Как найти высоту ртутного столба в физике

Содержание:

Атмосферное давление и его измерение:

Нашу планету Земля окружает мощная газовая оболочка, которую называют атмосферой ( от греческих слов атмос – пар и сфера — шар).

Исследования околоземного пространства с помощью искусственных спутников Земли показали, что её атмосфера простирается на тысячу и более километров в высоту. Резкой границы она не имеет. Её верхние пласты очень разрежены и постепенно переходят в безвоздушное межпланетное пространство (вакуум). С уменьшением высоты плотность воздуха возрастает. Почти 80 % всей массы воздушной оболочки Земли сосредоточены в пределах 15 км над Землей. Опытами установлено, что при температуре 0 ⁰С масса 1 м³ воздуха на уровне моря равна 1,29 кг. На воздушные слои действует сила тяжести, поэтому верхние слои давят на средние, а средние — на нижние. Наибольшее давление, обусловленное весом всей атмосферы, испытывает поверхность Земли, а также все находящиеся на ней тела.

Давление, оказываемое атмосферой на все находящиеся в ней тела, а также на земную поверхность, называют атмосферным давлением.

Выясним, насколько велико это давление.

Формула гидростатического давления

При этом высота столба ртути в трубке составляла приблизительно 760 мм.

Результаты этого опыта Торричелли объяснил так: «До сих пор существовала мысль, будто сила, которая не даёт возможности ртути, вопреки её естественному свойству, падать вниз, содержится внутри верхней части трубки, т. е. – или в пустоте, или в разрежённом веществе. Однако я утверждаю, что эта сила — внешняя и что сила берётся снаружи. На поверхность жидкости, находящейся в сосуде, действуют своей тяжестью 50 миль воздуха. Что же странного, если ртуть… поднимается настолько, чтобы уравновесить тяжесть внешнего воздуха».

Итак, атмосферное давление согласно закону Паскаля равно давлению столба ртути в трубке:    р_атм  =  р _ртути

Если бы эти давления не были равны, то ртуть не находилась бы в равновесии: при увеличении давления ртути она выливалась бы из трубки в сосуд, а при уменьшении — поднималась бы по трубке вверх.

Итак, давление атмосферы можно измерить высотой соответствующего ртутного столба. Его высоту обычно измеряют в миллиметрах.

Если, например, говорят, что в некотором месте атмосферное давление равно 760 мм рт. ст., то это означает, что воздух в этом месте создаёт такое же давление, что и вертикальный столб ртути высотой 760 мм.

Чтобы определить это давление в паскалях, воспользуемся формулой гидростатичного давления: . Подставляя в эту формулу значения

 = 13 595,10 (плотность ртути при 0°С), = 9,81  и = 760 мм = 0,76 м (высота столба ртути), получим такое значение нормального атмосферного давления: р =101 325 Па.

Давление атмосферы, которое равно давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре О ⁰С, называют нормальным атмосферним давлением.

Единицами атмосферного давления являются 1 мм рт. ст., один паскаль (1 Па) и один гектопаскаль (1 гПа), между ними существуют такие соотношения:

Об опытах Торричелли узнал французский учёный Блез Паскаль. Он повторил их с разными жидкостями (маслом, вином и водой). Столб воды, уравновешивающий давление атмосферы, оказался намного выше столба ртути.

Однако Паскаль считал, что для окончательного доказательства факта существования атмосферного давления нужен ещё один решающий опыт. Для этого он выполнил опыт Торричелли сначала у подножия горы, а потом — на её вершине. Результаты удивили всех присутствующих. Давление воздуха на вершине горы было почти на 100 мм рт. ст. меньше, чем у подножия. Этим было доказано, что ртуть в трубке в самом деле поддерживается атмосферным давлением.

Если измерить атмосферное давление на разных высотах, то получим такие результаты.

Наблюдая ежедневно за высотой ртутного столба в трубке, можно заметить, что она изменяется: то увеличивается, то уменьшается. Существованием атмосферного давления можно объяснить много явлений. На рисунке 114 изображена стеклянная трубка, внутри которой имеется поршень, плотно прилегающий к её стенкам. Конец трубки опущен в воду. Если поднимать поршень, то за ним будет подниматься и вода. Между поршнем и водой вследствие поднятия поршня образуется безвоздушное пространство, в котором нет давления атмосферы. В это пространство под давлением внешнего воздуха и входит за поршнем вода. Данное явление используют в работе шприца, водяного насоса.

