Ατμοσφαιρική πίεση είναι η δύναμη με την οποία ο αέρας πιέζει τη Γη, τον άνθρωπο και ό,τι τον περιβάλλει. Το άρθρο θα σας πει πώς τον XVII αιώνα. με τη βοήθεια του πειράματος φάνηκε για πρώτη φορά η δύναμη της πίεσης του αέρα. Είναι πολύ ενδιαφέρον! Θα μάθουμε πώς υποδεικνύεται η ατμοσφαιρική πίεση και πώς μετριέται.
Εμπειρία Otto von Guericke
Πόσο μεγάλη είναι η ατμοσφαιρική πίεση, έμαθε ο κόσμος το 1654. Αυτό συνέβη χάρη στον οικοδεσπότη της πόλης του Μαγδεμβούργου (Γερμανία) Otto von Guericke. Επέδειξε εμπειρία με τα λεγόμενα ημισφαίρια του Μαγδεμβούργου. Τότε δεν έγινε λόγος για το πώς υποδεικνύεται η πίεση του αέρα, γιατί ακόμα δεν ήξεραν πώς να τη μετρήσουν. Πώς φαίνονται τα ημισφαίρια φαίνεται στη φωτογραφία από το Μουσείο του Μαγδεμβούργου.
Αυτά είναι δύο χάλκινα ημισφαίρια, το ένα από αυτά είναι συμπαγές και το δεύτερο έχει μια τρύπα. Μια λαδωμένη δερμάτινη φλάντζα τοποθετήθηκε μεταξύ των ημισφαιρίων για στεγανότητα και συνδέθηκε. Ο αέρας αντλήθηκε από την τρύπα από τα ημισφαίρια. Είναι ενδιαφέρον ότι ο ίδιος ο Guericke τέσσερα χρόνια νωρίτερα, το 1650εφηύρε την αντλία κενού. Φωτογραφίζεται και αυτός. Όταν ο αέρας αντλήθηκε έξω, τα ημισφαίρια συμπιέστηκαν από την ατμοσφαιρική πίεση. Για να τα αποσυνδέσουν το ένα από το άλλο, χρησιμοποιούσαν την ελκτική δύναμη των αλόγων.
Πείραμα με τα ημισφαίρια του Μαγδεμβούργου
Πριν μάθουμε πώς υποδεικνύεται η ατμοσφαιρική πίεση, ας κάνουμε ένα πείραμα. Για αυτό, θα χρησιμοποιήσουμε το μοντέλο ημισφαιρίων του Μαγδεμβούργου. Συνδέστε μια αντλία κενού στην οπή του ημισφαιρίου με έναν ελαστικό σωλήνα. Ενεργοποιήστε το, ανοίξτε τη βρύση σε ένα από τα ημισφαίρια. Η πίεση στο χώρο μεταξύ τους θα μειωθεί. Κατά συνέπεια, η δύναμη που ασκεί στα ημισφαίρια από το εσωτερικό μειώνεται και η δύναμη που ασκεί από έξω αυξάνεται.
Κατά την άντληση αέρα, είναι αδύνατο να διαχωριστούν τα ημισφαίρια, καθώς ταιριάζουν σφιχτά μεταξύ τους. Απενεργοποιήστε την αντλία, αποσυνδέστε τον ελαστικό σωλήνα. Ο αέρας θα αρχίσει να εισέρχεται στον χώρο μεταξύ των ημισφαιρίων. Τότε θα χωριστούν εύκολα.
Ποιο γράμμα αντιπροσωπεύει την πίεση αέρα
Ας προσπαθήσουμε να υπολογίσουμε τη δύναμη που πίεσε τα ημισφαίρια. Όταν αντλούμε αέρα, μόνο η δύναμη της ατμοσφαιρικής πίεσης δρα στα ημισφαίρια. Συμπιέζει τα ημισφαίρια και κατευθύνεται από τα εσωτερικά τοιχώματα των κοίλων σφαιρών στο κέντρο του μεταξύ τους χώρου. Η διάμετρος των ημισφαιρίων (d) στο Guericke ήταν 35,5 cm.
Με βάση το γεγονός ότι δεν μπορέσαμε να χωρίσουμε τα ημισφαίρια, γίνεται σαφές ότι η δύναμη πίεσης είναι πολύ μεγάλη. Ακόμη και οκτώ άλογα σε κάθε πλευρά δεν μπορούσαν να σπάσουν αυτά τα ημισφαίρια. Εδώ είναι ένα χαρακτικό που απεικονίζει την εμπειρία του Otto von Guericke.
