Коли ми робимо ковток чаю, то навряд чи розмірковуємо над фізикою цього процесу. При цьому ковтання, як і багато інших процесів, відбувається завдяки тиску повітря навколо нас - атмосферного тиску. відкриємо для себе деякі важливі властивості атмосферного тиску і навчимося його вимірювати.

Згадуємо відомості про атмосферу

Ви добре знаєте, що наша планета Земля оточена повітряною оболонкою, яку називають атмосферою (в перекладі з грецького - «пар» і «сфера») (рис. 25.1). Чому ж існує повітряна оболонка Землі?

Повітря складається з молекул і атомів. Молекули і атоми мають масу, тому вони притягуються до Землі завдяки дії сили тяжіння.

Все величезна кількість молекул газів, складових атмосферу, знаходиться в безперервному хаотичному русі - вони весь час стикаються, відскакують один від одного, змінюють значення і напрямок швидкості свого руху ... Саме тому вони не «падають» на Землю, а знаходяться в просторі поблизу неї.

І · Доводимо існування атмосферного тиску

За підрахунками, атмосфера Землі має масу близько 5 -10 кг. Під дією сили тяже

сті верхні шари атмосфери тиснуть на нижні, тому повітряний шар безпосередньо

у поверхні Землі стиснутий більше і, відповідно до закону Паскаля, створює тиск на поверхню Землі і на всі тіла поблизу неї. Це і є атмосферний тиск (РАТМ).

Атмосферний тиск обумовлює існування всмоктування - підняття рідини за поршнем (в насосах, шприцах та т. П.) (Рис. 25.2). Якщо піднімати поршень, то атмосферний тиск, діючи на вільну поверхню рідини в посудині, буде нагнітати рідину нагору, в порожнечу під поршнем. З боку все виглядає так, ніби рідина піднімається за поршнем сама по собі.

До речі, довгий час підняття рідини за поршнем, що рухається вгору, наводилося як один з доказів відомого принципу Аристотеля «Природа боїться порожнечі». Однак в середині XVII ст. при будівництві фонтанів у Флоренції зіткнулися з незрозумілим явищем: виявилося, що вода, яка всмоктується насосами, не піднімається вище 10,3 м (рис. 25.3). Галілео Галілейпредложіл розібратися в цьому своїм учням - Еванджеліста Торрічеллі (1608-1647) і Вінченцо Вівіан-ні (1622-1703). Розбираючись з даною проблемою,

Е. Торрічеллі вперше довів існування атмосферного тиску.

Вимірюємо атмосферний тиск

Для зручності проведення дослідів Е. Торрічеллі здогадався замінити воду рідиною з набагато більшою щільністю. Скляну трубку завдовжки близько метра, запаяну з одного кінця, вчений доверху наповнив ртуттю. Потім, щільно закривши отвір, він перевернув трубку, опустив її в чашу з ртуттю і відкрив отвір - частина рідини з трубки вилилася в чашу. У трубці залишився стовп ртуті висотою приблизно 760 мм, а над ртуттю утворилася порожнеча (рис. 25.4).

Провівши безліч дослідів, Торрічеллі встановив: висота стовпа ртуті, що залишається в трубці (760 мм), не залежить ні від довжини трубки, ні від її діаметра, - ця висота трохи змінюється тільки залежно від погоди.

Торрічеллі зумів також пояснити, чому висота стовпа ртуті має саме таку висоту.

Однорідна рідина в трубці і чаші нерухома. Значить, відповідно до закону Паскаля тиск на поверхню ртуті з боку атмосфери і гідростатичний тиск стовпа ртуті в трубці однакові. Тобто тиск стовпа ртуті висотою 760 мм дорівнює атмосферному тиску.

тиск, який створює стовп ртуті висотою 760 мм, називають нормальним атмосферним тиском:

В даному випадку в якості одиниці атмосферного давленіявзят один міліметр ртутного стовпа (1 мм рт. Ст.).

Висловимо нормальний атмосферний тиск в одиницях СІ- паскалях. З матеріалу § 24 ви знаєте, що гідростатичний тиск розраховують за формулою: р = ρgh.

Зверніть увагу: висловлюючи атмосферний тиск в паскалях, для розрахунків слід брати

У фізиці і техніці також використовують позасистемна одиницю атмосферного тиску-фізичну атмосферу (1 атм).

Одна фізична атмосфера дорівнює нормальному атмосферному тиску: 1атм ~ 100 кПа.

Вивчаємо конструкцію барометра-анероїда

Якщо до трубки Торрічеллі приєднати вертикальну шкалу (лінійку), то отримаємо найпростіший барометр - прилад для вимірювання атмосферного тиску. Дія такого барометра засноване на тому, що стовп рідини припиняє підніматися (спускатися) як тільки гідростатичний тиск стовпа рідини стає рівним атмосферному тиску.

