"Физика", Кабардин О.Ф.
Атмосферное давление — действие окружающего воздуха на Землю и тела на её поверхности. Воздух имеет массу, поэтому его верхние слои давят на нижние, а воздух у поверхности — на предметы и людей. Давление действует со всех сторон и измеряется барометром. Нормальным считают давление 760 мм рт. ст., или примерно 101 300 Па. С высотой оно обычно уменьшается.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Атмосферное давление — давление, которое воздух атмосферы оказывает на поверхность Земли и находящиеся на ней тела. Воздух не является невесомым: его частицы притягиваются Землёй и давят на всё, что расположено ниже. Это понятие нужно, чтобы объяснять действие воздуха и измерять изменения погоды.
Барометр — прибор для измерения атмосферного давления. В ртутном барометре показание связано с высотой столба ртути, а в барометре-анероиде — с деформацией упругой металлической коробочки. Барометр помогает сравнивать давление в разных местах и наблюдать его изменения.
Нормальное атмосферное давление — условное значение, равное 760 мм рт. ст. или примерно 101 300 Па. Это не постоянное давление во всех точках Земли, а удобная величина для сравнения результатов измерений. Если показание отличается от 760 мм рт. ст., говорят о повышенном или пониженном давлении относительно нормы.
Опыт Торричелли — опыт с заполненной ртутью трубкой, который позволил обнаружить и измерить атмосферное давление. Ртуть в трубке не выливается полностью, потому что её удерживает давление воздуха на ртуть в сосуде. Высота оставшегося столба показывает, насколько велико атмосферное давление.
Воздух имеет массу, а Земля притягивает его к себе. Поэтому на нижние слои атмосферы давит вес воздуха, находящегося выше. У поверхности расположен весь столб атмосферы, и его действие заметно; на большой высоте часть этого столба уже остаётся внизу. Так возникает атмосферное давление, хотя отдельные частицы воздуха очень лёгкие.
Давление воздуха действует на тела со всех сторон. Частицы газа постоянно и беспорядочно движутся, сталкиваются друг с другом и с поверхностями предметов. При каждом ударе частица передаёт поверхности небольшое действие, а множество ударов создаёт давление. В результате воздух давит не только сверху, но также сбоку и снизу.
В опыте Торричелли стеклянную трубку заполняют ртутью, закрывают её конец, переворачивают и погружают открытым концом в сосуд с ртутью. Часть ртути опускается в сосуд, но в трубке остаётся столб определённой высоты. Сверху над ртутью образуется почти безвоздушное пространство, поэтому сверху столб почти ничто не давит. Его удерживает давление атмосферы на поверхность ртути в сосуде, а высота столба становится мерой этого давления.
Ртутный барометр измеряет давление по равновесию столба жидкости. Если атмосферное давление увеличивается, оно сильнее давит на ртуть в чаше и поднимает столб выше; при уменьшении давления столб опускается. Барометр-анероид работает иначе: воздух снаружи изменяет форму тонкой герметичной металлической коробочки. Система рычагов передаёт это изменение стрелке, которая движется по шкале.
С подъёмом вверх атмосферное давление обычно уменьшается, потому что над телом становится меньше воздуха. На небольшой высоте изменение можно заметить по показаниям барометра, а в горах оно особенно значительно. Давление меняется и из-за погоды: движение воздушных масс, нагревание и охлаждение атмосферы изменяют её состояние. Поэтому барометрические показания используют и для наблюдения за погодными изменениями.
| Что сравниваем | Ртутный барометр | Барометр-анероид |
|---|---|---|
| Как устроен | Трубка с ртутью, погружённая открытым концом в сосуд | Герметичная упругая металлическая коробочка и механизм со стрелкой |
| Как давление приводит к показанию | Изменяет высоту столба ртути | Деформирует коробочку, движение передаётся стрелке |
| В чём выражено показание | Обычно в миллиметрах ртутного столба, иногда в паскалях | По шкале, чаще в миллиметрах ртутного столба или паскалях |
| Особенности использования | Точен, но содержит ртуть и неудобен для переноски | Компактен, прочен и удобен для переноски |
При сравнении приборов сначала смотрят, какой физический эффект используется для измерения. Затем проверяют единицы на шкале и сопоставляют показание с нормой 760 мм рт. ст. Нельзя сравнивать числа, если они выражены в разных единицах, не выполнив перевод.
