Меню

Атмосферное давление равно 760 высота ртутного столба в трубке торричелли

§ 174. Опыт Торричелли. Ртутный барометр и барометр-анероид

В 1643 г. по предложению итальянского физика Эванджелисты Торричелли (1бб8—1647) был произведен следующий опыт. Стеклянную трубку длины около 1 м, запаянную с одного конца, наполняют ртутью. Отверстие трубки закрывают пальцем, чтобы ртуть не вылилась, и трубку опускают в вертикальном положении отверстием вниз в сосуд с ртутью. Если теперь отнять палец от отверстия трубки, то столб ртути упадет до высоты около 760 мм над уровнем ртути в сосуде (рис. 290).

Рис. 290. Трубка Торричелли

Пользуясь рассуждениями предыдущего параграфа, легко объяснить этот опыт. На свободную поверхность ртути в сосуде действует атмосферное давление. Так как после опускания ртути в трубке над ртутью остается пустота, то давление столба ртути, создаваемое внутри трубки на уровне поверхности ртути в сосуде, должно равняться атмосферному давлению. Поэтому взятая в миллиметрах высота столба над свободной поверхностью ртути прямо измеряет давление атмосферы в миллиметрах ртутного столба. Таким образом, трубка Торричелли может служить для измерения давления атмосферы. Она играет роль «барометра». Практически конструкция ртутного барометра более сложна (рис. 291).

Рис. 291. Ртутный барометр

Рис. 292. При наклонении трубки Торричелли уровень ртути остается на одной и той же высоте

Итак, опыт показывает, что атмосферное давление составляет около 760 мм.рт.ст. Так как (§ 154), то атмосферное давление равно .

Таким образом, атмосферное давление равно давлению столба воды высоты больше 10 м.

Пространство над столбом ртути в трубке в опыте Торричелли называют торричеллиевой пустотой. Конечно, это не абсолютная пустота: в этом пространстве имеется пар ртути; своим давлением он немного понижает столб ртути в трубке. Однако практически этим можно пренебречь, так как давление пара ртути при комнатной температуре ничтожно. Будем придавать трубке в опыте Торричелли различные наклоны (рис. 292). Мы увидим, что конец столба ртути при изменении наклона остается на той же высоте над свободной поверхностью ртути, хотя длина столба становится при наклоне больше. Это объясняется тем, что, как мы уже знаем, давление зависит лишь от высоты столба жидкости, отсчитанной по вертикали. При достаточном наклоне трубки ртуть заполняет ее всю; это указывает на отсутствие воздуха в трубке. При изменении атмосферного давления меняется и высота столба ртути в трубке. При увеличении давления столбик удлиняется — «барометр поднимается». При уменьшении давления «барометр падает» — столб ртути уменьшает свою высоту.

Давление атмосферы можно измерять таким же мембранным манометром, каким мы пользовались для жидкостей (рис. 293). Для повышения точности измерения из коробки 1 манометра выкачивается часть воздуха; мембрана 2 оттягивается наружу пружиной 3. Мембрана обычно делается волнистой для повышения ее гибкости. Мембранные манометры для измерения атмосферного давления называют барометрами-анероидами (рис. 294). Анероиды градуируются и выверяются по ртутному барометру. Они менее надежны, чем ртутный барометр, так как имеют пружины и мембраны, которые с течением времени могут вытягиваться или изменять свою упругость. Зато анероид — прибор гораздо более удобный в обращении, чем ртутный барометр, содержащий жидкость. Поэтому анероиды получили очень большое распространение в тех случаях, когда не требуется очень большой точности. При достаточно частой сверке с ртутным барометром они дают надежные показания.

Читайте также:  Как определяется внутричерепное давление у взрослых

Рис. 293. Схема устройства мембранного манометра для газов

Рис. 294. Барометр-анероид

174.1. Как нужно изменить шкалу барометрической трубки, наклоненной под углом к вертикали, чтобы отсчет можно было производить в миллиметрах ртутного столба? Какой длины нужно взять трубку?

174.2. Цилиндрический сосуд массы 10 кг, площадь основания которого равна , накрывается крышкой. При выкачивании воздуха из сосуда крышка прижимается к сосуду атмосферным давлением. Если воздух откачай до давления 50 мм.рт.ст., то какой массы груз нужно привесить к сосуду, чтобы оторвать его от крышки?