Опыт 1. Возьмём цилиндрический сосуд, закрытый пробкой, через которую пропущена трубку с краном Выкачаем из неё воздух, закроем кран, трубку опустим в воду и откроем кран. Поскольку атмосферное давление больше давления в сосуде, то под его действием вода будет бить фонтаном внутри сосуда (рис. 115).

Опыт 2. Нальём в стакан воды и накроем его листом бумаги, немного большим диаметра стакана. Держа стакан за нижнюю часть, прижмём бумагу к краям стакана ладонью и перевернём его кверху дном, убрав затем руку от бумаги (рис. 116).

Удивительно, но вода будет удерживаться в стакане и листок останется на месте — почему? Дело в том, что давление атмосферы на бумагу больше, чем давление столба воды в стакане.

Наблюдение. Влияние атмосферного давления весьма заметно проявляется во время ходьбы по вязкой почве (засасывающее действие трясины). При подъёме ноги под ней образуется разрежённое пространство, и вследствие присасывания нога тянет за собой тяжёлую трясину (как поршень — жидкость в насосе).

Благодаря давлению атмосферного воздуха работают присоски для крепления предметов на гладких плоских поверхностях. Если вытеснить воздух под присоской, то она прижмётся силой давления атмосферы, и чтобы её оторвать, нужно приложить довольно большое усилие (рис. 117).

Результаты простых вычислений показывают, что сила давления атмосферы на поверхность обычной тетради равна 3000 Н. Почему же вы так легко можете поднять тетрадь? Дело в том, что силы давления воздуха зверху и снизу тетради уравновешиваются, и при подъёме вам приходится преодолевать лишь вес самой тетради.

Для измерения атмосферного давления используют ртутный барометр, барометр-анероид и барограф.

Если трубку, подобную той, что использовал в своём опыте Торричелли, снабдить шкалой, то получим простейший прибор для измерения атмосферного давления — ртутный барометр (от греческих слов барос – вес, тяжесть; метрео — измеряю) (рис. 118).

Барометр-анероид (от греческих слов: барос, метрео, анероид) изображён на рисунке 119. Основная часть прибора — круглые гофрированные металлические коробочки, соединённые между собой. Внутри коробок создано разряжение (давление в коробках ниже атмосферного). С увеличением атмосферного давления коробки сжимаются и тянут прикреплённую к ним пружину. Перемещение конца пружины через специальные устройства передаётся стрелке, а её указатель движется вдоль шкалы. Против штрихов шкалы нанесены значения атмосферного давления. Например, если стрелка останавливается напротив отметки 750, то это значит, что атмосферное давление равно 750 мм рт. ст. При уменьшении давления стенки коробочек расходятся, растяжение пружины уменьшается, и стрелка движется в сторону уменьшения значений давления.

Барометр-анероид — это один из основных приборов, который используют метеорологи для составления прогнозов погоды на ближайшие дни, так как её изменение зависит от изменения атмосферного давления.

Для автоматической и непрерывной записи изменений атмосферного давления используют барограф (от греческих слов барос; графо — пишу). Кроме металлических гофрированных коробочек в этом приборе есть механизм для движения бумажной ленты, на которой нанесены сетка значений давления и дни недели (рис. 120). По таким лентам можно выяснить, как изменялось атмосферное давление в течение любой недели.

Кстати:

Вывод о существовании атмосферного давления независимо от Э. Торричелли сделал немецкий физик Отто фон Герике (1602-1686). Откачивая воздух из тонкостенного металлического шара, от увидел, что шар сплющился. Анализируя причины сплющивания шара, он понял, что оно произошло под действием давления окружающей среды.

Открыв атмосферное давление. Герике построил перед фасадом своего дома в г. Магдебурге водяной барометр, в котором на поверхности жидкости плавала фигурка человека, указывающая на деления, нанесённые на стекле. • В 1654 г Герике, желая убедить всех в существовании атмосферного давления, выполнил знаменитый опыт с «магде-бургскими полушариями». На демонстрации опыта присутствовали члены Регенсбургского рейхстага и император Фердинанд III. В их присутствии из полости между двумя составленными вместе металлическими полушариями выкачали воздух. При этом силы атмосферного давления так крепко прижали эти полушария одно к другому, что их не смогли разъединить восемь пар лошадей (рис. 121).

В природе существует более 400 растений-барометров. Цветочный барометр можно найти и на огороде. Это маленькая ветвистая трава-мокрец. По её мелким белым цветкам можно предсказывать погоду в течение всего лета: если утром венчики не раскрываются – днем будет дождь.

