Η ατμόσφαιρα είναι ένα νέφος αερίου που περιβάλλει τη Γη. Το βάρος του αέρα, το ύψος του οποίου ξεπερνά τα 900 km, έχει ισχυρή επίδραση στους κατοίκους του πλανήτη μας. Δεν το νιώθουμε αυτό, αφαιρώντας τη ζωή στον πυθμένα του ωκεανού ως αυτονόητο. Ένα άτομο αισθάνεται δυσφορία όταν σκαρφαλώνει ψηλά στα βουνά. Η έλλειψη οξυγόνου προκαλεί ταχεία κόπωση. Ταυτόχρονα, η ατμοσφαιρική πίεση αλλάζει σημαντικά.
Η Φυσική ασχολείται με την ατμοσφαιρική πίεση, τις αλλαγές της και τις επιπτώσεις στην επιφάνεια της Γης.
Στο μάθημα της φυσικής γυμνασίου, δίνεται μεγάλη προσοχή στη μελέτη της δράσης της ατμόσφαιρας. Τα χαρακτηριστικά του ορισμού, η εξάρτηση από το ύψος, η επίδραση σε διαδικασίες που συμβαίνουν στην καθημερινή ζωή ή στη φύση, εξηγούνται με βάση τη γνώση για τη δράση της ατμόσφαιρας.
Πότε αρχίζουν οι άνθρωποι να μελετούν την ατμοσφαιρική πίεση; Βαθμός 6 - χρόνος να εξοικειωθείτε με τις ιδιαιτερότητες της ατμόσφαιρας. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται σε εξειδικευμένες τάξεις γυμνασίου.
Ιστορικό σπουδών
Οι πρώτες προσπάθειες για τον καθορισμό της ατμοσφαιρικής πίεσης έγιναν το 1643 μετά από πρόταση του Ιταλού ΕυαγγελιστήΤοριτσέλι. Ένας γυάλινος σωλήνας σφραγισμένος στο ένα άκρο ήταν γεμάτος με υδράργυρο. Έχοντας κλείσει από την άλλη πλευρά, κατέβηκε σε υδράργυρο. Στο πάνω μέρος του σωλήνα, λόγω της μερικής εκροής υδραργύρου, σχηματίστηκε ένας κενός χώρος, ο οποίος έλαβε το εξής όνομα: «Torricellian void».
Αυτή την εποχή, η θεωρία του Αριστοτέλη κυριαρχούσε στη φυσική επιστήμη, ο οποίος πίστευε ότι «η φύση φοβάται το κενό». Σύμφωνα με τις απόψεις του, δεν μπορεί να υπάρχει κενός χώρος που να μην είναι γεμάτος με ύλη. Ως εκ τούτου, για πολύ καιρό προσπάθησαν να εξηγήσουν την παρουσία του κενού σε έναν γυάλινο σωλήνα με άλλα θέματα.
Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι πρόκειται για έναν κενό χώρο, δεν μπορεί να γεμίσει με τίποτα, γιατί στην αρχή του πειράματος ο υδράργυρος γέμισε εντελώς τον κύλινδρο. Και, ρέοντας έξω, δεν επέτρεψε σε άλλες ουσίες να γεμίσουν την κενή θέση. Αλλά γιατί δεν χύθηκε όλος ο υδράργυρος στο δοχείο, επειδή δεν υπάρχουν εμπόδια ούτε σε αυτό; Το συμπέρασμα υποδηλώνει από μόνο του: ο υδράργυρος στον σωλήνα, όπως και στα δοχεία επικοινωνίας, δημιουργεί την ίδια πίεση στον υδράργυρο στο δοχείο με κάτι από το εξωτερικό. Στο ίδιο επίπεδο, μόνο η ατμόσφαιρα έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια του υδραργύρου. Είναι η πίεσή της που εμποδίζει την ουσία να εκχυθεί υπό την επίδραση της βαρύτητας. Το αέριο είναι γνωστό ότι δημιουργεί την ίδια δράση προς όλες τις κατευθύνσεις. Επηρεάζει την επιφάνεια του υδραργύρου στο δοχείο.
Το ύψος ενός κυλίνδρου υδραργύρου είναι περίπου 76 εκ. Παρατηρείται ότι αυτός ο δείκτης ποικίλλει με την πάροδο του χρόνου, επομένως, η ατμοσφαιρική πίεση αλλάζει. Μπορεί να μετρηθεί σε cm υδραργύρου.στήλη (ή σε χιλιοστά).
Ποιες μονάδες να χρησιμοποιήσετε;
Το διεθνές σύστημα μονάδων είναι διεθνές, επομένως δεν περιλαμβάνει τη χρήση χιλιοστών υδραργύρου. Τέχνη. κατά τον προσδιορισμό της πίεσης. Η μονάδα ατμοσφαιρικής πίεσης ρυθμίζεται με τον ίδιο τρόπο όπως συμβαίνει στα στερεά και τα υγρά. Η μέτρηση της πίεσης σε πασκάλ γίνεται αποδεκτή σε SI.
Για 1 Pa, λαμβάνεται μια τέτοια πίεση που δημιουργείται από μια δύναμη 1 N ανά περιοχή 1 m2.
Προσδιορίστε πώς συνδέονται οι μονάδες μέτρησης. Η πίεση της στήλης υγρού ρυθμίζεται σύμφωνα με τον ακόλουθο τύπο: p=ρgh. Πυκνότητα υδραργύρου ρ=13600 kg/m3. Ας πάρουμε ως σημείο αναφοράς μια στήλη υδραργύρου μήκους 760 χιλιοστών. Από εδώ:
r=13600 kg/m3×9,83 N/kg×0,76 m=101292,8 Pa
Για να καταγράψετε την ατμοσφαιρική πίεση σε πασκάλ, σκεφτείτε: 1 mm Hg.=133,3 Pa.
Παράδειγμα επίλυσης προβλημάτων
Προσδιορίστε τη δύναμη με την οποία επιδρά η ατμόσφαιρα στην επιφάνεια μιας στέγης διαστάσεων 10x20 m. Η πίεση της ατμόσφαιρας θεωρείται ότι είναι 740 mm Hg. St.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Analysis
Για να προσδιορίσετε τη δύναμη δράσης, πρέπει να ρυθμίσετε την ατμοσφαιρική πίεση σε πασκάλ. Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι 1 χιλιοστό Hg. ίσο με 133,3 Pa, έχουμε τα εξής: p=98642 Pa.
Απόφαση
Χρησιμοποιήστε τον τύπο για τον προσδιορισμό της πίεσης:
p=F/s, Δεδομένου ότι το εμβαδόν της οροφής δεν δίνεται, ας υποθέσουμε ότι είναι ορθογώνιο. Το εμβαδόν αυτού του αριθμού καθορίζεται από τον τύπο:
s=ab.
Αντικαταστήστε την τιμή της περιοχής μέσατύπος υπολογισμού:
p=F/(ab), από όπου:
F=pab.
Υπολογισμός: F=98642 Pa×10 m×20 m=19728400 N=1,97 MN.
Απάντηση: η δύναμη πίεσης της ατμόσφαιρας στην οροφή του σπιτιού είναι 1,97 MN.
Μέθοδοι μέτρησης
Ο πειραματικός προσδιορισμός της ατμοσφαιρικής πίεσης μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας στήλη υδραργύρου. Εάν διορθώσετε την κλίμακα δίπλα της, τότε καθίσταται δυνατή η διόρθωση των αλλαγών. Αυτό είναι το απλούστερο βαρόμετρο υδραργύρου.
Ήταν ο Evangelista Torricelli που παρατήρησε έκπληκτος τις αλλαγές στη δράση της ατμόσφαιρας, συνδέοντας αυτή τη διαδικασία με τη ζέστη και το κρύο.
Η ατμοσφαιρική πίεση στο επίπεδο της επιφάνειας της θάλασσας στους 0 βαθμούς Κελσίου ονομάστηκε βέλτιστη. Αυτή η τιμή είναι 760 mmHg. Η κανονική ατμοσφαιρική πίεση σε πασκάλ θεωρείται ότι είναι ίση με 105 Pa.
Είναι γνωστό ότι ο υδράργυρος είναι αρκετά επιβλαβής για την ανθρώπινη υγεία. Ως αποτέλεσμα, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανοιχτά βαρόμετρα υδραργύρου. Άλλα υγρά είναι πολύ λιγότερο πυκνά, επομένως ο σωλήνας γεμάτος με υγρό πρέπει να είναι αρκετά μακρύς.
Για παράδειγμα, η στήλη νερού που δημιουργήθηκε από τον Blaise Pascal θα πρέπει να έχει ύψος περίπου 10 m. Η ταλαιπωρία είναι προφανής.
βαρόμετρο χωρίς υγρό
Ένα αξιοσημείωτο βήμα προς τα εμπρός είναι η ιδέα της απομάκρυνσης από το υγρό κατά την κατασκευή βαρομέτρων. Η δυνατότητα κατασκευής μιας συσκευής για τον προσδιορισμό της πίεσης της ατμόσφαιρας εφαρμόζεται σε βαρόμετρα ανεροειδών.
Το κύριο μέρος αυτού του μετρητή είναι επίπεδοκουτί από το οποίο αντλείται ο αέρας. Για να μην πιέζεται από την ατμόσφαιρα, η επιφάνεια γίνεται κυματοειδές. Το κιβώτιο συνδέεται με ένα σύστημα ελατηρίων σε ένα βέλος που δείχνει την τιμή πίεσης στην κλίμακα. Το τελευταίο μπορεί να αποφοιτηθεί σε οποιεσδήποτε μονάδες. Η ατμοσφαιρική πίεση μπορεί να μετρηθεί σε πασκάλ με κατάλληλη κλίμακα μέτρησης.
Ύψος ανύψωσης και ατμοσφαιρική πίεση
Η αλλαγή στην πυκνότητα της ατμόσφαιρας καθώς ανεβαίνεις οδηγεί σε μείωση της πίεσης. Η ανομοιογένεια του περιβλήματος του αερίου δεν επιτρέπει την εισαγωγή ενός γραμμικού νόμου μεταβολής, καθώς ο βαθμός μείωσης της πίεσης μειώνεται με την αύξηση του ύψους. Στην επιφάνεια της Γης, καθώς ανεβαίνει, για κάθε 12 μέτρα, η επίδραση της ατμόσφαιρας πέφτει κατά 1 mm Hg. Τέχνη. Στην τροπόσφαιρα, μια παρόμοια αλλαγή συμβαίνει κάθε 10,5 μέτρα.
Κοντά στην επιφάνεια της Γης, στο ύψος ενός αεροσκάφους, ένα αντεροειδές εξοπλισμένο με ειδική κλίμακα μπορεί να προσδιορίσει το ύψος με την ατμοσφαιρική πίεση. Αυτή η συσκευή ονομάζεται υψόμετρο.
Μια ειδική συσκευή στην επιφάνεια της Γης σάς επιτρέπει να ρυθμίσετε το υψόμετρο στο μηδέν, ώστε αργότερα να μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να προσδιορίσετε το ύψος της ανάβασης.
Παράδειγμα επίλυσης προβλημάτων
Στους πρόποδες του βουνού, το βαρόμετρο έδειξε ατμοσφαιρική πίεση 756 χιλιοστών υδραργύρου. Ποια θα είναι η τιμή σε υψόμετρο 2500 μέτρων από την επιφάνεια της θάλασσας; Απαιτείται η καταγραφή της ατμοσφαιρικής πίεσης σε πασκάλ.
r1 =756 mm Hg, H=2500 m, r2 - ?
Απόφαση
Για να προσδιορίσουμε την ένδειξη του βαρόμετρου στο ύψος H, λαμβάνουμε υπόψη ότιη πίεση πέφτει κατά 1 mm Hg. κάθε 12 μέτρα. Επομένως:
(p1 – p2)×12 m=H×1 mmHg, από:
p2=p1 - H×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m×1 mmHg/12 m=546 mmHg
Για να καταγράψετε την λαμβανόμενη ατμοσφαιρική πίεση σε πασκάλ, κάντε τα εξής:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
Απάντηση: 72619 Pa.
Ατμοσφαιρική πίεση και καιρός
Η κίνηση των ατμοσφαιρικών στρωμάτων του αέρα κοντά στην επιφάνεια της Γης και η ανομοιόμορφη θέρμανση του αέρα σε διάφορες περιοχές οδηγούν σε αλλαγές στις καιρικές συνθήκες σε όλα τα μέρη του πλανήτη.
Η πίεση μπορεί να ποικίλλει κατά 20-35mmHg. μακροπρόθεσμα και κατά 2-4 χιλιοστά υδραργύρου. κατά τη διάρκεια της ημέρας. Ένα υγιές άτομο δεν αντιλαμβάνεται αλλαγές σε αυτόν τον δείκτη.
Η ατμοσφαιρική πίεση, η τιμή της οποίας είναι κάτω από την κανονική και συχνά μεταβάλλεται, υποδηλώνει έναν κυκλώνα που έχει καλύψει ένα συγκεκριμένο. Συχνά αυτό το φαινόμενο συνοδεύεται από συννεφιά και βροχόπτωση.
Η χαμηλή πίεση δεν είναι πάντα ένδειξη βροχερού καιρού. Η κακοκαιρία εξαρτάται περισσότερο από τη σταδιακή μείωση του εν λόγω δείκτη.
Μια απότομη πτώση της πίεσης στα 74 εκατοστά Hg. και από κάτω απειλεί με καταιγίδα, βροχές που θα συνεχιστούν ακόμα και όταν ο δείκτης έχει ήδη αρχίσει να ανεβαίνει.
Η αλλαγή του καιρού προς το καλύτερο μπορεί να αναγνωριστεί από τα ακόλουθα σημάδια:
- μετά από μια μακρά περίοδο κακοκαιρίας, παρατηρείται σταδιακή και σταθερή αύξηση της ατμοσφαιρικής πίεσης.
- αυξάνεται η πίεση όταν ο καιρός είναι ομιχλώδης;
- κατά την περίοδο των νότιων ανέμων, ο εν λόγω δείκτης αυξάνεται για αρκετές ημέρες στη σειρά.
- μια αύξηση της ατμοσφαιρικής πίεσης κατά τη διάρκεια του ανέμου είναι σημάδι άνετου καιρού.
