Atmosfera ialah awan gas yang mengelilingi Bumi. Berat udara, ketinggiannya melebihi 900 km, mempunyai kesan yang kuat terhadap penduduk planet kita. Kami tidak merasakan ini, mengambil nyawa di dasar lautan udara sebagai satu perkara yang pasti. Seseorang berasa tidak selesa apabila mendaki tinggi di pergunungan. Kekurangan oksigen menimbulkan keletihan yang cepat. Pada masa yang sama, tekanan atmosfera berubah dengan ketara.
Fizik memperkatakan tentang tekanan atmosfera, perubahannya dan kesan ke atas permukaan Bumi.
Dalam kursus fizik sekolah menengah, perhatian yang besar diberikan kepada kajian tindakan atmosfera. Ciri definisi, pergantungan pada ketinggian, pengaruh pada proses yang berlaku dalam kehidupan seharian atau dalam alam semula jadi, dijelaskan berdasarkan pengetahuan tentang tindakan atmosfera.
Bilakah orang mula mengkaji tekanan atmosfera? Darjah 6 - masa untuk berkenalan dengan keunikan suasana. Proses ini diteruskan dalam kelas sekolah menengah khusus.
Sejarah kajian
Percubaan pertama untuk menetapkan tekanan udara atmosfera dibuat pada tahun 1643 atas cadangan Penginjil ItaliTorricelli. Tiub kaca yang dimeterai pada satu hujung telah diisi dengan merkuri. Setelah ditutup di sisi lain, ia diturunkan menjadi merkuri. Di bahagian atas tiub, disebabkan aliran keluar separa merkuri, ruang kosong terbentuk, yang menerima nama berikut: "Torricellian void".
Pada masa ini, teori Aristotle mendominasi dalam sains semula jadi, yang percaya bahawa "alam semula jadi takut akan kekosongan." Menurut pandangannya, tidak mungkin ada ruang kosong yang tidak diisi dengan jirim. Oleh itu, untuk masa yang lama mereka cuba menjelaskan kehadiran kekosongan dalam tiub kaca dengan perkara lain.
Tidak dinafikan bahawa ini adalah ruang kosong, ia tidak boleh diisi dengan apa-apa, kerana pada permulaan eksperimen, merkuri telah mengisi sepenuhnya silinder. Dan, mengalir keluar, tidak membenarkan bahan lain memenuhi tempat kosong. Tetapi mengapa tidak semua merkuri dituangkan ke dalam kapal, kerana tidak ada halangan untuk ini sama ada? Kesimpulannya mencadangkan dirinya sendiri: merkuri dalam tiub, seperti dalam kapal berkomunikasi, mencipta tekanan yang sama pada merkuri di dalam kapal sebagai sesuatu dari luar. Pada tahap yang sama, hanya atmosfera yang bersentuhan dengan permukaan merkuri. Tekanannyalah yang menghalang bahan daripada mencurah di bawah pengaruh graviti. Gas diketahui mencipta tindakan yang sama dalam semua arah. Ia menjejaskan permukaan merkuri di dalam kapal.
Ketinggian silinder merkuri adalah kira-kira 76 cm. Adalah diperhatikan bahawa penunjuk ini berubah mengikut masa, oleh itu, tekanan atmosfera berubah. Ia boleh diukur dalam cm merkuri.lajur (atau dalam milimeter).
Unit yang manakah hendak digunakan?
Sistem unit antarabangsa adalah antarabangsa, jadi ia tidak melibatkan penggunaan milimeter merkuri. Seni. semasa menentukan tekanan. Unit tekanan atmosfera ditetapkan dengan cara yang sama seperti yang berlaku dalam pepejal dan cecair. Pengukuran tekanan dalam pascal diterima dalam SI.
Untuk 1 Pa, tekanan sedemikian diambil yang dihasilkan oleh daya 1 N setiap luas 1 m2.
Tentukan bagaimana unit ukuran berkaitan. Tekanan lajur cecair ditetapkan mengikut formula berikut: p=ρgh. Ketumpatan merkuri ρ=13600 kg/m3. Mari kita ambil lajur merkuri sepanjang 760 milimeter sebagai titik rujukan. Dari sini:
r=13600 kg/m3×9.83 N/kg×0.76 m=101292.8 Pa
Untuk merekodkan tekanan atmosfera dalam pascal, pertimbangkan: 1 mm Hg.=133.3 Pa.
Contoh penyelesaian masalah
Tentukan daya yang atmosfera bertindak pada permukaan bumbung berukuran 10x20 m. Tekanan atmosfera diandaikan 740 mm Hg. St.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Analisis
Untuk menentukan daya tindakan, anda mesti menetapkan tekanan atmosfera dalam pascal. Mengambil kira fakta bahawa 1 milimeter Hg. bersamaan dengan 133.3 Pa, kami mempunyai yang berikut: p=98642 Pa.
Keputusan
Gunakan formula untuk menentukan tekanan:
p=F/s, Memandangkan luas bumbung tidak diberikan, mari kita anggap ia adalah segi empat tepat. Luas angka ini ditentukan oleh formula:
s=ab.
Ganti nilai kawasan dalamformula pengiraan:
p=F/(ab), dari mana:
F=pab.
Kira: F=98642 Pa×10 m×20 m=19728400 N=1.97 MN.