• Заказать решение задач по физике

Атмосферное давление и опыт Торричелли

Атмосфера Земли — это смесь различных газов, удерживающихся возле планеты благодаря действию силы тяжести на их молекулы, которые одновременно и беспрерывно двигаются, создавая давление. Это давление называют атмосферным.

Доказать существование атмосферного давления можно при помощи простых опытов.

Какие последствия действия атмосферного давления

Если взять трубку с поршнем, опустить ее одним концом в сосуд с водой и поднимать поршень вверх, то вода будет подниматься вслед за поршнем (рис. 102). Это возможно только тогда, когда давление воды в сосуде будет больше, чем под поршнем. За счет весового давления вода не сможет подниматься, так как уровень воды под поршнем выше, чем в сосуде, а поэтому и его давление больше. Вода должна вылиться обратно в сосуд. Следовательно, на жидкость в сосуде действует дополнительное давление, значение которого больше давления жидкости столба воды под поршнем. Это давление создают молекулы атмосферного воздуха. Действуя на свободную поверхность воды, атмосферное давление согласно закону Паскаля передается во всех направлениях одинаково.

Так как под поршнем воздуха нет, то вода будет заходить в трубку под действием неуравновешенного давления.

Каково значение атмосферного давления

Значение атмосферного давления достаточно большое. Убедиться в этом можно на многих опытах.

Возьмем два полых полушария, имеющие хорошо отшлифованные поверхности сечений. В одной из них есть специальный штуцер с краном, через который можно откачивать воздух.

Подвесим к штативу одно из полушарий, присоединим к нему снизу другое и начнем откачивать насосом через кран воздух из полости. Нижнее полушарие крепко прижмется к верхнему. Это возможно только тогда, когда давление в полости шара будет меньше давления снаружи.

В результате действия воздушного насоса, который откачивает воздух, давление в полости полушарий уменьшится, а наружное давление останется без изменений. Поэтому нижнее полушарие плотно прижмется к верхнему.    ЮЗ

О значении силы при некотором уменьшении давления в шаре можно судить по массе груза, который может удерживаться, если его подвесить к нижнему полушарию. Если же открыть кран и в полость шара зайдет воздух, то нижнее полушарие вместе с грузом отпадет.

Как начали исследовать атмосферное давление

Подобный опыт провел и описал в 1654 г. немецкий физик, бургомистр города Магдебург а Отто Герике.

Отто Герике (1602-1686) – немецкий физик, который экспериментально изучал атмосферное давление. С помощью «магдебургских полушарий» он продемонстрировал действие атмосферного давления. Изучал также электрические явления, объяснил природу трения. Сконструировал первую электрическую машину.

Это событие осталось в истории науки благодаря образной гравюре того времени (рис. 103).

В современном производстве используют множество приспособлений, основанных на действии атмосферного давления. Для расчетов результатов их работы нужно знать значение атмосферного давления.

Способ измерения атмосферного давления впервые предложил итальянский ученый Эванджелиста Торричелли.

 Эванджелиста Торричелли (1608-1647) – итальянский ученый. Первым измерил атмосферное давление с помощью сконструированного им ртутного барометра. Доказал, что высота ртутного столба барометра равна примерно высоты водяного столба.

Он установил, что если закрытую с одной стороны трубку заполнить полностью ртутью, перевернуть ее и опустить в сосуд с ртутью, то выльется только часть этой ртути (рис. 104). Высота столба ртути в его опытах была примерно 760 мм. Результаты опыта дали возможность сделать вывод, что давление ртутного столба уравновешивается атмосферным давлением, которое действует на свободную поверхность ртути в сосуде. Атмосферное давление при таких условиях называют нормальным. С того времени в науку была введена единица измерения атмосферного давления – миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.).

Как рассчитать атмосферное давление

Выразим значение давления столба ртути высотой 760 мм (нормальное) в системных единицах измерения давления паскалях. Из предыдущих параграфов известно, что давление жидкости рассчитывается по формуле:

Учитывая, что плотность ртути получаем

Ртутный барометр состоит из металлической чашки, наполненной ртутью, и полой стеклянной трубки, запаянной с одного конца. Последний заполняется ртутью, а его нижний открытый конец погружается в чашку. Вес столба жидкости в трубке уравновешивает давление воздуха, которому подвергается ртуть в чашке.

