Atmosferos slėgis yra jėga, kuria mus veikia aplinkinis oras, t. y. atmosfera. Straipsnyje bus pateikti eksperimentai, kurių metu įsitikinsime, kad oro slėgis tikrai egzistuoja. Sužinosime, kas jį matavo pirmą kartą, kas nutinka, kai atmosferos slėgis pasiskirsto netolygiai ir dar daugiau.
Atmosferos slėgio apraiškos
Jei oras slegia viską aplinkui, vadinasi, jis kažką sveria. Ar tai tikrai tiesa, kodėl tada mums tai atrodo nesvari? Atlikime eksperimentus, rodančius, kad atmosferos slėgis iš tikrųjų egzistuoja.
Pripildykite švirkštą vandens iki vidurio, tada patraukite stūmoklį aukštyn. Vanduo seks paskui stūmoklį. To priežastis – atmosferos slėgis, tačiau kai žmonės dar nežinojo apie jo egzistavimą, jie teigė, kad gamta tiesiog netoleruoja tuštumos. Dabar žinome, kad kai stūmoklis pakyla, susidaro sritissumažintas slėgis, o atmosfera išspaudžia vandenį į švirkštą.
Patirtis su plastikine kortele ir stiklainiu
Užpildykite stiklinį indelį vandens iki viršaus, uždenkite viršų plastiko gabalėliu, pavyzdžiui, kortele. Apverskime stiklainį ir pažiūrėkime, kad kortelė laikosi ir nenukrenta. Vandens slėgio jėgą kompensuoja atmosferos slėgio jėga. Niekas nespaudžia vandens iš viršaus, bet atmosfera spaudžia iš apačios, dėl to korta laikosi. Jei tarp plastiko ir stiklainio pateks oro, kortelė nukris ir vanduo išsilies.
Torricelli įrenginys
Italų mokslininkas Torricelli pirmą kartą išmatavo atmosferos slėgį. Jis tai padarė su vadinamuoju gyvsidabrio barometru. Pirmiausia Torricelli pripildė gyvsidabrio stiklinį vamzdelį iki viršaus, paėmė didelį dubenį su gyvsidabriu, apvertė vamzdelį, įmetė į dubenį ir atidarė apatinį galą. Merkurijus pradėjo leistis žemyn, bet ne visiškai išėjo, o nusileido į tam tikrą aukštį.
Paaiškėjo, kad šis lygis yra 760 mm. Todėl atmosferos slėgis gali išlaikyti 760 mm gyvsidabrio stulpelį. Jei slėgis pakyla, tada jis gali išlaikyti didesnio aukščio stulpelį, jei jis mažėja, mažiau. Jei taip, tada jo dydį galima spręsti pagal stulpo aukštį. Todėl praktikoje atmosferos ir dujų slėgis dažnai matuojamas tiksliai gyvsidabrio milimetrais. Nustatykime ryšį tarp gyvsidabrio milimetrų ir įprastų paskalio vienetų.
Kaip susiję gyvsidabrio milimetrai ir paskaliai
Atmosferos slėgis gyvsidabrio kiekį padidina 760 mm. Tai reiškia kadgyvsidabrio 760 mm aukščio presų kolona, kurios jėga lygi normaliam atmosferos slėgio lygiui. 1 mm Hg yra slėgis, kurį sukuria 1 mm aukščio gyvsidabrio stulpelis. Įsivaizduokite, kad gyvsidabrio stulpelio aukštis yra 1 mm. Apskaičiuokite hidrostatinį slėgį, atitinkantį šį aukštį.
P=1 mmHg Hidrostatinis slėgis apskaičiuojamas pagal formulę: ρgh. ρ – gyvsidabrio tankis, g – pagreitis dėl gravitacijos, h – skysčio stulpelio aukštis. ρ=13, 6103 kg/m3, g=9, 8 N/kg, h=110 -3 m. Pakeiskite šiuos duomenis į formulę. Po konvertavimo išliks 13,69,8=133,3 N/m2. N/m2 – tai Paskalis (Pa). Jei atmosferos slėgį paverstume hektopaskaliais, tai 1 mm Hg. Art. atitinka 1,333 hPa.
Hg ir oras
Torricelli ilgai stebėjo gyvsidabrio barometro rodmenis. Jis pastebėjo įdomų dalyką. Kai gyvsidabrio stulpelis nukrenta, tai yra, kai atmosferos slėgis tampa žemas, po kurio laiko atsiranda blogas oras. Kai gyvsidabrio stulpelis pakyla, po kurio laiko blogus orus pakeičia geras oras. Tai reiškia, kad atmosferos slėgio matavimas leidžia sudaryti orų prognozę.
