5. Когда барометр «падает»?

Определения и обозначения

Атмосферное давление — давление, которое воздух оказывает на все находящиеся в нём тела и на поверхность Земли. Оно появляется потому, что воздух имеет массу и притягивается Землёй. Это понятие нужно, чтобы объяснить действие атмосферы и изменения погоды.

Барометр — прибор для измерения атмосферного давления. Его показания помогают сравнивать давление в разное время и замечать приближение перемены погоды. Барометр не измеряет температуру или скорость ветра.

Ртутный барометр — прибор, в котором атмосферное давление уравновешивается давлением столба ртути. Обычно его показание выражают в миллиметрах ртутного столба, например 760 мм рт. ст. Такой прибор наглядно связывает давление с высотой жидкости.

Барометр-анероид — прибор без жидкости, где изменение давления определяют по деформации упругой металлической коробочки. Коробочка немного сжимается или расширяется, а соединённая с ней стрелка показывает результат на шкале. Поэтому анероид удобен для переноски.

Как это устроено

Атмосфера состоит из огромного количества частиц воздуха, а сам воздух имеет массу. Сила тяжести притягивает воздух к Земле, поэтому верхние слои давят на нижние, а воздух у поверхности давит на предметы. Давление действует не только сверху: частицы движутся во всех направлениях, поэтому воздух давит со всех сторон.

В ртутном барометре длинную стеклянную трубку, запаянную с одного конца, заполняют ртутью и переворачивают открытым концом в сосуд с ртутью. Часть ртути вытекает, но столб остаётся, потому что давление воздуха на ртуть в сосуде поддерживает его снизу. Над столбом образуется почти безвоздушное пространство, поэтому высота столба определяется именно атмосферным давлением: при большем давлении столб выше, при меньшем — ниже.

Барометр-анероид работает иначе, потому что жидкость для него не нужна. Внутри тонкой герметичной металлической коробочки давление очень мало, и наружный воздух может немного сжимать или отпускать её. Деформация мала, поэтому система рычагов увеличивает перемещение и передаёт его стрелке, которая движется по шкале.

Атмосферное давление меняется, когда перемещаются воздушные массы, меняется их температура и влажность. При приближении области низкого давления воздух часто становится менее плотным, а показания барометра снижаются. Поэтому выражение «барометр падает» означает падение его показаний, а не падение самого прибора; такая перемена нередко сопровождает ненастье.

Барометры: устройство и показания

В таблице сначала находят способ уравновешивания давления, затем сравнивают основные детали приборов. Для определения направления изменения достаточно посмотреть, выросло или уменьшилось показание. Единицы измерения при сравнении должны быть одинаковыми.

Разбор задач

Задача 1

Утром барометр показывал 750 мм рт. ст., а вечером — 742 мм рт. ст. Нужно определить изменение давления и смысл выражения «барометр падает». Сравним вечернее показание с утренним.

1. Записываем начальное значение: 750 мм рт. ст.
2. Записываем конечное значение: 742 мм рт. ст.
3. Находим разность: 750 − 742 = 8 мм рт. ст.
4. Так как конечное значение меньше начального, давление уменьшилось.

Ответ: атмосферное давление снизилось на 8 мм рт. ст. В этой ситуации «барометр падает» означает уменьшение показания прибора, а не его физическое падение.

Задача 2

В двух городах барометры показывают 748 и 758 мм рт. ст. Требуется узнать, где давление выше, и найти разность. Оба значения даны в одних единицах, поэтому их можно сравнивать напрямую.

1. Сравниваем числа: 758 больше, чем 748.
2. Значит, выше давление в городе, где прибор показывает 758 мм рт. ст.
3. Вычисляем разность: 758 − 748 = 10 мм рт. ст.

Ответ: давление выше в городе с показанием 758 мм рт. ст., на 10 мм рт. ст.

Задача 3

Высота столба ртути уменьшилась с 760 до 745 мм. В ртутном барометре показание численно равно высоте столба, поэтому изменение высоты показывает изменение давления. Нужно вычесть новое значение из первоначального.

1. Начальное показание равно 760 мм рт. ст.
2. Конечное показание равно 745 мм рт. ст.
3. Разность составляет 760 − 745 = 15 мм рт. ст.
4. Новое значение меньше прежнего, следовательно, давление снизилось.

Ответ: давление уменьшилось на 15 мм рт. ст.; показание барометра упало с 760 до 745 мм рт. ст.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что барометр измеряет температуру или силу ветра. Так думают, потому что все эти величины используют при описании погоды, но барометр показывает только атмосферное давление. Проверьте себя по названию величины на шкале прибора.

Ошибка: понимать слова «барометр падает» буквально. Речь идёт о снижении показания, а не о движении корпуса вниз. Проверьте себя: если прибор стоит на месте, а число на шкале уменьшается, барометр всё равно «падает».

Ошибка: считать, что снижение давления обязательно означает дождь. Давление связано с перемещением воздушных масс, но погода зависит и от других условий. Для проверки прогноза учитывайте облачность, ветер и изменения давления за некоторое время.

Ошибка: сравнивать числа в разных единицах. Показания в миллиметрах ртутного столба и паскалях нельзя сопоставлять напрямую. Сначала переведите их в одну систему единиц или убедитесь, что единицы одинаковы.

Связь с другими темами

Перед изучением барометров нужно знать, что такое давление и от чего оно зависит. Полезно также понимать, что жидкости и газы оказывают давление и могут уравновешивать друг друга.

Атмосферное давление связано с наблюдением погоды и метеорологией. Позже это знание пригодится при объяснении того, почему давление изменяется с высотой: чем выше точка над Землёй, тем меньше слой воздуха над ней.

Что запомнить

• Воздух оказывает давление на окружающие тела.
• Атмосферное давление измеряют барометром.
• В ртутном барометре давление связано с высотой столба ртути.
• Барометр-анероид работает без жидкости.
• Снижение показаний называют падением барометра.
• Изменение давления может помочь заметить перемену погоды, но не гарантирует её.