Atmosfēra ir gāzes mākonis, kas ieskauj Zemi. Gaisa svars, kura augstums pārsniedz 900 km, spēcīgi ietekmē mūsu planētas iedzīvotājus. Mēs to nejūtam, uztverot dzīvi gaisa okeāna dzelmē kā pašsaprotamu lietu. Cilvēks jūt diskomfortu, kāpjot augstu kalnos. Skābekļa trūkums izraisa ātru nogurumu. Tajā pašā laikā atmosfēras spiediens būtiski mainās.
Fizika nodarbojas ar atmosfēras spiedienu, tā izmaiņām un ietekmi uz Zemes virsmu.
Vidusskolas fizikas kursā liela uzmanība tiek pievērsta atmosfēras darbības izpētei. Definīcijas iezīmes, atkarība no augstuma, ietekme uz procesiem, kas notiek ikdienā vai dabā, ir izskaidrotas, pamatojoties uz zināšanām par atmosfēras darbību.
Kad cilvēki sāk pētīt atmosfēras spiedienu? 6. klase - laiks iepazīties ar atmosfēras īpatnībām. Šis process turpinās specializētajās vidusskolas klasēs.
Studiju vēsture
Pirmie mēģinājumi noteikt atmosfēras gaisa spiedienu tika veikti 1643. gadā pēc itāļu evaņģēlista ieteikuma. Toričelli. Stikla caurule, kas noslēgta vienā galā, bija piepildīta ar dzīvsudrabu. Aizverot no otras puses, tas tika nolaists dzīvsudrabā. Caurules augšējā daļā daļējas dzīvsudraba aizplūšanas dēļ izveidojās tukša vieta, kas saņēma šādu nosaukumu: “Torricellian tukšums”.
Šajā laikā dabaszinātnēs dominēja Aristoteļa teorija, kurš uzskatīja, ka "daba baidās no tukšuma". Pēc viņa domām, nevar būt tukšas vietas, kas nebūtu piepildīta ar matēriju. Tāpēc ilgu laiku viņi centās izskaidrot tukšuma klātbūtni stikla caurulē ar citām lietām.
Nav šaubu, ka šī ir tukša vieta, to nevar aizpildīt ar neko, jo līdz eksperimenta sākumam dzīvsudrabs pilnībā piepildīja cilindru. Un, izplūstot, neļāva citām vielām aizpildīt brīvo vietu. Bet kāpēc viss dzīvsudrabs neieplūda traukā, jo arī tam nav šķēršļu? Secinājums liecina par sevi: dzīvsudrabs caurulē, tāpat kā savienojošajos traukos, rada tādu pašu spiedienu uz dzīvsudrabu traukā kā kaut kas no ārpuses. Tajā pašā līmenī tikai atmosfēra nonāk saskarē ar dzīvsudraba virsmu. Tas ir viņas spiediens, kas neļauj vielai izplūst gravitācijas ietekmē. Ir zināms, ka gāze rada vienādu darbību visos virzienos. Tas ietekmē dzīvsudraba virsmu traukā.
Dzīvsudraba cilindra augstums ir aptuveni 76 cm.. Ir novērojams, ka šis rādītājs laika gaitā mainās, līdz ar to mainās atmosfēras spiediens. To var izmērīt dzīvsudraba staba centimetros.kolonnā (vai milimetros).
Kuras vienības izmantot?
Starptautiskā mērvienību sistēma ir starptautiska, tāpēc tā neparedz dzīvsudraba staba milimetru izmantošanu. Art. Nosakot spiedienu. Atmosfēras spiediena mērvienība tiek iestatīta tāpat kā cietās un šķidrās vielās. Spiediena mērīšana paskalos tiek pieņemta SI.
Uz 1 Pa tiek ņemts tāds spiediens, ko rada 1 N spēks uz 1 m laukumu2.
Nosakiet, kā mērvienības ir saistītas. Šķidruma kolonnas spiedienu iestata pēc šādas formulas: p=ρgh. Dzīvsudraba blīvums ρ=13600 kg/m3. Par atskaites punktu ņemsim dzīvsudraba kolonnu, kuras garums ir 760 milimetri. No šejienes:
r=13600 kg/m3×9,83 N/kg × 0,76 m=101292,8 Pa
Lai reģistrētu atmosfēras spiedienu paskalos, ņemiet vērā: 1 mm Hg.=133,3 Pa.
Problēmu risināšanas piemērs
Nosakiet spēku, ar kādu atmosfēra iedarbojas uz jumta virsmu, kura izmēri ir 10x20 m. Tiek pieņemts, ka atmosfēras spiediens ir 740 mm Hg. St.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Analīze
Lai noteiktu darbības spēku, jums jāiestata atmosfēras spiediens paskalos. Ņemot vērā to, ka 1 milimetrs Hg. vienāds ar 133,3 Pa, mums ir šāds: p=98642 Pa.
Lēmums
Izmantojiet formulu spiediena noteikšanai:
p=F/s, Tā kā jumta laukums nav norādīts, pieņemsim, ka tas ir taisnstūris. Šī attēla laukumu nosaka pēc formulas:
s=ab.
Aizvietojiet apgabala vērtībuaprēķina formula:
p=F/(ab), no kurienes:
F=pab.
Aprēķināt: F=98642 Pa × 10 m × 20 m=19728400 N=1,97 MN.
