Atmosférický tlak je síla, kterou na nás působí okolní vzduch, tedy atmosféra. Článek představí experimenty, při kterých se přesvědčíme, že tlak vzduchu skutečně existuje. Zjistíme, kdo to poprvé měřil, co se stane při nerovnoměrném rozložení atmosférického tlaku a mnoho dalšího.
Projevy atmosférického tlaku
Pokud vzduch tlačí na všechno kolem, pak to něco váží. Je to skutečně pravda, proč se nám to potom zdá beztížné? Pojďme provést experimenty, které ukážou, že atmosférický tlak skutečně existuje.
Naplňte stříkačku vodou do středu a poté vytáhněte píst nahoru. Voda bude následovat píst. Důvodem je atmosférický tlak, ale když lidé o jeho existenci ještě nevěděli, říkali si, že příroda prostě nesnáší prázdnotu. Nyní víme, že když se píst zvedne, vytvoří se oblastsnížený tlak a atmosféra vymačkává vodu do stříkačky.
Zkušenosti s plastovou kartou a sklenicí
Naplňte skleněnou nádobu až po povrch vodou, zakryjte horní část kouskem plastu, například kartou. Otočme sklenici a uvidíme, že karta drží a nepadá. Síla tlaku vody je kompenzována tlakovou silou atmosféry. Na vodu shora nic netlačí, ale atmosféra tlačí zespodu, ve výsledku karta drží. Pokud mezi plast a sklenici vnikne vzduch, karta spadne a voda vyteče ven.
Zařízení Torricelli
Italský vědec Torricelli poprvé změřil atmosférický tlak. Udělal to pomocí takzvaného rtuťového barometru. Nejprve Torricelli naplnil skleněnou trubici rtutí až po okraj, vzal velkou misku rtuti, trubici otočil, ponořil ji do misky a otevřel spodní konec. Merkur začal klesat, ale nevyšel úplně, ale sestoupil do určité výšky.
Ukázalo se, že tato úroveň je 760 mm. Proto je tlak atmosféry schopen udržet sloupec rtuti o velikosti 760 mm. Pokud tlak stoupá, pak může pojmout sloup větší výšky, pokud klesá, méně. Pokud ano, pak lze jeho velikost posoudit podle výšky pilíře. Proto se v praxi tlak atmosféry a plynů často měří přesně v milimetrech rtuti. Pojďme vytvořit vztah mezi milimetry rtuti a obvyklými jednotkami pascalu.
Jak spolu souvisí milimetry rtuti a pascaly
Atmosférický tlak zvedne rtuť o 760 mm. Znamená to, žertuťový sloupec vysoký 760 mm lisuje silou rovnou normální úrovni atmosférického tlaku. 1 mm Hg je tlak vytvářený 1 mm vysokým sloupcem rtuti. Představte si, že výška rtuťového sloupce je 1 mm. Vypočítejte hydrostatický tlak odpovídající této výšce.
P=1 mmHg Hydrostatický tlak se vypočítá podle vzorce: ρgh. ρ je hustota rtuti, g je gravitační zrychlení, h je výška sloupce kapaliny. ρ=13, 6103 kg/m3, g=9, 8 N/kg, h=110 -3 m. Dosaďte tato data do vzorce. Po převodu zůstane 13,69,8=133,3 N/m2. N/m2 – toto je Pascal (Pa). Pokud převedeme atmosférický tlak na hektopascaly, pak 1 mm Hg. Umění. odpovídá 1,333 hPa.
Hg a počasí
Torricelli dlouho sledoval hodnoty rtuťového barometru. Všiml si zajímavé věci. Když sloupec rtuti klesne, to znamená, když se sníží atmosférický tlak, po chvíli nastane špatné počasí. Když rtuťový sloupec stoupá, špatné počasí je po nějaké době vystřídáno dobrým počasím. To znamená, že měření atmosférického tlaku vám umožní vytvořit předpověď počasí.
