Atmosféra je oblak plynu, který obklopuje Zemi. Hmotnost vzduchu, jehož výška přesahuje 900 km, má silný vliv na obyvatele naší planety. Necítíme to, bereme život na dně vzdušného oceánu jako samozřejmost. Člověk pociťuje nepohodlí při výstupu vysoko do hor. Nedostatek kyslíku vyvolává rychlou únavu. Současně se výrazně mění atmosférický tlak.
Fyzika se zabývá atmosférickým tlakem, jeho změnami a dopadem na zemský povrch.
V průběhu středoškolské fyziky je značná pozornost věnována studiu působení atmosféry. Vlastnosti definice, závislost na výšce, vliv na procesy probíhající v každodenním životě nebo v přírodě, jsou vysvětleny na základě znalostí o působení atmosféry.
Kdy lidé začnou studovat atmosférický tlak? 6. stupeň - čas na seznámení se zvláštnostmi atmosféry. Tento proces pokračuje ve specializovaných středoškolských třídách.
Historie studia
První pokusy o stanovení atmosférického tlaku vzduchu byly provedeny v roce 1643 na návrh italského evangelistyTorricelli. Skleněná trubice utěsněná na jednom konci byla naplněna rtutí. Po uzavření na druhé straně byl snížen na rtuť. V horní části trubice se v důsledku částečného odtoku rtuti vytvořil prázdný prostor, který dostal následující název: „Torricellian void“.
V této době dominovala v přírodních vědách Aristotelova teorie, která věřila, že „příroda se bojí prázdnoty“. Podle jeho názoru nemůže existovat prázdný prostor nezaplněný hmotou. Proto se dlouhou dobu snažili vysvětlit přítomnost prázdnoty ve skleněné trubici jinými záležitostmi.
Není pochyb o tom, že se jedná o prázdný prostor, nelze jej ničím zaplnit, protože na začátku experimentu rtuť zcela zaplnila válec. A vytékající nedovolil, aby jiné látky zaplnily volné místo. Ale proč se všechna rtuť nenalila do nádoby, protože ani tomu nejsou žádné překážky? Závěr se naznačuje sám: rtuť v trubici, stejně jako v komunikujících nádobách, vytváří stejný tlak na rtuť v nádobě jako něco zvenčí. Na stejné úrovni přichází do kontaktu se rtuťovým povrchem pouze atmosféra. Je to její tlak, který zabraňuje vylití látky pod vlivem gravitace. Je známo, že plyn vytváří stejnou akci ve všech směrech. Ovlivňuje povrch rtuti v nádobě.
Výška rtuťové láhve je přibližně 76 cm. Je zřejmé, že tento indikátor se v průběhu času mění, a proto se mění atmosférický tlak. Dá se měřit v cm rtuti.sloupec (nebo v milimetrech).
Jaké jednotky použít?
Mezinárodní systém jednotek je mezinárodní, takže nezahrnuje použití milimetrů rtuti. Umění. při určování tlaku. Jednotka atmosférického tlaku se nastavuje stejným způsobem jako u pevných látek a kapalin. Měření tlaku v pascalech je akceptováno v SI.
Pro 1 Pa se odebírá takový tlak, který je vytvořen silou 1 N na plochu 1 m2.
Určete, jak spolu souvisí měrné jednotky. Tlak sloupce kapaliny se nastavuje podle následujícího vzorce: p=ρgh. Hustota rtuti ρ=13600 kg/m3. Vezměme sloupec rtuti dlouhý 760 milimetrů jako referenční bod. Odtud:
r=13600 kg/m3×9,83 N/kg×0,76 m=101292,8 Pa
Pro záznam atmosférického tlaku v pascalech zvažte: 1 mm Hg.=133,3 Pa.
Příklad řešení problému
Určete sílu, kterou atmosféra působí na povrch střechy o rozměrech 10x20 m. Předpokládá se, že tlak atmosféry je 740 mm Hg. St.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Analýza
Abyste určili sílu působení, musíte nastavit atmosférický tlak v pascalech. S přihlédnutím ke skutečnosti, že 1 milimetr Hg. rovno 133,3 Pa, máme následující: p=98642 Pa.
Rozhodnutí
Použijte vzorec pro určení tlaku:
p=F/s, Vzhledem k tomu, že plocha střechy není dána, předpokládejme, že se jedná o obdélník. Plocha tohoto obrázku je určena vzorcem:
s=ab.
Nahraďte hodnotu oblasti vvzorec výpočtu:
p=F/(ab), odkud:
F=pab.
Vypočítejte: F=98642 Pa×10 m×20 m=19728400 N=1,97 MN.