Атмосферное давление на уровне моря. Атмосферное давление

Давление воздуха в одной и той же точке земной поверхности не остается постоянным, а изменяется в зависимости от различных процессов, происходящих в атмосфере. В качестве «нормального» атмосферного давления условно считается давление 760 мм рт. ст. т. е. одна (естественная) атмосфера (§ 154).

Давление воздуха на уровне моря во всех частях света в среднем близко к атмосферному. Видно, что давление воздуха уменьшается по мере подъема над уровнем моря, соответственно. Его плотность уменьшается. Воздух становится все более разреженным. Если вы откроете хорошо закупоренный контейнер в долине на вершине горы, немного воздуха выйдет наружу. Напротив, если вы откроете его у подножия горы, небольшое количество воздуха попадет в пробку наверху. На высоте около 6 км давление и плотность воздуха снижаются примерно вдвое.

Каждой высоте соответствует определенное давление воздуха. Поэтому можно измерить давление в определенной точке на вершине горы или в корзине воздушного шара, чтобы определить, как меняется атмосферное давление с высотой. Высота над уровнем моря или высота воздушного шара. Чувствительность обычных передних глаз настолько велика, что подъем на 2-3 метра в передней части глаза приведет к значительному смещению индекса. Поднимаясь или опускаясь по лестнице с анатомическими структурами, постепенное изменение давления происходит прямолинейно. Этот опыт удобно проводить на пологой лестнице станции метро. Часто анекдоты калибруются непосредственно по росту. Положение стрелки указывает на высоту, на которой находится прибор. Такие роговицы называются альтиметрами (рис. 295). Ими оснащаются самолеты, позволяя пилоту определять объем полета.

Рисунок 295.Высота полета самолета. Длинные стрелки считаются в сотнях метров, короткие — в километрах. Перед полетом головка может быть обнулена под стрелкой на поверхности земли.

Падение давления воздуха при подъеме объясняется так же, как падает давление в глубокой воде при подъеме со дна на поверхность. Воздух на уровне моря сжимается под действием веса всей атмосферы Земли, тогда как более высокие слои атмосферы сжимаются только под действием веса воздуха, находящегося над этими слоями. В целом, изменение давления от точки к точке в атмосфере или под действием силы тяжести подчиняется тем же законам, что и давление на жидкость. Давление одинаково во всех частях горизонтального уровня — внизу давление уменьшается за счет веса столба воздуха, высота которого равна высоте перехода, а сечение перехода равно единице.

Рис. 296.Изображение уменьшения давления с высотой. Справа — колонны одинаковой толщины, взятые на разных высотах. Самая толстая заштрихованная колонка наиболее сжатого воздуха.

Однако из-за высокой компрессии газа общая картина распределения давления на высоте в атмосфере существенно отличается от распределения давления жидкостей. На самом деле, планируйте снижение давления воздуха с высотой. Оси оператора изображают высоту и так далее. На определенном уровне (например, над уровнем моря), а ось пиков показывает давление (рис. 296). Поднимитесь по лестнице на высоту. Чтобы найти давление на следующем этапе, необходимо равномерно удалить вес столба воздуха на высоте. Однако с увеличением высоты плотность воздуха уменьшается. Поэтому потеря давления при подъеме на следующую ступень тем меньше, чем выше лестница. Поэтому давление снижается неравномерно по мере роста. Высота, на которой плотность воздуха увеличивается, мала, а давление быстро падает. Плотность воздуха уменьшается, и давление снижается.

Барическая ступень

1 Высота, на которой давление должно повыситься или понизиться, чтобы его изменил HPA (экстракт), называется барометрическим шагом. Барометрический шаг удобно использовать для решения задач, не требующих высокой точности, чтобы оценить давление по известным различиям в высоте над уровнем моря. Из фундаментального закона статики, барометрический шаг (h) равен: h = -dz/Δp= 1/g m/gpa. При температуре воздуха 0°C и давлении 1000 гПа барометрический шаг равен 8 /hPa. Таким образом, для повышения давления на 1 HPA требуется увеличение на 8 метров.

При повышении температуры и высоты над уровнем моря (в частности, на 0,4% на градус тепла). Другими словами, он прямо пропорционален температуре и обратно пропорционален давлению. Обратной стороной парикмахера является вертикальный парикмахер. То есть, изменение давления при подъеме или опускании на 100 метров. При температуре 0°C и давлении 1000 гПа это составляет 12,5 гПа.