Источник

Вес воздуха. Атмосферное давление. Опыт Торричелли

Решебник к сборнику задач по физике для 7- 9 классов, Перышкин А.В.

438. Почему не выливается вода из перевернутого стакана (рис. 57)?

Вода удерживается за счет атмосферного давления.

439. Выразите нормальное атмосферное давление в паскалях (Па) и гектопаскалях (гПа).
1 атм = 101 300 Па = 103 гПа.

440. Какой высоты должен быть столб воды, чтобы уравновесить нормальное атмосферное давление?

441. Вычислите, с какой силой давит воздух на поверхность стола, имеющего длину 1 м, а ширину 60 см.

442. Ртутный барометр показывает давление 700 мм рт.ст. С какой силой давит при этом воздух на каждый квадратный сантиметр?

443. C какой силой давит воздух на поверхность крышки ящика площадью 1,5 м2 ?

444. Почему крышка стола не проваливается под весом воздуха?
Давление равномерно распределено по всей площади крышки.

445. Если наклонить трубку Торричелли (рис. 58), что произойдет со столбиком ртути?

Уровень ртути останется на прежней высоте.

446. В трубке Торричелли высота столбика ртути 760 мм. Что произойдет со столбиком ртути, если с трубкой Торричелли подняться на гору?
Столбик ртути опустится так как атмосферное давление уменьшится.

447. Трубка Торричелли в середине имеет шарообразную форму (рис. 59). На какой высоте установится в ней уровень ртути, если в стоящей рядом прямой трубке ртуть находится на высоте 760 мм?

448. Под колоколом воздушного насоса находится закрытый пробкой пузырек с водой. Сквозь пробку пузырька пропущена стеклянная трубка. Когда из-под колокола выкачивают воздух, из трубки бьет фонтан воды (рис. 60). Почему?

Вода выливается под давлением воздуха, который остался в пузырьке.

449. Закрытый пробкой флакон помещают под колокол насоса. При выкачивании воздуха из-под колокола пробка из флакона вылетает. Почему?
Пробка вылетает из-за разности давлений внутри и снаружи флакона.

450. Будет ли меняться объем резинового воздушного шарика при его подъеме (изменение температуры не учитывать)? Если да, то как именно?
При подъеме атмосферное давление будет падать, объем шарика будет увеличиваться.

451. У подножия горы при помощи всасывающего поршневого насоса можно поднимать воду на высоту до 10 м. На какую высоту можно таким же насосом поднять воду на вершине горы, где давление равно 600 мм рт.ст.?

Читайте также:  Аскорбиновая кислота как влияет на давление

452. Бутылка со сжатым воздухом уравновешена на весах. Сквозь пробку бутылки пропущена стеклянная трубка с резиновым шариком на конце (рис. 61, а). Останутся ли весы в равновесии, если часть воздуха из бутылки перейдет в шарик и раздует его (рис. 61, б)?

Весы останутся в равновесии, поскольку масса воздуха на весах не изменилась.

453. Какова высота горы, если у подножия горы барометр показывает 760 мм рт.ст., а на вершине горы – 610 мм рт.ст. (плотность воздуха считать равной 1,3 кг/м3 )?

454. Плотность воздуха 1,3 кг/м3 . Самолет поднялся на высоту 2 км. Как изменилось показание барометра?

455. Как изменяется объем пузырька воздуха, когда этот пузырек поднимается со дна водоема на поверхность?
Пузырек увеличивается, т.к. давление на него уменьшается.

456. Почему подъем на высокую гору часто связан с болью и кровотечением из ушей и носа?
В горах атмосферное давление ниже, чем на равнине.

457. 100 м3 водорода, находящегося при нормальном давлении, нагнетают в стальной баллон объемом 5 м3 . Найдите давление в баллоне.

458. В автомобильную шину объемом 0,025 м3 накачали воздух до давления 8·10-5 Па. Найдите плотность воздуха внутри шины, если плотность воздуха при давлении 8·10-5 Па равна 1,29 кг/м3 .

459. В погруженном в воду водолазном колоколе уровень воды на 1033 см ниже поверхности воды. Найти плотность воздуха в колоколе, если плотность воздуха над поверхностью воды 1,29 кг/м3 .

460. На рисунке 62 изображена горизонтально расположенная, наполненная водой труба с двумя поршнями А и В. В своей широкой части труба имеет площадь поперечного сечения S2 =1 дм2 , а в узкой – S1 =10 cм2 . На поршень В действует сила 10кН. Какой силой надо действовать на поршень А, чтобы уравновесить силу, действующую на поршень В?


