Embedded Files
Ви добре знаєте, що планета Земля оточена газовою оболонкою — атмосферою. До складу атмосфери входять такі гази, як азот, кисень, вуглекислий газ, аргон, водень та ін. Повітря, як і інші гази, має масу.
Атмосфера починається біля поверхні Землі й простягається в космічний простір приблизно на 100 км.
Чому ж існує повітряна оболонка Землі?
Повітря, як і будь-які інші речовини, складається з молекул і атомів. Молекули й атоми мають масу, тому вони притягуються до Землі завдяки дії сили тяжіння.
Разом із тим величезна кількість молекул газів, що складають атмосферу, перебувають у неперервному хаотичному русі — весь час вони зіштовхуються, відскакують одна від одної, змінюють значення та напрямок швидкості свого руху... Через це вони не падають на Землю, а перебувають у просторі біля неї.
За підрахунками, атмосфера Землі має масу близько 5 • 1018 кг. Під дією сили тяжіння верхні шари атмосфери тиснуть на її нижні шари, тому повітряний шар навколо поверхні Землі стиснутий найбільше і, згідно із законом Паскаля, створює тиск на поверхню Землі й на всі тіла поблизу неї. Це і є атмосферний тиск (pатм).
Атмосферний тиск зумовлює існування всмоктування — підняття рідини за поршнем (у насосах, шприцах тощо). Якщо піднімати поршень, то атмосферний тиск, діючи на вільну поверхню рідини в посудині, нагнітатиме рідину вгору, в порожнечу під поршнем. Іззовні все має такий вигляд, наче рідина піднімається за поршнем сама по собі.
До речі, протягом тривалого часу підняття рідини за поршнем, який рухається вгору, залишалось одним із доказів відомого принципу, автором якого був Аристотель, що «природа боїться порожнечі». Проте в середині XVII ст. у ході спорудження фонтанів у Флоренції зіткнулися з незрозумілим — виявилося, що вода, яку всмоктують насоси, не піднімається вище за 10,3 м. Ґалілео Ґалілей запропонував розібратися в цьому своїм учням — Еванджелісті Торрічеллі (1608-1647) і Вінченцо Вівіані (1622-1703). Розв’язуючи цю проблему, Торрічеллі вперше довів існування атмосферного тиску.
Для зручності проведення дослідів Е. Торрічеллі здогадався замінити воду рідиною зі значно більшою густиною. Скляну трубку завдовжки близько метра, запаяну з одного кінця, Торрічеллі доверху наповнив ртуттю. Потім, щільно закривши отвір, перевернув трубку, опустив її в чашу із ртуттю і відкрив отвір — частина рідини з трубки вилилася в чашу. У трубці залишився стовп ртуті приблизно 760 мм заввишки, а над ртуттю утворилася порожнеча.
Провівши численні досліди, Торрічеллі встановив: висота стовпа ртуті, що залишається в трубці, не залежить ані від довжини трубки, ані від її діаметра. Висота трохи змінюється тільки залежно від погоди.
Торрічеллі також знайшов відповідь на те, чим визначається саме така висота стовпа ртуті.
Однорідна рідина в трубці та чаші не рухається, і це означає, що, згідно із законом Паскаля, тиск на поверхню ртуті з боку атмосфери і гідростатичний тиск стовпа ртуті в трубці є однаковими. Тобто тиск стовпа ртуті висотою 760 мм дорівнює атмосферному.
Тиск, який створює стовп ртуті висотою 760 мм, називають нормальним атмосферним тиском:
pатм.н = 760 мм.рт.ст.
У даному випадку за одиницю атмосферного тиску прийнято один міліметр ртутного стовпа (1 мм рт. ст.).
Подамо нормальний атмосферний тиск в одиницях CI — паскалях. Ви вже знаєте, що гідростатичний тиск обчислюють за формулою: p = pgh.
Ураховуючи, що густина ртуті pрт = 13 600 кг/м3, g = 9,8 Н/кг, а висота стовпа ртуті h = 0,76 м, маємо:
У фізиці й техніці також використовують позасистемну одиницю атмосферного тиску — фізичну атмосферу (1 атм).
Одна фізична атмосфера дорівнює нормальному атмосферному тиску: 1атм ≈ 100 кПа.
