Atmosferski pritisak i težina vazduha. Formula, proračuni, eksperimenti

Od samog koncepta "atmosferskog pritiska" iz toga proizilazi da vazduh mora imati težinu, inače ne bi mogao vršiti pritisak ni na šta. Ali mi to ne primećujemo, čini nam se da je vazduh bestežinski. Prije razgovaramo što se tiče atmosferskog pritiska, moramo dokazati da vazduh ima težinu, moramo ga nekako izvagati. Kako to učiniti? Težina vazduha i atmosferskog pritiska biće detaljno razmotrena u članku, proučavajući ih uz pomoć eksperimenata.

Iskustvo

Izvagaćemo vazduh sadržan u staklenoj posudi. Ulazi u kontejner kroz gumenu cijev u vratu. Slavina zatvara crevo tako da u njega ne ulazi vazduh. Vadimo vazduh iz posude pomoću vakuumske pumpe. Zanimljivo, kako se pumpa ispumpava, mijenja se zvuk pumpe. Što je manja zapremina vazduha koja ostaje u tikvici, pumpa radi tiše. Što duže ispumpavamo vazduh, to je niži pritisak u posudi postaje.

Kada se sav vazduh ukloni, zatvaramo slavinu, stiskamo crevo da blokiramo pristup vazduhu. Izvagaćemo tikvicu bez vazduha, a zatim otvoriti slavinu. Vazduh će ući unutra sa karakterističnim zviždukom, a njegova težina će biti dodata težini sijalice.

Prvo ćemo postaviti praznu posudu sa zatvorenom slavinom na vagu. Unutar posude postoji vakuum, izvagat ćemo ga. Otvorite slavinu, vazduh će ući unutra i ponovo izmeriti sadržaj tikvice. Razlika u težini ispunjene i prazne tikvice biće masa vazduha. Jednostavno je.

Težina vazduha i atmosferski pritisak

Sada pređimo na rješavanje sljedećeg problema. Da biste izračunali gustinu zraka, morate njegovu masu podijeliti sa zapreminom. Zapremina tikvice je poznata po tome što je naznačena na njenom zidu. p=m_vozd / V. Moram reći da je potrebno dosta vremena da se dobije takozvani visoki vakuum, odnosno potpuno odsustvo vazduha u posudi. Ako je tikvica 1,2 litara, to je oko pola sata.

Saznali smo da vazduh ima masu. Zemlja ga privlači, pa na nju djeluje gravitacija. Vazduh pritiska tlo silom jednakom težini vazduha. Atmosferski pritisak, dakle, postoji. Manifestuje se u raznim eksperimentima. Hajde da zadržimo jednu od ovih.

Eksperimentirajte sa špricama

Uzmimo prazan špric za koji je prič ršćena fleksibilna cije. Spuštamo klip šprica i uranjamo crijevo u posudu sa vodom. Povucite klip prema gore i voda će početi da raste kroz cijev, puneći špric. Zašto se voda, koju gravitacija vuče prema dolje, i dalje diže iza klipa?

Atmosferski pritisak djeluje na njega od vrha do dna u posudi. Označimo to P_bankomat. Prema Pascalovom zakonu, pritisak koji atmosfera proizvodi na površini tečnosti prenosi se nepromenjen. Širi se na sve tačke, što znači da je i atmosferski pritisak unutar cijevi, a u špricu se nalazi vakuum (prostor bez vazduha) iznad sloja vode, tj. . P=0. Tako ispada da atmosferski pritisak pritiska vodu odozdo, a nema pritiska iznad klipa, jer tamo postoji praznina. Usled razlike u pritisku, voda ulazi u špric.

Iskustvo sa Merkurom

Težina vazduha i atmosferski pritisak — koliko su veliki? Možda je nešto, to može budi zanemaren? Uostalom, jedan kubni metar gvožđa ima masu od 7.600 kg, a jedan kubni metar vazduha je samo 1,3 kg. Da bismo to shvatili, modificirajmo eksperiment koji smo upravo proveli. Umjesto šprica, uzmimo flašu zatvorenu čepom sa cijevi. Pričvrstite cijev na pumpu i počnite ispumpavati vazduh.

Za razliku od prethodnog iskustva, stvaramo vakuum ne ispod klipa, već u cijeloj zapremini bočice. Isključite pumpu i istovremeno spustite cijev bočice u rezervoar sa vodom. Videćemo kako je voda napunila flašu kroz cev za samo nekoliko sekundi sa karakterističnim zvukom. Velika brzina kojom je "upao" u bočicu sugeriše da je atmosferski pritisak prilično velika količina. Iskustvo to dokazuje.

Po prvi put je italijanski naučnik Torricelli izmjerio atmosferski pritisak i težinu zraka. Imao je takvo iskustvo. Uzeo sam staklenu cijev dugu nešto više od 1 m, zapečaćenu na jednom kraju. Napunio je živom do vrha. Nakon toga uzeo je posudu sa živom, prstom stegnuo njen otvoreni kraj, okrenuo cijev i gurnuo je u kontejner. Da nije bilo atmosferskog pritiska, živa bi se sva izlila, ali to se nije dogodilo. Djelimično je izliven, nivo žive je postavljen na visinu od 760 mm.

To se dogodilo jer je atmosfera pritiskala živu u kontejneru. Iz tog razloga, u našim prethodnim eksperimentima, voda se ulijevala u cijev, zbog čega je voda slijedila špric. Ali u ova dva eksperimenta uzeli smo vodu čija je gustina niska. Živa ima veliku gustinu, pa je atmosferski pritisak uspio podići živu, ali ne do samog vrha, već samo za 760 mm.

Prema Pascalovom zakonu, pritisak proizveden na živu prenosi se na sve njegove tačke nepromijenjene. To znači da je atmosferski pritisak unutar cijevi također. Ali s druge strane, ovaj pritisak je uravnotežen pritiskom kolone tečnosti. Označite visinu stuba žive h. Možemo reći da atmosferski pritisak na Merkur djeluje odozdo prema gore, a hidrostatički pritisak odozgo prema dolje. U preostalom neispunjenom 240 mm postoji vakuum. Inače, ovaj vakuum se takođe naziva Torricelli praznina.

Formula i proračuni

Atmosferski pritisak P_{bankomat je} jednako hidrostatičkom i izračunava se po formuli_pt* g * h . _pt= 13600 kg/^m3. g = 9.8 N / kg. h = 0,76 m. P_bankomat=101.3 kPa. Ovo je prilično veliki iznos. List papira koji leži na stolu proizvodi pritisak od 1 Pa, a atmosferski pritisak je 100 hiljada. paskali. Okreće se, napolje da morate staviti 100 hiljada. listovi papira jedan na drugom tako da proizvode takav pritisak. Zanimljivo, zar ne? Atmosferski pritisak i težina vazduha su veoma veliki, pa je voda gurnuta u bocu takvom silom tokom eksperimenta.