L'atmosfera és un núvol de gas que envolta la Terra. El pes de l'aire, l'alçada del qual supera els 900 km, té un efecte poderós sobre els habitants del nostre planeta. No sentim això, prenent la vida al fons de l'oceà aeri com a cosa natural. Una persona sent incomoditat quan puja a les muntanyes. La manca d'oxigen provoca un cansament ràpid. Al mateix temps, la pressió atmosfèrica canvia significativament.
La física tracta la pressió atmosfèrica, els seus canvis i l'impacte a la superfície de la Terra.
En el curs de la física de batxillerat es presta una atenció considerable a l'estudi de l'acció de l'atmosfera. Les característiques de la definició, la dependència de l'alçada, la influència en els processos que ocorren en la vida quotidiana o a la natura, s'expliquen a partir del coneixement sobre l'acció de l'atmosfera.
Quan comença la gent a estudiar la pressió atmosfèrica? Grau 6 - temps per familiaritzar-se amb les peculiaritats de l'atmosfera. Aquest procés continua a les classes especialitzades de secundària.
Història de l'estudi
Els primers intents d'establir la pressió atmosfèrica es van fer l'any 1643 a proposta de l'evangelista italiàTorricelli. Un tub de vidre tancat en un extrem es va omplir de mercuri. Després d'haver tancat a l' altre costat, es va baixar en mercuri. A la part superior del tub, a causa de la sortida parcial de mercuri, es va formar un espai buit, que va rebre el nom següent: “Buit Torricellià”.
En aquest moment, la teoria d'Aristòtil dominava a les ciències naturals, que creia que "la natura té por del buit". Segons les seves opinions, no hi pot haver espai buit que no estigui ple de matèria. Per això, durant molt de temps van intentar explicar la presència del buit en un tub de vidre amb altres qüestions.
No hi ha dubte que aquest és un espai buit, no es pot omplir amb res, perquè al començament de l'experiment el mercuri omplia completament el cilindre. I, en sortir, no va permetre que altres substàncies omplissin el lloc vacant. Però, per què no es va abocar tot el mercuri al recipient, perquè tampoc hi ha obstacles? La conclusió suggereix per si mateixa: el mercuri del tub, com en els vasos comunicants, crea la mateixa pressió sobre el mercuri del recipient que alguna cosa de l'exterior. Al mateix nivell, només l'atmosfera entra en contacte amb la superfície del mercuri. És la seva pressió la que evita que la substància s'aboqui sota la influència de la gravetat. Se sap que el gas crea la mateixa acció en totes direccions. Afecta la superfície de mercuri del vaixell.
L'alçada d'un cilindre de mercuri és d'aproximadament 76 cm. Es nota que aquest indicador varia amb el temps, per tant, la pressió atmosfèrica canvia. Es pot mesurar en cm de mercuri.columna (o en mil·límetres).
Quines unitats utilitzar?
El sistema internacional d'unitats és internacional, per tant no implica l'ús de mil·límetres de mercuri. Art. quan es determina la pressió. La unitat de pressió atmosfèrica s'estableix de la mateixa manera que passa en sòlids i líquids. La mesura de la pressió en pascals s'accepta a SI.
Per a 1 Pa, es pren aquesta pressió creada per una força d'1 N per àrea d'1 m2.
Determineu com es relacionen les unitats de mesura. La pressió de la columna de líquid s'estableix segons la fórmula següent: p=ρgh. Densitat de mercuri ρ=13600 kg/m3. Prenem com a punt de referència una columna de mercuri de 760 mil·límetres de llarg. Des d'aquí:
r=13600 kg/m3×9,83 N/kg×0,76 m=101292,8 Pa
Per registrar la pressió atmosfèrica en pascals, tingueu en compte: 1 mm Hg.=133,3 Pa.
Exemple de resolució de problemes
Determineu la força amb què actua l'atmosfera sobre la superfície d'un sostre de 10 x 20 m. Es suposa que la pressió de l'atmosfera és de 740 mm Hg. St.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Anàlisi
Per determinar la força d'acció, heu de configurar la pressió atmosfèrica en pascals. Tenint en compte el fet que 1 mil·límetre Hg. igual a 133,3 Pa, tenim el següent: p=98642 Pa.
Decisió
Utilitzeu la fórmula per determinar la pressió:
p=F/s, Com que no es dóna l'àrea del sostre, suposem que és un rectangle. L'àrea d'aquesta figura ve determinada per la fórmula:
s=ab.
Substitueix el valor de l'àrea afórmula de càlcul:
p=F/(ab), d'on:
F=pab.
Calcula: F=98642 Pa×10 m×20 m=19728400 N=1,97 MN.
Resposta: la força de pressió de l'atmosfera al terrat de la casa és d'1,97 MN.
