Atmosfære er en gassky, der omgiver Jorden. Luftens vægt, hvis højde overstiger 900 km, har en kraftig effekt på vores planets indbyggere. Det mærker vi ikke, idet vi tager livet på bunden af lufthavet som en selvfølge. En person føler ubehag, når han klatrer højt i bjergene. Mangel på ilt fremkalder hurtig træthed. Samtidig ændres det atmosfæriske tryk betydeligt.
Fysik beskæftiger sig med atmosfærisk tryk, dets ændringer og indvirkningen på jordens overflade.
I løbet af gymnasiets fysik lægges der stor vægt på studiet af atmosfærens virkning. Egenskaber ved definitionen, afhængighed af højde, indflydelse på processer, der forekommer i hverdagen eller i naturen, forklares ud fra viden om atmosfærens virkning.
Hvornår begynder folk at studere atmosfærisk tryk? 6. klasse - tid til at stifte bekendtskab med atmosfærens ejendommeligheder. Denne proces fortsætter i specialiserede gymnasieklasser.
Studiehistorik
De første forsøg på at etablere atmosfærisk lufttryk blev gjort i 1643 efter forslag fra den italienske evangelistTorricelli. Et glasrør forseglet i den ene ende var fyldt med kviksølv. Efter at have lukket på den anden side blev den sænket ned i kviksølv. I den øverste del af røret dannedes der på grund af den delvise udstrømning af kviksølv et tomt rum, som fik følgende navn: "Torricellian void".
På dette tidspunkt dominerede Aristoteles teori i naturvidenskaben, som mente, at "naturen er bange for tomhed." Ifølge hans synspunkter kan der ikke være et tomt rum, der ikke er fyldt med stof. Derfor forsøgte de i lang tid at forklare tilstedeværelsen af tomhed i et glasrør med andre ting.
Der er ingen tvivl om, at dette er et tomt rum, det kan ikke fyldes med noget, for ved begyndelsen af eksperimentet fyldte kviksølvet helt cylinderen. Og strømmende ud tillod ikke andre stoffer at udfylde det ledige sted. Men hvorfor hældte alt kviksølvet ikke i karret, for der er heller ingen hindringer for dette? Konklusionen tyder på sig selv: kviksølv i røret, som i kommunikerende kar, skaber det samme tryk på kviksølvet i karret som noget udefra. På samme niveau er det kun atmosfæren, der kommer i kontakt med kviksølvoverfladen. Det er hendes pres, der forhindrer stoffet i at strømme ud under påvirkning af tyngdekraften. Gas er kendt for at skabe den samme handling i alle retninger. Det påvirker kviksølvoverfladen i karret.
Højden af en kviksølvcylinder er cirka 76 cm. Det bemærkes, at denne indikator varierer over tid, og derfor ændres det atmosfæriske tryk. Det kan måles i cm kviksølv.kolonne (eller i millimeter).
Hvilke enheder skal bruges?
Det internationale system af enheder er internation alt, så det involverer ikke brug af millimeter kviksølv. Kunst. ved bestemmelse af tryk. Enheden for atmosfærisk tryk indstilles på samme måde, som det sker i faste stoffer og væsker. Måling af tryk i pascal accepteres i SI.
For 1 Pa tages et sådant tryk, der skabes af en kraft på 1 N pr. område på 1 m2.
Bestem, hvordan måleenheder hænger sammen. Væskesøjlens tryk indstilles efter følgende formel: p=ρgh. Kviksølvdensitet ρ=13600 kg/m3. Lad os tage en søjle af kviksølv 760 millimeter lang som referencepunkt. Herfra:
r=13600 kg/m3×9,83 N/kg×0,76 m=101292,8 Pa
For at registrere det atmosfæriske tryk i pascal skal du overveje: 1 mm Hg.=133,3 Pa.
Eksempel på problemløsning
Bestem den kraft, hvormed atmosfæren virker på overfladen af et tag, der måler 10x20 m. Atmosfærens tryk antages at være 740 mm Hg. St.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Analyse
For at bestemme virkningskraften skal du indstille det atmosfæriske tryk i pascal. Under hensyntagen til, at 1 millimeter Hg. lig med 133,3 Pa, har vi følgende: p=98642 Pa.
Beslutning
Brug formlen til at bestemme tryk:
p=F/s, Da arealet af taget ikke er angivet, lad os antage, at det er et rektangel. Arealet af denne figur bestemmes af formlen:
s=ab.
Erstat værdien af området iberegningsformel:
p=F/(ab), hvorfra:
F=pab.
Beregn: F=98642 Pa×10 m×20 m=19728400 N=1,97 MN.
