A légkör egy gázfelhő, amely körülveszi a Földet. A levegő súlya, amelynek magassága meghaladja a 900 km-t, erőteljes hatással van bolygónk lakóira. Nem érezzük ezt, magától értetődőnek vesszük az életet a légóceán fenekén. Az ember kényelmetlenül érzi magát, amikor magasra mászik a hegyekben. Az oxigénhiány gyors fáradtságot okoz. Ugyanakkor a légköri nyomás jelentősen megváltozik.
A fizika a légköri nyomással, annak változásaival és a Föld felszínére gyakorolt hatásával foglalkozik.
A középiskolai fizika során jelentős figyelmet fordítanak a légkör működésének tanulmányozására. A meghatározás jellemzőit, a magasságtól való függést, a mindennapi életben vagy a természetben előforduló folyamatokra gyakorolt hatást a légkör működésére vonatkozó ismeretek alapján magyarázzuk.
Mikor kezdik el az emberek a légköri nyomás tanulmányozását? 6. évfolyam - a légkör sajátosságaival való ismerkedés ideje. Ez a folyamat a szakosított középiskolai osztályokban folytatódik.
Tanulmányi előzmények
Az első kísérletek a légköri légnyomás megállapítására 1643-ban történtek az olasz evangélista javaslatáraTorricelli. Az egyik végén lezárt üvegcső higannyal volt feltöltve. Miután a másik oldalon bezárult, higanyba süllyesztették. A cső felső részében a higany részleges kiáramlása miatt üres tér keletkezett, amely a következő nevet kapta: „Torricellian üresség”.
A természettudományban ekkorra Arisztotelész elmélete dominált, aki úgy gondolta, hogy "a természet fél az ürességtől". Nézete szerint nem létezhet üres tér, amely ne lenne tele anyaggal. Ezért sokáig más dolgokkal próbálták megmagyarázni az üresség jelenlétét az üvegcsőben.
Kétségtelen, hogy ez egy üres hely, nem tölthető semmivel, mert a kísérlet kezdetére a higany teljesen megtöltötte a hengert. És kifolyva nem engedte, hogy más anyagok betöltsék az üres helyet. De miért nem ömlött az összes higany az edénybe, mert ennek sincs akadálya? A következtetés önmagát sugallja: a higany a csőben, akárcsak az egymással érintkező edényekben, ugyanolyan nyomást hoz létre az edényben lévő higanyra, mint valami kívülről. Ugyanezen a szinten csak a légkör érintkezik a higanyfelülettel. Az ő nyomása az, ami megakadályozza, hogy az anyag a gravitáció hatására kifolyjon. Ismeretes, hogy a gáz minden irányban ugyanazt a hatást hozza létre. Befolyásolja az ér higanyfelületét.
Egy higanyhenger magassága körülbelül 76 cm. Megfigyelhető, hogy ez a mutató idővel változik, ezért a légköri nyomás is változik. Higanycm-ben mérhető.oszlopban (vagy milliméterben).
Mely mértékegységeket kell használni?
A nemzetközi mértékegységrendszer nemzetközi, tehát nem jár higanymilliméter felhasználásával. Művészet. nyomás meghatározásakor. A légköri nyomás mértékegysége ugyanúgy van beállítva, mint a szilárd és folyékony anyagoknál. A nyomás pascalban történő mérése elfogadott SI-ben.
1 Pa-ra olyan nyomást veszünk, amelyet 1 m-es területenként 1 N erő hoz létre2.
Határozza meg, hogyan kapcsolódnak egymáshoz a mértékegységek. A folyadékoszlop nyomását a következő képlet szerint állítjuk be: p=ρgh. A higany sűrűsége ρ=13600 kg/m3. Vegyünk egy 760 milliméter hosszú higanyoszlopot referenciapontnak. Innen:
r=13600 kg/m3×9,83 N/kg × 0,76 m=101292,8 Pa
A légköri nyomás pascalban történő rögzítéséhez vegye figyelembe: 1 Hgmm.=133,3 Pa.
Példa problémamegoldásra
Határozza meg azt az erőt, amellyel a légkör hat egy 10x20 m méretű tető felületére. A légkör nyomását 740 Hgmm-nek feltételezzük. St.
p=740 Hgmm, a=10 m, b=20 m.
Elemzés
A hatáserő meghatározásához a légköri nyomást pascalban kell megadni. Figyelembe véve azt a tényt, hogy 1 Hgmm. egyenlő 133,3 Pa-val, a következőket kapjuk: p=98642 Pa.
Döntés
Használja a következő képletet a nyomás meghatározásához:
p=F/s, Mivel a tető területe nincs megadva, tegyük fel, hogy ez egy téglalap. Az ábra területét a következő képlet határozza meg:
s=ab.
Cserélje be a terület értékétszámítási képlet:
p=F/(ab), innen:
F=pab.
Számítás: F=98642 Pa×10 m×20 m=19728400 N=1,97 MN.
