Впервые догадался как можно измерить атмосферное давление

Обнаруживший атмосферное давление К 410-летию со дня рождения Э.Торричелли - статьи об истории

Эванджелиста Торричелли (Evangelista Torricelli) – итальянский математик и физик, ученик Галилея. Известен как автор концепции атмосферного давления и продолжатель дела Галилея в области разработки новой механики. Родился 15 октября 1608 года в Фаэнце на севере Италии. Его семья была не богатой. Отец - Гаспар Торричелли трудился на ткацкой фабрике, мать - Катерина Анжетти занималась домашним хозяйством, а в семье было еще двое детей, кроме Эванжелиста.

Он рано лишился отца. Его дядя, настоятель бенедиктинского монастыря, о. Иакопо, поместил мальчика в иезуитскую школу, незадолго до этого открытую в Фаэнце. Эванджелиста проявил в школе большие способности, и дядя решил, что племянник должен продолжать образование. В 1627 году он приехал в Рим, где изучал математику под руководством влиятельного аббата Бенедетто Кастелли, друга и ученика Галилео Галилея.

Кастелли в то время состоял при Ватиканском дворе папы Урбана VIII в должности воспитателя его племянника. Аббат Кастелли ещё в юности вступил в монашеский орден, но целиком посвятил себя научным исследованиям. Наряду с крупными открытиями в разных областях математики, Кастелли принадлежит заслуга первой формулировки научных основ гидравлики. Среди учеников Кастелли следует отметить сверстника Торричелли, выдающегося физика, астронома и физиолога Джованни Борелли и крупнейшего математика Бонавентуру Кавальери.

Кастелли сразу же высоко оценил способности молодого Торричелли, взял на себя руководство его образованием и материально обеспечил юношу, назначив его своим личным секретарем. Когда при дворе герцога Тосканского профессор - перипатетик Боскалья, при активной поддержке герцогини-матери, поднял вопрос о несовместимости открытий и утверждений Галилея с каноническими церковными положениями, именно Кастелли имел мужество вступить в полемику.

Из всех учеников Кастелли больше всех увлекся трудами Галилея двадцатилетний Торричелли. Под впечатлением трудов Галилея о движении он написал собственное сочинение на ту же тему под названием «Трактат о движении». Торричелли препроводил своё сочинение Галилею. Кастелли предложил Галилею взять Торричелли к себе в дом в качестве помощника в подготовке исследований по механике. Галилей, тогда уже слепой, пригласил его для сотрудничества при обработке своего последнего сочинения «Беседы о механике».

В 1641 году Торричелли окончательно переехал к Галилею в Арчетри, где стал секретарём Галилея, а после смерти Галилея (1642) — его преемником на кафедре математики и философии Флорентийского университета.

Торричелли нередко называют последним учеником Галилея, хотя это вряд ли в данном случае уместно. Их личное знакомство состоялось за несколько месяцев до смерти Галилея, когда он уже фактически отошел от своих исследований и занимался преимущественно приведением в порядок своих бумаг.

Великий герцог Тосканский, прибывший в Арчетри на похороны Галилея, назначил Торричелли на ставшую вакантной должность придворного математика.

Предшественником Торричелли на должности профессора математики Флорентийской Академии с 1610 г. был Галилей, лекции которого были прекращены согласно решению инквизиционного суда в 1633 г. Так Торричелли получил принадлежавший ранее Галилею титул «философа и первого математика Его Высочества Великого Герцога Тосканского» и одновременно должность лектора математики при Флоренгинской Академии опыта (Accademia del Gimento).

Позднее к этому добавилось звание лектора по военной фортификации во Флорентийской Академии графики (Accademia del Disegno). Материальное положение 32-летнего Торричелли внезапно упрочилось. Если прежде скромный секретарь мог, да и то лишь в свободные часы, заниматься теоретическими исследованиями, то во Флоренции он получил наконец возможность осуществить и некоторые из своих замыслов в области эксперимента.

Здесь Торричелли закончил работу над дополнениями Галилея к его «Беседам» (Дни V и VI). Однако он не успел их опубликовать. «Пятый День» был опубликован Вивиани в 1674 г., а «Шестой день» лишь в 1718 г. Имя Торричелли в них не упоминается, и что в действительности внесено им, точно неизвестно.

Придворный естествоиспытатель (философ) и математик Э. Торричелли поселился в аппартаментах старого дворца Медичи во Флоренции. У него стали встречаться выдающиеся деятели искусства и науки. Особенно сдружился Торричелли со знаменитым художником Сальватор-Роза. и с известным эллинистом Карло Датти.

Дошедший до нас каталог личной библиотеки Торричелли содержит, наряду с разнообразными трудами по математике, физике, астрономии, механике и военному делу, значительное число художественных литературных произведений. Биографы Торричелли подчеркивают, что он и сам не был чужд литературы и сочинял не дошедшие до нас острые эпиграммы и комедии. В одной из этих эпиграмм на латинском языке высмеивался некий строитель, построивший мост, который обрушился прежде, чем его открыли. Эпиграмма заканчивалась горькой жалобой на плохие времена, породившие дурных мостоделов ponti-fices (множественное число от ponti-fex). Однако тем, кто изучал латынь, было хорошо известно, что древнее латинское слово Pontifex (верховный жрец) официальный титул папы. Эпиграмма Торричелли стала весьма популярной в Италии как намек на папу Урбана VIII, тщетно стремившегося посредством преследований и репрессий спасти от упадка могущество церкви.

Следуя примеру Галилея, Торричелли не гнушался практической деятельности. Узнав от Галилея о значении линз, он с 1642 года стал упорно заниматься их изготовлением и вскоре превзошёл в этом знаменитых мастеров.

Мы знаем, что воздушная оболочка Земли оказывает на все находящиеся в ней тела некоторое давление. Это давление называется атмосферным. Насколько оно велико? Как измерить давление атмосферы, впервые догадался Э. Торричелли.

В 1643г. он открыл атмосферное давление (опыт Торричелли), опровергнув тем самым мнение, что "природа боится пустоты". Дело было так. До середины XVII века считалось непререкаемым утверждение древнегреческого учёного Аристотеля о том, что вода поднимается за поршнем насоса потому, что «природа не терпит пустоты». Однако при сооружении фонтанов во Флоренции обнаружилось, что засасываемая насосами вода не желает подниматься выше 34 футов (10 м). Недоумевающие строители обратились за помощью к престарелому Галилею, который сострил, что, вероятно, природа перестает бояться пустоты на высоте более 34 футов, но всё же предложил разобраться в этом своим ученикам — Торричелли и Вивиани.

На протяжении многих веков величайшие ученые утверждали, что вакуум принципиально невозможен. Ибн-Синна (Авиценна), например, утверждал, что если где-либо на земле образуется вакуум, то само Небо расколется и спустится на Землю, дабы заполнить этот вакуум. Так постеленно возникло убеждение в том, что природа испытывает своего рода ужас перед вакуумом (horror vacui). Под вакуумом понимали пространство, лишенное воздуха. Поэтому считалось аксиомой, что получить безвоздушное пространство принципиально невозможно. Этой точки зрения придерживался и Галилей.

Первым, кто выступил с утверждением о существовании атмосферного давления, был «философствующий о природе и смеющийся над Аристотелем и всеми перипатетиками» Джованни Батиста Бальяни (1582-1666). В 1644 году он писал: «Мы погружены на дно безбрежного моря воздушной стихии, которая, как известно из неоспоримых опытов, имеет вес, причем он наибольший вблизи поверхности Земли...».

Трудно сказать, кто первым догадался, что высота поднятия жидкости за поршнем насоса должна быть тем меньше, чем больше её плотность. Так как ртуть в 13 раз плотнее воды, то высота её поднятия за поршнем будет во столько же раз меньше. Опыт был проведен В.Вивиани (1622–1703) по инициативе Торричелли. Стеклянная трубка длиной около 1 м, запаянная с одного конца, была заполнена ртутью. Отверстие трубки закрыли пальцем и опустили открытым концом вниз в просторный сосуд с ртутью. Оказалось, что если убрать палец, то столбик ртути в трубке опускается до высоты около 76 см, а над поверхностью ртути в трубке образуется разреженное пространство. Высота ртутного столба менялась в зависимости от погодных условий, и Торричелли заключил, что этой высотой измеряется давление воздуха (атмосферное давление). Построенный им агрегат был по существу первым барометром, и многие современные барометры по своей конструкции мало чем отличаются от трубки Торричелли.

Осмысливая результаты эксперимента, Торричелли делает два вывода: пространство над ртутью в трубке пусто (позже его назовут «торричеллиевой пустотой»), а ртуть не выливается из трубки обратно в сосуд потому, что атмосферный воздух давит на поверхность ртути в сосуде. Из этого следовало, что воздух имеет вес. Это утверждение казалось настолько невероятным, что не сразу было принято учёными того времени.

В 1644г. Торричелли изобрёл ртутный барометр. Объяснил ветер изменениями атмосферного давления. Прибор, изобретенный Торричелли, лишь в 1676 г. получил от Мариотта название «барометр». Необходимо подчеркнуть, что изобретение барометра явилось далеко не случайным результатом работ Торричелли, а представляло собою последовательный и неизбежный вывод из его работ по физике атмосферы.

Дальнейшие исследования подхватил француз Блез Паскаль, выразивший в числах зависимость высоты столба от тяжести воздуха в конкретный момент, таким образом дав человечеству возможность определять атмосферное давление.

Давление атмосферы можно измерять высотой соответствующего ртутного столба (выраженной обычно в миллиметрах). Если, например, говорят, что в каком-то месте атмосферное давление равно 760 мм рт. ст., то это означает, что воздух в данном месте производит такое же давление, какое производит вертикальный столб ртути высотой 760 мм. Большая высота ртутного столба соответствует и большему атмосферному давлению, меньшая — меньшему.

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: p = ρgh Подставляя в эту формулу значения ρ = 13595,1 кг/м3 (плотность ртути при 0 °С), g = 9,80665 м/с2 (ускорение свободного падения) и h = 760 мм = 0,76 м (высота столба ртути, соответствующая нормальному атмосферному давлению), получим следующую величину: p = 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.

В 1648 г. по поручению Паскаля Ф. Перье измерил высоту столба ртути в барометре у подножия и на вершине горы Пюи-де-Дом и полностью подтвердил предположение Паскаля о том, что атмосферное давление зависит от высоты: на вершине горы столб ртути оказался меньше на 84,4 мм.

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.

Э. Торричелли известен не только как физик, но и как математик. Его именем помимо "торричеллевой пустоты" названа одна из точек в треугольнике. Получается она так. Сначала на сторонах данного треугольника строятся равносторонние треугольники, потом вокруг каждого из них описывается окружность (она называется окружностью Торричелли). Оказывается, окружности Торричелли пересекаются в одной точке, которую называют точкой Торричелли.

