Atmosfäär on Maad ümbritsev gaasipilv. Õhukaal, mille kõrgus ületab 900 km, avaldab meie planeedi elanikele võimsat mõju. Me ei tunne seda, võttes elu õhuookeani põhjas iseenesestmõistetavana. Inimene tunneb kõrgele mägedes ronides ebamugavust. Hapnikupuudus kutsub esile kiire väsimuse. Samal ajal muutub atmosfäärirõhk oluliselt.
Füüsika käsitleb atmosfäärirõhku, selle muutusi ja mõju Maa pinnale.
Keskkooli füüsika käigus pööratakse suurt tähelepanu atmosfääri toime uurimisele. Definitsiooni tunnuseid, sõltuvust kõrgusest, mõju igapäevaelus või looduses toimuvatele protsessidele selgitatakse atmosfääri toimimist puudutavate teadmiste põhjal.
Millal inimesed hakkavad atmosfäärirõhku uurima? 6. klass - õhustiku iseärasustega tutvumise aeg. See protsess jätkub keskkooli eriklassides.
Õpingute ajalugu
Esimesed katsed atmosfääriõhurõhu määramiseks tehti 1643. aastal Itaalia evangelisti ettepanekulTorricelli. Ühest otsast suletud klaastoru täideti elavhõbedaga. Pärast teiselt poolt sulgemist langetati see elavhõbedasse. Toru ülemisse ossa tekkis elavhõbeda osalise väljavoolu tõttu tühi ruum, mis sai järgmise nime: “Torricellian void”.
Selleks ajaks domineeris loodusteadustes Aristotelese teooria, kes uskus, et "loodus kardab tühjust". Tema seisukohtade kohaselt ei saa olla tühja ruumi, mis poleks täidetud mateeriaga. Seetõttu püüdsid nad pikka aega klaastorus tühjuse olemasolu seletada muude asjadega.
Pole kahtlustki, et see on tühi koht, seda ei saa millegagi täita, sest katse alguseks täitis elavhõbe silindri täielikult. Ja välja voolates ei lasknud teistel ainetel vaba kohta täita. Aga miks kogu elavhõbe anumasse ei valgunud, sest ka sellel pole takistusi? Järeldus viitab iseenesest: elavhõbe torus, nagu ka suhtlevates anumates, tekitab anumas elavhõbedale samasuguse rõhu nagu midagi väljastpoolt. Samal tasemel puutub elavhõbedapinnaga kokku ainult atmosfäär. See on tema surve, mis hoiab ainet gravitatsiooni mõjul välja valgumast. Teadaolev alt tekitab gaas igas suunas sama toimingu. See mõjutab anuma elavhõbeda pinda.
Elavhõbedasilindri kõrgus on ligikaudu 76 cm. On märgata, et see indikaator muutub aja jooksul, mistõttu muutub ka atmosfäärirõhk. Seda saab mõõta elavhõbeda sentimeetrites.veerus (või millimeetrites).
Milliseid ühikuid kasutada?
Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem on rahvusvaheline, seega ei kasutata elavhõbedamillimeetrit. Art. rõhu määramisel. Atmosfäärirõhu mõõtühik määratakse samamoodi nagu tahkete ja vedelike puhul. Rõhu mõõtmist paskalites aktsepteeritakse SI-des.
1 Pa jaoks võetakse selline rõhk, mis tekib jõuga 1 N 1 m suuruse ala kohta2.
Määrake, kuidas mõõtühikud on omavahel seotud. Vedelikukolonni rõhk seatakse järgmise valemi järgi: p=ρgh. Elavhõbeda tihedus ρ=13600 kg/m3. Võtame võrdluspunktiks elavhõbedasammas pikkusega 760 millimeetrit. Siit:
r=13600 kg/m3×9,83 N/kg × 0,76 m=101292,8 Pa
Atmosfäärirõhu registreerimiseks paskalites arvestage: 1 mm Hg.=133,3 Pa.
Näide probleemi lahendamisest
Määrake jõud, millega atmosfäär mõjutab katuse pinda, mille mõõtmed on 10x20 m. Eeldatakse, et atmosfäärirõhk on 740 mm Hg. St.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Analüüs
Toimejõu määramiseks peate määrama atmosfäärirõhu paskalites. Võttes arvesse asjaolu, et 1 millimeeter Hg. võrdub 133,3 Pa, on meil järgmine: p=98642 Pa.
Otsus
Kasutage rõhu määramiseks valemit:
p=F/s, Kuna katuse pindala pole antud, oletame, et tegemist on ristkülikuga. Selle joonise pindala määratakse järgmise valemiga:
s=ab.
Asendage piirkonna väärtusarvutusvalem:
p=F/(ab), kust:
F=pab.
Arvutage: F=98642 Pa × 10 m × 20 m=19728400 N=1,97 MN.
Vastus: atmosfääri survejõud maja katusele on 1,97 MN.