Jawapan: daya tekanan atmosfera di atas bumbung rumah ialah 1.97 MN.
Kaedah pengukuran
Penentuan eksperimen tekanan atmosfera boleh dilakukan menggunakan tiang merkuri. Jika anda membetulkan skala di sebelahnya, maka ia menjadi mungkin untuk membetulkan perubahan. Ini ialah barometer merkuri yang paling mudah.
Evangelista Torricellilah yang terkejut apabila melihat perubahan dalam tindakan atmosfera, menghubungkan proses ini dengan haba dan sejuk.
Tekanan atmosfera pada paras permukaan laut pada 0 darjah Celsius dipanggil optimum. Nilai ini ialah 760 mmHg. Tekanan atmosfera biasa dalam pascal dianggap sama dengan 105 Pa.
Adalah diketahui bahawa merkuri agak berbahaya kepada kesihatan manusia. Akibatnya, barometer merkuri terbuka tidak boleh digunakan. Cecair lain adalah kurang tumpat, jadi tiub yang diisi dengan cecair mestilah cukup panjang.
Sebagai contoh, lajur air yang dicipta oleh Blaise Pascal hendaklah kira-kira 10 m tinggi. Kesulitan itu nyata.
Barometer tanpa cecair
Langkah ke hadapan yang luar biasa ialah idea untuk menjauhkan diri daripada cecair apabila membuat barometer. Keupayaan untuk mengeluarkan peranti untuk menentukan tekanan atmosfera dilaksanakan dalam barometer aneroid.
Bahagian utama meter ini adalah ratakotak dari mana udara dipam keluar. Supaya ia tidak terhimpit oleh atmosfera, permukaannya dibuat beralun. Kotak itu disambungkan oleh sistem spring kepada anak panah yang menunjukkan nilai tekanan pada skala. Yang terakhir boleh lulus dalam mana-mana unit. Tekanan atmosfera boleh diukur dalam pascal dengan skala pengukur yang sesuai.
Ketinggian angkat dan tekanan atmosfera
Perubahan ketumpatan atmosfera semasa anda naik membawa kepada penurunan tekanan. Ketidakhomogenan sampul gas tidak membenarkan memperkenalkan undang-undang perubahan linear, kerana tahap penurunan tekanan berkurangan dengan peningkatan ketinggian. Di permukaan Bumi, apabila ia meningkat, untuk setiap 12 meter, kesan atmosfera turun sebanyak 1 mm Hg. Seni. Di troposfera, perubahan serupa berlaku setiap 10.5 meter.
Berhampiran permukaan Bumi, pada ketinggian pesawat, aneroid yang dilengkapi dengan skala khas boleh menentukan ketinggian melalui tekanan atmosfera. Peranti ini dipanggil altimeter.
Peranti khas di permukaan Bumi membolehkan anda menetapkan altimeter kepada sifar, supaya anda boleh menggunakannya kemudian untuk menentukan ketinggian pendakian.
Contoh penyelesaian masalah
Di kaki gunung, barometer menunjukkan tekanan atmosfera 756 milimeter merkuri. Apakah nilai pada ketinggian 2500 meter dari aras laut? Ia dikehendaki merekodkan tekanan atmosfera dalam pascal.
r1 =756 mm Hg, H=2500 m, r2 - ?
Keputusan
Untuk menentukan bacaan barometer pada ketinggian H, kami mengambil kira itutekanan turun sebanyak 1 mm Hg. setiap 12 meter. Oleh itu:
(p1 – p2)×12 m=H×1 mmHg, daripada:
p2=p1 - H×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m×1 mmHg/12 m=546 mmHg
Untuk merekodkan tekanan atmosfera yang diperolehi dalam pascal, lakukan perkara berikut:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
Jawapan: 72619 Pa.
Tekanan dan cuaca atmosfera
Pergerakan lapisan atmosfera udara berhampiran permukaan Bumi dan pemanasan udara yang tidak seragam di kawasan yang berbeza membawa kepada perubahan dalam keadaan cuaca di semua bahagian planet ini.
Tekanan boleh berbeza-beza mengikut 20-35mmHg. dalam jangka panjang dan dengan 2-4 milimeter merkuri. ketika hari itu. Orang yang sihat tidak melihat perubahan dalam penunjuk ini.
Tekanan atmosfera, yang nilainya di bawah normal dan sering berubah, menunjukkan siklon yang telah menutupi taufan tertentu. Selalunya fenomena ini disertai dengan kekeruhan dan hujan.
Tekanan rendah tidak selalunya menandakan cuaca hujan. Cuaca buruk lebih bergantung pada penurunan beransur-ansur dalam penunjuk yang dipersoalkan.
Penurunan mendadak dalam tekanan kepada 74 sentimeter Hg. dan di bawahnya mengancam dengan ribut, hujan yang akan berterusan walaupun penunjuk sudah mula meningkat.
Perubahan cuaca menjadi lebih baik boleh dikenal pasti melalui tanda-tanda berikut:
- selepas tempoh cuaca buruk yang lama, terdapat peningkatan secara beransur-ansur dan berterusan dalam tekanan atmosfera;
- tekanan meningkat dalam cuaca selut berkabus;
- semasa tempoh angin selatan, penunjuk yang dimaksudkan meningkat selama beberapa hari berturut-turut;
- peningkatan tekanan atmosfera semasa cuaca berangin adalah tanda cuaca selesa.