Svar: atmosfærens trykkraft på husets tag er 1,97 MN.
Målemetoder
Eksperimentel bestemmelse af atmosfærisk tryk kan udføres ved hjælp af en kviksølvsøjle. Hvis du retter skalaen ved siden af, så bliver det muligt at rette ændringerne. Dette er det enkleste kviksølvbarometer.
Det var Evangelista Torricelli, der var overrasket over at bemærke ændringerne i atmosfærens handling, der forbinder denne proces med varme og kulde.
Det atmosfæriske tryk ved havoverfladen ved 0 grader Celsius blev kaldt optim alt. Denne værdi er 760 mmHg. Norm alt atmosfærisk tryk i pascal anses for at være lig med 105 Pa.
Det er kendt, at kviksølv er ret skadeligt for menneskers sundhed. Som følge heraf kan åbne kviksølvbarometre ikke anvendes. Andre væsker er meget mindre tætte, så røret fyldt med væske skal være langt nok.
For eksempel skal vandsøjlen skabt af Blaise Pascal være omkring 10 m høj. Ulejligheden er åbenlys.
Væskefrit barometer
Et bemærkelsesværdigt skridt fremad er ideen om at bevæge sig væk fra væske, når man laver barometre. Evnen til at fremstille en anordning til bestemmelse af atmosfærens tryk er implementeret i aneroidbarometre.
Hoveddelen af denne måler er fladkasse, hvorfra luften pumpes ud. For at den ikke skal presses af atmosfæren, er overfladen lavet bølgeformet. Boksen er forbundet med et system af fjedre til en pil, der angiver trykværdien på skalaen. Sidstnævnte kan dimitteres i alle enheder. Atmosfærisk tryk kan måles i pascal med en passende måleskala.
Løftehøjde og atmosfærisk tryk
Ændringen i atmosfærens tæthed, når du rejser dig op, fører til et fald i trykket. Inhomogeniteten af gaskappen tillader ikke at indføre en lineær lov om ændring, da graden af trykfald falder med stigende højde. På Jordens overflade, når den stiger, for hver 12 meter, falder atmosfærens virkning med 1 mm Hg. Kunst. I troposfæren sker en lignende ændring hver 10,5 meter.
Nær Jordens overflade, i højden af et fly, kan en aneroid udstyret med en speciel skala bestemme højden ved atmosfærisk tryk. Denne enhed kaldes en højdemåler.
En speciel enhed på jordens overflade giver dig mulighed for at indstille højdemåleren til nul, så du senere kan bruge den til at bestemme højden af opstigningen.
Eksempel på problemløsning
Ved foden af bjerget viste barometeret et atmosfærisk tryk på 756 millimeter kviksølv. Hvad vil værdien være i en højde af 2500 meter over havets overflade? Det er påkrævet at registrere atmosfærisk tryk i pascal.
r1 =756 mm Hg, H=2500 m, r2 - ?
Beslutning
For at bestemme barometeraflæsningen i højden H tager vi højde for dettrykket falder med 1 mm Hg. hver 12. meter. Derfor:
(p1 – p2)×12 m=H×1 mmHg, fra:
p2=p1 - H×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m×1 mmHg/12 m=546 mmHg
For at registrere det opnåede atmosfæriske tryk i pascal skal du gøre følgende:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
Svar: 72619 Pa.
Atmosfærisk tryk og vejr
Bevægelsen af luftens atmosfæriske lag nær Jordens overflade og den uensartede opvarmning af luft i forskellige områder fører til ændringer i vejrforholdene i alle dele af planeten.
Trykket kan variere med 20-35 mmHg. på længere sigt og med 2-4 millimeter kviksølv. i løbet af dagen. En sund person opfatter ikke ændringer i denne indikator.
Atmosfærisk tryk, hvis værdi er under normalen og ofte ændrer sig, indikerer en cyklon, der har dækket en bestemt. Ofte er dette fænomen ledsaget af overskyethed og nedbør.
Lavtryk er ikke altid et tegn på regnvejr. Dårligt vejr afhænger mere af det gradvise fald i den pågældende indikator.
Et kraftigt fald i trykket til 74 centimeter Hg. og nedenunder truer det med en storm, byger, der vil fortsætte, selv når indikatoren allerede begynder at stige.
Ændring i vejret til det bedre kan identificeres ved følgende tegn:
- efter en lang periode med dårligt vejr er der en gradvis og støt stigning i atmosfærisk tryk;
- trykket stiger i tåget sjapvejr;
- i perioden med sydlig vind stiger den pågældende indikator flere dage i træk;
- en stigning i atmosfærisk tryk i blæsevejr er et tegn på behageligt vejr.
