אטמוספירה היא ענן גז המקיף את כדור הארץ. למשקל האוויר, שגובהו עולה על 900 ק מ, יש השפעה חזקה על תושבי הפלנטה שלנו. אנחנו לא מרגישים את זה, לוקחים חיים בקרקעית האוקיינוס האוויר כדבר מובן מאליו. אדם מרגיש אי נוחות כשהוא מטפס גבוה בהרים. חוסר חמצן מעורר עייפות מהירה. במקביל, הלחץ האטמוספרי משתנה באופן משמעותי.
פיזיקה עוסקת בלחץ אטמוספרי, בשינויים שלו והשפעה על פני כדור הארץ.
במהלך הפיזיקה בתיכון, מוקדשת תשומת לב רבה לחקר פעולת האטמוספרה. מאפייני ההגדרה, תלות בגובה, השפעה על תהליכים המתרחשים בחיי היומיום או בטבע, מוסברים על בסיס ידע על פעולת האטמוספירה.
מתי אנשים מתחילים ללמוד לחץ אטמוספרי? כיתה ו' - זמן היכרות עם המוזרויות של האווירה. תהליך זה ממשיך בכיתות תיכון מיוחדות.
היסטוריית מחקר
הניסיונות הראשונים לבסס לחץ אוויר אטמוספרי נעשו בשנת 1643 לפי הצעת האוונגליסט האיטלקיטוריצ'לי. צינור זכוכית אטום בקצה אחד היה מלא בכספית. לאחר שנסגר בצד השני, הוא הורד לכספית. בחלק העליון של הצינור, עקב יציאת כספית חלקית, נוצר חלל ריק, שקיבל את השם הבא: "ריקל טורקילי".
עד זה, התיאוריה של אריסטו שלטה במדעי הטבע, שהאמין ש"הטבע מפחד מהריקנות". לפי השקפותיו, לא יכול להיות חלל ריק שאינו מלא בחומר. לכן, במשך זמן רב ניסו להסביר את הימצאות הריק בצינור זכוכית בעניינים אחרים.
אין ספק שמדובר בחלל ריק, אי אפשר למלא אותו בכלום, כי בתחילת הניסוי הכספית מילאה את הגליל לגמרי. וגם, זורם החוצה, לא אפשר לחומרים אחרים למלא את המקום הפנוי. אבל מדוע לא נשפכה כל הכספית לתוך הכלי, כי גם בזה אין מכשולים? המסקנה מציעה את עצמה: כספית בצינור, כמו בכלים מתקשרים, יוצרת את אותו לחץ על הכספית בכלי כמו משהו מבחוץ. באותה רמה, רק האטמוספרה באה במגע עם פני הכספית. הלחץ שלה הוא שמונע מהחומר להישפך החוצה תחת השפעת כוח הכבידה. ידוע שגז יוצר את אותה פעולה בכל הכיוונים. זה משפיע על פני הכספית בכלי.
גובהו של גליל כספית הוא כ-76 ס"מ. יש לשים לב כי מחוון זה משתנה עם הזמן, לכן, הלחץ האטמוספרי משתנה. ניתן למדוד אותו בס"מ כספית.עמודה (או במילימטרים).
באיזה יחידות להשתמש?
מערכת היחידות הבינלאומית היא בינלאומית, ולכן היא אינה כרוכה בשימוש במילימטרים של כספית. אומנות. בעת קביעת לחץ. יחידת הלחץ האטמוספרי נקבעת באותו אופן כפי שקורה במוצקים ובנוזלים. מדידת לחץ בפסקל מקובלת ב-SI.
עבור 1 Pa, לחץ כזה נוצר על ידי כוח של 1 N לכל שטח של 1 m2.
קבע כיצד יחידות מידה קשורות. הלחץ של עמודת הנוזל נקבע לפי הנוסחה הבאה: p=ρgh. צפיפות כספית ρ=13600 kg/m3. ניקח עמודה של כספית באורך 760 מילימטרים כנקודת ייחוס. מכאן:
r=13600 kg/m3×9.83 N/kg×0.76 m=101292.8 Pa
כדי לתעד את הלחץ האטמוספרי בפסקל, שקול: 1 מ מ כספית.=133.3 Pa.
דוגמה לפתרון בעיות
קבע את הכוח שבו פועלת האטמוספרה על פני גג בגודל 10x20 מ'. ההנחה היא שלחץ האטמוספירה הוא 740 מ מ כספית. St.
p=740 מ מ כספית, a=10 מ', b=20 מ'.
Analysis
כדי לקבוע את כוח הפעולה, עליך להגדיר את הלחץ האטמוספרי בפסקל. בהתחשב בעובדה כי 1 מילימטר כספית. שווה ל-133.3 Pa, יש לנו את הדברים הבאים: p=98642 Pa.
Decision
השתמש בנוסחה לקביעת לחץ:
p=F/s, מכיוון ששטח הגג אינו נתון, נניח שמדובר במלבן. השטח של נתון זה נקבע על ידי הנוסחה:
s=ab.
החלף את הערך של האזור בונוסחת חישוב:
p=F/(ab), מאיפה:
F=pab.
חשב: F=98642 Pa×10 m×20 m=19728400 N=1.97 MN.
תשובה: כוח הלחץ של האטמוספירה על גג הבית הוא 1.97 MN.