В математике Торричелли развил «метод неделимых». Он применил его (хотя несколько позже Роберваля) для квадратуры циклоиды, а также для решения задач на проведение касательных. Вслед за Декартом он нашёл длину дуги логарифмической спирали. Обобщил правило квадратуры параболы на случай произвольного рационального показателя степени. При исследовании семейства парабол открыл понятие огибающей.

Независимо от французского ученого Ж. Роберваля он предложил оригинальный метод построения касательных к данной кривой и определил квадратуру циклоиды. В 1644 году вышел в свет сборник статей Торричелли, объединенных заглавием «Геометрические работы». Часть этих работ посвящается исследованию свободного падения и параболического движения брошенного тела.

Точка Торричелли — это точка в плоскости треугольника, сумма расстояний от которой до вершин треугольника имеет наименьшее значение.

Вопрос о нахождении такой точки имеет давнюю историю. Пьер Ферма сформулировал задачу: "Для трёх заданных точек найти четвёртую, такую что если от неё провести прямые линии до данных точек, сумма расстояний будет наименьшей".

Задачей интересовались крупнейшие ученые эпохи Возрождения — Вивиани, Кавальери, Торричелли и др. Задача Торричелли об отыскании точки, сумма расстояний от которой до трех данных точек минимальна, имеет большое применение в решении различных технико-экономических задачах. Например, рассмотрим такую задачу: в местах А, В, С добывается некоторые материалы, потребляемые на центральной станции Р. Где следует построить Р, чтобы стоимость доставки грузов из А, В, С в пункт Р была наименьшей? Ответ: Р — точка Торричелли для треугольника АВС. По этому принципу, например, размещён Череповецкий металлургический комбинат, проект которого разрабатывался учёными во главе с академиком И. П. Бардиным.

История гидравлики как науки начинается с Архимеда (287 - 212 гг. до н. э.), который в своем трактате О плавании тел заложил основы гидростатики. Им был разработан механизм для подъема воды, названный архимедовым винтом . Его работы послужили толчком к появлению ряда замечательных гидравлических аппаратов поршневого насоса Ктезибия, сифона Герона и многого другого. Однако на протяжении последующих семнадцати веков гидравлика не получила сколько-нибудь существенного развития. Лишь с конца XVI века знания человечества по гидравлике начинают пополнять трудами такие ученые, как Леонардо да Винчи (1452 - 1519), Симон Стевин (1548 - 1620), Галилео Галилей (1564 - 1642), Эванджелиста Торричелли (1608 - 1647), Блез Паскаль (1623 - 1662), Исаак Ньютон (1643 - 1727) и др.

В 1641г. он, независимо от Галилея, Торричелли доказал постулат о равенстве скоростей тяжёлых тел, падающих по наклонным плоскостям одинаковой высоты, установил параболический характер траектории движения тел, брошенных под произвольным углом к горизонту. В этом же году он сформулировал закон вытекания жидкости из отверстий сосуда и вывел формулу для определения скорости вытекания (формула Торричелли). Фактически это исследование заложило основу теоретического фундамента гидравлики, построение которого сто лет спустя завершил Даниил Бернулли.

Торричелли много занимался вопросами, касающимися вытекания струй жидкости из отверстий в стенках сосудов. Так, он установил, что эти струи имеют параболическую форму.

В его труде, посвященном движению жидкостей, можно прочитать: «Вырывающаяся из сосуда вода имеет в точке истечения ту же скорость, которую имело бы произвольное тяжелое тело, а значит, и отдельная капля той же воды, падая свободно с верхнего уровня этой воды до уровня отверстия».

Торричелли установил, что отношение скоростей, с которыми жидкости вытекают из отверстий, расположенных на разных расстояниях от поверхности жидкости, равно отношению корней квадратных от этих расстояний. Из этого следует, что количество жидкости, вытекающей за одинаковые времена из находящегося на горизонтальном дне сосуда отверстия, убывает в арифметической прогрессии, составленной из нечётных чисел.

Изготовив приспособление, позволявшее направлять вверх струю жидкости, вытекающей из сосуда, Торричелли убедился, что она поднимается ниже верхнего уровня жидкости в самом сосуде. Но он выдвинул и предположение, что дело здесь в сопротивлении, которое испытывает струя. Легко усмотреть в этом одну из самых первых догадок, относящихся к закону сохранения энергии.

Крупнейшие ученые Италии и за её рубежами признали Торричелли первоклассным математиком. И литературные дарования Торричелли не остаются незамеченными. Академия делла-круска (Accademia delja Crusca) во Флоренции, учреждение специально призванное культивировать красоту и чистоту итальянской литературной речи, избирает Торричелли своим сочленом и приглашает его прочесть там серию лекций.

Математики Маджотти и Кавальери, узнав о чести, которой удостоился их друг, высказали в личных письмах к нему ряд весьма саркастических замечаний по адресу академиков делла-круска, совершенно не сведущих в математике и физических науках. Однако эти замечания не смутили Торричелли, и он прочитал в Академии делла-круска 12 популярных лекций на самые различные темы. В одной из этих лекций «Похвальном слове математике» Торричелли не постеснялся высмеять «философов, считающих себя рожденными для науки, для знания», но оказывающихся круглыми невеждами в отношении машин и орудий, в которых превосходно разбираются простые необразованные люди.

Эти лекции были опубликованы Академией лишь в 1715 г. Лекциям предпослан любопытный акт. В нем значится, что высокоавторитетные, уполномоченные Академией лица, ознакомившись с текстом «Лекций» Эванджелисты Торричелли», «не обнаружили в них никаких погрешностей в языке». Следовательно, эти лекции признаны образцом безукоризненно чистой итальянской речи». И в этом вопросе Торричелли оказался достойным приемником Галилея.

Диалоги считаются по наше время бессмертными памятниками не только науки, но и художественной прозы. «Академические лекции» Торричелли, к сожалению, не переведенные на другие языки, отличаются от «Диалогов» Галилея известной вычурностью стиля, но представляют собою подлинно художественные произведения. Шесть из этих 12 лекций посвящены физическим вопросам и заслуживают самого серьезного внимания как популярное изложение воззрений и важнейших физических исследований Торричелли. Вместе с тем, «Академические лекции» Торричелли проникнуты насквозь столь характерным для эпохи Возрождения смелым духом борьбы против «философов-перипатетиков», т. е. против сторонников устаревших представлений Аристотеля, официально признанных единственными и непогрешимыми, согласными с учением католической церкви. Хотя в лекциях нигде не упоминается ни о Копернике, ни о системе мира вообще, но зато в них многократно пламенно прославляются заслуги Галилея.

Лекции «О легкости» и «О ветре» непосредственно связаны со знаменитым опытом Торричелли, приведшим его в 1644 г. к изобретению барометра. Великий герцог Тосканский, лично присутствовавший на демонстрации этого опыта, издал по такому поводу специальный декрет, в котором говорится: «За то, что Эванджелиста Торричелли благодаря доблести и удаче успешно осуществил это дело; за то, что им была открыта истина; за то, что им был опровергнут страх перед вакуумом; за то, что он расширил границы науки, мы объявляем славу бессмертному богу, а Эванджелисте Торричелли триумф».

В 1657 г. по инициативе Э. Торричелли и других ученых во Флоренции     возникла Академия опыта ( A ademia del imento ), просуществовавшая около 10 лет. Деятельность этой академии получила широкую известность в ученом мире и вместе с тем привлекла пристальное внимание католического духовенства, обеспокоенного весьма быстрым распространением идей естественнонаучного материализма. Вследствие происков флорентийского духовенства Академия и была закрыта. В 1667 г. вышел в свет том трудов Академии опыта , содержащий описание различных физических приборов  и инструментов.

Прогресс оптики начался в семнадцатом веке. Первый вопрос, который требовал ответа, состоял в том, как распространяется свет. Торричелли заметил, что поскольку можно видеть сквозь пустоту в верхней части его барометра, то свет может распространяться через вакуум и, следовательно, для передачи света не нужно никакой материальной среды. Это было очень загадочно, так как было известно, что звук, казавшийся подобным свету, передаётся через воздух. Загадка не была решена вплоть до середины девятнадцатого века.

Не следует забывать, что в XVII в. зрительные трубы имели первостепенное военное значение, ибо они позволяли заранее обнаружить врага и предупредить его внезапное нападение.

Кроме изготовления зрительных труб и телескопов, он занимался конструированием простых микроскопов, состоящих всего из одной крошечной линзы, которую он получал из капли стекла (расплавляя над пламенем свечи стеклянную палочку). Именно такие микроскопы получили затем широкое распространение.

У Торричелли было много учеников, он был широко известен не только в Италии, но и далеко за ее пределами.

Э. Торричелли, этот жуир и завсегдатай флорентийских погребов, исследовал центры тяжести тел вращения, усовершенствовал артиллерийский угломер. Он жил бурно тратил себя щедро и в трудах, и в досугах.

За пятилетний период пребывания во Флоренции Торричелли сумел развернуть кипучую деятельность в области физики и техники. Однако тяжелый недуг все сильнее подтачивал его организм. В октябре 1647 г. Торричелли слег, мучимый «лихорадкой» и страшными головными болями. Состояние больного ухудшалось, головные боли стали невыносимыми. Торричелли начал впадать.«в безумный яростный бред», как писал его друг Сиренаи, сообщая о надвигающейся катастрофе брату Торричелли. 24 октября 1647 г. Эванджелисты Торричелли не стало.

Торричелли умер в 39 лет, заразившись брюшным тифом. Всё своё имущество он оставил приёмному сыну Алессандро.

В один из моментов просветления сознания покойный продиктовал подробное завещание. Он поручал своим друзьям Кавальери и Риччи издание всех своих неопубликованных рукописей. Он просил похоронить его без всяких почестей, но в Базилике церкви св. Лавренция во Флоренции, если «отцы каноники сочтут его достойным этого». Ни один из этих пунктов последней воли Торричелли не был выполнен. Кавальери скончался через месяц после Торричелли, а Риччи так и не смог найти издателя рукописей. Неизданные рукописи трудов и переписки Торричелли передавались из рук в руки и уже в XVIII веке были наконец проданы... в мелочную лавку на обертку. Некий Клементо Нелли, купив в лавке колбасу и принеся домой сверток, с изумлением обнаружил в нем... автограф Галилея. Он скупил весь остаток рукописей, надеясь их опубликовать, но и ему это не удалось. В 1818 г. рукописи Торричелли были куплены тогдашним герцогом Тосканским и в 1861 г., наконец, поступили на хранение в Национальную библиотеку во Флоренции. Лишь в 1919 г. эти сохранившиеся рукописи были опубликованы. По-видимому, лучше всего сохранились математические труды. Бесследно пропала значительная часть работ по физике, механике и технике, а также все его литературные произведения. Каноники Базилики св. Лавренция, по-видимому, не сочли Торричелли «достойным» захоронения в храме. Он был похоронен где-то около церкви вместе с другими простыми прихожанами. Великий герцог собирался было поставить ему надгробный памятник, да так и не удосужился это сделать. Могила Торричелли затерялась и до сих пор не обнаружена...

