Atmosfærisk tryk er den kraft, hvormed vi påvirkes af den omgivende luft, altså atmosfæren. Artiklen vil præsentere eksperimenter, hvor vi vil sikre os, at lufttrykket virkelig eksisterer. Vi vil finde ud af, hvem der målte det for første gang, hvad der sker, når det atmosfæriske tryk er ujævnt fordelt, og meget mere.
Manifestationer af atmosfærisk tryk
Hvis luften trykker på alt omkring, så vejer det noget. Er dette virkelig sandt, hvorfor virker det så vægtløst for os? Lad os udføre eksperimenter, der viser, at atmosfærisk tryk faktisk eksisterer.
Fyld sprøjten med vand til midten, og træk derefter stemplet op. Vandet vil følge stemplet. Årsagen til dette er atmosfærisk tryk, men da folk endnu ikke vidste om dets eksistens, sagde de, at naturen simpelthen ikke tolererer tomhed. Vi ved nu, at når stemplet hæver sig, skabes et områdereduceret tryk, og atmosfæren presser vand ind i sprøjten.
Erfaring med et plastikkort og en krukke
Fyld en glaskrukke til toppen med vand, dæk toppen med et stykke plastik, for eksempel et kort. Lad os vende krukken og se, at kortet holder og ikke falder. Kraften af vandtrykket kompenseres af atmosfærens trykkraft. Intet trykker på vandet fra oven, men atmosfæren presser nedefra, som et resultat, holdes kortet. Hvis der kommer luft ind mellem plastikken og krukken, vil kortet falde af, og vandet vil vælte ud.
Torricelli-enhed
Den italienske videnskabsmand Torricelli målte atmosfærisk tryk for første gang. Det gjorde han med det såkaldte kviksølvbarometer. Først fyldte Torricelli et glasrør med kviksølv til toppen, tog en stor skål kviksølv, vendte røret om, kastede det ned i skålen og åbnede den nederste ende. Merkur begyndte at sænke sig, men kom ikke helt ud, men faldt til en vis højde.
Det viste sig, at dette niveau er 760 mm. Derfor er atmosfærens tryk i stand til at holde en kviksølvsøjle på 760 mm. Hvis trykket stiger, kan det holde en søjle med større højde, hvis det falder, mindre. Hvis ja, så kan dens størrelse bedømmes ud fra søjlens højde. Derfor bliver atmosfærens og gassernes tryk i praksis ofte målt præcist i millimeter kviksølv. Lad os etablere et forhold mellem millimeter kviksølv og de sædvanlige enheder af pascal.
Hvordan millimeter kviksølv og pascal hænger sammen
Atmosfærisk tryk hæver kviksølv med 760 mm. Det betyder aten søjle af kviksølv 760 mm høje presser med en kraft svarende til det normale niveau af atmosfærisk tryk. 1 mm Hg er det tryk, der produceres af en 1 mm høj kviksølvsøjle. Forestil dig, at højden af kviksølvsøjlen er 1 mm. Beregn det hydrostatiske tryk svarende til denne højde.
P=1 mmHg Hydrostatisk tryk beregnes ved formlen: ρgh. ρ er densiteten af kviksølv, g er accelerationen på grund af tyngdekraften, h er højden af væskesøjlen. ρ=13, 6103 kg/m3, g=9, 8 N/kg, h=110 -3 m. Erstat disse data i formlen. Efter konverteringen forbliver 13,69,8=133,3 N/m2. N/m2 - dette er Pascal (Pa). Omregner vi atmosfærisk tryk til hektopascal, så 1 mm Hg. Kunst. svarer til 1.333 hPa.
Hg og vejr
Torricelli så aflæsningerne af kviksølvbarometeret i lang tid. Han lagde mærke til en interessant ting. Når kviksølvsøjlen falder, altså når atmosfærisk tryk bliver lavt, sætter der efter et stykke tid dårligt vejr ind. Når kviksølvsøjlen stiger, bliver dårligt vejr efter nogen tid erstattet af godt vejr. Det vil sige, at målingen af atmosfærisk tryk giver dig mulighed for at lave en vejrudsigt.