Dabar meteorologijos tarnybos visą parą, kas 3 valandas, matuoja atmosferos slėgį. Žiulio Verno knygoje „Penkiolikos metų kapitonas“aprašomas barometro ir oro stebėjimas. Pagrindinis knygos veikėjas išsiaiškino, kad jei gyvsidabrio stulpelis krenta greitai, oras smarkiai pablogėja, bet neilgam, jei gyvsidabrio lygis mažėja lėtai, per kelias dienas, tadaoras pamažu blogės, bet truks ilgai.
Kas atsitinka, kai atmosferos slėgis pasiskirsto netolygiai
Panagrinėkime sinoptinį žemėlapį. Jame yra atmosferos slėgio reikšmės įvairiose vietovėse, miestuose, šalyse, žemynuose. Oro masių judėjimo kryptis nurodoma rodyklėmis. Kodėl pučia vėjas? Atmosferos slėgis kai kur didesnis, kitur mažesnis. Iš kur jis didesnis, vėjas pučia ten, kur mažesnis. Matome jį rodyklių kryptimi žemėlapyje.
Jei pažvelgsite į visą planetą, pamatysite, kad skirtingose vietose ji skiriasi. Aukšto slėgio sritys pažymėtos violetine spalva, kur vėjo rodyklės sukasi ir juda pagal laikrodžio rodyklę. Ši aukšto slėgio sritis vadinama anticiklonu. Paprastai būna giedras oras.
Bet Ispanija ir Portugalija. Čia stebime du galingiausius anticiklonus. Oro srovių sukimasis yra susijęs su Žemės rutulio sukimu.
Ir štai dvi galingos žemo atmosferos slėgio zonos – tik 965 hektopaskaliai. Tai ciklonas, jame esantis oras sukasi prieš laikrodžio rodyklę.
Taigi galite stebėti atmosferos slėgio pasiskirstymą įvairiose mūsų planetos vietose. Šiais laikais meteorologai tiksliai prognozuoja orų pokyčius, atsirandančius, kai atmosferos slėgis pasiskirsto netolygiai.
Slėgis jūros lygyje ir virš jo
Tarkime, barometras rodo 1006 hPa slėgį. Bet jeipažiūrėkit į tam tikros vietovės, miesto sinoptinį žemėlapį, gali pasirodyti, kad ten atmosferos slėgis kitoks. Kodėl tai vyksta? Faktas yra tas, kad sinoptiniai žemėlapiai rodo atmosferos slėgio reikšmes jūros lygyje. Galime būti tam tikrame aukštyje virš jūros lygio, todėl slėgis, kurį patalpoje rodo barometras, yra mažesnis nei jūros lygyje.
Aukščiamatis
Kaip išmatuoti savo vietos aukštį? Yra specialių prietaisų, panašių į barometrą, tačiau jų skalė graduojama ne slėgio, o aukščio vienetais. Turistai ir pilotai turi tokius įrenginius. Jie vadinami aukščiamačiais arba parametriniais aukščiamačiais. Kai pilotas yra ant žemės, jis nustato aukščio matuoklį į nulį, nes jo aukštis virš žemės yra nulis. Jei reikia, jis nustato rodyklę į aukštį virš jūros lygio, priklausomai nuo to, ar jam svarbu žinoti, kokiame aukštyje yra aerodromas virš jūros lygio, ar ne. Tolimųjų skrydžių atveju tai gali būti naudinga, ypač jei aerodromas yra kalnuose. Tada, žiūrėdamas į aukščiamačio rodyklę, pilotas nustato aukštį.
Kodėl atmosferos slėgis didėja didėjant aukščiui
Sužinoję, kad kai atmosferos slėgis pasiskirsto netolygiai, pučia vėjas, išsiaiškinkime, kodėl slėgis mažėja didėjant aukščiui. Oras turi svorį, todėl jį traukia žemė, daro ją spaudimą. Jeigu barometrą įdėsime į tam tikrą atmosferos sluoksnį, tai jį prispaus tas atmosferos sluoksnis,kuri yra aukščiau. Reikėtų pažymėti, kad atmosfera neturi aiškių ribų.
Jei pastatysime barometrą jūros lygyje, slėgis bus lygus slėgio šiame oro sluoksnyje ir slėgių viršutiniuose atmosferos sluoksniuose sumai. Tai yra, didėjant aukščiui, slėgis mažėja. Kyla klausimas: ar galima apskaičiuoti atmosferos slėgį pagal formulę Р=ρgh? Ne, nes oro tankio reikšmė skirtinguose atmosferos sluoksniuose nėra pastovi. Apačioje oras yra labiau spaudžiamas, todėl tankesnis, o viršuje – mažiau.
