Ατμοσφαιρική πίεση είναι η δύναμη με την οποία επηρεαζόμαστε από τον περιβάλλοντα αέρα, δηλαδή την ατμόσφαιρα. Το άρθρο θα παρουσιάσει πειράματα κατά τα οποία θα βεβαιωθούμε ότι η ατμοσφαιρική πίεση υπάρχει πραγματικά. Θα μάθουμε ποιος το μέτρησε για πρώτη φορά, τι συμβαίνει όταν η ατμοσφαιρική πίεση είναι άνισα κατανεμημένη και πολλά άλλα.
Εκδηλώσεις ατμοσφαιρικής πίεσης
Αν ο αέρας πιέζει τα πάντα γύρω, τότε κάτι βαραίνει. Είναι αλήθεια αυτό, γιατί τότε μας φαίνεται άβαρο; Ας διεξαγάγουμε πειράματα που δείχνουν ότι η ατμοσφαιρική πίεση υπάρχει στην πραγματικότητα.
Γεμίστε τη σύριγγα με νερό μέχρι τη μέση και, στη συνέχεια, τραβήξτε το έμβολο προς τα πάνω. Το νερό θα ακολουθήσει το έμβολο. Ο λόγος για αυτό είναι η ατμοσφαιρική πίεση, αλλά όταν οι άνθρωποι δεν γνώριζαν ακόμη την ύπαρξή του, είπαν ότι η φύση απλά δεν ανέχεται το κενό. Τώρα γνωρίζουμε ότι όταν το έμβολο ανεβαίνει, δημιουργείται μια περιοχήμειωμένη πίεση και η ατμόσφαιρα πιέζει νερό στη σύριγγα.
Εμπειρία με μια πλαστική κάρτα και ένα βάζο
Γεμίστε ένα γυάλινο βάζο μέχρι πάνω με νερό, καλύψτε το πάνω μέρος με ένα κομμάτι πλαστικό, για παράδειγμα, μια κάρτα. Ας γυρίσουμε το βάζο και ας δούμε ότι η κάρτα κρατάει και δεν πέφτει. Η δύναμη της πίεσης του νερού αντισταθμίζεται από τη δύναμη πίεσης της ατμόσφαιρας. Τίποτα δεν πιέζει το νερό από πάνω, αλλά η ατμόσφαιρα πιέζει από κάτω, με αποτέλεσμα να κρατιέται η κάρτα. Εάν εισέλθει αέρας ανάμεσα στο πλαστικό και το βάζο, η κάρτα θα πέσει και το νερό θα χυθεί.
Συσκευή Torricelli
Ο Ιταλός επιστήμονας Torricelli μέτρησε την ατμοσφαιρική πίεση για πρώτη φορά. Αυτό το έκανε με το λεγόμενο υδραργυρικό βαρόμετρο. Πρώτα, ο Torricelli γέμισε έναν γυάλινο σωλήνα με υδράργυρο μέχρι την κορυφή, πήρε ένα μεγάλο μπολ με υδράργυρο, γύρισε τον σωλήνα, τον βούτηξε στο μπολ και άνοιξε το κάτω άκρο. Ο υδράργυρος άρχισε να κατεβαίνει, αλλά δεν βγήκε εντελώς, αλλά κατέβηκε σε ένα ορισμένο ύψος.
Αποδείχθηκε ότι αυτό το επίπεδο είναι 760 mm. Επομένως, η πίεση της ατμόσφαιρας μπορεί να συγκρατήσει μια στήλη υδραργύρου 760 mm. Εάν η πίεση αυξάνεται, τότε μπορεί να κρατήσει μια στήλη μεγαλύτερου ύψους, αν μειωθεί, λιγότερο. Αν ναι, τότε το μέγεθός του μπορεί να κριθεί από το ύψος της κολόνας. Επομένως, στην πράξη, η πίεση της ατμόσφαιρας και των αερίων συχνά μετριέται με ακρίβεια σε χιλιοστά υδραργύρου. Ας δημιουργήσουμε μια σχέση μεταξύ χιλιοστών υδραργύρου και των συνηθισμένων μονάδων του πασκάλ.