Nu måler meteorologiske tjenester døgnet rundt hver 3. time atmosfærisk tryk. Jules Vernes bog Den femtenårige kaptajn beskriver observationen af barometeret og vejret. Bogens hovedperson opdagede, at hvis kviksølvsøjlen falder hurtigt, så forringes vejret kraftigt, men ikke længe, hvis kviksølvniveauet falder langsomt over flere dage, såvejret vil gradvist forværres, men vare i lang tid.
Hvad sker der, når det atmosfæriske tryk er ujævnt fordelt
Lad os overveje et synoptisk kort. Det indeholder værdierne for atmosfærisk tryk i forskellige områder, byer, lande, kontinenter. Luftmassernes bevægelsesretning er angivet med pile. Hvorfor blæser vinden? Atmosfærisk tryk er større nogle steder og mindre andre. Fra hvor den er større, blæser vinden til hvor den er mindre. Vi ser det i retning af pilene på kortet.
Hvis du ser på hele planeten, kan du se, at den er forskellig i forskellige dele. Områder med højtryk er markeret med lilla, hvor vindpilene hvirvler og bevæger sig med uret. Dette område med højtryk kaldes en anticyklon. Det har norm alt klart vejr.
Men Spanien og Portugal. Her observerer vi to kraftigste anticykloner. Vridningen af luftstrømme er forbundet med klodens rotation.
Og her er to kraftige områder med lavt atmosfærisk tryk - kun 965 hektopascal. Dette er en cyklon, luften i den roterer mod uret.
Du kan således observere fordelingen af atmosfærisk tryk forskellige steder på vores planet. I dag forudsiger meteorologer nøjagtigt vejrændringer, der opstår, når atmosfærisk tryk er ujævnt fordelt.
Tryk ved og over havets overflade
Antag at barometeret viser et tryk på 1006 hPa. Men hvisse på det synoptiske kort over et givent område, by, kan det vise sig, at det atmosfæriske tryk er anderledes der. Hvorfor sker det? Faktum er, at synoptiske kort viser værdierne af atmosfærisk tryk ved havoverfladen. Vi kan være i en vis højde over havets overflade, så trykket som barometeret viser i rummet er mindre end ved havoverfladen.
Højdemåler
Hvordan måler jeg højden på din placering? Der er specielle instrumenter, der ligner et barometer, men deres skala er gradueret ikke i trykenheder, men i højdeenheder. Turister og piloter har sådanne enheder. De kaldes højdemålere eller parametriske højdemålere. Når piloten er på jorden, sætter han højdemåleren til nul, fordi hans højde over jorden er nul. Om nødvendigt sætter han pilen til højden over havets overflade, alt efter om det er vigtigt for ham at vide, i hvilken højde flyvepladsen er over havets overflade, eller ej. I tilfælde af langdistanceflyvninger kan dette være nyttigt, især hvis flyvepladsen ligger i bjergene. Så ser piloten på højdemålerenålen og bestemmer højden.
Hvorfor stiger atmosfærisk tryk med højden
Efter at vi har lært, at når det atmosfæriske tryk er ujævnt fordelt, opstår der vind, lad os finde ud af, hvorfor trykket falder med stigende højde. Luft har vægt, så den tiltrækkes af jorden, udøver pres på den. Hvis vi placerer et barometer i et bestemt lag af atmosfæren, så vil det blive trykket af det lag af atmosfæren,som er ovenfor. Det skal bemærkes, at atmosfæren ikke har nogen klare grænser.
Hvis vi placerer et barometer ved havoverfladen, vil trykket være lig med summen af trykket i dette luftlag og trykket i de overliggende lag af atmosfæren. Det vil sige, at når højden stiger, falder trykket. Spørgsmålet opstår: er det muligt at beregne det atmosfæriske tryk i henhold til formlen Р=ρgh? Nej, fordi værdien af lufttæthed ikke er konstant i forskellige lag af atmosfæren. I bunden er luften under mere tryk, så den er tættere, og i toppen er den mindre tæt.