Он унёс в могилу секрет изготовления сверхточных линз. Он писал: «К крайнему моему сожалению, я не могу раскрыть мой секрет, так как великий герцог предписал мне молчать о нём ...».

После смерти Торричелли разгадка его секрета хранилась в шкатулке, которая хранилась у его друзей. Через 300 лет его рукописи были опубликованы, но той, что была в шкатулке, не нашли. До сих пор никто не знает, где она, как и могила гениального флорентийца.

Сохранилась всего одна линза из множества, созданных Торричелли. Её диаметр – 83 мм, но по некоторым параметрам она превосходит качество самых современных линз.

В честь Торричелли названы: единица давления торр (миллиметр ртутного столба), крупный ударный кратер в Заливе Суровости на видимой стороне Луны (1935 г.), серия подводных лодок, лицей в Фаэнце, улица в Париже, астероид 7437.

Кто впервые измерил атмосферное давление как

Кто первым из ученых определил атмосферное давление?

Первым человеком, которому удалось измерить атмосферное давление, стал итальянский ученый Эванджелиста Торричелли. Результаты были получены в ходе проведения опытов в 1643 году.

Начало повышаться давление-это уже до конца жизни?

У меня у мамы недавно был гипертонический криз, за 160 перевалило. Очень испугалась за нее. Тоже давала ей Капотен. Хорошо, что в аптечке был. Покупали без рецепта, стоит недорого.

2 3 · Хороший ответ

Какое атмосферное давление в Москве является нормой?

Для Москвы (и области) в зимний период нормой можно считать атмосферное давление в 747-749 миллиметров ртутного столба.

Увеличение температуры также влияет на увеличение показателя. Так, 760 миллиметров ртутного столба — норма для теплого времени года.

1 0 1 · Хороший ответ

5. какова зависимость между осадками, температурами, поясами атмосферного давления, рельефом и господствующими ветрами? 6.

При теплой и жаркой погоде воздух нагревается. Нагретый воздух поднимается вверх, а там уже воздух холоднее — и нагретый воздух охлаждается до точки росы, возникают осадки.

Также и с давлением. При теплой погоде воздушные массы нагреваются и стремятся вверх, таким образом создавая на территории области пониженного давления.

1 2 · Хороший ответ

Как учёные обнаружили, что скорость света — предел?

Все слышали про общую теорию относительности, и все примерно представляют себе ее тезисы. Вспомним один из них.

Время относительно. Это буквально означает, что если двигаться мимо совершенно точных и исправных часов (с любой скоростью), они покажутся вам идущими медленно. Одна секунда на них будет длиться для вас дольше секунды — тем дольше, чем быстрее вы двигаетесь. Но та же одна секунда этих часов будет длиться ровно одну секунду для того, кто в этот момент просто стоит возле них.

То же происходит с пространством. Если вы двигаетесь навстречу шару и каким-нибудь образом успеете на ходу измерить его диаметр, выставив линейку по направлению движения, окажется, что шар для вас стал сплюснутым. Да, верно: тем более сплюснутым, чем быстрее вы двигаетесь.

И вот мы двигаемся все быстрее. Еще быстрее, еще быстрее. Шары на нашем пути сплющиваются, часы на нашем пути замедляются. Они делают это с экспоненциальной скоростью: сначала чтобы заметить разницу нужно разогнаться очень сильно, чуть позже уже малейший прирост в скорости будет давать заметный невооруженным взглядом эффект сжатия. И так до тех пор, пока. пока все шары вокруг вас не станут дисками нулевой толщины с нулевым расстоянием между ними. Пока все часы не остановятся. Расстояние до любого объекта впереди или позади будет равно нулю, секунда на чужих часах будет длиться бесконечно. С вашей точки зрения вы будете находиться во всех точках своей траектории одновременно, а понятие времени или изменения просто исчезнет. Прошлое и будущее, равно как направления «вперед» и «назад» перестанут иметь для вас смысл.

Конечно, сделать этого вы не сможете, потому что у вас есть масса: вы сможете бесконечно приближаться к этой границе, но никогда не достигнете ее. Это асимптота на графиках восприятия пространства и времени. Но у света массы нет, и для него те же графики совпадают с асимптотами.

Строго говоря, называть эту скорость «скоростью света» не совсем точно. Это предел кривизны пространства и времени. Что угодно, не имеющее массы, окажется именно в этом пределе. Свету повезло быть именно такой сущностью, но с тем же успехом мы могли бы назвать эту величину «скоростью немассивных тел».

Свет движется с этой скоростью, потому что у него нет массы, а не сама скорость стала максимальной благодаря свету. Забудьте про свет. Представьте себе, каково быть объектом без массы, для которого перестало существовать время и пространство. Скорость — это расстояние, проходимое в единицу времени. Как можно развить скорость еще выше, когда расстояния и времени для вас уже не существует?

Источник

Атмосферное давление. Урок 13

Земля путём силы гравитации притягивает к себе молекулы воздуха. Они имеют вес, а значит создают давление как внутри самой атмосферы, так и на её границе с различными телами на земной поверхности. Атмосферное давление – это сила, с которой воздух давит на земную поверхность и на все находящиеся на ней предметы.

Атмосферное давление изменяется с высотой и зависит от погодных условий: температуры воздуха и перемещения воздушных масс в вертикальном направлении (конвекции). Вблизи земной поверхности оно приблизительно равно 10 5 Па (в интернациональной системе (СИ) давление измеряется в Паскалях – русское Па, международное – Pa).

За нормальное атмосферное давление принято давление ртутного столба высотой 76 см сечением в 1 см 2 на уровне моря на широте 45° при температуре 0°С. Оно равно 760 мм рт. ст.(101325 Па, но реально берётся 100 000 Па) – это 1 атмосфера (атм.).

Атмосферное давление по-традиции измеряют в миллиметрах ртутного столба, современные аналоги этой меры – миллибары и гектопаскали. Один Паскаль – это давление силой в 1 Ньютон (Н), приходящееся на площадь 1 м 2 .

Интересно, что среднее давление атмосферы на поверхности Марса в 160 раз меньше, чем у поверхности Земли.

Как заметить атмосферное давление?

Хотя молекулы газа не имеют запаха и цвета, они постоянно взаимодействуют с рецепторами нашей кожи, сдавливают со всех сторон все предметы, заполняют пустоты, а их быстрое перемещение в горизонтальном направлении, называемое ветром, может сбить нас с ног. Доказать, что атмосферное давление существует, можно при помощи простых опытов.

Опыт 1 – «Непроливайка»

В стакан налить воды до краёв. Прикрыть его листком плотной бумаги и, придерживая бумагу ладонью, быстро перевернуть стакан кверху дном. Убрать ладонь. Вода из стакана не выльется, так как на бумагу снизу давит атмосфера.

Объяснение: фраза «на нас давит столб атмосферного воздуха», иногда употребляемая, в том числе и в школьных учебниках, некорректна. Она произносится по ассоциации с силой давления, действующей со стороны твёрдого тела. Эта сила действует на тела, расположенные ниже, и не действует на тела сбоку или, тем более, сверху данного тела. Иное дело давление жидкости или газа.

По закону Паскаля давление передаётся не только в точки на дне сосуда, но также и в точки на стенках и крышке. Силы гидростатического и атмосферного давлений действуют перпендикулярно произвольно ориентированной поверхности тела, контактирующей со средой, и могут иметь любое направление.

Воздух, давящий на бумагу снизу наполненного стакана – это доказательство несостоятельности такой ассоциации. Интересно, что если стакан наполнить водой только наполовину, то оставшийся воздух будет давить с такой же силой, как и наружный, и бумага не удержит воду (и воздух) в стакане.

Опыт 2 – «Сухим из воды»

Положить на плоскую тарелку монету или металлическую пуговицу и налить воды. Монета окажется под водой. Наша задача – выловить монету голыми руками, не замочив их.

Зажгите внутри сухого стакана бумагу и, когда воздух нагреется, опрокиньте стакан на тарелку рядом с монетой так, чтобы монета не очутилась под стаканом. Ждать придётся недолго. Бумага в стакане сразу погаснет, и воздух начнёт остывать. По мере его остывания вода будет втягиваться стаканом и вскоре вся соберётся там, обнажив дно тарелки.

Объяснение: когда воздух в стакане нагрелся, он расширился, как и все нагретые тела, избыток его нового объёма вышел из стакана. Когда же оставшийся воздух начал остывать, его стало недостаточно, чтобы в холодном состоянии оказывать прежнее давление, уравновешивать наружное давление атмосферы. Теперь вода под стаканом испытывает на каждый сантиметр своей поверхности меньшее давление, чем в открытой части тарелки. Неудивительно, что она вгоняется под стакан, втискиваемая туда избытком давления наружного воздуха. Вода вдавливается воздухом!

По этой же теме посмотрите эксперимент программы «Галилео».

Почему мы не чувствуем атмосферное давление?

Зная, что 1 м 3 воздуха при температуре 0° на уровне моря весит 1,3 кг, легко подсчитать, что на крышу дома, имеющую площадь, например 100 м², атмосфера давит с силой 10 7 Н, что соответствует весу тела массой 1000 т. Однако крыша дома не проваливается.

Площадь спины лежащего на пляже человека заведомо больше 0,2 м 2 ; следовательно, атмосфера давит на спину человека с силой, большей чем 20 000 Н, что соответствует камешку массой 2 т. Однако человек вообще не ощущает никакого давления сверху.

Опыт «Сухим из воды» демонстрирует нам ещё и доказательство внутреннего давления, уравновешивающего наружное давление атмосферы.

Мы не чувствуем давления воздуха, потому что давление атмосферы равномерно распределяется со всех сторон и потому что внутри нас есть такое же давление воздуха и жидкости, а адаптационные способности организма постоянно уравновешивают внутреннее давление, подстраивая его под изменение атмосферного. Но адаптации проходят только в небольшом интервале.

Если люди живут длительное время на большой высоте, то их организм приспосабливается как к меньшему количеству кислорода, так и к более низкому давлению. Самые высокогорные поселения мира:

• Ла-Ринконада (Перу) – 5100 м;
• Эль-Альто (Боливия) – 4150 м;
• Потоси (Боливия) – 4090 м;
• Лхаса (Т ибет) – 3650 м;
• Намче-базар (Непал) – 3450 м;
• в России это Куруш (Дагестан) – 2600 м.