Барометри
Барометри
Прикріпивши до трубки із ртуттю в досліді Торрічеллі вертикальну шкалу, дістають найпростіший ртутний барометр (від грец. барос — вага, та метрео — вимірюю) — прилад для вимірювання атмосферного тиску.
Ртутний барометр є досить чутливим і точним приладом, проте користуватись ним досить незручно.
Тому в техніці й побуті значного поширення набули металеві барометри — анероїди, що означає «безрідинні».
Головна частина барометра — металева коробочка 1 з хвилястою (гофрованою) поверхнею (мал. а). З цієї коробочки відкачано повітря, а щоб атмосферний тиск її не роздавив, пружина 2 відтягує кришку коробочки вгору. Коли атмосферний тиск збільшується, кришка прогинається вниз і натягує пружину. Із зменшенням атмосферного тиску пружина випрямляє кришку. До пружини за допомогою передавального механізму 3 прикріплено стрілку-покажчик 4, яка від зміни тиску пересувається вправо або вліво. Під стрілкою закріплено шкалу, поділки якої нанесено за показами ртутного барометра. Зовнішній вигляд барометра-анероїда зображено на мал. б.
Атмосферний тиск залежить від висоти над рівнем моря. Це пояснюється тим, що повітря добре стискуване, так само, як і всі гази. Верхні шари повітря діють на нижні і стискають їх. Відповідно густина повітря і тиск біля поверхні Землі більші, ніж на певній висоті над нею.
Так, у місцевості, що лежить на рівні моря, тиск становить біля 760 мм рт. ст., тобто дорівнює нормальному атмосферному тиску. У горах він менший. Вимірювання показують, що до висоти 2000 м на кожні 12 м підйому атмосферний тиск зменшується приблизно на 1 мм рт. ст. З подальшим збільшенням висоти атмосферний тиск зменшується повільніше. Так, на висоті 8000 м він складає 267,4 мм рт. ст., а на висоті 50 км — 0,6 мм рт. ст.
Перевір себе
Перевір себе
Запитання для самоперевірки
1. Що називають атмосферним тиском? Чому він існує?
2. Наведіть приклади дослідів, що підтверджують існування атмосферного тиску.
3. Чи можна розрахувати атмосферний тиск так само, як тиск стовпа рідини? Чому?
4. Яка мета досліду Торрічеллі? Як він проводився?
5. Чому не виливається повністю ртуть з трубки у досліді Торрічеллі?
6. Якими приладами вимірюють атмосферний тиск? Яка їх будова і принцип дії?
7. Які існують одиниці вимірювання атмосферного тиску? Який зв’язок між ними?
8. Як і чому змінюється атмосферний тиск зі зміною висоти над рівнем моря?
9. Чому підйом водолазів з великої глибини повинен відбуватися повільно?
Поясніть
Чому витікає вода?
1. У пластмасовій пляшці зробили невеликі отвори. Якщо пляшка закрита, рідина з отворів практично не витікає. Чому ж вона починає витікати, якщо відкрити пляшку?
Чому порушується рівновага?
2. На малюнку показано дві однакові повітряні кульки, які урівноважені на терезах. Чому порушується рівновага, якщо одну з кульок лопнути?
Задачі
1. Подайте тиск 1 мм рт. ст. у паскалях.
2. Подайте тиск 550 мм рт. ст. у кілопаскалях; тиск 93 324 Па — у міліметрах ртутного стовпа.
3. На якій висоті розташований оглядовий майданчик телевізійної вежі, якщо атмосферний тиск біля підніжжя вежі становить 760 мм рт. ст., а на висоті майданчика — 740 мм рт. ст.?
4. Виразіть у паскалях артеріальний тиск крові, верхня межа якого становить 120 мм рт. ст., а нижня — 80 мм рт. ст.
5. Барометр показує у класі атмосферний тиск 740 мм рт. ст., а в цей самий час біля річки — 760 мм рт. ст. На якій висоті відносно річки знаходиться школа?
6. Обчисліть, яка приблизно сила діє на людину з боку повітря, якщо атмосферний тиск становить 740 мм рт. ст. Площу поверхні тіла людини візьміть рівною 1,5 м2.
Page updated
Google Sites
Report abuse