Ποιο γράμμα αντιπροσωπεύει την πίεση; Το γράμμα P. Η κανονική ατμοσφαιρική πίεση (Patm) είναι 100 kilopascal (kPa). Μια τέτοια δύναμη δρα σε κάθε μέρος του ημισφαιρίου. Η δύναμη πίεσης F είναι ίση με το γινόμενο της ατμοσφαιρικής πίεσης και του εμβαδού της διατομής των ημισφαιρίων S.
S=πd2/4. F=100103 Pa3, 14(0,355 m)2/4≈10 kN (κιλονιούτον). Αυτό είναι το βάρος ενός φορτίου ενός τόνου, επομένως τα άλογα δεν μπόρεσαν να σπάσουν αυτά τα ημισφαίρια.
Βαρόμετρο
Πώς υποδεικνύεται η ατμοσφαιρική πίεση, ξέρουμε, αλλά πώς μετριέται; Το βαρόμετρο, το οποίο εφευρέθηκε από τους Ιταλούς Τοριτσέλι το πρώτο μισό του 17ου αιώνα, είχε ελαττώματα. Θα μπορούσε εύκολα να σπάσει, ήταν γεμάτο με δηλητηριώδες υδράργυρο και ήθελες πολύ να το μεταφέρεις σε διαφορετικά μέρη για να προβλέψεις τον καιρό.
Ήταν απαραίτητο να καταλήξουμε σε μια συσκευή χωρίς γυάλινο σωλήνα, δηλαδή χωρίς υγρό. Ένα τέτοιο βαρόμετρο εφευρέθηκε μόλις διακόσια χρόνια αργότερα και ονομάστηκε ανεροειδές. Αυτή η λέξη μεταφρασμένη στα ρωσικά σημαίνει χωρίς υγρό. Σκεφτείτε τι είναι ένα βαρόμετρο ανεροειδούς.
Αυτή είναι μια μικρή συσκευή. Σε αντίθεση με τον σωλήνα υδραργύρου Torricelli, ο οποίος έχει ύψος ένα μέτρο, μπορεί εύκολα να τον μεταφέρετε μαζί σας όπου κι αν πάτε. Τι έχει μέσα; Ας ρίξουμε μια ματιά στο βαρόμετρο που εξερράγη.
Πώς υποδεικνύεται η πίεση σε αυτό; Η συσκευή έχει μια κλίμακα παρόμοια με ένα καντράν ρολογιού. Η πίεση σε kilopascals υποδεικνύεται με ένα βέλος. Πίσω από το καντράν βλέπουμε τρία πεπλατυσμένα κουτιά. Ο αέρας αντλείται από αυτά και υπάρχει ένα ελατήριο μέσα. Αν δεν ήταν εκεί, η ατμόσφαιρα θα ήτανθρυμματισμένα κουτιά. Περαιτέρω από το ελατήριο, ο μοχλός απομακρύνεται, μεταδίδει τις κινήσεις των κιβωτίων. Γιατί κινούνται; Τα κουτιά μπορούν να αλλάξουν το πάχος τους. Όταν η ατμοσφαιρική πίεση είναι μεγαλύτερη, ο αέρας συμπιέζει τα κιβώτια, το πάχος τους μειώνεται. Όταν η πίεση είναι μικρότερη, το ελατήριο ισιώνει και τα κουτιά γίνονται παχύτερα. Μέσω του μηχανισμού των μοχλών η κίνηση μεταδίδεται στο βέλος.
Συσκευή βαρόμετρου χωρίς υγρό
Μάθαμε πώς υποδεικνύεται η πίεση σε ένα βαρόμετρο χωρίς υγρά και τώρα θα σχεδιάσουμε το διάγραμμά του.
Τρία κουτιά δίνουν στη συσκευή μεγαλύτερη ακρίβεια, αλλά καταρχήν ένα είναι αρκετό. Είναι ειδικά κατασκευασμένο κυματοειδές για να έχει τη δυνατότητα αλλαγής του πάχους του. Θυμηθείτε τους κυματοειδείς και επομένως εύκαμπτους σωλήνες ηλεκτρικής σκούπας. Το κάτω μέρος του κουτιού είναι στερεωμένο στη βάση. Στην κορυφή του είναι στερεωμένο ένα ελατήριο, το οποίο προσπαθεί να ισιώσει το κουτί με τον ίδιο τρόπο που ένας χάρακας από αλουμίνιο, αν λυγίσει, προσπαθεί να ισιώσει. Η ατμοσφαιρική πίεση, αντίθετα, προσπαθεί να συμπιέσει το κουτί.
Όταν αυξάνεται η πίεση, το πάχος του κιβωτίου μειώνεται, πράγμα που σημαίνει ότι ο μοχλός στρέφει τον άξονα. Εάν προσαρτήσετε ένα βέλος στον άξονα, θα περιστρέφεται προς τα δεξιά όταν μειώνεται το πάχος και προς τα αριστερά όταν αυξάνεται το πάχος.