שיטות מדידה
ניתן לבצע קביעה נסיונית של לחץ אטמוספרי באמצעות עמודה של כספית. אם תתקן את קנה המידה שלידו, יתאפשר לתקן את השינויים. זהו ברומטר הכספית הפשוט ביותר.
אוונגליסטה טוריצ'לי הייתה זו שהופתעה להבחין בשינויים בפעולת האטמוספרה, וקושרת תהליך זה עם חום וקור.
הלחץ האטמוספרי בגובה פני הים ב-0 מעלות צלזיוס נקרא אופטימלי. ערך זה הוא 760 מ מ כספית. לחץ אטמוספרי תקין בפסקל נחשב כשווה ל-105 Pa.
ידוע שכספית מזיקה למדי לבריאות האדם. כתוצאה מכך, לא ניתן להשתמש בברומטרי כספית פתוחים. נוזלים אחרים הם הרבה פחות צפופים, כך שהצינור המלא בנוזל חייב להיות ארוך מספיק.
לדוגמה, עמוד המים שנוצר על ידי Blaise Pascal צריך להיות בגובה של כ-10 מ'. אי הנוחות ברורה.
ברומטר ללא נוזלים
צעד מדהים קדימה הוא הרעיון להתרחק מנוזל בעת יצירת ברומטרים. היכולת לייצר מכשיר לקביעת לחץ האטמוספירה מיושמת בברומטרים אנרואידים.
החלק העיקרי של המד הזה שטוחקופסה שממנה נשאב האוויר. כדי שהוא לא יילחץ מהאטמוספירה, המשטח נעשה גלי. התיבה מחוברת על ידי מערכת קפיצים לחץ המציין את ערך הלחץ על הסולם. את האחרון ניתן לסיים בכל יחידה. ניתן למדוד לחץ אטמוספרי בפסקל עם סולם מדידה מתאים.
גובה הרמה ולחץ אטמוספרי
השינוי בצפיפות האטמוספירה ככל שאתה מתרומם מוביל לירידה בלחץ. חוסר ההומוגניות של מעטפת הגז אינה מאפשרת הכנסת חוק ליניארי של שינוי, שכן מידת ירידת הלחץ יורדת עם הגדלת הגובה. על פני כדור הארץ, עם עלייתו, על כל 12 מטר, השפעת האטמוספירה יורדת ב-1 מ מ כספית. אומנות. בטרופוספירה, שינוי דומה מתרחש כל 10.5 מטר.
ליד פני כדור הארץ, בגובה של כלי טיס, אנרואיד המצויד בקנה מידה מיוחד יכול לקבוע את הגובה לפי לחץ אטמוספרי. מכשיר זה נקרא מד גובה.
מכשיר מיוחד על פני כדור הארץ מאפשר לך להגדיר את מד הגובה לאפס, כדי שתוכל להשתמש בו מאוחר יותר כדי לקבוע את גובה העלייה.
דוגמה לפתרון בעיות
למרגלות ההר, הברומטר הראה לחץ אטמוספרי של 756 מילימטר כספית. מה יהיה הערך בגובה 2500 מטר מעל פני הים? זה נדרש לרשום לחץ אטמוספרי בפסקל.
r1 =756 מ מ כספית, H=2500 מ', r2 - ?
Decision
כדי לקבוע את קריאת הברומטר בגובה H, אנו לוקחים זאת בחשבוןהלחץ יורד ב-1 מ מ כספית. כל 12 מטר. לכן:
(p1 – p2)×12 m=H×1 mmHg, from:
p2=p1 - H×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 מ"ר × 1 מ"מ כספית/12 מ'=546 מ"מ כספית
כדי לתעד את הלחץ האטמוספרי המתקבל בפסקל, בצע את הפעולות הבאות:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
תשובה: 72619 Pa.
לחץ אטמוספרי ומזג אוויר
תנועת שכבות אוויר אטמוספריות ליד פני כדור הארץ וחימום לא אחיד של אוויר באזורים שונים מובילים לשינויים בתנאי מזג האוויר בכל חלקי כדור הארץ.
לחץ יכול להשתנות ב-20-35 מ מ כספית. בטווח הארוך וב-2-4 מילימטר כספית. במהלך היום. אדם בריא אינו קולט שינויים במדד זה.
לחץ אטמוספרי, שערכו נמוך מהנורמלי ומשתנה לעתים קרובות, מצביע על ציקלון שכיסה אחד מסוים. לעתים קרובות תופעה זו מלווה בעננות ומשקעים.
לחץ נמוך הוא לא תמיד סימן למזג אוויר גשום. מזג אוויר גרוע תלוי יותר בירידה ההדרגתית במדד המדובר.
ירידה חדה בלחץ ל-74 סנטימטר כספית. ומתחתיה מאיימת בסערה, ממטרים שימשיכו גם כשהמחוון כבר מתחיל לעלות.
ניתן לזהות את השינוי במזג האוויר לטובה באמצעות הסימנים הבאים:
- לאחר תקופה ארוכה של מזג אוויר גרוע, יש עלייה הדרגתית ומתמדת בלחץ האטמוספרי;
- הלחץ עולה במזג אויר ערפילי;
- בתקופת הרוחות הדרומיות, המדד המדובר עולה מספר ימים ברציפות;
- עלייה בלחץ האטמוספרי במהלך מזג אוויר סוער היא סימן למזג אוויר נוח.
