Măsurarea presiunii atmosferice
Unul dintre experimentele istorice care au dovedit existența presiunii atmosferice a fost experiența lui Torricelli și a lui Viviani, care a fost deja menționată. Acest experiment a constat în umplerea cu un mercur a tubului umplute cu mercur și de la un capăt. O parte din mercur a fost turnată în vas și, la fel ca în pompa de apă, a apărut gol peste suprafața mercurului.
Sa observat că înălțimea coloanei de mercur nu depinde de forma tubului și de volumul golurilor de deasupra suprafeței mercurului. Raportul dintre înălțimea la care mercurul se ridică și înălțimea la care se ridică apa în acest experiment este egal cu raportul dintre densitatea apei și densitatea mercurului.
Rezultatele unui astfel de experiment nu au convins pe toată lumea. Dar treptat, după reproducerea repetată, ideea posibilității de golire și existența presiunii atmosferice a devenit universal acceptată.
Filosoful remarcabil, matematicianul și fizicianul Blaise Pascal (1623-1662) s-au alăturat cazului.
Pascal a sugerat că altitudinea ridicării mercurului în tubul Torricelli ar trebui să se schimbe pe un munte înalt, deoarece presiunea atmosferei este mai mică.
Aparatură pentru măsurarea presiunii atmosferice - barometru-aneroid
Pascal însuși a condus apoi un experiment similar la Paris - în faimoasa catedrală Notre-Dame și apoi pe turnul Saint-Jacques. Aceste experimente au confirmat ideile lui Torricelli despre presiunea atmosferică și au demonstrat posibilitatea măsurării acestei presiuni.
Astfel, se poate argumenta că, din experimentele lui Torricelli și Pascal, instrumentul pentru măsurarea presiunii atmosferice, barometrul mercurului, "a crescut". Apoi a apărut o unitate de măsurare a presiunii - un milimetru de mercur, care este folosit acum și apoi. În sistemul internațional de unități este în onoarea lui Pascal că o unitate de presiune poartă numele său - Pascal (Pa).
Pe lângă dispozitivele lichide (mercur, apă), altele sunt utilizate pentru a măsura presiunea atmosferică, de exemplu, un barometru aneroid.
Un aneroid, care are o scară de-a lungul căreia este posibil să se determine înălțimea înălțimii de deasupra Pământului, se numește altimetru (altimetru). Ar trebui subliniat faptul că principiul funcționării sale este același cu cel al unui barometru obișnuit - cu o diferență numai în ceea ce privește scara, care anterior a fost graduată în metri (kilometri) de suprafața pământului. Altimetrul este utilizat pe scară largă în aviație, parașutism, alpinism etc.
Înainte de a da tabelul de date privind presiunea atmosferică la diferite înălțimi, observăm că aceste date corespund așa-numitei atmosfere standard. În troposferă și stratosfera, un plic de aer densitatea, presiunea și temperatura Pământului fluctua destul de mult, în funcție de latitudinea geografică, timp de an și ora din zi, condițiile meteorologice. Pentru altitudini mari, proprietățile fizice ale aerului depind foarte mult de activitatea solară. Prin urmare, pentru o reprezentare generală a caracteristicilor atmosferei și a calculelor practice, se adoptă o atmosferă standard - distribuția condiționată a densității, presiunii și temperaturii în aer uscat și curat, în funcție de altitudinea deasupra nivelului mării. Atmosfera standard se bazează pe statistici pe termen lung și conține valorile medii ale parametrilor fizici ai aerului.
Invențiile oamenilor avansează de la secol la secol. Bunătatea și mânia oamenilor în general rămân aceleași. Blaise Pascal
Atmosfera standard stabilește valorile medii ale acestor parametri pentru o latitudine de 45,4 °, corespunzătoare nivelului mediu al activității solare. Valori inițiale ale aerului la nivelul mării: temperatura 15 ° C, presiunea 101 325 Pa (760,0 mm Hg), densitatea 1,225 kg / m 3.
Deci, presiunea atmosferei la diferite altitudini deasupra suprafeței Pământului:
Există o anecdotă istorică interesantă, legată într-un fel de măsurarea presiunii la diferite altitudini. Apropo, această poveste a fost spusă chiar de Ernest Rutherford - un fizician remarcabil, președinte al Societății Regale din Londra, câștigător al Premiului Nobel.
Odată ce un coleg sa adresat lui Rutherford pentru ajutor. El a fost de gând să pună cel mai mic grad în fizică la unul dintre studenții săi, în timp ce acest student a susținut că merită cel mai mare scor. Atât profesorul cât și elevul au acceptat să se bazeze pe opinia unei terțe persoane, un arbitru neinteresat, alegerea a căzut pe Rutherford.
Întrebarea de examinare a fost: "Explicați cum să măsurați înălțimea clădirii cu un barometru".
Studentul a răspuns: „Ia barometrul pe acoperiș, trageți barometru jos pentru o frânghie lungă, și apoi aduceți-l în sus, măsurarea lungimii cablului, care va arăta înălțimea exactă a clădirii.“
Cazul a fost cu adevărat complicat, deoarece răspunsul a fost complet și corect! Pe de altă parte, examenul se desfășura în fizică, iar acest răspuns nu avea prea multe în comun cu aplicarea cunoștințelor în acest domeniu.
Studentului i sa oferit să încerce să răspundă din nou, subliniind că răspunsul ar trebui să demonstreze cunoașterea legilor fizice.
