§35 Измерение атмосферного давления. Барометры

Давление столба жидкости определяется по формуле p = ρ∙g∙h. Но рассчитать по ней атмосферное давление трудно, так как плотность воздуха уменьшается при увеличении высоты, и точной границы у атмосферы нет.

Способ измерить атмосферное давление придумал ученик Галилея Э. Торричелли. Он взял запаянную с одного конца стеклянную метровую трубку, заполнил ртутью и, прикрыв конец трубки, опустил её в чашку с ртутью. Часть ртути под действием силы тяжести вытекла из трубки, но внутри остался столбик ртути высотой 760 мм.

Оставшаяся ртуть не вытекала, так как давление в трубке и давление воздуха снаружи стали равны. Плотность ртути равна 13 600 кг/м³, а высота столбика – 0,76 м. Это позволяет рассчитать атмосферное давление:

p_атм=p_ртути=ρ_ртути∙g∙h=13600 кг/м^3∙9,8 Н/кг∙0,76м≈101300 Па.

Торричелли заметил, что высота столбика ртути в течение дня и в разные дни увеличивается или уменьшается, то есть происходит изменение атмосферного давления. Оно зависит от влажности воздуха, температуры, скорости ветра и других причин. Поэтому изменение атмосферного давления – важный фактор смены погоды. В прогнозе погоды атмосферное давление указывают в миллиметрах ртутного столба (мм. рт. ст.). Давление, равное 760 мм рт. ст. – это нормальное атмосферное давление, или давление в 1 атмосферу (1 атм.). 1 атм равна 101 300 Па, но для удобства мы будем считать её равной 100 000 Па.

Барометры – приборы, которыми измеряют атмосферное давление.

Показания барометра Торричелли (трубки с ртутью) точны, но пользоваться ими небезопасно – пары ртути ядовиты.

В быту используется барометр-анероид. Он состоит из полой упругой металлической коробочки и стрелки со шкалой. Если атмосферное давление увеличивается, коробочка сжимается, а при его уменьшении – распрямляется. Изменяя размеры, коробочка действует на стрелку, которая показывает точное значение атмосферного давления на шкале.

Атмосферное давление уменьшается при увеличении высоты. На уровне мирового океана оно нормальное, но, если подняться в гору, количество слоёв воздуха сверху уменьшится и давление атмосферы снизится. Это позволяет по давлению узнать высоту местности. Для этого есть даже специальные приборы – альтиметры (высотомеры), принцип действия которых такой же как и барометров. Их используют альпинисты, парашютисты, лётчики, картографы и шахтёры.

Зависимость давления атмосферы от высоты сложна и описывается специальной барометрической формулой. Но при небольших высотах можно считать так: на каждые 12 метров подъёма атмосферное давление в среднем снижается на 1 мм рт. ст., или на 133,3 Па.

Вопросы:

1. С чем связаны сложности вычисления давления воздушного столба?

2. В чём заключается суть опыта Торричелли?

3. Чему равно атмосферное давление?

4. Каков принцип действия барометра-анероида?

5. Как отличается давление у подножия горы, на его вершине и в глубокой подземной шахте?