Atmosférický tlak je sila, ktorou na nás pôsobí okolitý vzduch, teda atmosféra. Článok predstaví experimenty, počas ktorých sa presvedčíme, že tlak vzduchu naozaj existuje. Dozvieme sa, kto to prvýkrát zmeral, čo sa stane pri nerovnomernom rozložení atmosférického tlaku a ešte oveľa viac.
Prejavy atmosférického tlaku
Ak vzduch tlačí na všetko okolo, potom niečo váži. Je to naozaj pravda, prečo sa nám to potom zdá beztiažové? Urobme experimenty, ktoré ukážu, že atmosférický tlak skutočne existuje.
Naplňte striekačku vodou do stredu a potom vytiahnite piest nahor. Voda bude nasledovať piest. Dôvodom je atmosférický tlak, ale keď ľudia ešte nevedeli o jeho existencii, povedali si, že príroda jednoducho neznáša prázdnotu. Teraz vieme, že keď sa piest zdvihne, vytvorí sa oblasťznížený tlak a atmosféra vytlačí vodu do striekačky.
Skúsenosti s plastovou kartou a dózou
Naplňte sklenenú nádobu až po vrch vodou, vrch prikryte kúskom plastu, napríklad kartičkou. Otočme nádobu a uvidíme, že karta drží a nepadá. Sila tlaku vody je kompenzovaná tlakovou silou atmosféry. Zhora na vodu nič netlačí, ale atmosféra tlačí zospodu, vo výsledku karta drží. Ak medzi plast a nádobu vnikne vzduch, karta spadne a voda sa vyleje von.
Zariadenie Torricelli
Taliansky vedec Torricelli prvýkrát zmeral atmosférický tlak. Urobil to pomocou takzvaného ortuťového barometra. Najprv Torricelli naplnil sklenenú trubicu ortuťou až po vrch, vzal veľkú misku s ortuťou, trubicu otočil, ponoril ju do misky a otvoril spodný koniec. Merkúr začal klesať, no nevyšiel úplne von, ale klesol do určitej výšky.
Ukázalo sa, že táto úroveň je 760 mm. Preto je tlak atmosféry schopný udržať ortuťový stĺpec 760 mm. Ak tlak stúpa, potom môže udržať stĺpec väčšej výšky, ak klesá, menej. Ak áno, potom jeho veľkosť možno posúdiť podľa výšky stĺpa. Preto sa v praxi tlak atmosféry a plynov často meria presne v milimetroch ortuti. Stanovme vzťah medzi milimetrami ortuti a obvyklými jednotkami pascalu.
Ako súvisia milimetre ortuti a pascalov
Atmosférický tlak zvyšuje ortuť o 760 mm. Znamená to, žeortuťový stĺpec vysoký 760 mm lisuje silou rovnajúcou sa normálnej úrovni atmosférického tlaku. 1 mm Hg je tlak, ktorý vytvára 1 mm vysoký stĺpec ortuti. Predstavte si, že výška ortuťového stĺpca je 1 mm. Vypočítajte hydrostatický tlak zodpovedajúci tejto nadmorskej výške.
P=1 mmHg Hydrostatický tlak sa vypočíta podľa vzorca: ρgh. ρ je hustota ortuti, g je gravitačné zrýchlenie, h je výška stĺpca kvapaliny. ρ=13, 6103 kg/m3, g=9, 8 N/kg, h=110 -3 m. Doplňte tieto údaje do vzorca. Po konverzii zostane 13,69,8=133,3 N/m2. N/m2 – toto je Pascal (Pa). Ak prepočítame atmosférický tlak na hektopascaly, tak 1 mm Hg. čl. zodpovedá 1,333 hPa.
Hg a počasie
Torricelli dlho sledoval hodnoty ortuťového barometra. Všimol si zaujímavú vec. Keď ortuťový stĺpec klesne, to znamená, keď sa zníži atmosférický tlak, po chvíli nastane zlé počasie. Keď ortuťový stĺpec stúpa, po určitom čase zlé počasie vystrieda dobré počasie. To znamená, že meranie atmosférického tlaku vám umožňuje vytvoriť predpoveď počasia.
