§31 Измерение атмосферного давления. Барометры
Формула давления столба жидкости: p = ρ • g • h. Но рассчитать по ней атмосферное давление
трудно – плотность воздуха уменьшается с высотой, а точной границы у атмосферы нет.
Способ измерить атмосферное давление придумал ученик Галилея Э. Торричелли. Он взял
запаянную с одного конца стеклянную метровую трубку, заполнил ртутью и, прикрыв конец
трубки пальцем, опустил в чашку с ртутью. Часть ртути под действием силы тяжести вытекла из
трубки, но внутри остался столбик, приблизительно равный 760 мм.
Дальше ртуть не вытекала потому, что давление в трубке и давление воздуха снаружи сравнялись. Плотность ртути – 13 600 кг/м3 , а высота столбика – 0,76 м. Это позволяет рассчитать атмосферное давление:
Торричелли заметил, что высота столбика ртути в течение дня и в разные дни увеличивается или
уменьшается – происходит изменение атмосферного давления. Оно зависит от влажности
воздуха, температуры, скорости ветра и других причин. Поэтому изменение атмосферного
давления – важный фактор смены погоды. В прогнозе погоды атмосферное давление указывают
в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Давление, равное 760 мм рт. ст., – это нормальное
атмосферное давление, или давление в 1 атмосферу (1 атм.). 1 атм равна 101 300 Па, но для
удобства мы будем считать её равной 100 000 Па.
Показания барометра Торричелли (трубки с ртутью) точны, но пользоваться ими небезопасно – пары ртути ядовиты. В быту используется барометр-анероид. Он состоит из полой упругой металлической коробочки и стрелки со шкалой. Если атмосферное давление увеличивается, коробочка сжимается, а если уменьшается – распрямляется. Изменяясь, коробочка действует на стрелку, которая показывает точное значение атмосферного давления на шкале. |
Атмосферное давление уменьшается с высотой. На уровне мирового океана оно нормальное, но, если подняться в гору, количество слоёв воздуха сверху уменьшится и давление атмосферы снизится. Это позволяет по давлению узнать высоту местности. Для этого есть даже специальные приборы – альтиметры (высотомеры), в основе которых используются барометры. Их используют альпинисты, парашютисты, лётчики, картографы и шахтёры.
Зависимость давления атмосферы от высоты сложна и описывается специальной барометрической формулой. Но при небольших высотах можно считать так: на каждые 12 метров подъёма атмосферное давление в среднем снижается на 1 мм рт. ст., или на 133,3 Па.
1. С чем связаны сложности вычисления давления воздушного столба?
2. В чём заключается суть опыта Торричелли?
3. Чему равно атмосферное давление?
4. Каков принцип действия барометра-анероида?
5. Как отличается давление у подножия горы, на его вершине и в глубокой подземной шахте?