Приведение к уровню моря

Давление адаптируется к уровню моря, чтобы все метеостанции посылали короткие телеграммы. Для того чтобы сравнить давление на станциях, расположенных на разных высотах, давления наносятся на обзорную карту и приводятся к уровню моря, который является единой точкой отсчета. При давлении на уровне моря используется короткий тип Лапласа вида Z 2 -Z 1 = 18400 (1+λT)LG (P 1 /P 2). Это означает, что, зная давление и температуру на уровне Z 2, мы можем найти давление (P 1) на уровне моря (Z 1 = 0).

Расчет давления на высоте H от давления P o до уровня моря и температуры:.

Где P o — давление PA на уровне моря pa-m — молекулярный вес сухого воздуха 0,029 кг/моль- g — ускорение силы тяжести 9,81 м/с²-р. Предельная температура воздуха k, t = t + 273, где t — температура °C-h — высота m.

На более низких высотах атмосферное давление снижается на 1 мм рт. ст. на каждые 12 метров подъема. На больших высотах эта закономерность прерывается.

Атмосферное давление — это давление столба воздуха на единицу поверхности. Она выражается в килограммах на см2, но в прошлом эта величина измерялась только с помощью ртутных наличников, поэтому принято выражать эту величину в миллиметрах ртути (ММГ). Нормальное атмосферное давление составляет 760 мм рт. ст. или 1,033 кг/см2 и интерпретируется как воздух (1 АТА).

Некоторые операции могут потребовать работы при повышенном или пониженном атмосферном давлении. Это может иметь большое значение (от 0,15-0,2 ата до 5-6 ата и более).

Влияние пониженного атмосферного давления на организм

На больших высотах атмосферное давление снижается. Чем больше высота над уровнем моря, тем ниже атмосферное давление. Так, на высоте 1000 м он составляет 734 мм рт. ст., 2000 м — 569 мм, 3000 м — 526 мм рт. ст. и на высоте 15000 м — 90 мм рт. ст.

Снижение атмосферного давления вызывает изменения в крови в виде более частого и глубокого дыхания, более частых (менее сильных) ударов сердца, небольшого снижения артериального давления и увеличения количества красных кровяных телец. Клетки.

Негативное воздействие низкого атмосферного давления на организм основано на недостатке кислорода. Это связано с тем, что при нормальном функционировании дыхательной и кровеносной систем в организм поступает меньше кислорода из-за снижения парциального давления кислорода при уменьшении атмосферного давления. В результате кровь не полностью насыщается кислородом и органы и ткани не полностью снабжаются им, что приводит к недостатку кислорода (анаэробии). Эти изменения более серьезны при работе с высокоскоростными подъемными механизмами (например, канатами), где происходит быстрое падение атмосферного давления, которое возникает при быстром подъеме на большую высоту. Быстро развивающийся недостаток кислорода влияет на клетки мозга, что вызывает головокружение, тошноту и иногда рвоту, нарушение двигательной координации, потерю памяти, сонливость и снижение окислительных процессов в мышечных клетках из-за недостатка кислорода.

Согласно практике, подъем на высоту более 4500 метров, где атмосферное давление не превышает 430 мм рт. ст., трудно переносится без кислорода для дыхания, а на высоте 8000 метров (давление 277 мм рт. ст.) люди теряют чувствительность.

Летом зоны низкого атмосферного давления восстанавливаются в более теплых широтах Северного полушария. Над Азией формируется огромная область низкого атмосферного давления, ориентированная на тропики, — азиатский минимум.

Какие последствия действия атмосферного давления

Возьмите трубку с плунжером, опустите один конец в емкость с водой, поднимите плунжер вверх, и вода поднимется за плунжером (рис. 102). Это возможно только в том случае, если давление воды в резервуаре выше, чем давление под поршнем. Из-за давления веса уровень воды под поршнем выше, чем давление в емкости, и вода не может подняться из-за более высокого давления. Вода должна вернуться в емкость. В результате к жидкости в контейнере прикладывается дополнительное давление, которое превышает давление жидкости в толще воды под поршнем. Это давление создается молекулами в атмосфере. Действуя на свободную поверхность воды, атмосферное давление в соответствии с законом Паскаля передается одинаково во всех направлениях.

Поскольку под поршнем нет воздуха, вода поступает в трубу под неравномерным давлением.

Каково значение атмосферного давления

Значение атмосферного давления довольно высокое. Это может быть подтверждено многими экспериментами.

