Presiunea atmosferică și greutatea aerului. Formule, calcule, experimente

De la însăși noțiunea "presiunea atmosferică" rezultă că aerul trebuie să aibă greutate, altfel nu ar putea exercita presiune asupra a ceva. Dar noi nu o observăm, credem că nu are greutate. Înainte de mai degrabă decât să vorbească despre presiunea atmosferică, trebuie să dovedim că aerul are greutate, trebuie să-l cântărim cumva. Cum faci asta?? Greutatea aerului și presiunea atmosferică vor fi discutate în detaliu în acest articol prin intermediul unor experimente.

Experiment

Vom cântări aerul într-un pahar de sticlă. Acesta intră în rezervor prin tubul de cauciuc din gât. Robinetul închide furtunul, astfel încât să nu intre aer. Îndepărtarea aerului dintr-un recipient cu ajutorul unei pompe de vid. Interesant este că sunetul pompei se schimbă pe măsură ce este pompat. Cu cât volumul de aer rămas în balon este mai mic, cu atât pompa funcționează mai silențios. Cu cât evacuăm mai mult timp aerul, cu atât mai mică devine presiunea din recipient.

Când tot aerul a fost eliminat, închideți robinetul, strângeți furtunul pentru a opri aerul. Se cântărește balonul fără aer, apoi se deschide supapa. Aerul intră cu un șuierat caracteristic, iar greutatea sa se adaugă la greutatea balonului.

Mai întâi se așează pe cântar vasul gol, cu robinetul închis. Există un vid în interiorul vasului și îl putem cântări. Deschideți robinetul, aerul intră înăuntru și cântăriți din nou conținutul balonului. Diferența de greutate dintre balonul plin și cel gol reprezintă masa de aer. Simplu.

Greutatea aerului și presiunea atmosferică

Acum să trecem la următoarea problemă. Pentru a calcula densitatea aerului, împărțiți masa acestuia la volumul său. Volumul balonului este cunoscut, deoarece este scris pe peretele acestuia. ρ=m_aer /V. Trebuie spus că, pentru a obține așa-numitul vid înalt, adică o absență totală de aer în recipient, este nevoie de mult timp. Dacă balonul are un volum de 1,2 litri, înseamnă că durează aproximativ o jumătate de oră.

Am aflat că aerul are o masă. Pământul îl atrage, deci gravitația acționează asupra lui. Aerul apasă pe sol cu o forță egală cu greutatea aerului. Prin urmare, există presiune atmosferică. Ea se manifestă în diverse experimente. Să efectuăm una dintre acestea.

Experimentul seringii

Luați o seringă goală care are atașat un tub flexibil. Coborâți pistonul seringii și scufundați furtunul într-un recipient cu apă. Trageți pistonul în sus, iar apa începe să se ridice pe tub, umplând seringa. De ce apa, care este atrasă în jos de gravitație, se ridică totuși în sus, în spatele pistonului??

În recipient, presiunea atmosferică acționează asupra acestuia de sus în jos. Se notează cu P_atm. Conform legii lui Pascal, presiunea pe care atmosfera o exercită asupra suprafeței lichidului. Aceasta se răspândește în toate punctele, astfel încât în interiorul tubului există și presiune atmosferică, iar în seringă există un vid (spațiu fără aer) deasupra stratului de apă, adică. е. Р=0. Deci, există presiune atmosferică asupra apei de la fund și nu există presiune deasupra pistonului, deoarece există un gol. Din cauza diferenței de presiune, apa intră în seringă.

Experiment cu mercur

Greutatea aerului și presiunea atmosferică - cât de mult? Poate că e ceva, decât poți neglijență? La urma urmei, un metru cub de fier are o masă de 7.600 kg, în timp ce un metru cub de aer are o masă de numai 1,3 kg. Pentru a înțelege acest lucru, să modificăm experimentul pe care tocmai l-am făcut. În loc de o seringă, folosim o sticlă cu dop și un tub. Atașați tubul la pompă și începeți să pompați aerul.

Spre deosebire de experimentul anterior, nu creăm un vid sub piston, ci în întregul volum al sticlei. Să oprim pompa și, în același timp, să coborâm tubul sticlei într-un recipient cu apă. Putem vedea cum apa umple sticla prin tub în doar câteva secunde, cu un sunet distinctiv. Viteza mare cu care "explodează" în sticlă sugerează că presiunea atmosferică este o variabilă destul de mare. Experiența o dovedește.

Omul de știință italian Torricelli a măsurat pentru prima dată presiunea atmosferică, adică greutatea aerului. El a făcut acest experiment. A luat un tub de sticlă cu o lungime de puțin peste 1 m, sigilat la un capăt. L-a umplut până la refuz cu mercur. Apoi a luat fiola de mercur, i-a prins capătul deschis cu degetul, a întors tubul cu susul în jos și l-a scufundat în vasul. Dacă nu ar fi existat presiune atmosferică, tot mercurul s-ar fi vărsat, dar nu a fost așa. S-a turnat parțial, nivelul mercurului a fost stabilit la 760 mm.

Acest lucru se datorează faptului că atmosfera exercita o presiune asupra mercurului din recipient. Acesta este motivul pentru care, în experimentele noastre anterioare, apa a fost forțată în tub, motiv pentru care seringa a fost urmată de apă. Dar în aceste două experimente, am luat apă, care are o densitate scăzută. Mercurul are o densitate mare, așa că presiunea atmosferică a reușit să ridice mercurul, dar nu până în vârf, ci doar 760 mm.

Conform legii lui Pascal, presiunea exercitată asupra mercurului se transmite neschimbată în toate punctele sale. Deci, în interiorul tubului este și presiunea atmosferică. Dar, pe de altă parte, această presiune este echilibrată de presiunea coloanei de lichid. Să notăm prin înălțimea coloanei de mercur h. Putem spune că de jos în sus presiunea atmosferică acționează asupra mercurului, iar de sus în jos presiunea hidrostatică acționează asupra mercurului. În cei 240 mm rămași neocupați există un vid. Apropo, acest vid se mai numește și vidul Torricelli.

Formula și calculul

Presiunea atmosferică P_atm este egală cu presiunea hidrostatică și se calculează prin formula ρ_rt*g*h . ρ_rt=13600 kg/m³. g=9,8 N/kg. h=0,76 m. P_atm=101,3 KPa. Aceasta este o valoare destul de mare. O foaie de hârtie așezată pe o masă produce o presiune de 1 Pa, în timp ce presiunea atmosferică este de 100 k. pascals. Se pare că, care trebuie să fie pus unul pe celălalt 100 k. foi de hârtie pentru a produce o astfel de presiune. Ciudat, nu-i așa?? Presiunea atmosferică și greutatea aerului sunt foarte mari, motiv pentru care apa a fost împinsă în interiorul sticlei cu o asemenea forță în timpul experimentului.