Посёлок золотоискателей Ла Ринконада-Ананея, 5100 м.
Автор: IJISCAY

А вот рыбы, живущие на глубине океана, привыкли к более высокому давлению, и быстро перестроиться их организм не способен. Их тело адаптировалось к нему, и внутреннее давление его намного выше 1 атм. Поэтому когда их достают из глубины, они взрываются из-за высокого внутреннего давления. То же произошло бы и с человеком в безвоздушном пространстве (в космосе).

Фильм по теме «Атмосферное давление и самочувствие человека».

Из истории открытия знаний о весе, давлении воздуха и изобретении барометра

О том, как измерить атмосферное давление, догадался итальянский математик и физик, выпускник иезуитского колледжа Э. Торричелли . Вместе с В. Вивиани – юным учеником Галилея – он провёл опыты по его измерению. Торричелли тоже был одним из последних учеников Галилея, и основываясь на его догадках доказал, что воздух имеет вес и оказывает давление.

Эванжелиста Торричелли и его барометр.
Автор: Saperaud

Торричелли впервые открыто выступил против догм Аристотеля. Рассуждая о насосе, он заявил, что

«прежде всего вода поднимается вслед за поршнем вовсе не потому, что «природа боится пустоты», просто воду гонит в насос давление, которое оказывает воздух на поверхность реки. В трубе же насоса, под поршнем, воздуха нет, поэтому вода входит в неё до тех пор, пока вес водяного столба в трубе насоса не уравновесит наружное давление воздуха».

Но доказал он это немного позже. Предложенный им опыт был осуществлён в 1643 г. В этом опыте использовалась запаянная с одного конца стеклянная трубка длиной около 1 м. Её наполняли ртутью и, закрыв пальцем (чтобы ртуть не выливалась раньше времени), перевернув, опускали в широкую чашку со ртутью.

Часть ртути из трубки выливалась, и в её верхней части образовывался вакуум (первая настоящая пустота, обнаруженная на Земле – Торричеллиева пустота ). При этом высота столба ртути в трубке оказалась равной примерно 760 мм (если отсчитывать её от уровня ртути в чашке). Воздух давил на ртуть чашки и не давал вылиться из трубки.

Учёный также догадался, что давление атмосферы связано с изменением погоды. Наблюдая за высотой ртутного столба в трубке, Торричелли заметил, что атмосферное давление непостоянно и зависит от «теплоты или холода». Столбик в трубке то опускался, то поднимался, указывая на нужное деление шкалы. Вот почему в качестве одной из единиц давления взят миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). Тяжесть по-гречески «барос», и прибор Торричелли стали называть барометром .

Принцип действия барометра Торричелли

О давлении и весе воздуха почти одновременно с Торричелли догадался и другой известный учёный того времени – Декарт . Он объяснил, почему из продырявленного на дне флакона при закрытой крышке духи не вытекают, а при открытой вытекают, именно разностью в давлении воздуха на разные площади поверхности. Когда крышка флакона закрыта, поверхностное натяжение воды на небольшом отверстии способно удерживать жидкость во флаконе. При открытой крышке оно преодолевается силой давления воздуха и духи начинают вытекать. Декарт выдвинул гипотезу, что с высотой воздух становится реже, а значит, должно уменьшаться и его давление.

Уже после опытов Торричелли Декарт поручил талантливому французскому математику и физику Блезу Паскалю проверить его догадку – верно ли, что давление с высотой убывает. Для этого он должен был подняться в горы с трубкой Торричелли. Опустившийся вниз столбик ртути на высоте горы Пюи де Дом подтвердили гипотезы Торричелли и Декарта.

Паскаль сделал вывод:

«законы давления жидкостей, известные ещё со времён славного Архимеда и развитые голландцем Симеоном Стевином, во многом справедливы и для воздуха».

Давление воздуха не замечается человеком, потому что по законам давления в жидкостях и газах оно направлено и в стороны, и вниз.

Как измеряют атмосферное давление?

Барометр Торричелли используют до сих пор. Этот простой прибор помогает определить примерную высоту над уровнем моря. Альпинисты берут его с собой высоко в горы. Барометр – обязательный прибор кабины каждого летательного аппарата, будь то самолёт или спутник Земли. В наши дни его «братья» спускаются и на дно морей. Из высотомеров они превратились в глубиномеры.

За три с лишним века барометры изменились: стали автоматическими, самозаписывающими, научились управлять другими механизмами.

Ртутный барометр измеряет атмосферное давление с наибольшей точностью

На метеорологических станциях давление атмосферного воздуха измеряют всё те же ртутные барометры , так как они обладают наибольшей точностью. Они работают по тому же принципу, что и изобретение Торричелли.

При измерении величины давления вводят поправки на температуру, так как при повышении температур, ртуть и шкала барометра расширяются. На практике пользуются готовой таблицей поправок, которая сразу же даёт нужную величину.

Мембранные барометры

Для измерения атмосферного давления применяют также мембранные манометры . Простейший мембранный манометр показан схематически на рис 1.

Рис. 1. Мембранный барометр

Тонкая упругая пластинка-мембрана 1 герметически закрывает коробку 2 , из которой откачана часть воздуха. С мембраной соединён указатель 3 , поворачивающийся около О на угол, зависящий от степени прогиба мембраны, которая в свою очередь зависит от разности измеряемой силы давления воздуха вне коробки и внутри коробки.

Такие манометры называют барометрами-анероидами . Их градуируют и выверяют по ртутному барометру. Они менее точны, зато более удобны в обращении, поскольку не содержат ртути. При определении давления анероидом вносятся три поправки (на шкалу, на температуру и дополнительная на прибор), указанные в сертификате прибора. Анероид может давать надежные показания только в том случае, если он время от времени подвергается тщательной проверке.

Барометр-анероид.
Изображение Wolfgang Eckert с сайта Pixabay

Анероид может быть градуирован непосредственно на высоту атмосферы. Такие анероиды называют альтиметрами ; или высотомерами , они используются в авиалайнерах и позволяют пилоту контролировать высоту полёта.

Высотомер Булова Б-11, с самолёта-истребителя.
Автор: Дозиметр

Для непрерывной регистрации изменения атмосферного давления применяется самопишущий прибор — барограф . Приёмной частью барографа является несколько соединённых между собой малых анероидных коробок.

Другие приборы

Гипсотермометр (гипсометр, термобарометр, баротермометр ) — прибор для измерения атмосферного давления по температуре кипящей жидкости (обычно воды). Он более точен, чем анероид.

Состоит из кипятильника и термометра со шкалой, разделённой на 0°,01. Этот прибор обычно применяется в экспедиционных условиях для барометрического нивелирования.

Штормгласс – это химический или кристаллический барометр, состоящий из стеклянной колбы или ампулы, заполненных спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, нашатырь и калийная селитра.

Этим химическим барометром активно пользовался во время своих морских путешествий английский гидрограф и метеоролог, вице-адмирал Роберт Фицрой , который тщательно описал поведение барометра, это описание используется до сих пор. Поэтому штормгласс также называют «Барометром Фицроя». В 1831–1836 гг. Фицрой возглавлял океанографическую экспедицию на корабле «Бигль», в которой участвовал Чарльз Дарвин .

Весной и осенью резкое падение показателей барометра предвещает ветреную погоду. Летом, в сильную жару, оно предупреждает о грозе. Зимой, особенно после продолжительных морозов, быстрое падение ртутного столба говорит о предстоящей перемене направления ветра, сопровождающейся оттепелью и дождём. Напротив, повышение ртутного столба во время продолжительных морозов предвещает снегопад.

Закономерности в изменении атмосферного давления и способ использования этих знаний

Почти вся масса атмосферы Земли сосредоточена в слое высотой примерно до 50 км. По достижении высоты 50 км ускорение свободного падения уменьшается всего лишь на 1,5% по сравнению с ускорением на уровне моря; поэтому можно принять, что в пределах всего 50-километрового слоя атмосферы ускорение свободного падения остается равным g = 9,8 м/с 2 .

Представляя атмосферный воздух в виде сплошной среды, мы, конечно, не должны забывать, что в действительности это газ. Давление — статистическая величина, выражаемая через усреднённый по многим молекулам квадрат скорости их хаотического движения. Сила давления на любую реальную или мысленно выделенную площадку в газе обусловлена хаотической бомбардировкой этой площадки множеством молекул.

Давление понижается с высотой и повышается при спуске в глубокие шахты. Причина – в разрежении воздуха (уменьшении плотности) с подъёмом и уплотнении со спуском, ведь он притягивается землёй и около неё сосредоточена основная его масса. В нижней тропосфере давление с высотой уменьшается примерно на 1 мм на каждые 10,5 м. Это позволяет с помощью барометра-высотомера определять высоту места.

Как изменяется атмосферное давление с высотой?

На самом деле эта закономерность соблюдается только до высоты в 1 км. Расстояние в метрах, на которое надо подняться или опуститься, чтобы атмосферное давление изменилось на 1 мб, называется барической ступенью. Барическая ступень на высоте от 0 до 1 км составляет 10,5 м, от 1 до 2 км – 11,9 м, на высоте 2-3 км барическая ступень равна 13,5 км. Величина барической ступени зависит от температуры. В тёплом воздухе она больше. Более точно барометрическая формула описана тут: https://ru.wikipedia.org/wiki/

На практике же часто пользуются особыми таблицами, которые позволяют более или менее приблизительно получать данные о высотах. Но для решения задач, не требующих высокой точности, можно пользоваться и средним значением. Можно оценить давление по разности высот, высчитать высоту по разности давления.

Задача 1

Альпинисты поднимаются на гору, высота которой 5100 м. У подножия горы давление составляет 720 мм рт. ст. Какое давление будет на вершине?

При подъёме на 10,5 м давление снижается на 1 мм рт. ст.

1) Узнаем, на сколько мм. рт. ст. снизится давление при подъёме на эту гору. 5100:10,5=486 (на 486 мм рт. ст.)

2) Узнаем, каким будет давление на вершине. 720-486=234 (мм рт. ст.)

Ответ: На вершине будет давление в 234 мм рт. ст.

Задача 2

Определите, на какой высоте летит самолёт, если за бортом давление 450 мм рт. ст., а у поверхности Земли 750 мм рт. ст.

1) Определяем разность в давлении. 750-450=300 мм рт. ст. – столько раз по 10,5 метров поднялся самолёт.

2) Узнаем, на сколько метров поднялся самолёт. 10,5 Х 300 = 3150 (м)

Ответ: самолёт на высоте 3150 м.

Задача 3

У подножия холма барометр показывает давление – 761 мм рт. ст., а на вершине – 761 мм рт. ст. Чему равна высота холма?

Задача решается по тому же принципу, что и предыдущая.

1) 761-750=11 (мм рт. ст.)

2) 11 Х 10,5 = 115,5 (м)

Ответ: высота холма равна 115,5 м.