Возьмите два полых полушария с хорошо отполированными поперечными сечениями. Один из них имеет специальное приспособление с краном, в который можно закачивать воздух.

Закрепите одну из полусфер на штативе, подсоедините снизу другую полусферу и начните откачивать воздух из полости с помощью насоса на кране. Нижнее полушарие плотно прижимается к верхнему полушарию. Это возможно только в том случае, если давление в полости баллона меньше внешнего давления.

В результате того, что воздушный насос вытягивает воздух, давление в полусферической полости уменьшается, но внешнее давление остается неизменным. Поэтому нижнее полушарие сильно давит на верхнее. SW.

Величина силы, действующей на уменьшение давления воздушного шара, может быть определена по весу груза, который может быть удержан при размещении его нижним полушарием. Когда кран открывается и входит в полость, взвешенная нижняя полусфера падает.

Как начали исследовать атмосферное давление

Подобный эксперимент был проведен и описан немецким естествоиспытателем Отто Герике, мэром Магдебурга в 1654 году.

Отто Герике (1602-1686) был немецким физиком, изучавшим атмосферное давление. С помощью «Магдебургской полусферы» он показал влияние атмосферного давления. Он также изучал электрические явления и объяснял природу трения. Он создал первый электрический двигатель.

Он остался в истории науки благодаря своей сезонной производительности (рис. 103).

В новейшем процессе используется ряд устройств, основанных на действии атмосферного давления. Для расчета результатов необходимо знать значение атмосферного давления.

Метод измерения атмосферного давления был впервые предложен итальянским ученым Эванджелистой Тричелли.

Эванджелиста Тричелли (1608-1647) был итальянским ученым. Он первым измерил атмосферное давление с помощью сконструированного им ртутного барометра. Он доказал, что высота ртутного столба барометра приблизительно равна высоте барометра.

Он обнаружил, что если закрытую с одной стороны трубку полностью заполнить ртутью, а затем перевернуть и опустить в сосуд с ртутью, то исчезнет только часть этой ртути (рис. 104). Высота ртутного столба в этом эксперименте составляла приблизительно 760 мм. Результаты эксперимента позволили сделать вывод, что давление столба ртути уравновешивается атмосферным давлением, действующим на свободную поверхность ртути в контейнере. Атмосферное давление при таких условиях называется нормальным. С тех пор в науку была введена единица измерения атмосферного давления. Это миллиметр ртути (MMHG).

Как рассчитать атмосферное давление

Выразим значение 760 мм (нормальное) для столба ртути в единице измерения давления Паскаль. Из предыдущего параграфа мы знаем, что давление жидкости рассчитывается по ее типу.

Учитывая плотность ртути, получаем

При копировании материалов с сайта Evkova.org, пожалуйста, посетите www.evkova.orgへのアクティブなリンクを作成する必要があります.

Сайт создан группой преподавателей на некоммерческой основе для дополнительных молодых людей.

Сайт написан, поддерживается и управляется группой учителей

Telegram и логотип Telegram являются торговыми марками Telegram Corporation FZ-LLC.

Сайт предназначен для информационных целей и ни в коем случае не является публичным тендером, как это определено в статье 437 Гражданского кодекса Российской Федерации. Анна Евкова не оказывает услуг.

Летом зоны низкого атмосферного давления восстанавливаются в более теплых широтах Северного полушария. Над Азией формируется огромная область низкого атмосферного давления, ориентированная на тропики, — азиатский минимум.

Норма атмосферного давления

Воздействие атмосферы считается нормальным, если атмосферное давление находится на уровне моря на широте 45°. Отображение температуры — 0 градусов Цельсия. В 1644 году, благодаря Эванджелисте Торренчели и Винченцо Вивиани, это значение составило 760 мм. Стоит отметить, что эти первооткрыватели были учениками самого Галилео Галилея. Люди чувствуют себя более комфортно при стандартных значениях 750-760 мм рт. ст. Однако эти измерения не всегда абсолютно точны во всех областях в течение года.

Повышение и понижение давления

Когда барометрическое давление превышает стандартное значение 760 мм рт. ст., воздействие атмосферы увеличивается. В противоположном случае она уменьшается. В течение 24-часового периода между утром и вечером показатели давления значительно возрастают. Низкое давление наблюдается во второй половине дня и после полуночи. Эти изменения связаны с тем, что происходят изменения температуры и движения воздуха. На Земле существует три зоны преимущественно низкого давления и четыре зоны преимущественно высокого давления. Зоны атмосферного давления образуются на планете потому, что тепло от солнца и вращение Земли неравномерны. Солнце не так сильно нагревает земное полушарие в течение года. Отопление зависит от времени года.