Барометр Торрічеллі - досить точний прилад, однак великий розмір, отруйні пари ртуті і скляна трубка роблять його незручним для повсякденного використання. Зараз широко застосовують барометри-анероїди - прилади для вимірювання атмосферного тиску, що працюють без допомоги рідини (рис. 25.5).

Головна частина барометра-анероїда - легка і пружна порожня металева коробочка 1с гофрованої (ребристою) поверхнею. Повітря в коробочці знаходиться при зниженому тиску. До стінки коробочки

прикріплена стрілка 2, насаджена на вісь 3.

Кінець стрілки пересувається за шкалою 4, розміченій в міліметрах ртутного стовпа або паскалях. Всі деталі барометра розміщені в корпусі, передня частина якого закрита склом.

Зміна атмосферного тиску викликає зміна сили, що стискає стінки коробочки. Відповідно змінюється вигин стінок коробочки. Вигин стінок передається стрілці і викликає її рух.

Барометри-анероїди більш зручні у використанні, ніж ртутні прилади: вони легкі, компактні і безпечні.

Визначаємо залежність атмосферного тиску від погоди і висоти

Спостерігаючи за барометром, можна легко прогнозувати зміну погоди. Наприклад, перед негодою атмосферний тиск зазвичай падає.

Показання барометра залежать не тільки від погоди, а й від висоти над рівнем моря. Чим вище місце спостереження над рівнем моря, тим менше атмосферний тиск. Поблизу поверхні Землі через кожні 11 м висоти атмосферний тиск зменшується приблизно на 1 мм рт. ст.

Оскільки атмосферний тиск залежить від висоти, барометр можна проградуювати таким чином, щоб по тиску повітря визначати висоту. Так був винайдений альтиметр - прилад для вимірювання висоти (рис. 25.6).

»Підводимо підсумки

Повітря має масу. Через тяжіння Землі верхні шари атмосфери (повітряної оболонки Землі) тиснуть на нижні. Тиск повітря на поверхню Землі і на всі тіла поблизу неї називають атмосферним тиском.

Точне вимірювання атмосферного тиску забезпечує ртутний барометр (барометр Торрічеллі).

Тиск стовпа ртуті висотою 760 мм (101325 Па «100 кПа) - це нормальний атмосферний тиск.

На практиці використовують барометри-анероїди завдяки їх зручності, невеликим розмірам і безпеки. За допомогою барометрів можна прогнозувати зміну погоди і визначати висоту: атмосферний тиск зменшується перед негодою, а також з висотою.

Контрольні питання

1. Що таке атмосфера і чому вона існує? 2. Чому існує атмосферний тиск? 3. Які факти підтверджують існування атмосферного тиску? 4. Опишіть будову і принцип дії ртутного барометра. 5. В яких одиницях вимірюють атмосферний тиск? 6. Дайте визначення нормального атмосферного тиску. Висловіть нормальний атмосферний тиск в паскалях. 7. Опишіть конструкцію і принцип дії барометра-анероїда. 8. Які переваги барометрів-анероїд зумовили їх широке використання? 9. Чому за допомогою барометрів можна прогнозувати погоду і вимірювати висоту?

Вправа № 25

1. Чи діє на рибок в акваріумі атмосферний тиск? Чому?

2. Чому вода піднімається, якщо її втягувати через соломинку?

3. Чи можна для розрахунку атмосферного тиску використовувати формулу р = ρgh, де р - щільність повітря, h - висота атмосфери? Обгрунтуйте свою відповідь.

4. Висловіть тиск 1 мм рт. ст. в паскалях.

5. Виразіть тиск 550 мм рт. ст. в кілопаскалях; тиск 93 324 Па - в міліметрах ртутного стовпа.

6. Поясніть, чому зі збільшенням висоти над рівнем моря атмосферний тиск зменшується.

7. 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.?

8. Скористайтеся додатковими джерелами інформації і знайдіть відомості про роль атмосферного тиску в життя людей і тварин. Підготуйте коротке повідомлення.

9. Згадайте, чому рідини і гази тиснуть. У чому особливості цього тиску?

експериментальні завдання

1. У додаткових джерелах інформації знайдіть опису дослідів, які доводять існування атмосферного тиску. Виконайте деякі з них, підготуйте повідомлення або фотозвіт.

2. «Пастка для руки». Одягніть на трилітрову скляну банку щільну гумову рукавичку як показано на рис. 1. Загерметізуйте місце з'єднання рукавички і банки скотчем, а потім засуньте в рукавичку руку (рис. 2). Тепер спробуйте вийняти руку. Що заважає це зробити?

Чи стане легше вийняти руку, якщо рукавичку проколоти? Чому?

Відеоопит. Подивіться відеоролик і поясніть спостережуване явище.

Це матеріал підручника Фізика 7 клас Бар'яхтар, Довгий