Iš pačios sąvokos „atmosferos slėgis“išplaukia, kad oras turi turėti svorį, kitaip jis negalėtų nieko daryti slėgio. Bet mes to nepastebime, mums atrodo, kad oras yra nesvarus. Prieš kalbant apie atmosferos slėgį, reikia įrodyti, kad oras turi svorį, reikia kažkaip jį pasverti. Kaip tai padaryti? Straipsnyje išsamiai apsvarstysime oro svorį ir atmosferos slėgį, juos tyrinėdami eksperimentų pagalba.
Patirtis
Sversime orą stikliniame inde. Jis patenka į konteinerį per guminį vamzdelį, esantį kakle. Vožtuvas uždaro žarną, kad į ją nepatektų oro. Vakuuminiu siurbliu pašaliname orą iš indo. Įdomu tai, kad siurbimo eigoje keičiasi siurblio garsas. Kuo mažiau oro lieka kolboje, tuo tyliau siurblys veikia. Kuo ilgiau išpumpuojame orą, tuo mažesnis slėgis inde.
Kai visas oras pašalinamas,uždarykite čiaupą, suspauskite žarną, kad užblokuotumėte oro tiekimą. Pasverkite kolbą be oro, tada atidarykite čiaupą. Oras pateks būdingu švilpuku, o jo svoris bus pridėtas prie kolbos svorio.
Pirmiausia uždėkite tuščią indą su uždarytu čiaupu ant svarstyklių. Indo viduje yra vakuumas, pasverkime. Atidarome čiaupą, oras pateks į vidų, ir vėl pasveriame kolbos turinį. Skirtumas tarp užpildytos ir tuščios kolbos svorio bus oro masė. Tai paprasta.
Oro svoris ir atmosferos slėgis
Dabar pereikime prie kitos problemos sprendimo. Norėdami apskaičiuoti oro tankį, turite padalyti jo masę iš tūrio. Kolbos tūris yra žinomas, nes jis pažymėtas ant kolbos šono. ρ=moras /V. Turiu pasakyti, kad norint gauti vadinamąjį aukštą vakuumą, ty visišką oro nebuvimą inde, reikia daug laiko. Jei kolba yra 1,2 l, tai apie pusvalandį.
Sužinojome, kad oras turi masę. Žemė ją traukia, todėl ją veikia gravitacijos jėga. Oras spaudžia žemę jėga, lygia oro svoriui. Taigi atmosferos slėgis egzistuoja. Tai pasireiškia įvairiais eksperimentais. Padarykime vieną iš šių.
Švirkšto eksperimentas
Paimkite tuščią švirkštą, prie kurio pritvirtintas lankstus vamzdelis. Nuleiskite švirkšto stūmoklį ir panardinkite žarną į indą su vandeniu. Patraukite stūmoklį aukštyn ir vanduo pradės kilti per vamzdelį, užpildydamas švirkštą. Kodėl vanduo, kurį gravitacija traukia žemyn, vis tiek kyla už stūmoklio?
Kraujagyslėje jis paveikiamas iš viršaus į apačiąAtmosferos slėgis. Pažymėkime jį Patm. Pagal Paskalio dėsnį atmosferos slėgis skysčio paviršiuje perduodamas nepakitęs. Jis plinta į visus taškus, o tai reiškia, kad vamzdžio viduje taip pat yra atmosferos slėgis, o švirkšte virš vandens sluoksnio yra vakuumas (beorė erdvė), t.y. P \u003d 0. Taip išeina, kad atmosferos slėgis vandenį spaudžia iš apačios, o virš stūmoklio slėgio nėra, nes ten tuštuma. Dėl slėgio skirtumo į švirkštą patenka vanduo.
Eksperimentuokite su gyvsidabriu
Oro svoris ir barometrinis slėgis – kokio dydžio jie yra? Gal tai kažkas, ko galima nepaisyti? Juk vienas kubinis metras geležies sveria 7600 kg, o vienas kubinis metras oro – tik 1,3 kg. Kad suprastume, pakeiskime ką tik atliktą eksperimentą. Vietoj švirkšto paimkite kamščiu uždarytą buteliuką su vamzdeliu. Prijunkite vamzdelį prie siurblio ir pradėkite siurbti orą.
Skirtingai nei anksčiau, vakuumą sukuriame ne po stūmokliu, o visame buteliuko tūryje. Išjunkite siurblį ir tuo pačiu metu nuleiskite butelio vamzdelį į vandens indą. Pamatysime, kaip vanduo per vamzdelį užpildė butelį būdingu garsu vos per kelias sekundes. Didelis greitis, kuriuo ji „įsprogo“į butelį, rodo, kad atmosferos slėgis yra gana didelė reikšmė. Patirtis tai įrodo.
Pirmą kartą išmatavo atmosferos slėgį, oro svorį italų mokslininkas Torricelli. Jis turėjo tokią patirtį. Aš paėmiau šiek tiek daugiau nei 1 m ilgio stiklinį vamzdelį, uždarytą viename gale. Pripildė jį gyvsidabriu iki kraštų. Po toTada jis paėmė indą su gyvsidabriu, pirštu suspaudė jo atvirą galą, apvertė vamzdelį ir panardino į indą. Jei nebūtų atmosferos slėgio, tada visas gyvsidabris būtų išlietas, bet taip neatsitiko. Išpylė iš dalies, gyvsidabrio lygis nusistovėjo 760 mm aukštyje.
Tai atsitiko, nes atmosfera slėgė gyvsidabrį talpykloje. Būtent dėl šios priežasties ankstesniuose mūsų eksperimentuose vanduo buvo varomas į vamzdelį, todėl vanduo sekė švirkštą. Tačiau šiuose dviejuose eksperimentuose mes paėmėme vandenį, kurio tankis yra mažas. Gyvsidabrio tankis yra didelis, todėl atmosferos slėgis galėjo pakelti gyvsidabrio sluoksnį, bet ne iki pat viršaus, o tik 760 mm.
Pagal Paskalio dėsnį gyvsidabriui daromas slėgis nepakitęs perduodamas į visus jo taškus. Tai reiškia, kad vamzdžio viduje taip pat yra atmosferos slėgis. Tačiau, kita vertus, šį slėgį subalansuoja skysčio kolonėlės slėgis. Gyvsidabrio stulpelio aukštį pažymėkime h. Galima sakyti, kad atmosferos slėgis veikia iš apačios į viršų, o hidrostatinis – iš viršaus į apačią. Likę 240 mm yra tušti. Beje, šis vakuumas dar vadinamas Torricelli tuštuma.
Formulė ir skaičiavimai
Atmosferos slėgis Patm yra lygus hidrostatiniam slėgiui ir apskaičiuojamas pagal formulę ρptgh. ρrt=13600 kg/m3. g=9,8 N/kg. h=0,76 m. Patm=101,3 kPa. Tai gana didelė suma. Ant stalo gulintis popieriaus lapas sukuria 1 Pa slėgį, o atmosferos slėgis yra 100 000 paskalių. Pasirodo, reikia įdėti100 000 popieriaus lapų vienas ant kito, kad susidarytų toks slėgis. Įdomu, ar ne? Atmosferos slėgis ir oro svoris yra labai dideli, todėl eksperimento metu vanduo į butelį buvo stumiamas tokia jėga.
