёта температуры) дают:

где — высота в километрах.

Измерения и расчёт показывают в полном согласии, что при подъёме над уровнем моря на каждый километр давление будет падать на 0,1 долю; то же самое относится и к спуску в глубокие шахты под уровень моря — при опускании на один километр давление будет возрастать на 0,1 своего значения.

Речь идёт об изменении на 0,1 от значения на предыдущей высоте. Это значит, что при подъёме на один километр давление уменьшается до 0,9 (точнее 0,87^{[прим 1]}) от давления на уровне моря.

В ещё более грубом приближении, двукратному изменению давления соответствует изменение высоты на каждые пять километров.

В прогнозах погоды и сводках, распространяемых для населения через интернет и по радио, используется неприведённое давление, то есть, фактическое давление на уровне местности.

См. также[править | править код]

• Фактическая погода
• Атмосфера
• Разгерметизация

Примечания[править | править код]

Источники[править | править код]

Сноски[править | править код]

Литература[править | править код]

• Хргиан А. Х. Физика атмосферы. — 2 изд. — М., 1958.
• Бургесс Э. К границам пространства, пер. с англ.. — М.: Изд. иностранной литературы, 1957. — 223 с.

Ссылки[править | править код]

• Медиафайлы по теме Атмосферное давление на Викискладе
• Атмосферное давление // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• График изменения атмосферного давления при изменении высоты

Калькулятор рассчитывает давление оказываемое телом заданной массы на поверхность заданной площади в гравитационном поле.

Приведем определение давления из Википедии.
Давление — физическая величина, равная силе F, действующей на единицу площади поверхности S перпендикулярно этой поверхности. В данной точке давление определяется как отношение нормальной составляющей силы, действующей на малый элемент поверхности, к его площади:

Среднее давление по всей поверхности есть отношение силы к площади поверхности:

Для тела, находящегося в гравитационном поле, сила, действующая на площадь, известна — это его вес, или
, где g — ускорение свободного падения, метр, на секунду в квадрате.

Таким образом, итоговая формула давления тела на поверхность: