Atmosferos slėgis – tai jėga, kuria oras spaudžia Žemę, žmogų ir viską, kas jį supa. Straipsnyje bus pasakojama, kaip XVII a. eksperimento pagalba pirmą kartą buvo parodyta oro slėgio jėga. Tai labai įdomu! Sužinosime, kaip rodomas atmosferos slėgis ir kaip jis matuojamas.
Patirk Otto von Guericke
Koks didelis atmosferos slėgis, pasaulis sužinojo 1654 m. Tai įvyko Magdeburgo miesto (Vokietija) burmistro Otto von Guericke dėka. Jis pademonstravo patirtį su vadinamaisiais Magdeburgo pusrutuliais. Tada nebuvo kalbos apie tai, kaip rodomas oro slėgis, nes vis tiek nežinojo, kaip jį išmatuoti. Kaip atrodo pusrutuliai, galite pamatyti Magdeburgo muziejaus nuotraukoje.
Tai du bronziniai pusrutuliai, vienas iš jų yra vientisas, o antrasis turi skylę. Tarp pusrutulių buvo įdėta alyvuota odinė tarpinė sandarumui užtikrinti ir sujungta. Oras buvo išpumpuojamas per skylę iš pusrutulių. Įdomu tai, kad pats Guericke'as prieš ketverius metus, 1650 mišrado vakuuminį siurblį. Jis taip pat pavaizduotas. Išsiurbiant orą pusrutuliai buvo suspausti dėl atmosferos slėgio. Norėdami juos atskirti vienas nuo kito, jie panaudojo arklių traukos jėgą.
Eksperimentuokite su Magdeburgo pusrutuliais
Prieš sužinodami, kaip nurodomas atmosferos slėgis, atlikime eksperimentą. Tam naudosime Magdeburgo pusrutulių modelį. Pritvirtinkite vakuuminį siurblį prie pusrutulio skylės gumine žarna. Įjunkite jį, atidarykite čiaupą viename iš pusrutulių. Slėgis erdvėje tarp jų sumažės. Vadinasi, pusrutulius iš vidaus veikianti jėga mažėja, o iš išorės – didėja.
Išsiurbiant orą neįmanoma atskirti pusrutulių, nes jie tvirtai priglunda. Išjunkite siurblį, atjunkite guminę žarną. Oras pradės patekti į tarpą tarp pusrutulių. Tada jie lengvai išsiskirs.
Kokia raidė reiškia oro slėgį
Pabandykime apskaičiuoti jėgą, kuri suspaudė pusrutulius. Kai išpumpuojame orą, pusrutulius veikia tik atmosferos slėgio jėga. Jis suspaudžia pusrutulius ir nukreipiamas iš tuščiavidurių rutulių vidinių sienelių į tarpo tarp jų centrą. Pusrutulių (d) skersmuo Guericke buvo 35,5 cm.
Remiantis tuo, kad negalėjome atskirti pusrutulių, tampa aišku, kad slėgio jėga yra labai didelė. Net aštuoni arkliai iš abiejų pusių negalėjo sulaužyti šių pusrutulių. Štai graviūra, iliustruojanti Otto von Guericke'o patirtį.
Kokia raidė reiškia spaudimą? Raidė P. Normalus atmosferos slėgis (Patm) yra 100 kilopaskalių (kPa). Tokia jėga veikia kiekvieną pusrutulio dalį. Slėgio jėga F yra lygi atmosferos slėgio ir pusrutulių skerspjūvio ploto sandaugai.
S=πd2/4. F=100103 Pa3, 14(0,355 m)2/4≈10 kN (kiloniutonų). Tai vienos tonos krovinio svoris, todėl arkliai negalėjo sulaužyti šių pusrutulių.
Barometras
Kaip rodomas atmosferos slėgis, mes žinome, bet kaip jis matuojamas? Barometras, kurį XVII amžiaus pirmoje pusėje išrado italas Torricelli, turėjo trūkumų. Jį galima lengvai sulaužyti, jis buvo pripildytas nuodingo gyvsidabrio, o jūs tikrai norėjote nunešti jį į skirtingas vietas, kad nuspėti orą.
Reikėjo sugalvoti įrenginį be stiklinio vamzdelio, tai yra be skysčio. Toks barometras buvo išrastas tik po dviejų šimtų metų ir buvo pavadintas aneroidu. Šis žodis išvertus į rusų kalbą reiškia be skysčio. Apsvarstykite, kas yra aneroidinis barometras.
Tai mažas įrenginys. Skirtingai nuo vieno metro aukščio Torricelli gyvsidabrio vamzdžio, jį galima lengvai nešiotis su savimi, kad ir kur eitumėte. Kas jame viduje? Pažiūrėkime, kaip sprogo barometras.
Kaip rodomas jame esantis slėgis? Prietaiso skalė panaši į laikrodžio ciferblatą. Slėgis kilopaskaliais rodomas rodykle. Už ciferblato matome tris suplotas dėžutes. Iš jų išpumpuojamas oras, viduje yra spyruoklė. Jei jo nebūtų, atmosfera būtųsusmulkintos dėžės. Toliau nuo spyruoklės svirtis tolsta, ji perduoda dėžių judesius. Kodėl jie juda? Dėžės gali keisti savo storį. Kai atmosferos slėgis didesnis, oras suspaudžia dėžes, mažėja jų storis. Kai slėgis mažesnis, spyruoklė išsitiesina ir dėžutės tampa storesnės. Per svirtelių mechanizmą judesys perduodamas rodyklei.
Beskysčio barometro prietaisas
Sužinojome, kaip slėgis rodomas beskysčių barometre, o dabar nubraižysime jo diagramą.
Trys langeliai suteikia įrenginiui daugiau tikslumo, bet iš esmės pakanka ir vienos. Jis yra specialiai pagamintas iš gofruoto, kad būtų galima keisti jo storį. Prisiminkite gofruotas, taigi ir lanksčias dulkių siurblių žarnas. Dėžutės apačia pritvirtinta prie pagrindo. Ant jos viršaus pritvirtinta spyruoklė, kuri bando ištiesinti dėžutę taip, kaip aliumininė liniuotė, jei sulenkta, bando ištiesinti. Atmosferos slėgis, priešingai, bando suspausti dėžutę.
Padidėjus slėgiui, dėžutės storis mažėja, o tai reiškia, kad svirtis pasuka ašį. Jei prie ašies pritvirtinsite rodyklę, ji pasisuks į dešinę, kai storis sumažės, ir į kairę, kai storis padidės.