Важно: Эксперты зафиксировали падение атмосферного давления в Москве на 727 мм рт. ст. В 2015 году аномальное артериальное давление в Москве составляло 778 мм рт. ст. Кроме того, Москва расположена на границе протяженного циклона, центральная часть которого находится над Латвией.

Влияние на человека. Антициклон

Антициклон определяется как повышение атмосферного давления. В эти периоды мало ветра, погода солнечная и нет резких перепадов температуры. Уровень влажности остается нормальным. Высокое атмосферное давление оказывает негативное влияние на здоровье человека. В частности, на людей с аллергией, астмой и высоким кровяным давлением негативно влияют изменения артериального давления. В периоды высокого давления люди испытывают головные боли и дискомфорт. Считается, что такие периоды приводят к снижению производительности и страданиям. В зависимости от высоты высокого давления, оно может эффективно или неэффективно защищать организм от болезней.

Важно: Чтобы легче переносить высокое давление, эксперты рекомендуют есть больше фруктов, включая калий, заниматься легкими физическими упражнениями и чередовать горячий и холодный душ. Чтобы улучшить работу иммунной и нервной систем, необходимо на время забыть о серьезных проблемах, которые могут поставить под угрозу ваше здоровье. Людям, страдающим от негативных симптомов, в последнее время требуется больше времени на отдых, чтобы восстановиться.

Давление воздуха в одной и той же точке земной поверхности не остается постоянным, а изменяется в зависимости от различных процессов, происходящих в атмосфере. В качестве «нормального» атмосферного давления условно считается давление 760 мм рт. ст. т. е. одна (естественная) атмосфера (§ 154).

Как атмосферное давление влияет на осадки?

Распределение осадков на планете совсем не равномерно. В одних местах влаги слишком много, в других — слишком мало. Эта неравномерность обусловлена зонированием атмосферного давления, описанным ранее. В зонах низкого давления воздух постоянно нагревается и содержит много влаги. Когда влага поднимается вверх, она образует облака и выпадает в виде дождя. Именно поэтому экваториальные зоны и другие регионы низкого давления не лишены влаги.

В зонах высокого давления холодный воздух, содержащий мало или совсем не содержащий влаги, опускается на поверхность почвы. Нагревание и уплотнение образовавшихся газовых масс выводит их из точки насыщения. Именно поэтому в тропиках и полярных регионах выпадает очень мало осадков.

На предыдущих уроках мы рассчитывали давление жидкости на дно и стенки сосуда по формуле $p=rho gh$. Но атмосферное давление так рассчитать не получится.

Почему нельзя рассчитывать давление воздуха так же, как рассчитывают давление жидкости на дно или стенки сосуда?
Для этого нам нужно будет знать высоту атмосферы и плотность воздуха. Но определенной границы у атмосферы нет, а плотность воздуха меняется в зависимости от высоты: в нижних слоях атмосферы она больше, чем в верхних (рисунок 1).

На данном уроке мы рассмотрим известный опыт, который позволяет рассчитать величину атмосферного давления и познакомимся с новой единицей измерения давления — миллиметрами ртутного столба.

Опыт Торричелли

В XVII веке во Флоренции герцог Тосканский готовился к балу в своем замке и приготовил для своих гостей необычный сюрприз. Это был фонтан, струи которого должны были зрелищно окружить террасу своими струями.

Однако, несмотря на работу ручных насосов, вода поднималась только на высоту около 10 метров. Недоумевающие строители обратились за помощью к Галилею, который предложил разобраться в этом своему ученику Торричелли.

Эванджелиста Торричелли (рисунок 2) смог не только объяснить «упрямство фонтана» действием атмосферного давления, но пошел дальше и рассчитал это атмосферное давление.

Рассмотрим известнейший опыт Торричелли. На рисунке 3 показана стеклянная трубка длиной $1 space м$, один конец которой запаян. Трубку наполняют ртутью (рисунок 3, а). Затем плотно закрывают ее открытый конец (рисунок 3, б). Далее трубку переворачивают и опускают в чашу с ртутью (рисунок 3, в). После этого трубку открывают (рисунок 3, г).