Válasz: a légkör nyomásereje a ház tetején 1,97 MN.
Mérési módszerek
A légköri nyomás kísérleti meghatározása elvégezhető higanyoszlop segítségével. Ha kijavítja a mellette lévő mérleget, akkor lehetségessé válik a változtatások javítása. Ez a legegyszerűbb higanybarométer.
Evangelista Torricelli volt az, aki meglepődve vette észre a légkör működésében bekövetkezett változásokat, amelyek összekapcsolják ezt a folyamatot a meleggel és a hideggel.
A tengerfelszín szintjén 0 Celsius fokos légköri nyomást optimálisnak nevezték. Ez az érték 760 Hgmm. A normál atmoszférikus nyomás pascalban egyenlő 105 Pa.
Ismert, hogy a higany meglehetősen káros az emberi egészségre. Ennek eredményeként a nyitott higanybarométerek nem használhatók. Más folyadékok sokkal kevésbé sűrűek, ezért a folyadékkal töltött csőnek elég hosszúnak kell lennie.
Például a Blaise Pascal által létrehozott vízoszlopnak körülbelül 10 m magasnak kell lennie. A kellemetlenség nyilvánvaló.
Folyadékmentes barométer
Figyelemre méltó előrelépés az az ötlet, hogy a barométerek gyártása során el kell távolodni a folyadéktól. A légkör nyomásának meghatározására szolgáló készülék gyártásának képességét aneroid barométerek valósítják meg.
A mérő nagy része laposdoboz, amelyből a levegőt kiszivattyúzzák. Annak érdekében, hogy a légkör ne szorítsa össze, a felületet hullámosítják. A doboz rugórendszerrel van összekötve a skálán a nyomásértéket jelző nyíllal. Utóbbi bármilyen egységben végzett. A légköri nyomás pascalban mérhető megfelelő mérőskálával.
Emelési magasság és légköri nyomás
A légkör sűrűségének változása a felemelkedés során a nyomás csökkenéséhez vezet. A gázburok inhomogenitása nem teszi lehetővé lineáris változási törvény bevezetését, mivel a nyomáscsökkenés mértéke a magasság növekedésével csökken. A Föld felszínén, ahogy felemelkedik, 12 méterenként 1 Hgmm-rel csökken a légkör hatása. Művészet. A troposzférában hasonló változás 10,5 méterenként történik.
A Föld felszíne közelében, egy repülőgép magasságában egy speciális skálával felszerelt aneroid képes meghatározni a magasságot a légköri nyomás alapján. Ezt az eszközt magasságmérőnek hívják.
Egy speciális eszköz a Föld felszínén lehetővé teszi, hogy a magasságmérőt nullára állítsa, így később meg tudja határozni az emelkedés magasságát.
Példa problémamegoldásra
A hegy lábánál a barométer 756 higanymilliméter légköri nyomást mutatott. Mi lesz az érték 2500 méteres tengerszint feletti magasságban? A légköri nyomást pascalban kell rögzíteni.
r1 =756 Hgmm, H=2500 m, r2 - ?
Döntés
A barométer H magasságban mért értékének meghatározásához figyelembe vesszük azta nyomás 1 Hgmm-rel csökken. 12 méterenként. Ezért:
(p1 – p2)×12 m=H×1 Hgmm, innen:
p2=p1 - H×1 Hgmm/12m=756 Hgmm - 2500 m×1 Hgmm/12 m=546 Hgmm
A kapott légköri nyomás pascalban történő rögzítéséhez tegye a következőket:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
Válasz: 72619 Pa.
Légköri nyomás és időjárás
A levegő légköri rétegeinek mozgása a Föld felszíne közelében és a levegő egyenetlen felmelegedése a különböző területeken az időjárási viszonyok változásához vezet a bolygó minden részén.
A nyomás 20-35 Hgmm között változhat. hosszú távon és 2-4 higanymilliméterrel. napközben. Egy egészséges ember nem észlel változást ebben a mutatóban.
A normál alatti és gyakran változó légköri nyomás olyan ciklont jelez, amely egy bizonyosat beborított. Ezt a jelenséget gyakran felhősödés és csapadék kíséri.
Az alacsony nyomás nem mindig az esős időjárás jele. A rossz időjárás inkább a kérdéses mutató fokozatos csökkenésének függvénye.
A nyomás éles csökkenése 74 Hg centiméterre. alatta pedig viharral, záporral fenyeget, amely akkor is folytatódik, amikor a mutató már emelkedni kezd.
Az időjárás jobbra fordulását a következő jelekről lehet felismerni:
- hosszú rossz időjárási időszak után a légköri nyomás fokozatos és folyamatos emelkedése tapasztalható;
- emelkedik a nyomás ködös latyakos időben;
- a déli szelek időszakában a kérdéses mutató több napon át egymás után emelkedik;
- a légköri nyomás emelkedése szeles időben a kényelmes időjárás jele.
