Atmosfeer is een gaswolk die de aarde omringt. Het gewicht van lucht, waarvan de hoogte meer dan 900 km bedraagt, heeft een krachtig effect op de bewoners van onze planeet. Wij voelen dit niet, het leven op de bodem van de luchtoceaan als vanzelfsprekend beschouwen. Een persoon voelt zich ongemakkelijk bij het klimmen hoog in de bergen. Gebrek aan zuurstof veroorzaakt snelle vermoeidheid. Tegelijkertijd verandert de atmosferische druk aanzienlijk.
Natuurkunde houdt zich bezig met atmosferische druk, de veranderingen en de impact op het aardoppervlak.
Tijdens de natuurkunde op de middelbare school wordt veel aandacht besteed aan de studie van de werking van de atmosfeer. Kenmerken van de definitie, afhankelijkheid van hoogte, invloed op processen die plaatsvinden in het dagelijks leven of in de natuur, worden verklaard op basis van kennis over de werking van de atmosfeer.
Wanneer beginnen mensen atmosferische druk te bestuderen? Graad 6 - tijd om kennis te maken met de eigenaardigheden van de atmosfeer. Dit proces gaat door in gespecialiseerde middelbare schoolklassen.
Studiegeschiedenis
De eerste pogingen om atmosferische luchtdruk vast te stellen werden gedaan in 1643 op voorstel van de Italiaanse evangelistTorricelli. Een glazen buis die aan één uiteinde was afgedicht, werd gevuld met kwik. Nadat het aan de andere kant was gesloten, werd het in kwik neergelaten. In het bovenste deel van de buis vormde zich door de gedeeltelijke uitstroom van kwik een lege ruimte, die de volgende naam kreeg: “Torricellian void”.
Tegen die tijd domineerde de theorie van Aristoteles in de natuurwetenschappen, die geloofde dat 'de natuur bang is voor leegte'. Volgens zijn opvattingen kan er geen lege ruimte zijn die niet gevuld is met materie. Daarom probeerden ze lange tijd de aanwezigheid van leegte in een glazen buis met andere zaken te verklaren.
Het lijdt geen twijfel dat dit een lege ruimte is, hij kan nergens mee gevuld worden, want aan het begin van het experiment vulde het kwik de cilinder volledig. En, uitstromend, stond niet toe dat andere stoffen de lege plaats vulden. Maar waarom stroomde niet al het kwik in het vat, want ook daar zijn geen obstakels voor? De conclusie dringt zich op: kwik in de buis creëert, net als in communicerende vaten, dezelfde druk op het kwik in het vat als iets van buitenaf. Op hetzelfde niveau komt alleen de atmosfeer in contact met het kwikoppervlak. Het is haar druk die ervoor zorgt dat de substantie niet onder invloed van de zwaartekracht naar buiten stroomt. Van gas is bekend dat het in alle richtingen dezelfde actie creëert. Het tast het kwikoppervlak in het vat aan.
De hoogte van een kwikcilinder is ongeveer 76 cm Het v alt op dat deze indicator in de loop van de tijd varieert, daarom verandert de atmosferische druk. Het kan worden gemeten in cm kwik.kolom (of in millimeters).
Welke eenheden te gebruiken?
Het internationale systeem van eenheden is internationaal, dus er worden geen millimeters kwik gebruikt. Kunst. bij het bepalen van de druk. De eenheid van atmosferische druk wordt op dezelfde manier ingesteld als in vaste stoffen en vloeistoffen. Meting van druk in pascal wordt geaccepteerd in SI.
Voor 1 Pa wordt zo'n druk genomen die wordt gecreëerd door een kracht van 1 N per oppervlakte van 1 m2.
Bepaal hoe maateenheden gerelateerd zijn. De druk van de vloeistofkolom wordt ingesteld volgens de volgende formule: p=ρgh. Kwikdichtheid ρ=13600 kg/m3. Laten we een kwikkolom van 760 millimeter lang als referentiepunt nemen. Vanaf hier:
r=13600 kg/m3×9,83 N/kg×0,76 m=101292,8 Pa
Om de atmosferische druk in pascal vast te leggen, overweeg dan: 1 mm Hg.=133,3 Pa.
Voorbeeld van probleemoplossing
Bepaal de kracht waarmee de atmosfeer inwerkt op het oppervlak van een dak van 10x20 m. De druk van de atmosfeer wordt aangenomen 740 mm Hg. St.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Analyse
Om de kracht van actie te bepalen, moet je de atmosferische druk in pascals instellen. Rekening houdend met het feit dat 1 millimeter Hg. gelijk aan 133,3 Pa, hebben we het volgende: p=98642 Pa.
Beslissing
Gebruik de formule om de druk te bepalen:
p=F/s, Aangezien de oppervlakte van het dak niet is gegeven, laten we aannemen dat het een rechthoek is. De oppervlakte van deze figuur wordt bepaald door de formule:
s=ab.
Vervang de waarde van het gebied inberekening formule:
p=F/(ab), van waar:
F=pab.