Атмосферное давление постоянно изменяется

Плотность воздуха зависит от температуры, температура же и является главной причиной изменения давления воздуха. Давление тёплого воздуха меньше, чем холодного. Это объясняется тем, что при нагревании воздух, как и все предметы, расширяется, его объём увеличивается и он перетекает в верхние слои на место менее нагретого воздуха, что приводит к уменьшению давления около земной поверхности.

На климатических и синоптических картах точки с одинаковыми показателями давления, приведённые к уровню моря, соединяют изолиниями, называемыми изобарами . Изобары бывают замкнутыми и незамкнутыми. Система замкнутых изобар с пониженным давлением в центре (Н) называется барическим минимумом , или циклоном . Система замкнутых изобар с повышенным давлением в центре (В) называется барическим максимумом , или антициклоном . Незамкнутые системы изобар – барический гребень, ложбина и седловина .

Все барические области делят на две группы: постоянные и сезонные (сохраняют характерные особенности давлений в течение определенного периода года).

Пояса давления на Земле

Давление на Земле распределяется зонально. В обобщённом виде эту зональность представляют в виде поясов:

• на экваторе расположен пояс низкого давления – экваториальная депрессия;
• к югу и северу от экватора до 30-40° широты – пояс повышенного давления;
• на 60-70° с. и ю. ш. – пояса пониженного давления;
• приполярные районы – пониженное давление.

Пояса атмосферного давления на Земле

На самом деле реальная картина распределения давления на поверхности земли гораздо сложнее.

Постоянные барические области

Постоянным остаётся экваториальный пояс пониженного давления, только смещая ось вслед за Солнцем. В июле она перемещается в Северное полушарие на 15-20° с. ш., в декабре – в Южное, на 5° ю. ш. Зимой над океаном и над сушей возникает сплошной пояс повышенного давления. Летом повышенное давление сохраняется над океанами, а над сушей образуется термическая депрессия и понижение давления. Постоянны и барические максимумы Антарктиды и Гренландии.

Над незамерзающими океанами и тёплыми течениями умеренной зоны и зимой и летом ярко выражены барические минимумы:

Сезонные барические области

30-40° широты

Только зимой тут действительно наблюдается пояс высокого давления. Летом над материком оно становится низким, а над океанами, прогревающимися медленно, давление остаётся высоким и даже повышается. Другими словами барические максимумы в течение всего года здесь сохраняются только над океанами:

• Северо-Атлантический;
• Северо-Тихоокеанский;
• Южно-Атлантический;
• Южно-тихоокеанский;
• Южно-Индийский.

Умеренные и субполярные

В умеренных и субполярных широтах северного полушария, где чередуются океаны и материки, давление над сушей и водой различное, особенно зимой. Над сушей летом – минимум, а зимой – максимум. Летом же во всём поясе давление пониженное. Зимой над охлаждёнными материками давление высокое, здесь возникают сезонные барические максимумы:

• Азиатский, с центром над Монголией;
• Северо-Американский (Канадский).

Суточное колебание давления атмосферы

Наблюдается и суточное колебание давления. Ночью наблюдается один максимум, а днём – один минимум. Дважды за сутки, утром и вечером, оно повышается и столько же раз понижается, после полуночи и после полудня.

Изменение давления в течение суток связано с температурой воздуха и зависит от её изменений. Годовые изменения зависят от нагревания материков и океанов в летний период и их охлаждения в зимнее время. Летом область пониженного давления создается на суше, а область повышенного давления над океаном.

Минимальная величина атмосферного давления – 641,3 мм рт.ст или 854 мб – была зарегистрирована над Тихим океаном в урагане «Ненси», а максимальная – 815,85 мм рт.ст. или 1087 мб – в Туруханске зимой. Максимальное давление в России зарегистрировано в Красноярском крае в 1968 г – 870 мм рт. ст.

Все барические системы оказывают большое влияние на воздушные течения, погоду и климат на значительных территориях. О вызываемых ими ветрах мы поговорим в следующий раз.

Тест для закрепления изученного материала

Тест по теме: «Атмосферное давление»

1. Томилин А. Н., Теребинская Н. В. Для чего ничего? Очерки. /Л., «Дет. лит.», 1975.
2. Я. И. Перельман. Занимательные задачи и опыты. — М.: «Детская литература», 1972.
3. Физическая география: Справ. пособие для подгот. отд. вузов/Г. В. Володина, И. В. Душина, С. Г. Любушкина и др.; Под ред. К. В. Пашканга — М.: Высш. шк., 1991.
4. Тарасов Л. В. Атмосфера нашей планеты. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012.
5. Савцов Т. М. Общее землеведение: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений — М.: Издательский центр «Академия», 2003
6. Дронов В. П. Землеведение. 5-6 кл.: Учебник/В. П. Дронов, Л. Е. Савельева. 5-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2015.
7. География 5-6 классы: учеб. для общеобразоват. учреждений / А. И. Алексеев, Е. К. Липкина, В. В. Николина и др.; Под ред А. И. Алексеева. — М.: Просвещение, 2012.

Вам будет интересно

Часто в так называемых исторических фильмах мы видим, как хрупкие девушки натягивают средневековый боевой лук…

Река рождается при таянии ледника, из озера или родника. Текущая вода активно меняет пейзаж, вызывает…

Численность населения мира продолжает увеличиваться. В этом можно убедиться, проанализировав график динамики количества людей в…

Коала (Phascolarctos cinereus, Goldfuss, 1817) – единственный современный вид животных из рода коалы, семейства коаловые,…

2 комментария

Не понимаю. В данный момент 23 августа 2020 года в Антарктиде давление 466 мм рт с
В Гренландии 547. Перепроверил.

Здравствуйте, Иван, думаю, что всё объяснимо: Антарктида — самый высокий материк земли, он в 3 раза выше остальных материков. А мы знаем, что чем выше подъём, тем ниже атмосферное давление. А рядом с Гренландией расположен Исландский минимум — область пониженного атмосферного давления.

Источник

2. Изменение атмосферного давления. Опыт Торричелли. Ртутный барометр

Опыт Торричелли

Способ измерения атмосферного давления предложил в XVII веке итальянский учёный

Эванджелиста Торричелли, ученик Галилея, проделав нижеописанный опыт.

 

 

Торричелли наполнил ртутью стеклянную трубку длиной около \(1\) м, запаянную с одного конца. Плотно закрыв открытый конец трубки, он её перевернул, опустил в чашку с ртутью и под ртутью открыл конец трубки. Часть ртути вылилась в чашку, а часть её осталась в трубке. Высота столба ртути, оставшейся в трубке, оказалась равной примерно \(760\) мм. Над ртутью в трубке образовалось безвоздушное пространство.

Измерив высоту столба ртути, можно рассчитать давление, которое производит ртуть. Оно и будет равно атмосферному давлению.

Атмосферное давление равно давлению столба ртути в трубке.

pатм=pртути=ρgh=13600⋅9.8⋅0.76=101293(Па)

На практике атмосферное давление можно измерять высотой ртутного столба (в миллиметрах или сантиметрах).

Если, например, атмосферное давление равно \(780\) мм рт. ст., то это значит, что воздух производит такое же давление, какое производит вертикальный столб ртути высотой \(780\) мм.

 

Если атмосферное давление уменьшается, то столб ртути в трубке Торричелли понижается. 
Чем больше атмосферное давление, тем выше столб ртути в опыте Торричелли. 

 \(1 \)мм рт. ст. \(= 133,3\) Па.
 \(1013\) гПа (гектопаскали) — это то же самое, что и \(760\) мм рт. ст.

 

 Видео «Атмосферное давление. Опыт Торричелли»:

 

Ртутный барометр

 

Если к трубке с ртутью, использовавшейся в опыте Торричелли, прикрепить вертикальную шкалу, то получится простейший прибор — ртутный барометр (от греч. «барос» — тяжесть, «метрео» — измеряю).

 

Он служит для измерения атмосферного давления по высоте столба ртути в запаянной сверху трубке, опущенной открытым концом в сосуд с ртутью.

 

Ртутные барометры наиболее точные приборы, поэтому ими оборудованы метеорологические станции и проверяется работа других видов барометров.

Источники:

Пёрышкин А.В. Физика. 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений, — 13-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2009. — 192 с.: ил.

1648 год — Блез Паскаль открыл атмосферное давление — История — EADaily

19 сентября 1648 года французский математик, механик, физик, литератор и философ Блез Паскаль, в ходе опытов в городе Руан (Франция) сумел экспериментально доказать существование атмосферного давления.

Наличие атмосферного давления стало для человечества настоящей сенсацией в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами — вода не поднималась выше 10,3 метров. Поиски причин этого и опыты с более тяжёлым веществом — ртутью, предпринятые Эванджелистой Торричелли, привели к тому, что в 1643 году он доказал, что воздух имеет вес.

В конце 1646 года весть об этих удивительных опытах докатилась до французского города Руана, где в то время жил Блез Паскаль. Этому знаменитому математику, физику и мыслителю — была присуща удивительная разносторонность, которая характерна для людей эпохи Возрождения.

Паскаль с увлечением стал повторять тосканские опыты, экспериментируя не только с ртутью (как Торричелли), но и с водой, маслом, красным вином. Для всего этого ему потребовались бочки вместо чашек и трубки длиной около 15 м. Эти эффектные опыты проводились прямо на улицах Руана, собирая толпы зевак.

Паскаль верил, что в трубке Торричелли действительно есть пустота, и упорно искал этому доказательство. Решающий эксперимент был проведен 19 сентября 1648 года. По просьбе ученого его зять Флорен Перье проделал опыт, доказавший существование атмосферного давления и опровергший утверждение Аристотеля о том, что «природа боится пустоты».

Стоит сказать, что для такого научного вывода нужно было обладать немалым гражданским мужеством. В те времена во Франции за выступление против учения Аристотеля вполне можно было заработать звание «еретика» и даже угодить на каторгу.

Суть опыта состояла в том, чтобы при помощи запаянной с одного конца стеклянной трубки, опрокинутой другим концом в чашечку с ртутью, определить на какую высоту поднимается в ней жидкий металл у подножия и на вершине горы Пюи-де-Дом (1647 метров) в Клермоне.

Как Паскаль и предполагал, на вершине столбик ртути остановился на более низкой отметке — ведь там толща земной атмосферы ровно на 1647 метров меньше. При такой высоте горы разница уровней ртути составила более 8 см, что по словам Перье «повергло свидетелей эксперимента в удивление и восхищение».

В честь этого открытия единицу измерения давления назвали «паскалем». А помощь зятя ученому понадобился потому, что сам он передвигался на костылях и подняться на гору был просто не в состоянии.

Также в этот день:

1888 год — состоялся первый конкурс красоты

1356 год — битва при Пуатье (Столетняя война)

Кто первым измерил атмосферное давление?