Atbilde: atmosfēras spiediena spēks uz mājas jumtu ir 1,97 MN.
Mērīšanas metodes
Atmosfēras spiediena eksperimentālo noteikšanu var veikt, izmantojot dzīvsudraba kolonnu. Ja pielabojat skalu blakus, tad būs iespējams labot izmaiņas. Šis ir vienkāršākais dzīvsudraba barometrs.
Tas bija Evangelista Torricelli, kurš bija pārsteigts, atzīmējot izmaiņas atmosfēras darbībā, saistot šo procesu ar karstumu un aukstumu.
Atmosfēras spiedienu jūras virsmas līmenī pie 0 grādiem pēc Celsija sauca par optimālu. Šī vērtība ir 760 mmHg. Tiek uzskatīts, ka normāls atmosfēras spiediens paskalos ir vienāds ar 105 Pa.
Ir zināms, ka dzīvsudrabs ir diezgan kaitīgs cilvēka veselībai. Rezultātā atvērtus dzīvsudraba barometrus nevar izmantot. Citi šķidrumi ir daudz mazāk blīvi, tāpēc caurulei, kas piepildīta ar šķidrumu, jābūt pietiekami garai.
Piemēram, Blēza Paskāla izveidotajai ūdens stabai jābūt aptuveni 10 m augstai. Neērtības ir acīmredzamas.
Bezšķidruma barometrs
Ievērojams solis uz priekšu ir ideja atteikties no šķidruma, izgatavojot barometrus. Iespēja izgatavot ierīci atmosfēras spiediena noteikšanai tiek realizēta aneroidos barometros.
Šī skaitītāja galvenā daļa ir plakanakaste, no kuras tiek izsūknēts gaiss. Lai to neizspiestu atmosfēra, virsma ir rievota. Kaste ir savienota ar atsperu sistēmu ar bultiņu, kas norāda spiediena vērtību uz skalas. Pēdējo var gradēt jebkurā vienībā. Atmosfēras spiedienu var izmērīt paskalos ar atbilstošu mērīšanas skalu.
Pacelšanas augstums un atmosfēras spiediens
Atmosfēras blīvuma izmaiņas, paceļoties augšup, izraisa spiediena pazemināšanos. Gāzes apvalka neviendabīgums neļauj ieviest lineāru izmaiņu likumu, jo spiediena samazināšanās pakāpe samazinās, palielinoties augstumam. Uz Zemes virsmas, tai paceļoties, uz katriem 12 metriem atmosfēras ietekme samazinās par 1 mm Hg. Art. Troposfērā līdzīgas izmaiņas notiek ik pēc 10,5 metriem.
Netālu no Zemes virsmas, gaisa kuģa augstumā, ar īpašu skalu aprīkots aneroids var noteikt augstumu pēc atmosfēras spiediena. Šo ierīci sauc par altimetru.
Īpaša ierīce uz Zemes virsmas ļauj iestatīt altimetru uz nulli, lai vēlāk varētu to izmantot, lai noteiktu kāpuma augstumu.
Problēmu risināšanas piemērs
Kalna pakājē barometrs rādīja atmosfēras spiedienu 756 dzīvsudraba staba milimetrus. Kāda būs vērtība 2500 metru augstumā virs jūras līmeņa? Atmosfēras spiediens ir jāreģistrē paskalos.
r1 =756 mm Hg, H=2500 m, r2 - ?
Lēmums
Lai noteiktu barometra rādījumu augstumā H, mēs to ņemam vērāspiediens pazeminās par 1 mm Hg. ik pēc 12 metriem. Tāpēc:
(p1 – p2) × 12 m=H × 1 mmHg, no:
p2=p1 - H×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m × 1 mmHg/12 m=546 mmHg
Lai reģistrētu iegūto atmosfēras spiedienu paskalos, rīkojieties šādi:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
Atbilde: 72619 Pa.
Atmosfēras spiediens un laikapstākļi
Gaisa atmosfēras slāņu kustība pie Zemes virsmas un nevienmērīga gaisa uzkaršana dažādās vietās izraisa laika apstākļu izmaiņas visās planētas daļās.
Spiediens var mainīties par 20–35 mmHg. ilgtermiņā un par 2-4 dzīvsudraba staba milimetriem. dienas laikā. Vesels cilvēks neuztver izmaiņas šajā rādītājā.
Atmosfēras spiediens, kura vērtība ir zem normas un bieži mainās, liecina par ciklonu, kas noklājis noteiktu. Bieži vien šo parādību pavada mākoņainība un nokrišņi.
Zems spiediens ne vienmēr liecina par lietainu laiku. Slikti laikapstākļi vairāk ir atkarīgi no attiecīgā rādītāja pakāpeniskas samazināšanās.
Strauja spiediena pazemināšanās līdz 74 centimetriem Hg. un lejā draud ar vētru, lietusgāzēm, kas turpināsies arī tad, kad rādītājs jau sāks celties.
Laika apstākļu izmaiņas uz labo pusi var atpazīt pēc šādām zīmēm:
- pēc ilgstoša sliktu laikapstākļu perioda atmosfēras spiediens pakāpeniski un vienmērīgi paaugstinās;
- spiediens paaugstinās miglainā, dubļainā laikā;
- dienvidu vēju periodā attiecīgais rādītājs paaugstinās vairākas dienas pēc kārtas;
- atmosfēras spiediena paaugstināšanās vējainā laikā liecina par komfortablu laiku.