На барометре показание 750 мм рт. ст. Нужно сравнить его с нормальным атмосферным давлением. Нормой считают 760 мм рт. ст., поэтому важно найти разность показаний и определить, в какую сторону она направлена.
Ответ: давление ниже нормального на 10 мм рт. ст. Его значение на 10 мм рт. ст. меньше условной нормы.
Требуется перевести 760 мм рт. ст. в паскали, если 1 мм рт. ст. ≈ 133 Па. При переводе единиц нужно каждое значение в миллиметрах умножить на количество паскалей, соответствующее одному миллиметру. Деление здесь не подходит, потому что один миллиметр выражается несколькими паскалями.
Ответ: 760 мм рт. ст. ≈ 101 080 Па. С учётом принятого округления нормальное давление указывают как примерно 101 300 Па.
У подножия горы барометр показывает 760 мм рт. ст., а на вершине — 700 мм рт. ст. Нужно узнать изменение давления и сравнить показания в двух местах. Поскольку вершина расположена выше, результат следует связать с уменьшением толщины воздушного слоя над прибором.
Ответ: давление изменилось на 60 мм рт. ст. и уменьшилось при подъёме на вершину.
Ошибка 1. Считать, что воздух давит только сверху. Так думают из-за веса воздушного столба, но частицы воздуха движутся во всех направлениях и ударяют по поверхностям со всех сторон. Проверка: спросите себя, может ли газ давить на боковую стенку сосуда; если да, действие не ограничивается верхним направлением.
Ошибка 2. Путать атмосферное давление с весом отдельного тела. Давление создаёт не один предмет, а окружающий слой воздуха, причём его действие распределяется по площади. Проверка: уберите тело мысленно — воздух всё равно будет давить на поверхность, которая находилась под ним.
Ошибка 3. Считать 760 мм рт. ст. единственным возможным значением. Это нормальное условное значение для сравнения, а реальное давление меняется из-за высоты и погоды. Проверка: если показание отличается от 760, не называйте прибор неисправным без других причин.
Ошибка 4. Переводить миллиметры ртутного столба в паскали делением на 133. По условию 1 мм рт. ст. примерно равен 133 Па, значит, большее число миллиметров должно соответствовать большему числу паскалей. Проверка: при переводе 760 мм результат должен быть около 101 000 Па, а не около 6 Па.
Для понимания атмосферного давления нужно знать понятие давления, формулу p = F/S и единицу давления паскаль. Эти знания объясняют, почему одна и та же сила по-разному действует на поверхности разной площади.
Тема связана с давлением жидкостей и газов. Она пригодится при изучении устройства барометров и объяснении того, как изменения давления помогают наблюдать за погодой.
Опыт Торричелли соединяет атмосферное давление с давлением жидкости и равновесием столба жидкости. Удержание ртути в трубке показывает, как взаимодействуют давление газа и давление жидкости.
Почему мы не чувствуем атмосферное давление?
Атмосферное давление велико, но оно действует на тело со всех сторон. Давление воздуха внутри организма уравновешивает давление снаружи, поэтому заметного сжатия мы не ощущаем.
Почему атмосферный воздух давит на тела со всех сторон?
Частицы воздуха непрерывно и беспорядочно движутся во всех направлениях. Сталкиваясь с поверхностью тела, они передают ей действие, поэтому давление возникает не только сверху, но и сбоку или снизу.
Как опыт Торричелли доказал существование атмосферного давления?
Торричелли заполнил ртутью длинную трубку, перевернул её и опустил открытым концом в сосуд с ртутью. Часть ртути вытекла, но столб остановился: его удерживало давление воздуха на ртуть в сосуде.
Чем барометр-анероид отличается от ртутного барометра?
Ртутный барометр показывает давление по высоте столба ртути. В барометре-анероиде давление изменяет форму упругой металлической коробочки, а связанная с ней стрелка показывает значение на шкале.
Почему атмосферное давление уменьшается с высотой?
Чем выше находится тело, тем меньший слой воздуха расположен над ним. Вес этого слоя меньше, поэтому давление обычно уменьшается.
§ 18. Атмосферное давление