Odpověď: tlaková síla atmosféry na střeše domu je 1,97 MN.
Metody měření
Experimentální stanovení atmosférického tlaku lze provést pomocí rtuťového sloupce. Pokud vedle ní upravíte měřítko, bude možné opravit změny. Toto je nejjednodušší rtuťový barometr.
Byl to Evangelista Torricelli, kdo byl překvapen, když zaznamenal změny v působení atmosféry, spojující tento proces s teplem a chladem.
Atmosférický tlak na hladině moře při 0 stupních Celsia byl označen za optimální. Tato hodnota je 760 mmHg. Normální atmosférický tlak v pascalech se považuje za rovný 105 Pa.
Je známo, že rtuť je dosti škodlivá pro lidské zdraví. V důsledku toho nelze použít otevřené rtuťové barometry. Ostatní kapaliny jsou mnohem méně husté, takže trubice naplněná kapalinou musí být dostatečně dlouhá.
Například vodní sloupec vytvořený Blaise Pascalem by měl být asi 10 m vysoký. Nepříjemnosti jsou zřejmé.
Bezkapalinový barometr
Pozoruhodným krokem vpřed je myšlenka odklonit se od kapaliny při výrobě barometrů. Schopnost vyrobit zařízení pro stanovení tlaku atmosféry je implementována v aneroidních barometrech.
Hlavní část tohoto měřiče je plochábox, ze kterého je odčerpáván vzduch. Aby nebyl stlačen atmosférou, je povrch vyroben zvlněný. Krabička je spojena soustavou pružin se šipkou označující hodnotu tlaku na stupnici. Posledně jmenovaný může být gradován v libovolných jednotkách. Atmosférický tlak lze měřit v pascalech pomocí vhodné měřící stupnice.
Výška zdvihu a atmosférický tlak
Změna hustoty atmosféry při stoupání vede k poklesu tlaku. Nehomogenita plynového obalu neumožňuje zavést lineární zákon změny, protože míra poklesu tlaku klesá s rostoucí výškou. Na povrchu Země, jak stoupá, na každých 12 metrů klesá účinek atmosféry o 1 mm Hg. Umění. V troposféře dochází k podobné změně každých 10,5 metru.
Blízko povrchu Země, ve výšce letadla, může aneroid vybavený speciální stupnicí určit výšku pomocí atmosférického tlaku. Toto zařízení se nazývá výškoměr.
Speciální zařízení na povrchu Země vám umožňuje nastavit výškoměr na nulu, abyste jej později mohli použít k určení výšky výstupu.
Příklad řešení problému
Na úpatí hory barometr ukázal atmosférický tlak 756 milimetrů rtuti. Jaká bude hodnota ve výšce 2500 metrů nad mořem? Je nutné zaznamenat atmosférický tlak v pascalech.
r1 =756 mm Hg, V=2500 m, r2 - ?
Rozhodnutí
Při určení hodnoty barometru ve výšce H to bereme v úvahupokles tlaku o 1 mm Hg. každých 12 metrů. Proto:
(p1 – p2)×12 m=V×1 mmHg, z:
p2=p1 - V×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m×1 mmHg/12 m=546 mmHg
Chcete-li zaznamenat získaný atmosférický tlak v pascalech, proveďte následující:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
Odpověď: 72619 Pa.
Atmosférický tlak a počasí
Pohyb atmosférických vrstev vzduchu v blízkosti zemského povrchu a nerovnoměrné zahřívání vzduchu v různých oblastech vedou ke změnám povětrnostních podmínek ve všech částech planety.
Tlak se může lišit o 20-35 mmHg. dlouhodobě i o 2-4 milimetry rtuti. během dne. Zdravý člověk nevnímá změny tohoto ukazatele.
Atmosférický tlak, jehož hodnota je pod normálem a často se mění, ukazuje na cyklon, který překryl určitý. Tento jev je často doprovázen oblačností a srážkami.
Nízký tlak není vždy známkou deštivého počasí. Špatné počasí závisí spíše na postupném poklesu příslušného ukazatele.
Ostrý pokles tlaku na 74 centimetrů Hg. a pod ním hrozí bouřkou, přeháňkami, které budou pokračovat, i když už ukazatel začíná stoupat.
Změnu počasí k lepšímu poznáte podle následujících znaků:
- po dlouhém období špatného počasí dochází k postupnému a trvalému nárůstu atmosférického tlaku;
- tlak stoupá za mlhavého rozbředlého počasí;
- v období jižních větrů daný ukazatel několik dní po sobě stoupá;
- zvýšení atmosférického tlaku během větrného počasí je známkou příjemného počasí.