Πώς σχετίζονται τα χιλιοστά υδραργύρου και πασκάλ
Η ατμοσφαιρική πίεση αυξάνει τον υδράργυρο κατά 760 mm. Αυτό σημαίνει ότιμια στήλη υδραργύρου πρέσες ύψους 760 mm με δύναμη ίση με το κανονικό επίπεδο ατμοσφαιρικής πίεσης. 1 mm Hg είναι η πίεση που παράγεται από μια στήλη υδραργύρου ύψους 1 mm. Φανταστείτε ότι το ύψος της στήλης υδραργύρου είναι 1 mm. Υπολογίστε την υδροστατική πίεση που αντιστοιχεί σε αυτό το υψόμετρο.
P=1 mmHg Η υδροστατική πίεση υπολογίζεται με τον τύπο: ρgh. ρ είναι η πυκνότητα του υδραργύρου, g είναι η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας, h το ύψος της στήλης του υγρού. ρ=13, 6103 kg/m3, g=9, 8 N/kg, h=110 -3 μ. Αντικαταστήστε αυτά τα δεδομένα στον τύπο. Μετά τη μετατροπή, θα παραμείνει 13,69,8=133,3 N/m2. N/m2 - αυτό είναι το Pascal (Pa). Αν μετατρέψουμε την ατμοσφαιρική πίεση σε εκτοπασκάλ, τότε 1 mm Hg. Τέχνη. αντιστοιχεί σε 1.333 hPa.
Hg και καιρός
Torricelli παρακολούθησε τις μετρήσεις του βαρόμετρου υδραργύρου για πολλή ώρα. Παρατήρησε ένα ενδιαφέρον πράγμα. Όταν πέσει η στήλη υδραργύρου, όταν δηλαδή η ατμοσφαιρική πίεση πέσει, μετά από λίγο μπαίνει η κακοκαιρία. Όταν η στήλη υδραργύρου ανεβαίνει, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα η κακοκαιρία αντικαθίσταται από τον καλό καιρό. Δηλαδή, η μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης σας επιτρέπει να κάνετε μια πρόγνωση καιρού.
Τώρα οι μετεωρολογικές υπηρεσίες μετρούν την ατμοσφαιρική πίεση όλο το εικοσιτετράωρο, κάθε 3 ώρες. Το βιβλίο του Ιουλίου Βερν Ο Δεκαπεντάχρονος Καπετάνιος περιγράφει την παρατήρηση του βαρόμετρου και του καιρού. Ο πρωταγωνιστής του βιβλίου ανακάλυψε ότι αν η στήλη υδραργύρου πέσει γρήγορα, τότε ο καιρός χειροτερεύει απότομα, αλλά όχι για πολύ, εάν το επίπεδο υδραργύρου μειωθεί αργά, σε αρκετές ημέρες, τότεο καιρός θα επιδεινωθεί σταδιακά, αλλά θα διαρκέσει για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Τι συμβαίνει όταν η ατμοσφαιρική πίεση είναι άνισα κατανεμημένη
Ας εξετάσουμε έναν συνοπτικό χάρτη. Περιέχει τις τιμές της ατμοσφαιρικής πίεσης σε διάφορες περιοχές, πόλεις, χώρες, ηπείρους. Η κατεύθυνση κίνησης των μαζών αέρα υποδεικνύεται με βέλη. Γιατί φυσάει ο άνεμος; Η ατμοσφαιρική πίεση σε ορισμένα σημεία είναι μεγαλύτερη και σε άλλα μικρότερη. Από εκεί που είναι μεγαλύτερο, ο άνεμος φυσάει μέχρι εκεί που είναι μικρότερος. Το βλέπουμε προς την κατεύθυνση των βελών στον χάρτη.
Αν κοιτάξετε ολόκληρο τον πλανήτη, μπορείτε να δείτε ότι είναι διαφορετικός σε διαφορετικά μέρη. Οι περιοχές υψηλής πίεσης σημειώνονται με μωβ, όπου τα βέλη του ανέμου στροβιλίζονται και κινούνται δεξιόστροφα. Αυτή η περιοχή υψηλής πίεσης ονομάζεται αντικυκλώνας. Συνήθως έχει καθαρό καιρό.
Αλλά η Ισπανία και η Πορτογαλία. Εδώ παρατηρούμε δύο πιο ισχυρούς αντικυκλώνες. Η συστροφή των ρευμάτων αέρα συνδέεται με την περιστροφή της υδρογείου.
Και εδώ είναι δύο ισχυρές περιοχές χαμηλής ατμοσφαιρικής πίεσης - μόνο 965 εκτοπασκάλ. Αυτός είναι ένας κυκλώνας, ο αέρας σε αυτόν περιστρέφεται αριστερόστροφα.