Cinci minute mai târziu, el nu a scris nimic pe foaia de examinare, spunând că are mai multe soluții la această problemă și că alege pur și simplu cele mai bune.
Noul răspuns la întrebare a fost acesta. Trebuie să urcăm de la barometru până la acoperișul casei și ... să o aruncăm, măsurând timpul căderii. Apoi, utilizând formula h = (g · t 2): 2, calculați înălțimea clădirii. (În această formulă g = 9,8 m / s 2 - accelerația gravitației.)
Apoi studentul a dat mai multe modalități de a determina înălțimea clădirii. De exemplu, dacă ziua este însorită, trebuie mai întâi să măsurați înălțimea barometrului, înălțimea umbrei acestuia și, de asemenea, să măsurați lungimea umbrei clădirii. Apoi, după ce ați compilat o proporție destul de simplă, determinați înălțimea clădirii.
O altă modalitate a fost asta. Trebuie să luați barometrul în mâini și să începeți să urcați pe scară, aplicând barometrul pe perete și făcând urme pe el. Numărătoarea numărului acestor mărci și înmulțirea cu marimea barometrului, puteți obține înălțimea clădirii.
După ce a descris mai multe moduri de un student a sugerat următoarele: este necesar să se ia barometrului pentru a găsi managerul casei și spune-i că ai un barometru minunat, și el intră în proprietatea sa, dacă el ar suna ... înălțimea clădirii.
Când Rutherford a cerut studentului - dacă într-adevăr nu știe cum să rezolve această problemă, el a admis că el știa, dar a spus, în același timp, că el a fost obosit când instructorii încearcă să-l învețe cum să gândească.
Studentul a fost Niels Bohr (1885-1962), viitorul fizician danez, laureat al premiului Nobel din 1922.
Aceasta este povestea. Aparent, ea nu este doar despre barometru ...
O contribuție semnificativă la dezvoltarea hidrostatică, ramura fizicii în care sunt studiate proprietățile unui fluid fix, a fost introdusă de omologul francez Blaise Pascal, despre care am menționat deja.
La instrucțiunile lui Pascal, un butoi de stejar solid umplut în vârf cu apă și închis bine cu un capac. O gaură mică în capac a fost introdusă și fixată la capătul unui tub de sticlă verticală, atât timp cât capătul său superior era la nivelul celui de-al doilea etaj al casei.
Intrând pe balcon, Pascal începu să umple țeava cu apă. Nu avea timp să toarne o duzină de ochelari, când deodată bara izbucni cu un bang. A fost distrusă de o forță considerabilă. Pascal este sigur: forța care a rupt cilindrul este complet independentă de cantitatea de apă din tub. Totul depinde de înălțimea cu care tubul a fost umplut.
Mai mult, se dezvăluie proprietatea surprinzătoare a "presiunii de transfer" a apei, creată pe suprafața apei, pe întregul volum din interiorul lichidului.
Prin urmare, Pascal ajunge la descoperirea legii distribuției presiunii într-un lichid, care mai târziu a fost numit după el.
În plus față de acest experiment destul de bine cunoscut, Pascal a condus și alții. A luat un vas cu găuri cu aceeași secțiune transversală în pereți și în fund. Țevile cu pistoane au fost introduse în găuri. Când vasul a fost umplut cu apă, apa a presat pistoanele, care erau ținute de fire puternice.
Studiind adevărul, poți avea un scop triplu: să descoperi adevărul când îl căutăm; dovedește-o când a fost găsită; în cele din urmă, să ne distingem de o minciună atunci când o considerăm. Blaise Pascal
Pentru a măsura forța de presiune pe fiecare piston, Pascal le-a atașat fire, care erau legate prin blocuri cu o ceașcă de cântare. Greutățile de pe celălalt panou de cântărire care țineau pistonul în echilibru au arătat forța presiunii care acționa asupra pistonului.
Aceste experimente au confirmat că presiunea de pe fundul vasului este proporțională cu densitatea lichidului și cu înălțimea acestuia din fund. Formula de presiune hidrostatică, pe care o folosim pentru a rezolva diferite probleme interesante, a rezultat din aceste experimente: p = ρ · g · h.
Pascal a demonstrat, de asemenea, că presiunea din interiorul lichidului este transmisă în toate direcțiile, fără a exclude direcția verticală în sus. Pentru a face acest lucru, recipientul cu apă a fost închis etanș cu un capac având două găuri.
Inserate în găuri sunt aceleași (tuburi cu secțiune transversală), închise cu pistoane identice. Când un piston a fost pus în greutate, sa observat că pistonul din celălalt tub a fost în creștere. Pentru a menține pistonul într-un alt tub în echilibru, a fost necesar să se pună pe el aceeași greutate.
Dacă diametrul unui piston, comparativ cu diametrul unui alt piston a fost mai lung, de exemplu, de două ori, apoi pentru reținerea primului piston în echilibru, a fost necesară pentru a pune o greutate de patru ori mai mare decât un piston într-un tub îngust.
Descriind aceste experimente în Tratatul său privind echilibrul lichidelor (1654), Pascal a scris:
"Un vas umplut cu apă este un nou principiu al mecanicii și o mașină nouă pentru sporirea puterii, după cum este necesar, pentru că în acest fel o persoană poate ridica orice greutate propusă lui".
Probabil ați ghicit deja că vorbim despre o mașină hidraulică, folosită pe scară largă în cercetarea științifică și în tehnologie.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: