Меню

Атмосферное давление изменение атмосферного давления опыт торричелли

Атмосферное давление изменение атмосферного давления опыт торричелли

1. Почему нельзя рассчитывать давление воздуха по формуле?

Рассчитать атмосферное давление по формуле для вычисления давления столба жидкости нельзя.
Ведь точной границы у атмосферы нет (т.е. высота столба воздуха неизвестна), да и плотность воздуха с высотой меняется.

2. Как Торричелли измерил атмосферное давление?

В 17 веке итальянский ученый Эванджелиста Торричелли сумел иззмерить атмосферное давление.

Торричелли взял стеклянную трубку длиной около 1 м, запаянную с одного конца и наполнил ее ртутью.
Закрыл открытый конец трубки пальцем, перевернул ее и опустил этот конец трубки в чашку с ртутью.
Под поверхностью ртути он убрал палец с трубки.
Часть ртути из трубки вылилась в чашку, а часть осталась.
Высота столба ртути, оставшейся в трубке, была равна 760 мм.

Как это объяснить?
В перевернутой трубке над ртутью воздуха нет — безвоздушное пространство.
Давление воздуха на ртуть в чашке равно атмосферному давлению.

Давление в трубке на уровне аа1 создается только лишь весом столба ртути в трубке, так как в верхней части трубки над ртутью воздуха нет.
Таким образом давление столба ртути в трубке уравновешивается атмосферном давлением.
р атм = р ртути

Если измерить высоту столба ртути в трубке, то можно рассчитать давление, которое производит столб ртути в трубке.
Оно будет равно атмосферному давлению.

3. Как устроен прибор для измерения атмосферного давления?

Если к трубке с ртутью Торричелли, прикрепить шкалу, то получится ртутный барометр — прибор для измерения атмосферного давления.
При изменении атмосферного давления в природе высота столба ртути в трубке барометра будет меняться.

Если атмосферное давление уменьшится, то столб ртути в трубке Торричелли понизится.
Если атмосферное давление увеличится, то столб ртути в трубке Торричелли повысится.
То есть внешнее атмосферное давление регулирует высоту столба ртути в трубке.


4. Почему для уравновешивания давления атмосферы, высотой в десятков тысяч километров, достаточно столба ртути высотой всего 760 мм?

Плотность ртути очень велика по сравнению с плотностью воздуха.
В результате столб ртути высотой 760 мм создает такое же по величине давление, что и атмосфера Земли.

5. Почему атмосферное давление удерживает столб ртути в трубке, хотя действует на ртуть в чашке сверху вниз?

Ртуть — жидкость, а для жидкости действует закон Паскаля:
Жидкость передает оказываемое на нее давление одинаково во все точки жидкости и по всем направлениям.
Поэтому давление, равное атмосферному, подпирает столб ртути в трубке снизу.


6. Работал бы барометр, если бы верхний конец трубки был открыт?

Нет!
Тогда и на столб ртути в трубке, и на поверхность ртути в чашке действовало бы одинаковое атмосферное давление.
И под действием силы тяжести ртуть полностью выливалась бы из трубки в чашку.

7. Изменится ли высота столба ртути в барометре, если трубку опустить глубже в чашку со ртутью?

Нет!
А как это объяснить?
Рассмотрим левую трубку (на рисунке точка А находится на уровне нижнего края трубки).

На нижний край опущенной в ртуть трубки снизу вверх действует сумма давлений:
наружное атмосферное давление воздуха + весовое давление слоя воды над точкой А (оба давления по закону Паскаля передаются в любую точку жидкости во всех направлениях).
Давление ртути внутри трубки сверху вниз на уровне нижнего края — тоже сумма давлений:
давление «подводного » столба ртути в трубке + давление «надводного» столба ртути в трубке.
Весовое давление слоя воды над точкой А = давлению «подводного» столба ртути в трубке, так как у них одинаковая высота h1.
Эти давления при любой глубине погружения трубки уравновешивают друг друга, и их можно не учитывать.
Вывод:
Погружай — не погружай, только величина атмосферного давления будет влиять на высоту столба ртути в трубке барометра над ртутной поверхностью чашки!

Читайте также:  Высокое давление тахикардия головокружение

8. Изменится ли показание барометра, если трубку барометра наклонить?

Если считать, что шкала барометра прикреплена к трубке и наклоняется вместе с ней, то показание барометра изменится!
А если шкала как была вертикальна, так и осталась, а трубка наклоняется отдельно, то не изменится!
В любом случае расстояние от уровня поверхности ртути в чашке до верхнего края ртути в наклоненной трубке останется прежним.

Почему?
При расчете давления, создаваемого наклонным столбом жидкости, можно мысленно разделить его на части.
По формуле подсчитать весовые давления, созданные отдельными слоями.
Применить закон Паскаля и прийти к выводу, что для расчета общего давления жидкости в наклонной трубке требуется не длина этой трубки, а расстояние между верхним и нижним уровнем жидкости.


9. В каких единицах измеряют атмосферное давление?

С помощью ртутного барометра можно измерять атмосферное давление высотой ртутного столба.
Тогда за единицу атмосферного давления можно принять 1 миллиметр ртутного столба (1 мм рт. ст.).

Но в системе СИ за единицу давления принят 1 Па (Паскаль).

Соотношение между этими единицами таково:

Давление столба ртути высотой 1 мм равно:

1 мм рт. ст. = 133,3 Па.

В сводках погоды сообщают, что атмосферное давление равно 760 мм рт.ст., это то же самое, что 1013 гПа (гектоПаскалей).
Изменения атмосферного давления связаны с изменением погоды, оно непостоянно, может увеличиваться и уменьшаться.


10. Водяной барометр Паскаля

В барометре Торричелли исползовалась ртуть.
Такие барометры, в которых исползуется жидкость, назвали жидкостными барометрами.

В 1646 году Блез Паскаль построил водяной барометр.

Так как вода имеет значительно меньшую плотность, Паскалю пришлось взять для своего барометра более длинную трубку.
Для того, чтобы показать атмосферное давление 760 мм рт. ст. трубка должна была иметь длину не менее 10,3 метра?

11. Что доказывает опыт Отто Герике?

В 1654 г. Отто Герике в г. Магдебурге с помощью своего знаменитого опыта подтвердил существование атмосферного давления.
Он выкачал воздух из полости между двумя сложенными вместе металлическими полушариями.
Атмосферное давление так сильно прижало полушария друг к другу, что их не могли разорвать восемь пар лошадей.

Источник

Урок «Измерение атмосферного давления Опыт Торричелли.»

Особенности работы со слабоуспевающими и одаренными детьми в школе

свидетельство каждому участнику

скидка на курсы для всех участников онлайн-конференции

13 – 15 октября 2020г 19:00 (МСК)

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №39

Измерение атмосферного давления.

Клочкова Н.Ф. – учитель физики

Оборудование: письменные и чертежные принадлежности, проектор, ноутбук.

Усвоить следующие элементы неполного опыта учащихся в рамках отдельного урока:

изучить возможные способы измерения атмосферного давления.

2. Развивающие цели урока:

формирование научного мировоззрения на основе сравнения, анализа, обобщения, умения делать выводы.

комплексное решение проблем на основе знаний математики, физики и информатики;

развитие аналитико-синтетического и образного мышления учащихся, побуждение учащихся к осмыслению и нахождению причинно-следственных связей.

формировать и развивать ключевые компетенции: информационную, организационную, самоорганизационную, коммуникационную.

3. Воспитательные цели урока:

развитие эстетического восприятия материала, используя в презентации оригинальный дизайн и эффекты анимации;

План урока:

1) Что называется атмосферой?

2) Какой скоростью должна обладать молекула, чтобы преодолеть силу притяжения Земли?

3) Какими двумя факторами обусловлено существование атмосферы у Земли?

4) Какие явления свидетельствуют о существовании атмосферного давления?

5) Как объяснить действие ливера, пипетки, автоматической ручки?

III . Изучение нового материала.

Атмосферное давление необходимо знать людям разных профессий: летчикам и медикам, полярникам и ученым. Атмосферное давление – это величина, которая помогает предсказывать погоду. Если атмосферное давление повышается, это говорит о том, что погода будет хорошей: зимой – морозной, а летом – жаркой. Если же атмосферное давление понижается, это может предвещать ухудшение погоды: появление облачности, выпадение осадков. Летом – это понижение температуры, а зимой – потепление.

Читайте также:  Замена батареек в датчиках давления шин infiniti fx35

Как велико, на ваш взгляд, атмосферное давление?

Большую известность получили также опыты немецкого физика Отто фон Герике (1602-1686). К выводу о существовании атмосферного давления он пришел независимо от Торричелли (об опытах которого он узнал с опозданием на девять лет). Откачивая как-то воздух из тонкостенного металлического шара, Герике вдруг увидел, как этот шар сплющился. Размышляя над причиной аварии, он понял, что расплющивание шара произошло под действием давления окружающего воздуха.

В 1654 г. Герике, желая убедить всех в существовании атмосферного давления, произвел знаменитый опыт с «магдебургскими полушариями». На демонстрации опыта присутствовали император Фердинанд III и члены Регенсбургского рейхстага. В их присутствии из полости между двумя сложенными вместе металлическими полушариями выкачали воздух. При этом силы атмосферного давления так сильно прижали эти полушария друг к другу, что их не смогли разъединить несколько пар лошадей (рис.120).

Рисунок 120. Опыт с «магдебургскими полушариями».

История открытия атмосферного давления.

Во Флоренции при помощи насосов хотели откачать воду со значительной глубины, но она не поднялась выше 10м. Решили, что насосы неисправны. Обратились за советом к Галилею. Он исследовал насосы и нашел, что они в порядке. Но почему же вода тогда не поднимается выше 10м? Выяснением этого вопроса и занялся Галилей, который проделал некоторые опыты, но был уже стар и довести их до конца не смог. Ученик Галилея Э.Торричелли продолжил исследование своего учителя. Он решил заменить длинную непрозрачную трубку насоса стеклянной трубкой со ртутью. В 1643г. этот опыт был осуществлен Вивиани.

4. Измерение атмосферного давления

О том, что воздух имеет вес, мы часто забываем. Между тем, плотность воздуха у поверхности Земли при 0°С составляет 1,29 кг/м 3 .

То, что воздух действительно имеет вес, было доказано Галилеем. А ученик Галилея Эванджелиста Торричелли (см. рис. ) предположил и смог доказать, что воздух оказывает давление на все тела, находящиеся на поверхности Земли. Это давление называется атмосферным давлением.

Рассчитать атмосферное давление по формуле расчета давления столба жидкости нельзя. Ведь для этого необходимо знать плотность и высоту столба жидкости или газа. Но у атмосферы нет четкой верхней границы, а плотность атмосферного воздуха уменьшается с ростом высоты. Поэтому Торричелли предложил совершенно другой способ для нахождения атмосферного давления.

Рис. Эванджелиста Торричелли (1608–1647) Рис. Схема опыта Торричелли

Торричелли взял стеклянную трубку длиной около одного метра, запаянную с одного конца, налил в эту трубку ртуть и опустил трубку открытым концом в чашу с ртутью. Некоторое количество ртути вылилось в чашу, но большая часть ртути осталась в трубке. В ее верхней части образовалось безвоздушное пространство — «торричеллиева пустота» (рис. ). Изо дня в день уровень ртути в трубке незначительно колебался, то немного опускаясь, то немного поднимаясь.

Давление ртути на уровне а-а 1 создается весом столба ртути в трубке, так как в верхней части трубки над ртутью воздуха нет (там вакуум, который получил название «торричеллиева пустота»). Отсюда следует, что атмосферное давление равно давлению столба ртути в трубке. Измерив высоту столба ртути, можно рассчитать давление, которое производит ртуть. Оно будет равно атмосферному. Если атмосферное давление уменьшается, то столб ртути в трубке Торричелли понижается, и наоборот (см. рис. ).

