Атмосферное давление

Введение

Мы не замечаем этого, но на каждую точку нашего тела и на все предметы вокруг постоянно действует огромная сила — давление воздуха, окружающего нас со всех сторон.
Эта сила называется атмосферным давлением.
Понимание природы атмосферного давления помогает объяснить многие явления — от работы барометра до погоды и дыхания.

1. Что такое атмосфера

Атмосфера — это воздушная оболочка Земли, состоящая из смеси газов: азота, кислорода, углекислого газа, водяного пара и других.
Воздух имеет массу, а значит, обладает весом и может оказывать давление на поверхности, с которыми соприкасается.

С увеличением высоты плотность воздуха уменьшается, поэтому атмосферное давление снижается.
На вершинах гор давление меньше, чем у подножия, а вблизи уровня моря — наибольшее.

2. Опыт Торричелли

Первым, кто доказал существование атмосферного давления, был итальянский учёный Эванджелиста Торричелли (XVII век).
Он провёл знаменитый опыт:

• Взял длинную стеклянную трубку длиной около 1 метра, заполнил её ртутью и перевернул, опустив конец в сосуд с ртутью.

• Часть ртути в трубке опустилась, но не вся — над ней остался пустой (вакуумный) участок.

• Высота столба ртути установилась примерно 760 мм.

Торричелли объяснил, что ртуть удерживается в трубке давлением воздуха на поверхность жидкости в сосуде.

Так было установлено:
Атмосферное давление у уровня моря равно давлению столба ртути высотой 760 мм.

3. Единицы измерения атмосферного давления

Атмосферное давление можно измерять в разных единицах:

• 760 мм ртутного столба (мм рт. ст.);

• 1 атмосфера (атм) — это нормальное атмосферное давление;

• 1 атм = 760 мм рт. ст. = 101 325 Па (паскалей).

Для измерения давления используют прибор — барометр.

4. Барометры

Существует несколько видов барометров:

1. Ртутный барометр — тот самый прибор, который впервые использовал Торричелли.
   Он состоит из трубки с ртутью, погружённой в сосуд. По высоте столба ртути определяют давление.

2. Барометр-анероид — металлическая коробочка с тонкими стенками, внутри которой создан вакуум.
   При изменении давления коробочка сжимается или расширяется, а стрелка показывает значение на шкале.
   Этот тип барометра безопасен и широко используется в быту и авиации.

5. Зависимость атмосферного давления от высоты

С увеличением высоты давление уменьшается, потому что слой воздуха над поверхностью становится тоньше.

Приближённо:

• каждые 10–12 метров подъёма — давление уменьшается на 1 мм рт. ст.

• на высоте 5 км давление примерно вдвое меньше, чем у уровня моря.

Поэтому на вершинах гор труднее дышать: воздуха (и кислорода) становится меньше.

6. Проявления атмосферного давления

Хотя мы не ощущаем атмосферного давления, оно постоянно действует вокруг нас.
Его можно наблюдать в опытах и в природе.

Примеры:

• Стакан с водой, накрытый картоном:
  Если перевернуть стакан, вода не выливается — атмосферное давление удерживает картон.

• Шприц без иглы:
  Когда вытягиваем поршень, воздух не позволяет жидкости сразу вытечь — давление снаружи удерживает её.

• Пакеты с вакуумом:
  Когда воздух откачивают, внешнее давление сжимает пакет.

• Погода:
  Атмосферное давление влияет на погоду:

  • при высоком давлении — ясная погода,

  • при низком — облачность и осадки.

7. Примеры расчётов

Задача 1:
На каком давлении находится человек на высоте, где столб ртути равен 720 мм?

Ответ: давление ≈ 96 кПа.

Задача 2:
Какое давление создаёт атмосфера на поверхность площадью 1 м² при нормальном давлении?

Ответ: сила давления воздуха на 1 м² поверхности ≈ 100 тысяч ньютонов (это вес груза около 10 тонн!).

8. Заключение

Атмосферное давление — одно из важнейших физических явлений.
Оно удерживает воздух вокруг Земли, влияет на погоду, помогает дышать и работать множеству приборов.
Хотя мы его не чувствуем, оно действует на нас каждую секунду.
Без атмосферного давления не могли бы работать насосы, барометры и даже сама жизнь на Земле.

9. Вопросы для самопроверки

1. Что такое атмосферное давление?

2. Почему воздух оказывает давление на предметы?

3. Кто первым доказал существование атмосферного давления?

4. Как устроен опыт Торричелли?

5. Какая высота ртутного столба соответствует нормальному атмосферному давлению?

6. В каких единицах измеряется давление?

7. Чем отличается барометр-анероид от ртутного барометра?

8. Почему давление уменьшается с высотой?

9. Как атмосферное давление влияет на погоду?

10. Приведите примеры проявления атмосферного давления в жизни.