8 клас

Тема: "Атмосферний тиск. Вимірювання атмосферного тиску. Дослід Торрічеллі. Барометри."

Атмосферний тиск. Дослід Торрічеллі.

Атмосфера Землі є сумішшю різних газів, які утримуються біля планети завдяки дії сили тяжіння на їх молекули, що одночасно хаотично і неперервно рухаються, створюючи тиск. Цей тиск називають атмосферним.
Підтвердити існування атмосферного тиску можна простими дослідами.

Які наслідки дії атмосферного тиску?

Якщо взяти трубку з поршнем, опустити її одним кінцем у посудину з водою і підіймати поршень угору, то вода підніматиметься за поршнем. Це можливо лише тоді, коли тиск води у посудині буде більшим, ніж під поршнем. За рахунок вагового тиску вода не зможе підніматися, оскільки рівень води під поршнем більший, ніж у посудині, а тому і його тиск більший. Вода повинна вилитися назад у посудину. Отже, на рідину в посудині діє додатковий тиск, більший за ваговий тиск стовпа води під поршнем. Цей тиск створюють молекули атмосферного повітря. Діючи на вільну поверхню води, атмосферний тиск у воді передається в усіх напрямах однаково відповідно до закону Паскаля.
Оскільки під поршнем повітря немає, то вода буде заходити в трубку внаслідок дії незрівноваженого тиску.

Наскільки великий атмосферний тиск?

Значення атмосферного тиску досить велике. Переконатися в цьому можна на багатьох дослідах.
Візьмемо дві порожнисті півкулі, які мають добре відшліфовані поверхні перерізів. Одна з півкуль має спеціальний штуцер із краном, через який можна відкачувати повітря.
Підвісимо на штативі одну з півкуль, приєднаємо до неї знизу другу півкулю і почнемо відкачувати насосом через кран повітря з порожнини. Нижня півкуля, міцно притиснеться до верхньої. Це можливо лише тоді, коли тиск у порожнині кулі буде меншим, ніж зовні.
Внаслідок дії повітряного насоса, який відкачує повітря, тиск у порожнині півкуль зменшиться, а зовні залишиться без зміни. Тому нижня півкуля міцно притиснеться до верхньої.
Про значення сили при деякому зменшенні тиску в кулі можна судити за масою вантажу, який може утримуватися, якщо його підвісити до нижньої півкулі. Якщо ж відкрити кран і в порожнину кулі впустити повітря, то нижня півкуля разом із вантажем відпаде.

Як почали досліджувати атмосферний тиск?

Подібний дослід провів і описав у 1654 р. німецький фізик, бургомістр міста Магдебурга Отто Геріке.
Отто Геріке (1602-1686) — німецький фізик, який експериментально вивчав атмосферний тиск. За допомогою «магдебурзьких півкуль» він продемонстрував дію атмосферного тиску. Вивчав також електричні явища, пояснив природу тертя. Сконструював першу електричну машину.
Ця подія залишилася в історії науки завдяки образній гравюрі тих часів.
У сучасному виробництві застосовується багато пристроїв, які використовують атмосферний тиск. Для розрахунку результатів їх роботи потрібно знати значення атмосферного тиску.
Спосіб вимірювання атмосферного тиску вперше запропонував італійський учений Еванджеліста Торрічеллі.
Е'ванджеліста Торрічеллі (1608-1647) — італійський учений.
Перший виміряв атмосферний тиск за допомогою сконструйованого ним ртутного барометра. Довів, що висота ртутного стовпа барометра становить приблизно 1/14 висоти водяного стовпа.
Він виявив, що коли закриту з одного боку трубку заповнити вщерть ртуттю, перевернути і опустити в посудину зі ртуттю, то виллється лише частина цієї ртуті. Висота стовпчика становила в його дослідах приблизно 760 мм. За результатами досліду вчений зробив висновок, що тиск ртутного стовпчика зрівноважується атмосферним тиском, який діє на вільну поверхню ртуті в посудині. Атмосферний тиск за таких умов зазвичай називають нормальним. З того часу в науку ввійшла одиниця вимірювання атмосферного тиску — міліметр ртутного стовпчика (мм рт. ст.).

Як розрахувати атмосферний тиск?

Виразимо тиск стовпчика ртуті висотою 760 мм (нормальний) у системних одиницях тиску - паскалях.
З попередніх параграфів відомо, що ваговий тиск рідини розраховується за формулою:
Враховуючи, що густина ртуті становить 13,6 • 103 кг/м3, одержуємо
p = 13,6 • 103 кг/ м3• 9,8 Н/кг • 0,76м = 101292,8 Па.