Читайте также:  Загорелась лампа давления масла киа соренто

На практике атмосферное давление можно измерять высотой ртутного столба. Если, например, атмосферное давление равно 780 миллиметров ртутного столба (обозначается «мм рт. ст.»), то это означает, что воздух производит точно такое же давление, как столб ртути высотой 780 мм. В этом случае за единицу давления принимают 1 мм рт. ст. Найдем соотношение между этими единицами измерения и известной нам единицей измерения давления – паскалем.

Рассчитаем давление столба ртути высотой 1 мм. Это можно сделать с помощью известной нам формулы

где ρ = 13 600 кг/м 3 – плотность ртути,

g = 9,8 Н/кг – ускорение свободного падения,

h = 1 мм – высота столба жидкости.

Подстановка этих числовых значений дает:

Таким образом, 1 мм рт. ст. ≈ 133,3 Па.

Наблюдая ежедневно за изменением уровня столба ртути, Торричелли заметил, что он может повышаться и понижаться. Также Торричелли связал эти изменения с изменениями погоды. Если к трубке Торричелли прикрепить вертикальную шкалу, то получится простейший прибор для измерения атмосферного давления – ртутный барометр.

Но использование ртутного барометра небезопасно, так как пары ртути ядовиты. Впоследствии были созданы другие приборы для измерения атмосферного давления, с которыми вы познакомитесь в ходе следующего урока.

Любопытно, что “магдебургские полушария” имеются у каждого человека: головки бедренных костей удерживаются в тазовом суставе атмосферным давлением.

В настоящее время давление атмосферы, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °С, принято называть нормальным атмосферным давлением.

Чтобы рассчитать это давление в паскалях, воспользуемся формулой гидростатического давления:

Подставляя в эту формулу значения р= 13595,1 кг/м 3 (плотность ртути при 0 °С), g = 9,80665 м/с 2 (ускорение свободного падения) и h = 760 мм = 0,76 м (высота столба ртути, соответствующая нормальному атмосферному давлению), получим следующую величину:
р= 101 325 Па.

Это и есть нормальное атмосферное давление .

Атмосферное давление, близкое к нормальному, наблюдается обычно в местностях, находящихся на уровне моря. С увеличением высоты над уровнем моря (например, в горах) давление уменьшается.

Опыты Торричелли заинтересовали многих ученых — его современников. Когда о них узнал Паскаль, он повторил их с разными жидкостями (маслом, вином и водой). На рисунке 119 изображен водяной барометр, созданный Паскалем в 1646 г. Столб воды, уравновешивающий давление атмосферы, оказался намного выше столба ртути.

1. Почему давление атмосферы нельзя рассчитать так же, как рассчитывают давление жидкости на дно сосуда?

2. Расскажите об опыте Торричелли.

3. Что означает запись: «Атмосферное давление равно 780 мм рт. ст.»?

4. Как называют прибор для измерения атмосферного давления?

5. Какое давление называют нормальным атмосферным давлением? Чему оно равно?

6. Как изменяется атмосферное давление при увеличении высоты над Землей? Почему?

Решение задачи №2 из упр.19

Перышкин А.В. Дрофа 2011 параграф 42, упр.19 (1, 3-5).

Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задач по физике для 7–9 классов №555, 556, 559, 560, 563, 569.

Экспериментальные задания. (домашние)

1. Погрузите стакан в воду, переверните его под водой вверх дном и затем медленно вытаскивайте из воды. Почему, пока края стакана находятся под водой, вода остается в стакане (не выливается)?

2. Наполните стакан водой, закройте листом бумаги и, поддерживая лист рукой, быстро переверните стакан вверх дном. Если теперь отнять руку от бумаги, то вода из стакана не выльется. Бумага останется как бы приклеенной к краям стакана. Почему?

Перышкин А. В. Физика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010.

Е. В. Сборник задач по физике для 7–9 классов общеобразовательных учреждений. – 17-е изд. – М.: Просвещение, 2004.

Источник

Adblock
detector