Mõõtmismeetodid
Atmosfäärirõhu eksperimentaalset määramist saab teha elavhõbedasamba abil. Kui parandate selle kõrval oleva skaala, on võimalik muudatusi parandada. See on kõige lihtsam elavhõbedabaromeeter.
Evangelista Torricelli oli üllatunud, kui märkas muutusi atmosfääri toimimises, seostades selle protsessi kuumuse ja külmaga.
Atmosfäärirõhku merepinna tasemel 0 kraadi Celsiuse järgi nimetati optimaalseks. See väärtus on 760 mmHg. Normaalseks atmosfäärirõhuks paskalites loetakse 105 Pa.
On teada, et elavhõbe on inimeste tervisele üsna kahjulik. Seetõttu ei saa avatud elavhõbedabaromeetrit kasutada. Muud vedelikud on palju väiksema tihedusega, seega peab vedelikuga täidetud toru olema piisav alt pikk.
Näiteks Blaise Pascali loodud veesammas peaks olema umbes 10 m kõrge. Ebamugavus on ilmselge.
Vedelikuta baromeeter
Märkimisväärne samm edasi on idee liikuda baromeetrite valmistamisel vedelikust eemale. Võimalus toota seadet atmosfäärirõhu määramiseks on rakendatud aneroidbaromeetrites.
Selle arvesti põhiosa on tasanekast, millest õhk välja pumbatakse. Et atmosfäär seda ei pigistaks, tehakse pind gofreeritud. Kast on vedrude süsteemiga ühendatud noolega, mis näitab skaala rõhu väärtust. Viimaseid saab lõpetada mis tahes ühikutes. Atmosfäärirõhku saab mõõta paskalites vastava mõõteskaalaga.
Tõstekõrgus ja atmosfäärirõhk
Atmosfääri tiheduse muutumine ülestõusmisel viib rõhu languseni. Gaasi ümbrise ebahomogeensus ei võimalda kehtestada lineaarset muutumise seadust, kuna rõhu languse aste kõrguse kasvades väheneb. Maa pinnal, kui see tõuseb, langeb atmosfääri mõju iga 12 meetri kohta 1 mm Hg võrra. Art. Troposfääris toimub sarnane muutus iga 10,5 meetri järel.
Maa pinna lähedal, lennuki kõrgusel, suudab spetsiaalse skaalaga varustatud aneroid määrata kõrguse atmosfäärirõhu järgi. Seda seadet nimetatakse kõrgusmõõtjaks.
Spetsiaalne seade Maa pinnal võimaldab seada kõrgusmõõtja nulli, et saaksite seda hiljem kasutada tõusu kõrguse määramiseks.
Näide probleemi lahendamisest
Mäe jalamil näitas baromeeter atmosfäärirõhuks 756 elavhõbedamillimeetrit. Mis on väärtus 2500 meetri kõrgusel merepinnast? Atmosfäärirõhk tuleb registreerida paskalites.
r1 =756 mm Hg, H=2500 m, r2 - ?
Otsus
Baromeetri näidu määramiseks kõrgusel H võtame arvesse sedarõhk langeb 1 mm Hg võrra. iga 12 meetri järel. Seetõttu:
(p1 – p2)×12 m=H×1 mmHg, alates:
p2=p1 - K×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m × 1 mmHg/12 m=546 mmHg
Saadud atmosfäärirõhu registreerimiseks paskalites tehke järgmist.
p2=546 × 133, 3 Pa=72619 Pa
Vastus: 72619 Pa.
Atmosfäärirõhk ja ilm
Õhuatmosfäärikihtide liikumine Maa pinna lähedal ja õhu ebaühtlane kuumenemine erinevates piirkondades toovad kaasa muutusi ilmastikutingimustes planeedi kõigis osades.
Rõhk võib varieeruda 20–35 mmHg. pikemas perspektiivis ja 2-4 millimeetrit elavhõbedat. päeva jooksul. Terve inimene selle näitaja muutusi ei taju.
Atmosfäärirõhk, mille väärtus jääb alla normi ja muutub sageli, viitab tsüklonile, mis on katnud teatud. Sageli kaasneb selle nähtusega pilvisus ja sademed.
Madal rõhk ei ole alati vihmase ilma märk. Halb ilm sõltub rohkem kõnealuse indikaatori järkjärgulisest langusest.
Rõhu järsk langus 74 sentimeetrini Hg. ja selle all ähvardab torm, hoovihmad, mis jätkuvad ka siis, kui indikaator hakkab juba tõusma.
Ilmamuutuse paremaks saab ära tunda järgmiste märkide järgi:
- pärast pikka halba ilma on atmosfäärirõhu järkjärguline ja pidev tõus;
- rõhk tõuseb uduse lörtsise ilmaga;
- lõunatuulte perioodil tõuseb kõnealune indikaator mitu päeva järjest;
- atmosfäärirõhu tõus tuulise ilmaga on märk mugavast ilmast.