Έτσι, μπορείτε να παρατηρήσετε την κατανομή της ατμοσφαιρικής πίεσης σε διάφορα μέρη του πλανήτη μας. Σήμερα, οι μετεωρολόγοι προβλέπουν με ακρίβεια τις καιρικές αλλαγές που συμβαίνουν όταν η ατμοσφαιρική πίεση είναι άνισα κατανεμημένη.
Πίεση στο επίπεδο της θάλασσας και πάνω από το επίπεδο της θάλασσας
Ας υποθέσουμε ότι το βαρόμετρο δείχνει πίεση 1006 hPa. Αλλα ανκοιτάξτε τον συνοπτικό χάρτη μιας δεδομένης περιοχής, πόλης, μπορεί να αποδειχθεί ότι η ατμοσφαιρική πίεση είναι διαφορετική εκεί. Γιατί συμβαίνει αυτό? Το γεγονός είναι ότι οι συνοπτικοί χάρτες δείχνουν τις τιμές της ατμοσφαιρικής πίεσης στο επίπεδο της θάλασσας. Μπορούμε να βρισκόμαστε σε ένα ορισμένο ύψος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, επομένως η πίεση που δείχνει το βαρόμετρο στο δωμάτιο είναι μικρότερη από ό,τι στο επίπεδο της θάλασσας.
Υψόμετρο
Πώς να μετρήσετε το ύψος της τοποθεσίας σας; Υπάρχουν ειδικά όργανα παρόμοια με ένα βαρόμετρο, αλλά η κλίμακα τους βαθμολογείται όχι σε μονάδες πίεσης, αλλά σε μονάδες ύψους. Οι τουρίστες και οι πιλότοι έχουν τέτοιες συσκευές. Ονομάζονται υψόμετρα ή παραμετρικά υψόμετρα. Όταν ο πιλότος είναι στο έδαφος, θέτει το υψόμετρο στο μηδέν, επειδή το ύψος του πάνω από το έδαφος είναι μηδέν. Εάν είναι απαραίτητο, θέτει το βέλος στο ύψος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, ανάλογα με το αν είναι σημαντικό για αυτόν να γνωρίζει σε ποιο ύψος βρίσκεται το αεροδρόμιο πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας ή όχι. Στην περίπτωση πτήσεων μεγάλων αποστάσεων, αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο, ειδικά εάν το αεροδρόμιο βρίσκεται στα βουνά. Στη συνέχεια, κοιτάζοντας τη βελόνα του υψομέτρου, ο πιλότος καθορίζει το υψόμετρο.
Γιατί αυξάνεται η ατμοσφαιρική πίεση με το υψόμετρο
Αφού μάθαμε ότι όταν η ατμοσφαιρική πίεση κατανέμεται άνισα, εμφανίζεται άνεμος, ας καταλάβουμε γιατί η πίεση μειώνεται με την αύξηση του υψομέτρου. Ο αέρας έχει βάρος, επομένως έλκεται από τη γη, ασκεί πίεση πάνω του. Εάν τοποθετήσουμε ένα βαρόμετρο σε ένα συγκεκριμένο στρώμα της ατμόσφαιρας, τότε θα πιεστεί από αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας,που είναι παραπάνω. Πρέπει να σημειωθεί ότι η ατμόσφαιρα δεν έχει ξεκάθαρα όρια.
Αν τοποθετήσουμε ένα βαρόμετρο στο επίπεδο της θάλασσας, η πίεση θα είναι ίση με το άθροισμα της πίεσης σε αυτό το στρώμα αέρα και των πιέσεων στα υπερκείμενα στρώματα της ατμόσφαιρας. Δηλαδή όσο αυξάνεται το υψόμετρο μειώνεται η πίεση. Τίθεται το ερώτημα: είναι δυνατόν να υπολογιστεί η ατμοσφαιρική πίεση σύμφωνα με τον τύπο Р=ρgh; Όχι, γιατί η τιμή της πυκνότητας του αέρα δεν είναι σταθερή σε διαφορετικά στρώματα της ατμόσφαιρας. Στο κάτω μέρος, ο αέρας είναι υπό μεγαλύτερη πίεση, επομένως είναι πιο πυκνός, και στο πάνω μέρος είναι λιγότερο πυκνός.
