Atmosféra je oblak plynu, ktorý obklopuje Zem. Hmotnosť vzduchu, ktorého výška presahuje 900 km, má silný vplyv na obyvateľov našej planéty. My to necítime, život na dne vzdušného oceánu berieme ako samozrejmosť. Človek pociťuje nepohodlie pri výstupe vysoko do hôr. Nedostatok kyslíka vyvoláva rýchlu únavu. Zároveň sa výrazne mení atmosférický tlak.
Fyzika sa zaoberá atmosférickým tlakom, jeho zmenami a dopadom na zemský povrch.
V priebehu stredoškolskej fyziky sa značná pozornosť venuje štúdiu pôsobenia atmosféry. Vlastnosti definície, závislosť od výšky, vplyv na procesy prebiehajúce v každodennom živote alebo v prírode sú vysvetlené na základe poznatkov o pôsobení atmosféry.
Kedy ľudia začínajú študovať atmosférický tlak? 6. stupeň – čas na zoznámenie sa so zvláštnosťami atmosféry. Tento proces pokračuje v špecializovaných stredných školách.
História štúdia
Prvé pokusy o stanovenie atmosférického tlaku vzduchu sa uskutočnili v roku 1643 na návrh talianskeho evanjelistuTorricelli. Sklenená trubica utesnená na jednom konci bola naplnená ortuťou. Po uzavretí na druhej strane sa znížila na ortuť. V hornej časti trubice sa v dôsledku čiastočného odtoku ortuti vytvoril prázdny priestor, ktorý dostal nasledujúci názov: „Torricellian void“.
V tejto dobe dominovala v prírodných vedách Aristotelova teória, ktorá veril, že „príroda sa bojí prázdnoty“. Podľa jeho názoru nemôže existovať prázdny priestor, ktorý by nebol vyplnený hmotou. Preto sa dlho snažili vysvetliť prítomnosť prázdnoty v sklenenej trubici inými záležitosťami.
Niet pochýb o tom, že ide o prázdny priestor, nedá sa ničím naplniť, pretože na začiatku experimentu ortuť úplne naplnila valec. A vytekanie nedovolilo iným látkam zaplniť voľné miesto. Prečo sa však všetka ortuť nenaliala do nádoby, pretože ani tomu neexistujú žiadne prekážky? Záver sa naznačuje sám: ortuť v trubici, rovnako ako v komunikujúcich nádobách, vytvára rovnaký tlak na ortuť v nádobe ako niečo zvonku. Na rovnakej úrovni prichádza do kontaktu s ortuťovým povrchom iba atmosféra. Je to jej tlak, ktorý zabráni vyliatiu látky pod vplyvom gravitácie. Je známe, že plyn vytvára rovnakú akciu vo všetkých smeroch. Ovplyvňuje povrch ortuti v nádobe.
Výška ortuťového valca je približne 76 cm Je zrejmé, že tento indikátor sa v priebehu času mení, a preto sa mení atmosférický tlak. Dá sa merať v cm ortuťového stĺpca.stĺpec (alebo v milimetroch).
Ktoré jednotky použiť?
Medzinárodný systém jednotiek je medzinárodný, takže nezahŕňa použitie milimetrov ortuti. čl. pri určovaní tlaku. Jednotka atmosférického tlaku sa nastavuje rovnakým spôsobom ako v pevných látkach a kvapalinách. Meranie tlaku v pascaloch je akceptované v SI.
Pre 1 Pa sa odoberá taký tlak, ktorý je vytvorený silou 1 N na plochu 1 m2.
Určite, ako spolu súvisia merné jednotky. Tlak v stĺpci kvapaliny sa nastaví podľa nasledujúceho vzorca: p=ρgh. Hustota ortuti ρ=13600 kg/m3. Zoberme si stĺpec ortuti dlhý 760 milimetrov ako referenčný bod. Odtiaľto:
r=13600 kg/m3×9,83 N/kg×0,76 m=101292,8 Pa
Na zaznamenanie atmosférického tlaku v pascaloch zvážte: 1 mm Hg.=133,3 Pa.
Príklad riešenia problému
Určite silu, ktorou atmosféra pôsobí na povrch strechy s rozmermi 10x20 m. Predpokladá sa, že tlak atmosféry je 740 mm Hg. St.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Analýza
Ak chcete určiť silu pôsobenia, musíte nastaviť atmosférický tlak v pascaloch. Berúc do úvahy skutočnosť, že 1 milimeter Hg. rovná 133,3 Pa, máme nasledovné: p=98642 Pa.
Rozhodnutie
Na určenie tlaku použite vzorec:
p=F/s, Keďže plocha strechy nie je daná, predpokladajme, že ide o obdĺžnik. Oblasť tohto čísla je určená vzorcom:
s=ab.
Nahradiť hodnotu plochy vvzorec výpočtu:
p=F/(ab), odkiaľ:
F=pab.
Vypočítajte: F=98642 Pa×10 m×20 m=19728400 N=1,97 MN.
