Атмосферний тиск

«Замало бути обізнаним у нових ідеях.

Потрібно знати, де можна

Використати ці ідеї, вміти з ними поводитися,

а не лише захоплюватися.»

Майкл Фурман

Мета  заняття: розкрити природу атмосферного тиску, довести існування атмосферного тиску, розглянути дослід Торрічеллі, поглибити знання  про тиск; ознайомитись з механізмами, дія яких пов'язана з атмосферним тиском.

 

План заняття № 4:

1. Атмосфера Землі

2. Дослід Торрічеллі

3. Зміна атмосферного тиску з висотою

4. Барометр

 

1. Атмосфера Землі

           

       Як відомо, повітря оточує всю Землю у вигляді кулястого шару, тому повітряну оболонку Землі називають атмосферою (грецьк. «атмос» — пара, повітря; «сфера» — куля). Як і всяке інше тіло, що має масу, атмосфера притягується до Землі. Діючи на тіла своєю вагою, вона створює тиск, що називається атмосферним тиском. Відповідно до закону Паскаля, повітря проникає у будинки, печери, шахти й діє на всі тіла, що стикаються з атмосферним повітрям. Космічні польоти показали, що атмосфера піднімається над поверхнею Землі на кілька сотень кілометрів, стаючи дедалі більш розрідженою (менш густою). Поступово вона переходить у порожній космічний простір — вакуум, де тиск практично дорівнює нулю.

      На повітряні шари діє сила тяжіння, тому верхні шари тиснуть на середні, а середні – на нижні. Найбільшого тиску, зумовленого вагою всієї атмосфери, зазнають поверхня Землі, а також усі тіла, які на ній розміщуються.

        Тиск, який створює атмосфера на всі тіла, що на ній перебувають, а також на земну поверхню, називають атмосферним тиском.

 

2. Дослід Торрічеллі

          При виконанні багатьох наукових і технічних розрахунків необхідно знати числове значення атмосферного тиску. Розрахувати ж атмосферний тиск за формулою не можна, тому що,

• по-перше, густина повітря різна на різній висоті;

• по-друге, висоту атмосфери точно встановити не можна, тому що вона переходить у космічний простір поступово й лише приблизно вважається рівною 100 км.

Тому атмосферний тиск вимірюють експериментально. На питання «Як виміряти атмосферний тиск?» знайшов відповідь італійський фізик і математик Е. Торрічеллі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е. Торрічеллі (1608-1647).

             За його пропозицією в 1643 році був проведений такий дослід.

 

 

 

 

 

 

 

        Скляну трубку довжиною близько метра, запаяну з одного кінця, наповнюють доверху ртуттю. Потім, щільно закривши отвір пальцем, трубку перевертають й опускають у чашу із ртуттю. Після цього палець забирають. Ртуть із трубки починає виливатися, але не вся! Залишається «стовп» ртуті приблизно 76 см висотою, рахуючи від її рівня в чаші. Ця висота не залежить ні від довжини трубки, ні від глибини її занурення.

         Таким чином, тиск, створюваний стовпом ртуті в трубці, дорівнює атмосферному тиску. Тому стовп ртуті перебуває у спокої.

     За допомогою досліду Торрічеллі вдалося не тільки підтвердити існування атмосферного тиску, але й виміряти його. У досліді Торрічеллі висота стовпчика ртуті становила 760 мм. Це послужило підставою для твердження, що нормальний атмосферний тиск дорівнює тиску стовпчика ртуті висотою 760 мм. Тиск цього стовпчика дорівнює:

 

 

 

 

 

 

 

     

Спостерігаючи щодня за висотою ртутного стовпа в трубці, Торрічеллі виявив, що ця висота змінюється, тобто атмосферний тиск може збільшуватися й зменшуватися.

• Нормальний атмосферний тиск – 760 мм рт. ст..

• 1 атм =760 мм рт. ст.= 101325 Па ≈101 кПа

• 1 мм рт. ст.= 133,3 Па

     Незалежно від Е. Торрічеллі існування атмосферного тиску довів німецький фізик Отто фон Геріке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дослід. Магдебурські кулі.

   

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Зміна атмосферного тиску з висотою

 

          Швидкості руху молекул, що входять до складу повітря, неоднакові. У певної частини молекул швидкість набагато вище, ніж у переважної більшості. За рахунок цього вони можуть підніматися над Землею на значну висоту. Відносна кількість таких молекул з висотою зменшується. Відповідно зменшується й створюваний ними тиск.

Атмосферний тиск зменшується при збільшенні висоти над поверхнею Землі. Залежність атмосферного тиску від висоти над поверхнею Землі вперше виявив Блез Паскаль.

         Група його учнів піднялася на гору То-де-Дом (Франція) і виявила, що на вершині гори стовп ртуті на 7,5 см коротше, ніж біля її підніжжя. Експериментально встановлено, що біля поверхні Землі при невеликих змінах висоти (у кілька сотень метрів) тиск змінюється на 1 мм рт. ст. кожні 11 м висоти.

     Коли висота змінюється на десятки або сотні метрів, густину повітря приблизно можна вважати постійною. При підйомі на висоту h тиск повітря зменшується на ρgh, де ρ — густина повітря. На рівні моря вона приблизно дорівнює 1,3 кг/м3, що приблизно в 10 000 разів менше за густину ртуті. Отже, при невеликих зміна висоти  ( у кілька сотень метрів) тиск зменшується на 1 мм рт. ст. кожні 11м підйому.

Для більших висот — наприклад, висот гір — потрібно враховувати, що зі збільшенням висоти зменшується густина повітря, внаслідок чого тиск зі збільшенням висоти зменшується повільніше.

Скажімо, при підніманні з рівня моря на 2 км тиск зменшується приблизно на 20 кПа, а при підніманні з 8 км до 10 км тиск зменшується тільки на 9 кПа.

      На верхніх поверхах багатоповерхового будинку тиск повітря на кілька міліметрів ртутного стовпа менше, ніж на нижніх поверхах, — це можна помітити за допомогою звичайного барометра анероїда.

4. Барометр

Існують такі прилади для вимірювання атмосферного тиску:

• ртутний барометр

• барометр-анероїд

• барограф

• альтиметр (висотомір)

Трубка Торрічеллі з лінійкою є найпростішим барометром — приладом для вимірювання атмосферного тиску.

​

Використана література:

1. Задніпрянець І.І. Сучасні технології у викладанні фізики. – К.: Шк.світ, 2011.

2. Кирик А.А. Усі уроки фізики 8 клас. – Х.: «Основа», 2008.

3. Сиротюк В. Фізика. Підручник для 8 класу. – К.: Зодіак-ЕКО, 2008.

4. Савченко В.Ф. Коршак Є.В. Ляшенко О.І. Уроки фізики у 7-8 класах.    –К.: Ірпінь, Терун, 2003.

5. Карасюк К. газ. Фізика «Шкільний світ» № 7 (199), березень 2004.

6. Іванова Ж.В. Фізика 8 клас. Розробки уроків.- Х.: «Веста», 2009.

7. Божинова Ф.Я. Ненашев І.Ю. Кірюхін М.М. Фізика. Підручник для 8 класу. – Х.: Ранок-НТ, 2008.

8. Генденштейн Л.Е. Фізика. Підручник для 8 класу. – Х.: Гімназія, 2008.

​