Любой газ, в том числе и воздух, окружающий Землю, имеет вес. С помощью барометра можно даже измерить давление, которое он оказывает на предметы. А зная атмосферное давление, легче предсказывать погоду или, например, определять высоту полета самолета.

В 1643 году итальянский физик и математик Торричелли изобрел ртутный барометр. Тем самым он показал, что давление воздуха может быть измерено. Атмосферное давление различно в горах и на уровне моря, оно также зависит от погоды.

Перед дождем оно падает, а перед улучшением погоды — поднимается. Когда самолет набирает высоту, давление уменьшается (на 1 сантиметр ртутного столба за каждые 100 метров), и наоборот, при снижении самолета оно увеличивается. Так с помощью барометра можно определять высоту полета. Более точный прибор для определения высоты называется альтиметром. Принцип его работы — почти тот же, что и у барометра.

Профессор Знаев - Как у физиков «появилось» атмосферное давление

Имя Эванджелисты Торричелли (1608–1647) навсегда вошло в историю физики как имя человека, впервые доказавшего существование атмосферного давления и создавшего первый барометр.

До середины XVII в. считалось бесспорным утверждение древнегреческого ученого Аристотеля о том, что вода поднимается за поршнем насоса потому, что «природа не терпит пустоты». Однако при сооружении фонтанов во Флоренции обнаружилось, что всасываемая насосами вода не желает подниматься выше 34 футов. Удивленные строители обратились за помощью к Галилею, который пошутил, что, вероятно, природа перестает бояться пустоты на высоте более 34 футов, но все же предложил разобраться в этом своим ученикам.

Эванджелиста Торричелли

Трудно сказать, кто первым догадался, что высота поднятия жидкости за поршнем насоса должна быть тем меньше, чем больше ее плотность. Поскольку плотность ртути в 13 раз больше, чем у воды, высота ее поднятия за поршнем будет во столько же раз меньше.

Подобный опыт, проведенный Вивиани по инициативе Торричелли, предоставлял возможность «перейти» с уличной площадки в лабораторию, что и было сделано.

Осмысливая результаты эксперимента, Торричелли делает два вывода: пространство над ртутью в трубке является пустым (позже его назовут «торричеллиевой пустотой»), а ртуть не выливается из трубки обратно в сосуд потому, что атмосферный воздух давит на поверхность ртути в сосуде.

Из этого следовало, что воздух имеет вес! Это утверждение казалось настолько невероятным, что не сразу было принято учеными того времени.

Заметим, что о результатах своих опытов Торричелли сообщил своему другу М. Риччи, который жил в Риме. Хотя это письмо не было напечатано, оно разошлось в списках по всей Европе и вызвало появление работ других авторов (в том числе Б. Паскаля, О. Герике, Р. Бойля).

В своем письме Торричелли рассказывает: «…Я уже писал ранее, что занимаюсь разработкой определенного философского експеримента, имеющего отношение к пустоте, не для того, чтобы просто создать пустоту, а для того, чтобы сделать прибор, который показывал бы изменения в воздухе…»

Отсюда легко увидеть попытки создать то, что мы сейчас называем барометром – прибором для измерения атмосферного давления!

Дальше Торричелли пишет: «Мы живем, погруженные на дно океана воздушной стихии, о которой благодаря достоверным опытам известно, что воздух имеет вес, причем наибольшая его плотность – вблизи земной поверхности, где воздух имеет вес, составляющий примерно 1/400 веса воды». (Заметим, что значение, которое привел Торричелли, сейчас установлено с большей точностью.)

Таким образом, именно Торричелли дал нам понять, что воздух имеет определенную массу и действует с определенной силой – силой атмосферного давления, как говорят сейчас.

Открытие атмосферного давления и опыты с вакуумом способствовали разрушению одного из заблуждений – «страха пустоты». Устранение этой ошибки положительно сказалось на проведении дальнейших научных исследований.

В XVII–XVIII вв. опыты с пустотой вызывают большой интерес, наряду с учеными ими с увлечением занимаются и дилетанты. Появляются различные конструкции вакуумных поршневых насосов механического и ртутного типов.

Из опыта Торричелли позже родилась научная метеорология, однако окончательное признание его выводы получили лишь благодаря опытам замечательного французского математика и физика Блеза Паскаля.

Любознательный исследователь и по совместительству бургомистр Магдебурга Отто фон Герике тоже не остался в стороне от интересных свойств воздуха.

Он решил на опыте проверить возможность создания пустоты (вакуума), что привело его к изобретению воздушного насоса (1650 г.).

В 1654 г. Герике продемонстрировал с его помощью существование давления воздуха (знаменитый опыт с «магдебургскими полушариями»), определил его плотность, показал, что звук не распространяется в пустоте, что животные в безвоздушном пространстве гибнут и т. д.

Из-за занятости Герике часто не успевал собственноручно описать свои опыты, поэтому это делал с его разрешения профессор математики К. Шотт. Именно из книг Шотта другие ученые узнали об опытах Герике. Только в 1672 г. вышла в свет книга самого О. Герике «Новые, так называемые магдебургские, опыты о пустом пространстве». Этот труд стал одним из символов экспериментальной науки того времени.

Отто фон Герике

Книга знаменитого ученого содержала несколько разделов, представляющих интерес и сейчас. Один из них – «Первый опыт создания пустоты путем отбора воды». Герике описывал его так: пивная бочка сначала заполнялась водой и герметично закрывалась. К нижней части бочки была прикреплена металлическая трубка, с помощью которой можно было «отбирать» воду. Вода из-за своего веса должна опускаться и оставлять над собой в бочке пространство, свободное от воздуха.

Герике достаточно подробно рассказывает о первом неудачном опыте (лопнули железные болты и связи на бочке!) и о усовершенствованиях, которые пришлось сделать.

Опыт Герике

Далее Герике описывает устройство, предназначенное, по его словам, для создания пустоты. Исследователь объясняет, почему это сложно сделать:

«Поскольку воздух исключительно тонкое тело, он невероятно быстро проходит через все отверстия и заполняет промежутки, какими бы малыми они ни были, всегда определенное количество воздуха незаметно проходит мимо края поршней и через клапаны».

Подробно говорится в книге о воздушном подкачивающем насосе:

«Из описания этой машины четко следует, что с ее помощью создается пустота, и те трудности, которые обычно считались непреодолимыми, можно преодолеть».

Наиболее известными считаются опыты, которые Герике провел с «магдебургскими полушариями». Соответствующий раздел из его книги так и называется: «Опыт, показывающий, что из-за давления воздуха два полушария могут так крепко соединиться, что их не могут оторвать друг от друга шестнадцать лошадей».

Случайные открытия делают только подготовленные умы.

Блез Паскаль

Герике писал: «Я приказал изготовить два полушария (или чаши)… из меди. Они хорошо подогнаны друг к другу и имеют кран (скорее клапан), с помощью которого откачивается воздух, находящийся внутри, а доступ воздуха извне невозможен… Кроме того, чаши надо оснастить железными кольцами, чтобы цеплять к ним лошадей… Затем я приказал сшить кольцо из кожи и пропитать его воском и скипидаром, чтобы оно не пропускало воздуха.

После того как это кольцо было проложено между чашами, я прижал их друг к другу и быстро откачал воздух… Я убедился, с какой силой были соединены чаши, между которыми находилось такое кольцо. Прижатые окружающим воздухом, они соединились так крепко, что шестнадцать лошадей либо вовсе не в состоянии были их разорвать, либо могли это сделать с большим усилием. Когда, наконец, благодаря напряжению всех сил чаши удалось разъединить, то возник шум, похожий на звук ружейного выстрела».

Интересным и важным с точки зрения физики является то, что Герике на этом не остановился. Он показал, как можно измерить силы, прижавшие чаши (полушария) друг к другу! Вместо лошадей он использовал грузы, с их помощью можно разъединить чаши, между которыми нет воздуха. (При этом, конечно, вся эта система размещается вертикально.)

 

Как мы измеряем атмосферное давление

Точное измерение атмосферного давления имеет фундаментальное значение в метеорологии и имеет особое значение для безопасности посадки самолетов в аэропортах. Чтобы свести любые ошибки к абсолютному минимуму, прибор содержит три отдельных датчика давления, а внутреннее программное обеспечение прибора проверяет любые различия между тремя независимыми измерениями.

Установка датчика давления в полевых условиях должна производиться с большой осторожностью.Любое движение воздуха через вентиляционное отверстие, которое соединяет датчик с окружающей средой, вызовет падение давления, вызванное простым динамическим эффектом, описываемым принципом Бернулли. Точно так же на давление в неподвижном воздухе в здании будет влиять поток воздуха вокруг здания или даже система кондиционирования воздуха.

Чтобы избежать ошибочных измерений, датчик давления обнажается через головку статического давления ( см. Изображение выше ), устройство, сконструированное таким образом, чтобы минимизировать динамическое воздействие ветра.

Как используются наблюдения за давлением?

Атмосферное давление сильно меняется с высотой, снижаясь у поверхности примерно на 1 гПа ( o r 1 миллибар ) на каждые 10 м по вертикали. Чтобы получить представление о показаниях давления сети барометров по всей Великобритании, каждый из которых выставлен на разной высоте над уровнем моря, все значения давления на уровне станции преобразуются в оценку давления на среднем уровне моря с использованием формулы, которая учитывает учитывать температуру воздуха.Среднее давление на уровне моря, давление на уровне станции и тенденция давления в течение предыдущих трех часов сообщаются со всех синоптических станций каждый час. Тенденция определяется одной из десяти категорий: устойчивая, восходящая, нисходящая, восходящая, затем нисходящая и т.д.

.

11.6: Манометрическое давление, абсолютное давление и измерение давления

Если вы хромаете на заправочную станцию ​​с почти спущенной шиной, вы заметите, что манометр на авиалинии показывает почти ноль, когда вы начинаете заполнять ее. Фактически, если бы в вашей шине была зияющая дыра, датчик показывал бы ноль, даже если в шине существует атмосферное давление. Почему шкала показывает ноль? Здесь нет никакой загадки. Манометры просто предназначены для считывания нуля при атмосферном давлении и положительного значения, когда давление выше атмосферного.

Точно так же атмосферное давление увеличивает кровяное давление во всех частях кровеносной системы. (Как отмечалось в Принципе Паскаля, полное давление в жидкости - это сумма давлений из разных источников - в данном случае от сердца и атмосферы.) Но атмосферное давление не оказывает чистого влияния на кровоток, поскольку оно добавляет к выходному давлению. сердца и возвращение в него тоже. Важно то, насколько кровяное давление на больше атмосферного. Таким образом, измерения артериального давления, как и давления в шинах, производятся относительно атмосферного давления.