Odpoveď: tlaková sila atmosféry na streche domu je 1,97 MN.
Metódy merania
Experimentálne stanovenie atmosférického tlaku možno vykonať pomocou ortuťového stĺpca. Ak pripevníte mierku vedľa nej, bude možné opraviť zmeny. Toto je najjednoduchší ortuťový barometer.
Bola to Evangelista Torricelli, kto bol prekvapený, keď si všimol zmeny v pôsobení atmosféry, spájajúcej tento proces s teplom a chladom.
Atmosférický tlak na hladine mora pri 0 stupňoch Celzia sa nazýval optimálny. Táto hodnota je 760 mmHg. Normálny atmosférický tlak v pascaloch sa považuje za rovný 105 Pa.
Je známe, že ortuť je pre ľudské zdravie dosť škodlivá. V dôsledku toho nemožno použiť otvorené ortuťové barometre. Ostatné kvapaliny sú oveľa menej husté, takže trubica naplnená kvapalinou musí byť dostatočne dlhá.
Napríklad vodný stĺpec vytvorený Blaisom Pascalom by mal byť vysoký asi 10 m. Nepohodlie je zrejmé.
Bezkvapalný barometer
Pozoruhodným krokom vpred je myšlienka odkloniť sa od kvapaliny pri výrobe barometrov. Schopnosť vyrobiť zariadenie na určovanie tlaku atmosféry je implementovaná v aneroidných barometroch.
Hlavná časť tohto merača je plochábox, z ktorého sa odčerpáva vzduch. Aby nebol stlačený atmosférou, povrch je zvlnený. Box je spojený systémom pružín so šípkou označujúcou hodnotu tlaku na stupnici. Ten môže byť absolvovaný v ľubovoľných jednotkách. Atmosférický tlak možno merať v pascaloch pomocou vhodnej meracej stupnice.
Výška zdvihu a atmosférický tlak
Zmena hustoty atmosféry pri stúpaní vedie k poklesu tlaku. Nehomogenita plynového obalu neumožňuje zaviesť lineárny zákon zmeny, pretože stupeň poklesu tlaku klesá s rastúcou výškou. Na povrchu Zeme, keď stúpa, na každých 12 metrov klesá vplyv atmosféry o 1 mm Hg. čl. V troposfére nastáva podobná zmena každých 10,5 metra.
Blízko povrchu Zeme, vo výške lietadla, dokáže aneroid vybavený špeciálnou stupnicou určiť výšku podľa atmosférického tlaku. Toto zariadenie sa nazýva výškomer.
Špeciálne zariadenie na povrchu Zeme vám umožňuje nastaviť výškomer na nulu, aby ste ho neskôr mohli použiť na určenie výšky výstupu.
Príklad riešenia problému
Na úpätí hory barometer ukázal atmosférický tlak 756 milimetrov ortuti. Aká bude hodnota vo výške 2500 metrov nad morom? Vyžaduje sa zaznamenávanie atmosférického tlaku v pascaloch.
r1 =756 mm Hg, V=2500 m, r2 - ?
Rozhodnutie
Pri určovaní hodnoty barometra vo výške H to berieme do úvahypokles tlaku o 1 mm Hg. každých 12 metrov. Preto:
(p1 – p2)×12 m=V×1 mmHg, z:
p2=p1 - V×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m×1 mmHg/12 m=546 mmHg
Ak chcete zaznamenať získaný atmosférický tlak v pascaloch, postupujte takto:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
Odpoveď: 72619 Pa.
Atmosférický tlak a počasie
Pohyb vrstiev vzduchu v blízkosti zemského povrchu a nerovnomerné zahrievanie vzduchu v rôznych oblastiach vedie k zmenám poveternostných podmienok vo všetkých častiach planéty.
Tlak sa môže meniť o 20-35 mmHg. dlhodobo a o 2-4 milimetre ortuti. počas dňa. Zdravý človek nevníma zmeny v tomto ukazovateli.
Atmosférický tlak, ktorého hodnota je pod normálom a často sa mení, naznačuje cyklón, ktorý prekryl určitý. Tento jav je často sprevádzaný oblačnosťou a zrážkami.
Nízky tlak nie je vždy znakom daždivého počasia. Zlé počasie závisí viac od postupného poklesu príslušného ukazovateľa.
Prudký pokles tlaku na 74 centimetrov Hg. a pod ním hrozí búrka, prehánky, ktoré budú pokračovať, aj keď už ukazovateľ začína stúpať.
Zmenu počasia k lepšiemu možno identifikovať podľa nasledujúcich znakov:
- po dlhom období nepriaznivého počasia dochádza k postupnému a trvalému nárastu atmosférického tlaku;
- tlak stúpa v hmlistom kašovitom počasí;
- v období južných vetrov daný ukazovateľ stúpa niekoľko dní po sebe;
- nárast atmosférického tlaku počas veterného počasia je znakom príjemného počasia.
