Атмосферное давление

Определение

Атмосферное давление — это давление, создаваемое столбом воздуха атмосферы на единицу площади поверхности Земли и всех находящихся на ней объектов.

Формула

P = F / S

• P — атмосферное давление
• F — сила, с которой столб воздуха давит на поверхность
• S — площадь поверхности, на которую действует давление

Единицы измерения: паскаль (Па), миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.), бары

Почему воздух давит?

Воздух — это смесь газов, и, как любое вещество, он состоит из частиц (молекул и атомов). Эти частицы имеют массу. Поскольку Земля обладает гравитацией, она притягивает к себе все тела, включая воздух. Так возникает сила тяжести, которая действует на каждую частицу воздуха. Суммарная сила тяжести всех частиц воздуха в столбе, простирающемся от поверхности Земли до верхних слоёв атмосферы, и создаёт атмосферное давление. Чем выше над уровнем моря, тем меньше столб воздуха над нами, и тем меньше давление.

Как измеряют атмосферное давление?

Для измерения атмосферного давления используют специальные приборы — барометры. Самый простой барометр, ртутный, был изобретён Торричелли. В нём атмосферное давление уравновешивает столб ртути в запаянной с одного конца трубке. Чем выше столб ртути, тем больше атмосферное давление. Существуют также барометры-анероиды, которые измеряют давление без жидкости, с помощью металлической коробочки, стенки которой деформируются под действием давления воздуха.

Влияние атмосферного давления на погоду

Изменение атмосферного давления тесно связано с изменением погоды. Высокое давление обычно соответствует ясной, безветренной погоде, потому что воздух опускается, рассеивая облака. Низкое давление, наоборот, часто предвещает пасмурную, дождливую и ветреную погоду, так как воздух поднимается, образуя облака и осадки. Метеорологи постоянно следят за изменениями давления для составления прогнозов.

Как мы не замечаем огромного давления?

На каждую часть нашего тела действует огромное атмосферное давление, но мы его не ощущаем. Это происходит потому, что давление внутри нашего тела (например, давление крови, содержащихся в тканях газов и жидкостей) уравновешивает внешнее атмосферное давление. Если бы этого внутреннего давления не было, мы бы просто были раздавлены. Именно поэтому при резких изменениях давления (например, при быстром подъёме в горы или погружении под воду) люди могут чувствовать дискомфорт.

Как найти и применять

1. Определите, какую площадь поверхности занимает объект.
2. Узнайте, какое атмосферное давление действует в данной местности (его можно найти в сводках погоды, обычно оно даётся в паскалях или мм рт. ст.). Если дано в мм рт. ст., переведите в паскали: 1 мм рт. ст. ≈ 133.3 Па.
3. Используйте формулу F = P · S, чтобы рассчитать силу, с которой воздух давит на объект.
4. Помните, что эта сила действует перпендикулярно поверхности объекта.

Разбор задач

Задача 1

Определите силу, с которой атмосферный воздух давит на крышку стола площадью 1,2 м², если нормальное атмосферное давление составляет 101325 Па.

Дано: Площадь стола S = 1,2 м² Атмосферное давление P = 101325 Па Найти: Силу F. Используем формулу F = P · S. F = 101325 Па · 1,2 м² F = 121590 Н Ответ: Атмосферный воздух давит на крышку стола с силой 121590 Ньютонов (приблизительно 12 тонн).

Ответ: 121590 Н

Где это встречается

• Пипетки и шприцы — При вытягивании поршня шприца или нажатии на грушу пипетки внутри создаётся пониженное давление. Внешнее атмосферное давление затем 'заталкивает' жидкость внутрь.
• Медицинские банки — При нагревании воздуха внутри банки часть его выходит наружу. Затем банка прикладывается к коже, воздух внутри остывает, давление падает, и атмосферное давление прижимает банку к телу, создавая вакуумный эффект.
• Насосы для воды — При работе поршневого насоса для воды создаётся разрежение в трубе, и атмосферное давление 'выталкивает' воду из колодца или скважины вверх по трубе.
• Самолёты — На больших высотах атмосферное давление значительно ниже. Чтобы пассажиры чувствовали себя комфортно, в салонах самолётов поддерживается искусственное давление, близкое к нормальному.
• Барометры — Эти приборы напрямую измеряют атмосферное давление, что важно для прогнозирования погоды и навигации.

Типичные ошибки

Не путать

• Давление жидкости — Атмосферное давление создаётся газом (воздухом) и действует на всё, что находится на Земле. Давление жидкости (например, воды в стакане) создаётся самой жидкостью и действует только внутри неё и на стенки сосуда.
• Давление твёрдого тела — Давление твёрдого тела создаётся его весом, распределённым по площади опоры. Атмосферное давление создаётся весом столба воздуха над поверхностью. Твёрдые тела имеют определённую форму, газы её не имеют и заполняют весь предоставленный объём.
• Сила тяжести — Сила тяжести — это сила, с которой Земля притягивает любое тело. Атмосферное давление — это результат действия суммарной силы тяжести всех молекул воздуха на единицу площади.

Откуда взялось понятие

Понятие атмосферного давления и его экспериментальное доказательство были сформулированы в XVII веке благодаря работам итальянского учёного Эванджелиста Торричелли и немецкого физика Отто фон Герике.

Как запомнить

Воздух — не пустота, он весит и давит на всё вокруг.