Короче говоря, манометры очень часто игнорируют атмосферное давление, то есть считывают ноль при атмосферном давлении. Поэтому мы определяем манометрическое давление как давление относительно атмосферного давления. Избыточное давление положительно для давлений выше атмосферного и отрицательно для давлений ниже него.

Определение: избыточное давление

Манометрическое давление - это давление относительно атмосферного давления. Избыточное давление положительно для давлений выше атмосферного и отрицательно для давлений ниже него.

Фактически, атмосферное давление действительно увеличивает давление в любой жидкости, не заключенной в жесткий контейнер. Это происходит из-за принципа Паскаля. Таким образом, полное давление или абсолютное давление складывается из манометрического и атмосферного давления:

\ [P_ {abs} = P_g + P_ {atm} \]

где \ (P_ {abs} \) - абсолютное давление, \ (P_g \) - избыточное давление, а \ (P_ {atm} \) - атмосферное давление. Например, если ваш манометр показывает 34 фунта на квадратный дюйм (фунта на квадратный дюйм), то абсолютное давление составляет 34 фунта на квадратный дюйм плюс 14.7 фунтов на квадратный дюйм (\ (P_ {atm} \) в фунтах на квадратный дюйм) или 48,7 фунтов на квадратный дюйм (эквивалент 336 кПа).

Определение: Абсолютное давление

Абсолютное давление - это сумма манометрического и атмосферного давления.

По причинам, которые мы рассмотрим позже, в большинстве случаев абсолютное давление в жидкости не может быть отрицательным. Жидкости выталкивают, а не вытягивают, поэтому наименьшее абсолютное давление равно нулю. (Отрицательное абсолютное давление - это притяжение.) Таким образом, минимально возможное манометрическое давление равно \ (P_g = -P_ {atm} \) (это делает \ (P_ {abs} |) нулевым).

Нет теоретических пределов тому, насколько большим может быть манометрическое давление.

Существует множество устройств для измерения давления, от шинных манометров до манжет для измерения кровяного давления. Принцип Паскаля имеет большое значение в этих устройствах. Непрерывная передача давления через жидкость позволяет точно измерять давление на расстоянии. Дистанционное зондирование часто удобнее, чем установка измерительного прибора в систему, например в артерию человека.

На рисунке показан один из многих типов механических манометров, используемых сегодня.Во всех механических манометрах давление представляет собой силу, которая преобразуется (или преобразуется) в некоторый тип считывания.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): В этом анероидном манометре используются гибкие сильфоны, соединенные с механическим индикатором для измерения давления.

Целый класс датчиков использует свойство, согласно которому давление, обусловленное весом жидкости, определяется выражением \ (P = h \ rho g \).

Рассмотрим, например, U-образную трубку, показанную на рисунке. Эта простая трубка называется манометром .На рисунке (а) обе стороны трубы открыты для атмосферы. Таким образом, атмосферное давление оказывает одинаковое давление с каждой стороны, поэтому его эффект нивелируется. Если жидкость глубже с одной стороны, давление на более глубокой стороне больше, и жидкость течет от этой стороны до тех пор, пока глубины не сравняются.

Давайте посмотрим, как манометр используется для измерения давления. Предположим, что одна сторона U-образной трубки подключена к некоторому источнику давления \ (P_ {abs} \), например, к игрушечному шарику на рисунке (b) или к банке с арахисом в вакуумной упаковке, показанной на рисунке (c).Давление передается на манометр в неизменном виде, и уровни жидкости больше не равны. На рисунке (b) \ (P_ {abs} \) больше атмосферного давления, тогда как на рисунке (c) \ (P_ {abs} \) меньше атмосферного давления. В обоих случаях \ (P_ {abs} \) отличается от атмосферного давления на величину \ (h \ rho g \), где \ (\ rho \) - плотность жидкости в манометре. На рисунке (b) \ (P_ {abs} \) может поддерживать столб жидкости высотой \ (h \), и поэтому он должен оказывать давление \ (h \ rho g \), превышающее атмосферное давление (манометр давление \ (P_g \) положительное).На рисунке (c) атмосферное давление может поддерживать столб жидкости высотой \ (h \), поэтому \ (P_ {abs} \) меньше атмосферного давления на величину \ (h \ rho g \) ( манометрическое давление \ (P_g \) отрицательное). Манометр с одной стороной, открытой в атмосферу, является идеальным устройством для измерения манометрического давления. Манометрическое давление равно \ (P_g = h \ rho g \) и определяется путем измерения \ (h \).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Манометр с открытой трубкой имеет одну сторону, открытую в атмосферу. (a) Глубина жидкости должна быть одинаковой с обеих сторон, иначе давление, оказываемое каждой стороной на дно, будет неравным, и поток будет идти с более глубокой стороны.(b) Положительное манометрическое давление \ (P_g = h \ rho g \), передаваемое на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой \ (h \). (c) Аналогично, атмосферное давление больше отрицательного манометрического давления \ (P_g \) на величину \ (h \ rho g \). Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис. Манометры

Mercury часто используются для измерения артериального давления. Надувная манжета надевается на плечо, как показано на рисунке. Сжимая грушу, человек, производящий измерение, оказывает давление, которое в неизменном виде передается как на главную артерию руки, так и на манометр.Когда это приложенное давление превышает кровяное давление, кровоток ниже манжеты прекращается. Затем человек, производящий измерение, медленно снижает приложенное давление и ожидает возобновления кровотока. Кровяное давление пульсирует из-за перекачивающего действия сердца, достигая максимума, называемого систолическим давлением, и минимума, называемого диастолическим давлением, с каждым ударом сердца. Систолическое давление измеряется по значению \ (h \), когда кровоток впервые начинается при понижении давления в манжете. Диастолическое давление измеряется по h, когда кровь течет без перерыва.Типичное артериальное давление молодого взрослого человека поднимает ртуть до высоты 120 мм при систолическом и 80 мм при диастолическом. Обычно это 120 на 80 или 120/80. Первое давление соответствует максимальной мощности сердца; второй - из-за эластичности артерий в поддержании давления между ударами. Плотность ртутной жидкости в манометре в 13,6 раз больше, чем у воды, поэтому высота жидкости будет 1 / 13,6 от высоты водяного манометра. Эта уменьшенная высота может затруднить измерения, поэтому ртутные манометры используются для измерения более высоких давлений, например артериального давления.Плотность ртути такова, что \ (1 \, мм \, Hg = 133 \, Па \).

Определение: систолическое давление

Систолическое давление - это максимальное артериальное давление.

Определение: диастолическое давление

Диастолическое давление - это минимальное кровяное давление.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \). При обычных измерениях артериального давления надувная манжета надевается на плечо на том же уровне, что и сердце. Кровоток определяется сразу под манжетой, и соответствующие значения давления передаются на манометр, заполненный ртутью.(Источник: фотография армии США, сделанная специалистом Мика Э. Клэр \ 4-й BCT)

Пример \ (\ PageIndex {1} \): Расчет высоты мешка для внутривенных вливаний: артериальное давление и внутривенное введение

Инфузии

Внутривенные инфузии обычно производятся с помощью силы тяжести. Предполагая, что плотность вводимой жидкости составляет 1,00 г / мл, на какой высоте следует поместить мешок для внутривенного вливания над точкой входа, чтобы жидкость просто попадала в вену, если кровяное давление в вене на 18 мм рт. Ст. Выше атмосферного. ? Предположим, что мешок для внутривенных вливаний складной.

Стратегия для (а)

Для того, чтобы жидкость просто попала в вену, ее давление на входе должно превышать артериальное давление в вене (на 18 мм рт. Ст. Выше атмосферного давления). Поэтому нам нужно найти высоту жидкости, соответствующую этому манометрическому давлению.

Решение

Сначала нам нужно преобразовать давление в единицы СИ. Поскольку \ (1.0 \, мм \, Hg = 133 \, Па \),

\ [\ begin {align *} P = 18 \, мм \, Hg \ times \ dfrac {133 \, Pa} {1.0 \, mm \, Hg} = 2400 \, Pa \\ [5pt] & = 0 .24 \, Па \ end {align *} \]

Обсуждение

Мешок для внутривенных вливаний должен быть помещен на 0,24 м выше точки входа в руку, чтобы жидкость просто попала в руку. Как правило, мешки для внутривенных вливаний располагаются выше. Вы могли заметить, что мешки, используемые для сбора крови, размещаются под донором, чтобы кровь могла легко течь от руки к сумке, что является противоположным направлением потока, чем требуется в представленном здесь примере.

Барометр - прибор для измерения атмосферного давления.Ртутный барометр показан на рисунке. Это устройство измеряет атмосферное давление, а не манометрическое давление, потому что над ртутью в трубке создается почти чистый вакуум. Высота ртути такова, что \ (h \ rho g = P_ {atm} \). Когда атмосферное давление меняется, ртуть поднимается или падает, давая важные подсказки синоптикам. Барометр также можно использовать как высотомер, так как среднее атмосферное давление зависит от высоты. Ртутные барометры и манометры настолько распространены, что единицы измерения атмосферного и кровяного давления часто используются в миллиметрах ртутного столба.В таблице приведены коэффициенты пересчета для некоторых наиболее часто используемых единиц давления.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): ртутный барометр измеряет атмосферное давление. Давление, обусловленное весом ртути, \ (h \ rho g \), равно атмосферному давлению. Атмосфера способна вытеснять ртуть в трубке на высоту \ (h \), потому что давление над ртутью равно нулю.

Преобразование в Н / м 2 (Па)	Конверсия из банкомата
\ (1.2 \)	\ (1.0 атм = 1013 миллибар \)

Коэффициенты преобразования для различных единиц давления

Сводка

• Манометрическое давление - это давление относительно атмосферного.
• Абсолютное давление - это сумма манометрического и атмосферного давления.
• Анероидный манометр измеряет давление с помощью сильфона и пружины, соединенного со стрелкой калиброванной шкалы.
• Манометры с открытой трубкой имеют U-образную форму трубки, один конец которой всегда открыт.Он используется для измерения давления.
• Ртутный барометр - это прибор, измеряющий атмосферное давление.

Глоссарий

абсолютное давление

сумма манометрического давления и атмосферного давления

диастолическое давление

минимальное артериальное давление в артерии

избыточное давление

давление относительно атмосферного

систолическое давление

максимальное артериальное давление в артерии

Авторы и авторство

Пол Питер Урон (почетный профессор Калифорнийского государственного университета, Сакраменто) и Роджер Хинрикс (Государственный университет Нью-Йорка, колледж в Освего) с авторами: Ким Диркс (Оклендский университет) и Манджула Шарма (Сиднейский университет).Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

.