Мы видим, что часть ртути при этом вылилась в чашу, а другая ее часть осталась в трубке. Высота столба ртути, оставшейся в трубке, равна примерно 760 мм. Заметим, что в трубке над ртутью воздуха нет, там безвоздушное пространство.

Объяснение опыта Торричелли

Теперь давайте рассмотрим объяснение данного опыта. Поверхность ртути в чаше испытывает атмосферное давление. Ртуть в чаше находится в равновесии, то есть давление в трубке на уровне AB (рисунок 4) равно атмосферному давлению $p_{атм}$. Если бы это было не так и давление в трубке было бы больше атмосферного, то ртуть выливалась бы в чашу. А если меньше — то ртуть поднималась бы в трубке вверх.

Так как в верхней части трубки воздуха нет, то давление создается только весом столба ртути. Из этого следует, что атмосферное давление равно давлению столба ртути в трубке, то есть:

$p_{атм}=p_{ртути}$.

Соответственно, чтобы посчитать величину атмосферного давления, достаточно измерить высоту столба ртути. Из формулы $p=rho gh$ мы видим, что величина атмосферного давления будет прямо пропорциональна высоте столба ртути в трубке. При уменьшении атмосферного давления мы увидим, что столб ртути понизился, а при увеличении атмосферного давления столб ртути в опыте Торричелли станет выше.

Единицы измерения атмосферного давления

Что означает запись: «Атмосферное давление равно 760 мм рт. ст.»?
На практике атмосферное давление часто измеряется высотой ртутного столба. Если, например, атмосферное давление 760 мм рт. ст., то это значит, что воздух производит такое же давление, что и вертикальный столб ртути высотой 760 мм. Каждый из вас слышал прогноз погоды от гидрометцентра. В сводках погоды атмосферное давление также передают в мм рт. ст.

А в каких единицах мы обычно рассчитываем давление на занятиях, решая задачи? Давайте найдем соотношения между этими единицами и выясним, чему равен 1 мм рт. ст. в паскалях (Па).

Давление столба ртути высотой 1 мм равно:
$p = rho gh$,
$p = 13600 frac{кг}{м^3} cdot 9.8frac{Н}{кг} cdot 0.001 space м approx 133.3 space Па$.

$1 space мм space рт. space ст. = 133.3 space Па$.

Скольким гектопаскалям равно давление ртутного столба высотой 1 мм?
$1 space мм space рт. space ст. = 133.3 space Па = 1.333 space гПа approx 1.3 space гПа$.

Среднее значение атмосферного давления равно 760 мм рт. ст. Выразим это значение в паскалях и в гектопаскалях (также довольно широко используемая величина измерения):
$760 space мм space рт. space ст. approx 101 space 300 space Па approx 1013 space гПа$.

Ртутный барометр

Если к трубке с ртутью, использовавшейся в опыте Торричелли, прикрепить вертикальную шкалу, то получится измерительный прибор — ртутный барометр (рисунок 5).

Ртутный барометр — это прибор для измерения атмосферного давления.

После ежедневного наблюдения за высотой столба ртути в трубке, Торричелли сделал вывод, что периодически атмосферное давление меняется и его изменения связаны с погодными условиями.

Другие опыты

В конце 1646 года семья Паскалей жила во французском городе Руане. Блез Паскаль повторил известный опыт, экспериментируя не только с ртутью, как Торричелли, но и с водой, маслом, красным вином.

Интересный эксперимент был проведен 19 сентября 1648 года. Блез Паскаль и его зять Флорен Перье проделали опыт, доказавший существование атмосферного давления. При помощи стеклянной трубки и чаши с ртутью предстояло измерить, на какую высоту поднимается в ней ртуть у подножия и на вершине горы Пюи-де-Дом высотой 1647 метров в Клермоне. На вершине столбик ртути остановился на более низкой отметке. Причина — земная атмосфера на вершине на 1647 метров меньше. Разница уровней ртути составила почти 8 см (рисунок 7).

Интересный факт: самый большой водяной барометр был сконструирован в 1985 году Бертом Болле. Он был хранителем музея барометров в Маартенсдейке (Нидерланды), а высота барометра была более 12,5 метров. Барометр был установлен в этом музее и пробыл там вплоть до его закрытия (рисунок 8).

Упражнения

$h — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

$F — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Посмотреть ответ

Скрыть

Посмотреть ответ

Скрыть

Посмотреть ответ

Скрыть

Задания

Посмотреть ответ

Скрыть

Посмотреть ответ

Скрыть

Посмотреть ответ

Скрыть