Meteorologické služby teraz nepretržite, každé 3 hodiny, merajú atmosférický tlak. Kniha Julesa Verna Pätnásťročný kapitán popisuje pozorovanie barometra a počasia. Hrdina knihy zistil, že ak ortuťový stĺpec rýchlo klesá, počasie sa prudko zhoršuje, ale nie nadlho, ak hladina ortuti klesá pomaly, v priebehu niekoľkých dní, potompočasie sa bude postupne zhoršovať, ale potrvá dlho.
Čo sa stane, keď je atmosférický tlak rozložený nerovnomerne
Uvažujme o prehľadnej mape. Obsahuje hodnoty atmosférického tlaku v rôznych oblastiach, mestách, krajinách, kontinentoch. Smer pohybu vzdušných hmôt označujú šípky. Prečo fúka vietor? Atmosférický tlak je niekde vyšší a inde nižší. Odkiaľ je väčšia, vietor fúka tam, kde je menšia. Vidíme to v smere šípok na mape.
Ak sa pozriete na celú planétu, môžete vidieť, že je v rôznych častiach iná. Fialovou farbou sú označené oblasti vysokého tlaku, kde sa šípky vetra krútia a pohybujú v smere hodinových ručičiek. Táto oblasť vysokého tlaku sa nazýva anticyklón. Zvyčajne je jasné počasie.
Ale Španielsko a Portugalsko. Tu pozorujeme dve najsilnejšie anticyklóny. Krútenie prúdov vzduchu je spojené s rotáciou zemegule.
A tu sú dve silné oblasti nízkeho atmosférického tlaku – iba 965 hektopascalov. Toto je cyklón, vzduch v ňom rotuje proti smeru hodinových ručičiek.
Môžete tak pozorovať rozloženie atmosférického tlaku na rôznych miestach našej planéty. V súčasnosti meteorológovia presne predpovedajú zmeny počasia, ku ktorým dochádza pri nerovnomernom rozložení atmosférického tlaku.
Tlak na a nad hladinou mora
Predpokladajme, že barometer ukazuje tlak 1006 hPa. Ale akpozri si synopticku mapu danej oblasti, mesta, moze sa ukazat, ze atmosfericky tlak je tam iny. Prečo sa to deje? Faktom je, že synoptické mapy zobrazujú hodnoty atmosférického tlaku na hladine mora. Môžeme byť v určitej výške nad hladinou mora, takže tlak, ktorý barometer ukazuje v miestnosti, je menší ako pri hladine mora.
Výškomer
Ako zmerať výšku vašej polohy? Existujú špeciálne prístroje podobné barometru, ale ich stupnica nie je odstupňovaná v jednotkách tlaku, ale v jednotkách výšky. Turisti a piloti majú takéto zariadenia. Nazývajú sa výškomery alebo parametrické výškomery. Keď je pilot na zemi, nastaví výškomer na nulu, pretože jeho výška nad zemou je nulová. V prípade potreby nastaví šípku do nadmorskej výšky podľa toho, či je pre neho dôležité vedieť, v akej výške je letisko nad morom alebo nie. V prípade letov na dlhé vzdialenosti to môže byť užitočné, najmä ak je letisko v horách. Potom pilot pri pohľade na ručičku výškomeru určí výšku.
Prečo sa atmosférický tlak zvyšuje s nadmorskou výškou
Po tom, čo sme sa dozvedeli, že pri nerovnomernom rozložení atmosférického tlaku vzniká vietor, poďme zistiť, prečo tlak s rastúcou výškou klesá. Vzduch má váhu, preto je priťahovaný k zemi, vyvíja na ňu tlak. Ak umiestnime barometer do určitej vrstvy atmosféry, potom bude stlačený touto vrstvou atmosféry,ktorý je vyššie. Treba poznamenať, že atmosféra nemá jasné hranice.
Ak umiestnime barometer na hladinu mora, tlak sa bude rovnať súčtu tlaku v tejto vrstve vzduchu a tlakov v nadložných vrstvách atmosféry. To znamená, že s rastúcou nadmorskou výškou klesá tlak. Vzniká otázka: je možné vypočítať atmosférický tlak podľa vzorca Р=ρgh? Nie, pretože hodnota hustoty vzduchu nie je v rôznych vrstvách atmosféry konštantná. Dole je vzduch pod väčším tlakom, takže je hustejší a hore je menej hustý.