Nyní meteorologické služby nepřetržitě, každé 3 hodiny, měří atmosférický tlak. Kniha Julese Verna Patnáctiletý kapitán popisuje pozorování barometru a počasí. Hlavní hrdina knihy zjistil, že pokud rtuťový sloupec rychle klesá, počasí se prudce zhorší, ale ne na dlouho, pokud hladina rtuti klesá pomalu, během několika dní, pakpočasí se bude postupně zhoršovat, ale potrvá dlouho.
Co se stane, když je atmosférický tlak rozložen nerovnoměrně
Uvažujme o přehledné mapě. Obsahuje hodnoty atmosférického tlaku v různých oblastech, městech, zemích, kontinentech. Směr pohybu vzdušných hmot je vyznačen šipkami. Proč fouká vítr? Atmosférický tlak je někde vyšší a jinde nižší. Odkud je větší, vítr vane tam, kde je menší. Vidíme to ve směru šipek na mapě.
Když se podíváte na celou planetu, můžete vidět, že se v různých částech liší. Purpurově jsou vyznačeny oblasti vysokého tlaku, kde se šipky větru víří a pohybují ve směru hodinových ručiček. Tato oblast vysokého tlaku se nazývá anticyklóna. Obvykle je jasné počasí.
Ale Španělsko a Portugalsko. Zde pozorujeme dvě nejsilnější anticyklóny. Kroucení vzdušných proudů souvisí s rotací zeměkoule.
A zde jsou dvě výkonné oblasti nízkého atmosférického tlaku – pouhých 965 hektopascalů. Toto je cyklón, vzduch v něm rotuje proti směru hodinových ručiček.
Můžete tak pozorovat rozložení atmosférického tlaku na různých místech naší planety. V současné době meteorologové přesně předpovídají změny počasí, ke kterým dochází, když je atmosférický tlak rozložen nerovnoměrně.
Tlak na a nad hladinou moře
Předpokládejme, že barometr ukazuje tlak 1006 hPa. Ale pokudpodívejte se na synoptickou mapu dané oblasti, města, může se ukázat, že atmosférický tlak je tam jiný. Proč se tohle děje? Faktem je, že synoptické mapy ukazují hodnoty atmosférického tlaku na hladině moře. Můžeme být v určité výšce nad hladinou moře, takže tlak, který barometr ukazuje v místnosti, je menší než na hladině moře.
Výškoměr
Jak změřit výšku vaší polohy? Existují speciální přístroje podobné barometru, ale jejich stupnice je odstupňována nikoli v jednotkách tlaku, ale v jednotkách výšky. Taková zařízení mají turisté i piloti. Říká se jim výškoměry nebo parametrické výškoměry. Když je pilot na zemi, nastaví výškoměr na nulu, protože jeho výška nad zemí je nulová. V případě potřeby nastaví šipku na nadmořskou výšku podle toho, zda je pro něj důležité vědět, v jaké výšce je letiště nad mořem, či nikoliv. V případě dálkových letů to může být užitečné, zvláště pokud je letiště v horách. Poté pilot při pohledu na ručičku výškoměru určí výšku.
Proč se atmosférický tlak zvyšuje s nadmořskou výškou
Poté, co jsme se dozvěděli, že při nerovnoměrném rozložení atmosférického tlaku vzniká vítr, pojďme zjistit, proč tlak s rostoucí nadmořskou výškou klesá. Vzduch má váhu, takže je přitahován k zemi, vyvíjí na ni tlak. Umístíme-li barometr do určité vrstvy atmosféry, pak bude touto vrstvou atmosféry stlačen,který je nahoře. Je třeba poznamenat, že atmosféra nemá žádné jasné hranice.
Pokud umístíme barometr na hladinu moře, tlak se bude rovnat součtu tlaku v této vrstvě vzduchu a tlaků v nadložních vrstvách atmosféry. To znamená, že jak se zvyšuje nadmořská výška, tlak klesá. Nabízí se otázka: je možné vypočítat atmosférický tlak podle vzorce Р=ρgh? Ne, protože hodnota hustoty vzduchu není v různých vrstvách atmosféry konstantní. Dole je vzduch pod větším tlakem, takže je hustší a nahoře je méně hustý.