Атмосферное давление: определение и факты

В книгах по метеорологии атмосфера Земли часто описывается как огромный воздушный океан, в котором мы все живем. На диаграммах наша родная планета изображена как окруженная огромным атмосферным морем высотой в несколько сотен миль, разделенным на несколько различных слоев. И все же та часть нашей атмосферы, которая поддерживает всю жизнь, о которой мы знаем, в действительности чрезвычайно тонкая и простирается вверх только до 18 000 футов - чуть более 3 миль. И та часть нашей атмосферы, которую можно измерить с некоторой степенью точности, достигает примерно 25 миль (40 километров).Кроме того, дать точный ответ относительно того, где в конечном итоге заканчивается атмосфера, практически невозможно; где-то между 200 и 300 милями появляется неопределенная область, где воздух постепенно разжижается и в конечном итоге растворяется в космическом вакууме.

Так что слой воздуха, окружающий нашу атмосферу, в конце концов не такой уж и большой. Как красноречиво выразился покойный Эрик Слоан, популярный авторитет в области погоды: «Земля не висит в воздушном море - она ​​висит в космическом море, и на ее поверхности есть чрезвычайно тонкий слой газа.

И этот газ - наша атмосфера.

Воздух имеет вес

Если человек поднимется на высокую гору, например Мауна-Кеа на Большом острове Гавайи, где вершина достигает 13 796 футов (4206 метров), высока вероятность заражения высотной болезнью (гипоксией). Перед восхождением на вершину посетители должны остановиться в Информационном центре, расположенном на высоте 9 200 футов (2 804 м), где им говорят акклиматизироваться к высоте, прежде чем идти дальше на гору.«Ну, конечно, - скажете вы, - в конце концов, количество доступного кислорода на такой большой высоте значительно меньше, чем на уровне моря».

Но, делая такое заявление, вы ошиблись бы !

Фактически, 21 процент атмосферы Земли состоит из живительного кислорода (78 процентов состоит из азота, а оставшийся 1 процент - из ряда других газов). И доля этого 21 процента практически одинакова как на уровне моря, так и на высокогорье.

Большая разница не в количестве присутствующего кислорода, а скорее в плотности и давлении .

Эта часто используемая аналогия сравнения воздуха с водой («океан воздуха») хороша, поскольку все мы буквально плывем по воздуху. А теперь представьте себе это: высокое пластиковое ведро до краев заполнено водой. Теперь возьмите ледоруб и проделайте отверстие в верхней части ведра. Вода будет медленно стекать. Теперь возьмите кирку и проделайте еще одну дырку в нижней части ведра.Что происходит? Там внизу вода будет стремительно брызгать резким потоком. Причина в разнице давления. Давление, которое оказывает вес воды внизу у дна ведра, больше, чем вверх у вершины, поэтому вода «выжимается» из отверстия внизу.

Точно так же давление всего воздуха над нашими головами - это сила, которая выталкивает воздух в наши легкие и выжимает из него кислород в кровоток. Как только это давление падает (например, когда мы поднимаемся на высокую гору), в легкие поступает меньше воздуха, следовательно, меньше кислорода достигает нашего кровотока, что приводит к гипоксии; опять же, не из-за уменьшения количества доступного кислорода, а из-за уменьшения атмосферного давления.

Максимумы и минимумы

Итак, как атмосферное давление соотносится с суточными погодными условиями? Несомненно, вы видели прогнозы погоды, представленные по телевидению; встроенный в камеру метеоролог, ссылающийся на системы высокого и низкого давления. Что это вообще такое?

Короче говоря, каждый день солнечное тепло меняется по всей Земле. Из-за неравномерного солнечного нагрева температура меняется по всему земному шару; воздух на экваторе намного теплее, чем на полюсах.Таким образом, теплый легкий воздух поднимается и распространяется к полюсам, а более холодный и тяжелый воздух опускается к экватору.

Но мы живем на планете, которая вращается, поэтому эта простая картина ветра искажена до такой степени, что воздух искажен вправо от своего направления движения в Северном полушарии и влево в Южном полушарии. Сегодня мы знаем этот эффект как силу Кориолиса, и как прямое следствие этого возникают сильные спирали ветра, которые мы знаем как системы высокого и низкого давления.

В Северном полушарии воздух в областях с низким давлением движется по спирали против часовой стрелки и внутрь - например, ураганы - это механизмы Кориолиса, циркулирующие воздух против часовой стрелки. Напротив, в системах высокого давления воздух движется по спирали по часовой стрелке и наружу от центра. В Южном полушарии направление спирали воздуха меняется на противоположное.

Итак, почему мы обычно связываем высокое давление с хорошей погодой, а низкое - с неустойчивой погодой?

Системы высокого давления - это «купола плотности», которые давят вниз, а системы низкого давления похожи на «атмосферные долины», где плотность воздуха меньше.Поскольку холодный воздух имеет меньшую способность удерживать водяной пар, чем теплый воздух, облака и осадки вызываются охлаждением воздуха.

Итак, при увеличении давления воздуха температура повышается; под этими куполами высокого давления воздух имеет тенденцию опускаться (так называемое «проседание») на более низкие уровни атмосферы, где температуры выше и могут удерживать больше водяного пара. Любые капли, которые могут привести к образованию облаков, будут испаряться. Конечным результатом обычно становится более чистая и сухая среда.

И наоборот, если мы уменьшаем давление воздуха, воздух имеет тенденцию подниматься на более высокие уровни атмосферы, где температуры ниже. По мере того, как способность удерживать водяной пар уменьшается, пар быстро конденсируется, и облака (которые состоят из бесчисленных миллиардов крошечных капель воды или, на очень больших высотах, кристаллов льда) будут развиваться, и в конечном итоге выпадут осадки. Конечно, мы не могли прогнозировать зоны высокого и низкого давления без использования какого-либо устройства для измерения атмосферного давления.

Введите барометр

Атмосферное давление - это сила, действующая на единицу площади под действием веса атмосферы. Чтобы измерить этот вес, метеорологи используют барометр. Именно Евангелиста Торричелли, итальянский физик и математик, доказал в 1643 году, что он может сопоставить атмосферу со столбом ртути. Он фактически измерил давление, переведя его непосредственно в вес. Прибор, сконструированный Торричелли, был самым первым барометром. Открытый конец стеклянной трубки помещают в открытую емкость с ртутью.Атмосферное давление заставляет ртуть подниматься по трубке. На уровне моря столб ртути поднимется (в среднем) на высоту 29,92 дюйма или 760 миллиметров.

Почему бы не использовать воду вместо ртути? Причина в том, что на уровне моря высота водяного столба составляет около 34 футов! С другой стороны, ртуть в 14 раз плотнее воды и является самым тяжелым веществом, которое остается жидким при обычных температурах. Это позволяет прибору иметь более удобный размер.

Как НЕ использовать барометр

Прямо сейчас у вас может висеть барометр на стене вашего дома или офиса, но, по всей вероятности, это не трубка с ртутью, а циферблат со стрелкой, указывающей на текущее барометрическое давление. чтение давления. Такой прибор называется барометром-анероидом, который состоит из частично вакуумированной металлической ячейки, которая расширяется и сжимается при изменении давления, и прикреплен к механизму сцепления, который приводит в движение индикатор (стрелка) по шкале, градуированной в единицах давления, либо в дюймах. или миллибар.

Обычно на шкале индикатора вы также видите такие слова, как «Солнечный», «Сухой», «Неустойчивый» и «Бурный». Предположительно, когда стрелка указывает на эти слова, это означает, что впереди ожидаемая погода. «Солнечный», например, обычно встречается в диапазоне высокого барометрического давления - 30,2 или 30,3 дюйма. «Бурное», с другой стороны, можно найти в диапазоне низкого барометрического давления - 29,2 или ниже, возможно, даже иногда ниже 29 дюймов.

Все это могло бы показаться логичным, но все это довольно упрощенно.Например, могут быть моменты, когда стрелка будет указывать на «Солнечно», а небо вместо этого будет полностью затянуто облаками. А в других случаях стрелка будет указывать на «бурно», но вы можете увидеть солнечный свет, смешанный с голубым небом и быстро движущимися пухлыми облаками.

Как правильно пользоваться барометром

Поэтому наряду с черной стрелкой индикатора стоит обратить внимание на другую стрелку (обычно золотую), которую можно вручную настроить на любую часть циферблата.Когда вы проверяете свой барометр, сначала слегка постучите по передней части барометра, чтобы устранить любое внутреннее трение, а затем совместите золотую стрелку с черной. Затем проверьте несколько часов спустя, чтобы увидеть, как черная стрелка изменилась относительно золотой. Давление растет или падает? Если он падает, происходит ли это быстро (возможно, падает на несколько десятых дюйма)? Если так, то, возможно, приближается шторм. Если шторм только что прошел и небо прояснилось, барометр все еще может показывать «бурную» погоду, но если бы вы установили золотую стрелку несколько часов назад, вы почти наверняка увидели бы, что давление сейчас быстро растет, что предполагает что - несмотря на признаки шторма - приближается ясная погода.

И ваш прогноз можно еще больше улучшить, объединив ваши записи об изменении атмосферного давления с изменением направления ветра. Как мы уже узнали, воздух циркулирует по часовой стрелке вокруг систем высокого давления и против часовой стрелки вокруг систем низкого давления. Поэтому, если вы видите тенденцию к повышению давления и северо-западному ветру, вы можете ожидать, что в целом наступит хорошая погода, в отличие от падающего барометра и восточного или северо-восточного ветра, которые в конечном итоге могут привести к облакам и осадкам.

.

Атмосферное давление - Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Эта пластиковая бутылка была запечатана на высоте примерно 14 000 футов и была раздавлена ​​увеличением атмосферного давления (на 9 000 футов и 1 000 футов), когда она была опущена до уровня моря.

Атмосферное давление - это сила в области, которая прижимается к поверхности под весом атмосферы Земли, слоя воздуха. Воздух распределен по земному шару неравномерно. Он движется, и в разное время слой воздуха в одних местах толще, чем в других.Там, где слой воздуха толще, воздуха больше. Поскольку воздуха больше, давление в этом месте выше. Чем тоньше слой воздуха, тем ниже атмосферное давление.

На большей высоте плотность и давление атмосферы ниже. Это потому, что над возвышенностями не так много воздуха, который давит вниз.

Барометры могут использоваться для измерения атмосферного давления. ^[1] Атмосферное давление одинаково со всех сторон.Единица измерения давления в системе СИ - гПа. Другие единицы измерения, такие как Бар (единица измерения) и торр, используются для различных целей.

.

---

Смотрите также

• 
  Как влияет давление на клев
• 
  Среднее атмосферное давление меньше на берегу
• 
  Какой гарнир подходит
• 
  Монгольский лук технология изготовления
• 
  Повер про леска
• 
  Щука в чулке
• 
  Икра из щуки рецепт засолки
• 
  Уха из щекура
• 
  Атмосферное давление какое низкое
• 
  Рыба по латыни
• 
  Как выглядит больная печень налима