АТМОСФЕРНИЙ ТИСК: НОРМАЛЬНЕ ЗНАЧЕННЯ, ЯК ЙОГО ВИМІРЯТИ, ПРИКЛАДИ - ФІЗИЧНІ - 2025

Атмосферний тиск викликано вагою газів , що входять в склад атмосфери над Землею. За оцінками, маса атмосфери становить приблизно 5 х 10 ¹⁸ кг, і всі живі істоти мають тиск, який чинить ця маса.

Першим його виміряв італійський вчений Евангеліста Торрічеллі (1608-1647). Він здійснив простий, але дуже геніальний експеримент у 1644 році: повністю наповнив скляну трубку, закриту на одному кінці ртуттю, перевернув її та висипав у ємність, у якій також містилася ртуть.

Малюнок 1. Анероїдний барометр для вимірювання атмосферного тиску, на відміну від ртутного барометра, він не містить рідини. Джерело: Wikimedia Commons.

Торрічеллі зауважив, що трубка не спорожніла повністю, а була наповнена ртуттю на висоту 76 див. Здивований, він робив багато тестів з трубочками різної форми, завжди отримуючи однаковий результат.

Таким чином Торрічеллі зрозумів, що атмосферний тиск підвищується і підтримує ртутну колону всередині трубки на висоті 760 мм. Таким чином встановлюється середнє значення атмосферного тиску.

Оскільки тиск визначається як сила на одиницю площі, то одиниці атмосферного тиску в Міжнародній системі становлять ньютон / метр або паскаль, що скорочено Па. Отже, у цій системі атмосферний тиск P _атм має значення :

Це нормальне значення атмосферного тиску при 0 ºC та на рівні моря.

Атмосферний тиск на рівні моря та інші зміни

Теоретично максимальне значення атмосферного тиску знаходиться саме на рівні моря. Хоча на цьому рівні існує стільки варіабельності, експертам потрібно встановити певну систему відліку, яка допоможе їм визначити її значення.

Ось основні фактори, які впливають на величину атмосферного тиску в певному місці Землі:

-Висота : на кожні 10 метрів висоти тиск зменшується на 1 мм рт. Але буває і так, що щільність газу, що складає атмосферу, не є постійною. В принципі, зі збільшенням висоти щільність повітря зменшується.

Малюнок 2. Висотомір - прилад, що вимірює висоту над рівнем моря на основі змін тиску. Джерело: Pixabay.

- Температура : очевидно, чим вище температура густини зменшується і повітря важить менше, тому значення тиску зменшується.

- Широта : атмосферний тиск нижчий на екваторіальних широтах, оскільки Земля не є досконалою сферою. Узбережжя на екваторі знаходиться далі від центру Землі, ніж полюси, і там щільність повітря також нижча.

- континентальність : чим більше він рухається до внутрішніх частин материків, тим вище атмосферний тиск, тоді як у прибережних місцях тиск нижчий.

Варіація атмосферного тиску з висотою

Алтиметричне рівняння, яке пов'язує атмосферний тиск місця з його висотою z над рівнем моря, має такий вигляд:

Тут P _o - існуючий тиск на початковій або еталонній висоті, який зазвичай приймають на рівні моря, ρ _або щільність повітря на рівні моря, а g - значення прискорення сили тяжіння. Пізніше у розділі розв’язаних вправ йде покрокове виведення.

Як вимірюється атмосферний тиск?

Атмосферний тиск вимірюється барометром. Найпростіший - як той, який збудував Торрічеллі, заснований на ртуті. Нахил труби або діаметр не змінюють висоту ртутного стовпа, якщо тільки за це не відповідають кліматичні фактори.

Наприклад, хмари утворюються в областях низького тиску. Тож коли барометр зчитується, це знак того, що настає негода.

Насправді замість ртуті також можна використовувати інші рідини, наприклад, можна виготовити водяний барометр. Проблема полягає в тому, що розмір колони становить 10,33 м, дуже недоцільно перевозити.

Існують також прилади, які вимірюють тиск механічно через деформації в трубах або спіралях: анероїдні барометри та манометри. Вони можуть виміряти різницю тиску між двома точками або також виміряти тиск, який приймає атмосферний тиск як еталонний.

Одиниці тиску

Нормальне значення тиску використовується для визначення нової одиниці тиску: атмосфера, скорочено атм. Атмосферний тиск - 1 атм; таким чином інші тиски можна виразити в атмосферному тиску, що є дуже звичним для всіх значенням:

Наступна таблиця показує одиниці, які найбільш використовуються в науці та техніці для вимірювання тиску, та відповідний еквівалент у пласках:

Одиниця	Еквівалентність у паскалі
Н / м 2	один
атм	101 355
мм рт	133.3
фунт / в 2	6894,76
Паб	1x 10 5

Гідростатичний, абсолютний і манометричний тиск

На вільну поверхню рідини в статичній рівновазі та відкритій атмосфері діє атмосферний тиск. Але у внутрішніх точках рідини, звичайно, діє маса стовпа рідини.