Bereken: F=98642 Pa×10 m×20 m=19728400 N=1,97 MN.
Antwoord: de drukkracht van de atmosfeer op het dak van het huis is 1,97 MN.
Meetmethoden
Experimentele bepaling van de atmosferische druk kan worden uitgevoerd met behulp van een kwikkolom. Als u de schaal ernaast vastzet, wordt het mogelijk om de wijzigingen vast te leggen. Dit is de eenvoudigste kwikbarometer.
Het was Evangelista Torricelli die verbaasd was over de veranderingen in de werking van de atmosfeer, die dit proces in verband bracht met warmte en kou.
De atmosferische druk op zeeniveau bij 0 graden Celsius werd optimaal genoemd. Deze waarde is 760 mmHg. De normale atmosferische druk in pascal wordt geacht gelijk te zijn aan 105 Pa.
Het is bekend dat kwik behoorlijk schadelijk is voor de menselijke gezondheid. Als gevolg hiervan kunnen open kwikbarometers niet worden gebruikt. Andere vloeistoffen zijn veel minder dicht, dus de buis gevuld met vloeistof moet lang genoeg zijn.
De waterkolom die door Blaise Pascal is gemaakt, moet bijvoorbeeld ongeveer 10 m hoog zijn. Het ongemak is duidelijk.
Vloeistofloze barometer
Een opmerkelijke stap voorwaarts is het idee om bij het maken van barometers weg te gaan van vloeistof. De mogelijkheid om een apparaat te maken voor het bepalen van de druk van de atmosfeer is geïmplementeerd in aneroïde barometers.
Het grootste deel van deze meter is platkast waaruit de lucht wordt weggepompt. Zodat het niet door de atmosfeer wordt samengedrukt, is het oppervlak gegolfd. De doos is door een systeem van veren verbonden met een pijl die de drukwaarde op de schaal aangeeft. De laatste kan in alle eenheden worden gegradueerd. Atmosferische druk kan worden gemeten in pascal met een geschikte meetschaal.
Hefhoogte en atmosferische druk
De verandering in de dichtheid van de atmosfeer als je omhoog komt, leidt tot een afname van de druk. De inhomogeniteit van het gasomhulsel maakt het niet mogelijk om een lineaire wet van verandering in te voeren, aangezien de mate van drukafname afneemt met toenemende hoogte. Aan het oppervlak van de aarde, als het stijgt, neemt het effect van de atmosfeer met 1 mm Hg af voor elke 12 meter. Kunst. In de troposfeer vindt elke 10,5 meter een soortgelijke verandering plaats.
Nabij het aardoppervlak, op de hoogte van een vliegtuig, kan een aneroïde uitgerust met een speciale schaal de hoogte bepalen door atmosferische druk. Dit apparaat wordt een hoogtemeter genoemd.
Met een speciaal apparaat op het aardoppervlak kun je de hoogtemeter op nul zetten, zodat je hem later kunt gebruiken om de hoogte van de opstijging te bepalen.
Voorbeeld van probleemoplossing
Aan de voet van de berg toonde de barometer een atmosferische druk van 756 millimeter kwik. Wat is de waarde op 2500 meter boven zeeniveau? Het is vereist om de atmosferische druk in pascal te registreren.
r1 =756 mm Hg, H=2500 m, r2 - ?
Beslissing
Om de barometerstand op hoogte H te bepalen, houden we er rekening mee datdruk da alt met 1 mm Hg. elke 12 meter. Daarom:
(p1 – p2)×12 m=H×1 mmHg, van:
p2=p1 - H×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m×1 mmHg/12 m=546 mmHg
Ga als volgt te werk om de verkregen atmosferische druk in pascals vast te leggen:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
Antwoord: 72619 Pa.
Atmosferische druk en weer
De beweging van atmosferische luchtlagen nabij het aardoppervlak en de niet-uniforme verwarming van lucht in verschillende gebieden leiden tot veranderingen in de weersomstandigheden in alle delen van de planeet.
Druk kan variëren met 20-35 mmHg. op de lange termijn en met 2-4 millimeter kwik. tijdens de Dag. Een gezond persoon neemt geen veranderingen in deze indicator waar.
Atmosferische druk, waarvan de waarde lager is dan normaal en vaak verandert, duidt op een cycloon die een bepaalde heeft bedekt. Vaak gaat dit fenomeen gepaard met bewolking en neerslag.
Lage druk is niet altijd een teken van regenachtig weer. Slecht weer hangt meer af van de geleidelijke afname van de betreffende indicator.
Een scherpe drukdaling tot 74 centimeter Hg. en daaronder dreigt met een storm, buien die zullen aanhouden, zelfs als de indicator al begint te stijgen.
Verandering in het weer ten goede kan worden herkend aan de volgende tekens:
- na een lange periode van slecht weer, is er een geleidelijke en gestage toename van de atmosferische druk;
- druk stijgt bij mistig modderig weer;
- tijdens de periode van zuidenwind stijgt de betreffende indicator meerdere dagen achter elkaar;
- een toename van de atmosferische druk bij winderig weer is een teken van comfortabel weer.