461. На рисунке 63 изображен простейший паровой котел: 1 – котел (замкнутый сосуд из листов стали), 2 – вода в котле, 3 – пространство, где собирается пар, 4 – манометр. При испытании парового котла гидравлическим прессом давление на стенки котла резко падает, как только образуется течь. Почему?

Давление падает потому что объем, занимаемый газом увеличивается.

462. Если воду в гидравлическом прессе заменить более тяжелой жидкостью, например глицерином, изменится ли производимое при помощи пресса давление?
Если плотность жидкости увеличится, то увеличится и производимое давление.

463. В прессе площадь большого поршня 1500 см2 , а площадь малого поршня 2 см2 . На малый действует сила в 100Н. Определите силу давления, производимую большим поршнем.

464. Площадь большого поршня пресса в 1000раз больше площади малого. Какая сила действует на малый поршень, если сила давления, производимого большим поршнем, составляет 25 кН?

465. Площадь малого поршня 1 см2 , а площадь большого 1 м2 . Поршни находятся в равновесии. Во сколько раз сила давления на большой поршень больше силы давления на малый?

Читайте также:  Восстановление шланга высокого давления караганда


466. На малый поршень производится давление, равное 500 кПа. С какой силой давит большой поршень, если его площадь 1200см2 ?

467. Малый поршень гидравлического пресса имеет площадь 5 см2 . С какой силой надо давить на малый поршень при испытании прессом парового котла на давление 255 кПа?

468. Будет ли гидравлический пресс действовать одинаково на Земле и на Луне?
На Луне справедлив, в условиях невесомости — нет.

Источник

Барометр Торричелли

По телевидению или радио мы часто слышим, что атмосферное давление сегодня равно, например, 760 мм рт. ст. (читается: семьсот шестьдесят миллиметров ртутного столба). Это число бывает и другим – немного больше или меньше. Что оно означает? Для ответа на вопрос рассмотрим опыт итальянского учёного Э. Торричелли, проделанный им в ХVII веке.

Стеклянную трубку длиной около метра, запаянную с одного конца, наполняют доверху ртутью. Затем, плотно закрыв отверстие пальцем, трубку переворачивают и опускают в чашу со ртутью, после чего палец убирают. Ртуть из трубки начинает выливаться, но не вся: остаётся «столб» » 76 см высотой, считая от уровня в чаше. Примечательно, что эта высота не зависит ни от длины трубки, ни от глубины её погружения.

Объясним этот опыт. Взгляните на нижний рисунок. На нём мы пометили жёлтым цветом небольшой слой ртути внутри трубки вблизи её отверстия. Вес вышележащих слоёв действует вниз, толкая жёлтый слой в чашу. Причина этого – действие сила тяжести.

Ртуть в чаше давит на жёлтый слой с силой, направленной вверх. Причина этого – атмосферное давление, действующее на поверхность ртути в чаше. И действительно, согласно закону Паскаля оно распространяется через ртуть в чаше внутрь трубки (на рисунке – изогнутые стрелки). Так как ртуть покоится, то выделенные курсивом силы (вес и сила давления) уравновешивают друг друга. Обозначим это как F1 = F2.

Из определения давления, формулы p = F/S следует, что F = pS. Так как F1 = F2, получаем равенство p1S1 = p2S2. Здесь S1 и S2 – площади верхней и нижней поверхностей «жёлтого» слоя ртути, равные друг другу. Значит, равны и давления: p1 = p2. То есть давление, создаваемое столбом ртути в трубке, равно атмосферному давлению.

Трубка Торричелли с линейкой является простейшим барометром – прибором для измерения атмосферного давления (см. рисунок).

Измерения показывают, что атмосферное давление в местностях, лежащих на уровне мирового океана, в среднем 760 мм рт.ст. Такое давление при температуре ртути 0 °С называется нормальным атмосферным давлением. Выразим его в более привычных единицах давления – паскалях:

p = r g h = 13600 кг/м 3 · 10 Н/кг · 0,76 м » 100 кПа

Итак, как же понимать, что атмосферное давление равно, например, 760 мм рт. ст. или 100 кПа? Это значит, что в данный момент атмосферное давление таково, что уравновешивает давление столба ртути высотой 76 см в трубке Торричелли.

Источник

Adblock
detector