Вага стовпчика залежить від його висоти та густини рідини, яку ми будемо вважати постійною, як і температури. У цьому випадку тиск P дорівнює:

Це гідростатичний тиск у будь-якій точці рідини з постійною щільністю і прямо пропорційний глибині z рідини.

Щодо абсолютного тиску P _abs у рідині в спокої, воно визначається як сума атмосферного тиску P _atm та гідростатичного тиску P:

Нарешті, манометр тиску Р _людини в рідини в спокої - це різниця між абсолютним та атмосферним тиском, і в цьому випадку він еквівалентний вимірюванню гідростатичного тиску:

Приклади

Сила, яку атмосфера чинить на тіло

Можна оцінити величину загальної сили, що чинить атмосфера на тіло людини. Припустимо, що тіло має приблизно площу поверхні 2 м ² , оскільки тиск визначається як сила на одиницю площі, ми можемо вирішити і обчислити силу:

Для цього розрахунку будемо використовувати нормальне значення атмосферного тиску, яке було встановлено на початку:

Цей результат еквівалентний більш-менш 20 т сили, але він не представляє проблеми для живих істот, які населяють поверхню Землі, які пристосовані до цього, як і риби в морі.

Хоча це досить велика сила. Чому ми не руйнуємося перед цим?

Ну, тиск усередині тіла дорівнює тиску зовні. Ми не руйнуємось, оскільки внутрішня сила врівноважується іншою зовнішньою силою. Але деякі люди впливають на висоту і можуть кровоточити з носа, коли піднімаються на дуже високі гори. Це тому, що порушено баланс між артеріальним та атмосферним тиском.

Пийте напої соломкою або соломкою

Атмосферний тиск дає можливість пити соду соломкою або соломкою. Шумери та інші стародавні культури виявили, що вони можуть пити пиво, використовуючи порожнисті рослинні стебла або очерет як соломку.

Набагато пізніше, наприкінці 19 - початку 20 століть, у США були запатентовані різні моделі солом’яних виробів, в тому числі і такі, що мають лікоть у формі акордеона.

Малюнок 3. Атмосферний тиск дозволяє ковтати соломкою. Джерело: Pixabay.

Ось так вони працюють: Коли рідина поглинається через солому, тиск над рідиною в соломі знижується, внаслідок чого тиск нижче, що вище, підштовхує рідину вгору для легкого пиття.

З цієї причини після вилучення або стоматологічної операції не доцільно пити рідини таким чином, оскільки зниження тиску може призвести до того, що рана відкриється і почне кровоточити.

Вправи

- Вправа 1

Виведіть альтиметричне рівняння P (z):

-Po - тиск на еталонному рівні (рівень моря)

-z - висота

-ρ _o - щільність рідини на рівні моря

-g - значення прискорення сили тяжіння

Рішення

По-перше, нехай dp - диференціальний тиск, який за фундаментальним рівнянням гідростатики виражається як:

Знак мінус враховує той факт, що тиск зменшується зі збільшенням z. Повітря також вважатиметься ідеальним газом, тому тиск і щільність пов'язані між собою:

Щільність негайно заміщується для отримання:

Тепер тиск при написанні передбачає, що атмосфера поділяється на шари висотою dz, щось на зразок стопки млинців, кожен з тиском dp. Таким чином виходить диференціальне рівняння, яке розв'язується відокремленням змінних p і z:

Потім вона інтегрується з обох сторін, що еквівалентно додаванню внеску тиску, зробленого кожним шаром. У інтегралі зліва він зроблений від тиску Р _або початкового до кінцевого тиску Р. Таким же чином інтеграл праворуч оцінює від z _o до z:

Далі слід вирішити для P за допомогою експоненціалу:

Нарешті, якщо і T, і G підтримуються постійними, ρ _o = (M / RT) P _o , тоді M / RT = ρ _o / P _o, і ми також можемо зробити z _o = 0. Складаючи все це разом:

- Вправа 2

Яке значення атмосферного тиску в Ла-Пасі, Болівія, що знаходиться на 3640 м над рівнем моря? Візьміть середню густину повітря як 1,225 кг / м ³ на рівні моря.

Рішення

Просто замініть числові значення, наведені в альтиметричному рівнянні:

На закінчення, це приблизно 66% від нормального тиску.

Список літератури

1. Фігероа, Д. (2005). Серія: Фізика для науки та техніки. Том 5. Рідини та термодинаміка. Під редакцією Дугласа Фігероа (USB).
2. Кіркпатрик, Л. 2007. Фізика: погляд у світ. 6-е скорочене видання. Cengage Learning.
3. Стандартна атмосфера. Відновлено з: av8n.com
4. Університет Севільї. Коливання атмосферного тиску. Відновлено з: laplace.us.es.
5. Вікіпедія. Гіпсометричне рівняння. Відновлено з: es.wikipedia.org.
6. Вікіпедія. Атмосферний тиск. Відновлено з: es.wikipedia.org.