Mètodes de mesura
La determinació experimental de la pressió atmosfèrica es pot realitzar mitjançant una columna de mercuri. Si arregleu l'escala al costat, serà possible arreglar els canvis. Aquest és el baròmetre de mercuri més senzill.
Va ser Evangelista Torricelli qui es va sorprendre en constatar els canvis en l'acció de l'atmosfera, vinculant aquest procés amb la calor i el fred.
La pressió atmosfèrica a nivell de la superfície del mar a 0 graus centígrads es va anomenar òptima. Aquest valor és de 760 mmHg. Es considera que la pressió atmosfèrica normal en pascals és igual a 105 Pa.
Se sap que el mercuri és bastant perjudicial per a la salut humana. Com a resultat, no es poden utilitzar baròmetres de mercuri oberts. Altres líquids són molt menys densos, de manera que el tub ple de líquid ha de ser prou llarg.
Per exemple, la columna d'aigua creada per Blaise Pascal hauria de tenir uns 10 m d'alçada. Les molèsties són evidents.
Baròmetre sense líquid
Un pas endavant notable és la idea d'allunyar-se del líquid a l'hora de fer baròmetres. La capacitat de fabricar un dispositiu per determinar la pressió de l'atmosfera s'implementa en baròmetres aneroides.
La part principal d'aquest comptador és planacaixa de la qual es bombeja l'aire. Perquè l'atmosfera no l'esprem, la superfície es fa ondulada. La caixa està connectada per un sistema de molles a una fletxa que indica el valor de pressió a l'escala. Aquest últim es pot graduar en qualsevol unitat. La pressió atmosfèrica es pot mesurar en pascals amb una escala de mesura adequada.
Altura d'elevació i pressió atmosfèrica
El canvi en la densitat de l'atmosfera a mesura que s'aixeca provoca una disminució de la pressió. La deshomogeneïtat de l'embolcall del gas no permet introduir una llei de canvi lineal, ja que el grau de disminució de la pressió disminueix amb l'augment de l'alçada. A la superfície de la Terra, a mesura que puja, per cada 12 metres, l'efecte de l'atmosfera disminueix 1 mm Hg. Art. A la troposfera, es produeix un canvi similar cada 10,5 metres.
A prop de la superfície de la Terra, a l' altitud d'un avió, un aneroide equipat amb una escala especial pot determinar l' altitud per pressió atmosfèrica. Aquest dispositiu s'anomena altímetre.
Un dispositiu especial a la superfície de la Terra us permet posar l' altímetre a zero, de manera que després podeu utilitzar-lo per determinar l'alçada de l'ascens.
Exemple de resolució de problemes
Al peu de la muntanya, el baròmetre mostrava una pressió atmosfèrica de 756 mil·límetres de mercuri. Quin serà el valor a una altitud de 2500 metres sobre el nivell del mar? Cal registrar la pressió atmosfèrica en pascals.
r1 =756 mm Hg, H=2500 m, r2 - ?
Decisió
Per determinar la lectura del baròmetre a l'alçada H, ho tenim en comptela pressió baixa 1 mm Hg. cada 12 metres. Per tant:
(p1 – p2)×12 m=H×1 mmHg, a partir de:
p2=p1 - H×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m×1 mmHg/12 m=546 mmHg
Per registrar la pressió atmosfèrica obtinguda en pascals, feu el següent:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
Resposta: 72619 Pa.
Pressió atmosfèrica i temps
El moviment de les capes atmosfèriques de l'aire a prop de la superfície de la Terra i l'escalfament no uniforme de l'aire a diferents zones provoquen canvis en les condicions meteorològiques a totes les parts del planeta.
La pressió pot variar entre 20 i 35 mmHg. a llarg termini i per 2-4 mil·límetres de mercuri. durant el dia. Una persona sana no percep canvis en aquest indicador.
La pressió atmosfèrica, el valor de la qual està per sota del normal i sovint canvia, indica un cicló que n'ha cobert un determinat. Sovint, aquest fenomen va acompanyat de nuvolositat i precipitacions.
La baixa pressió no sempre és un signe de temps plujós. El mal temps depèn més de la disminució gradual de l'indicador en qüestió.
Una forta caiguda de la pressió fins als 74 centímetres Hg. i per sota amenaça amb una tempesta, ruixats que continuaran fins i tot quan l'indicador ja comença a pujar.
El canvi climàtic a millor es pot identificar amb els següents signes:
- després d'un llarg període de mal temps, hi ha un augment gradual i constant de la pressió atmosfèrica;
- la pressió augmenta en temps de boira fangosa;
- durant el període de vents del sud, l'indicador en qüestió augmenta durant diversos dies seguits;
- un augment de la pressió atmosfèrica durant el temps ventós és un signe de clima agradable.
