Del mateix concepte de "pressió atmosfèrica" es dedueix que l'aire ha de tenir pes, sinó no podria pressionar res. Però això no ens adonem, ens sembla que l'aire és ingràvid. Abans de parlar de pressió atmosfèrica, cal demostrar que l'aire té pes, cal pesar-lo d'alguna manera. Com fer-ho? Considerarem el pes de l'aire i la pressió atmosfèrica en detall a l'article, estudiant-los amb l'ajuda d'experiments.
Experiència
Pesarem l'aire en un recipient de vidre. Entra al recipient a través d'un tub de goma al coll. La vàlvula tanca la mànega perquè no hi entri aire. Traiem l'aire del recipient amb una bomba de buit. Curiosament, a mesura que avança el bombeig, el so de la bomba canvia. Com menys aire quedi al matràs, més silenciosa funciona la bomba. Com més temps bombem l'aire, més baixa serà la pressió al recipient.
Quan s'elimina tot l'aire,tanqueu l'aixeta, pessigueu la mànega per bloquejar el subministrament d'aire. Peseu el matràs sense aire i obriu l'aixeta. L'aire entrarà amb un xiulet característic i el seu pes s'afegirà al pes del matràs.
Primer col·loqueu un recipient buit amb una aixeta tancada a la balança. Hi ha un buit dins del recipient, pesem-lo. Obrim l'aixeta, l'aire entrarà dins, i tornem a pesar el contingut del matràs. La diferència entre el pes del matràs ple i el buit serà la massa d'aire. És senzill.
Pes de l'aire i pressió atmosfèrica
Ara passem a resoldre el següent problema. Per calcular la densitat de l'aire, cal dividir la seva massa per volum. El volum del matràs es coneix perquè està marcat al costat del matràs. ρ=maire /V. He de dir que per obtenir l'anomenat alt buit, és a dir, l'absència total d'aire al recipient, cal molt de temps. Si el matràs té 1,2 L, és aproximadament mitja hora.
Vam descobrir que l'aire té massa. La terra l'estira i, per tant, hi actua la força de la gravetat. L'aire empeny cap avall a terra amb una força igual al pes de l'aire. La pressió atmosfèrica, per tant, existeix. Es manifesta en diferents experiments. Fem un d'aquests.
Experiment amb xeringa
Agafeu una xeringa buida a la qual s'adjunta un tub flexible. Baixeu l'èmbol de la xeringa i submergiu la mànega en un recipient amb aigua. Estireu l'èmbol cap amunt i l'aigua començarà a pujar pel tub, omplint la xeringa. Per què l'aigua, que és tirada cap avall per la gravetat, encara puja darrere del pistó?
Al vaixell, s'afecta de d alt a baixPressió atmosfèrica. Denotem-lo Patm. Segons la llei de Pascal, la pressió que exerceix l'atmosfera a la superfície d'un líquid es transmet sense canvis. S'estén a tots els punts, la qual cosa significa que també hi ha pressió atmosfèrica dins del tub, i hi ha un buit (espai sense aire) a la xeringa per sobre de la capa d'aigua, és a dir, P=0. Així doncs, resulta que la pressió atmosfèrica pressiona l'aigua des de baix, però no hi ha pressió per sobre del pistó, perquè hi ha buit. A causa de la diferència de pressió, l'aigua entra a la xeringa.
Experimenta amb mercuri
Pes de l'aire i pressió baromètrica: quina mida són? Potser és una cosa que es pot descuidar? Després de tot, un metre cúbic de ferro té una massa de 7600 kg i un metre cúbic d'aire, només 1,3 kg. Per entendre-ho, modifiquem l'experiment que acabem de fer. En lloc d'una xeringa, agafeu una ampolla tancada amb un tap de suro amb un tub. Connecteu el tub a la bomba i comenceu a bombejar aire.
A diferència de l'experiència anterior, creem un buit no sota el pistó, sinó en tot el volum de l'ampolla. Apagueu la bomba i al mateix temps baixeu el tub de l'ampolla en un recipient amb aigua. Veurem com l'aigua va omplir l'ampolla pel tub en pocs segons amb un so característic. L' alta velocitat amb què va "irrompre" a l'ampolla indica que la pressió atmosfèrica és un valor força gran. L'experiència ho demostra.
Per primera vegada va mesurar la pressió atmosfèrica, el pes de l'aire el científic italià Torricelli. Va tenir una experiència així. Vaig agafar un tub de vidre d'una mica més d'1 m de llarg, tancat per un extrem. El va omplir de mercuri fins a la vora. DesprésDesprés va agafar un recipient amb mercuri, li va pinçar l'extrem obert amb el dit, va donar la volta al tub i el va submergir en un recipient. Si no hi hagués pressió atmosfèrica, tot el mercuri hauria sortit, però això no va passar. Va vessar parcialment, el nivell de mercuri es va assentar a una alçada de 760 mm.
Va passar perquè l'atmosfera pressionava el mercuri del contenidor. És per aquest motiu que en els nostres experiments anteriors s'introduïa aigua al tub, per això l'aigua seguia la xeringa. Però en aquests dos experiments, vam agafar aigua, la densitat de la qual és baixa. El mercuri té una alta densitat, de manera que la pressió atmosfèrica va poder elevar el mercuri, però no fins a la part superior, sinó només 760 mm.
Segons la llei de Pascal, la pressió exercida sobre el mercuri es transmet a tots els seus punts sense canvis. Això vol dir que també hi ha pressió atmosfèrica dins del tub. Però d' altra banda, aquesta pressió s'equilibra amb la pressió de la columna líquida. Denotem l'alçada de la columna de mercuri com h. Podem dir que la pressió atmosfèrica actua de baix a d alt, i la pressió hidrostàtica actua de d alt a baix. Els 240 mm restants estan buits. Per cert, aquest buit també s'anomena buit de Torricelli.
Fórmules i càlculs
La pressió atmosfèrica Patm és igual a la pressió hidrostàtica i es calcula amb la fórmula ρptgh. ρpt=13600 kg/m3. g=9,8 N/kg. h=0,76 m. Patm=101,3 kPa. Aquesta és una quantitat bastant gran. Un full de paper estirat sobre una taula produeix una pressió d'1 Pa, i la pressió atmosfèrica és de 100.000 pascals. Resulta que cal posar100.000 fulls de paper un sobre l' altre per produir aquesta pressió. És curiós, no? La pressió atmosfèrica i el pes de l'aire són molt alts, de manera que l'aigua es va empènyer a l'ampolla amb tanta força durant l'experiment.
