Давлением атмосферы называют силу, с которой воздух давит на Землю, человека и все, что его окружает. Статья расскажет, как в XVII в. с помощью эксперимента впервые была показана сила давления воздуха. Это очень интересно! Мы узнаем, как обозначается давление атмосферы и чем измеряется.
Опыт Отто фон Герике
Насколько велико атмосферное давление, мир узнал в 1654 году. Произошло это благодаря бургомистру города Магдебург (Германия) Отто фон Герике. Он продемонстрировал опыт с так называемыми магдебургскими полушариями. Тогда не шла речь о том, как обозначается давление воздуха, потому что измерять его еще не умели. Как выглядят полушария, видно на фотографии из магдебургского музея.
Это две бронзовых полусферы, одна из них сплошная, а во второй есть отверстие. Между полусферами для герметичности помещали промасленную кожаную прокладку и соединяли их. Через отверстие из полушарий выкачивали воздух. Интересно, что сам Герике за четыре года до этого, в 1650 г., изобрел вакуумный насос. Он тоже запечатлен на фото. Когда воздух был откачан, полусферы сдавливало атмосферное давление. Для того чтобы отсоединить их друг от друга, использовали тяговую силу лошадей.
Эксперимент с магдебургскими полушариями
Перед тем как узнать, как обозначается давление атмосферы, проведем опыт. Для него будем использовать модель магдебургских полушарий. Присоединим к отверстию полусферы при помощи резинового шланга вакуумный насос. Включим его, откроем кран на одном из полушарий. Давление в пространстве между ними понизится. Следовательно, сила, действующая на полушария изнутри, понижается, а действующая снаружи — увеличивается.
Во время откачивания воздуха разъединить полусферы оказывается невозможным, так как они плотно прилегают друг к другу. Выключим насос, отсоединим резиновый шланг. Воздух начнет заходить в пространство между полушариями. Тогда они легко разделятся.
Какой буквой обозначается давление воздуха
Попробуем рассчитать силу, которая сдавливала полусферы. Когда мы откачиваем воздух, на полушария действует только сила атмосферного давления. Она сдавливает полушария и направлена от внутренних стенок полых сфер к центру пространства между ними. Диаметр полушарий (d) у Герике был 35,5 см.
Исходя из того, что мы не смогли разъединить полусферы, становится понятно, что сила давления очень большая. Даже восемь лошадей с каждой стороны не смогли разорвать эти полушария. Вот гравюра, которая иллюстрирует опыт Отто фон Герике.
Какой буквой обозначается давление? Буквой Р. Нормальное атмосферное давление (Ратм) равно 100 килопаскалям (кПа). На каждый участок полушария действует такая сила. Сила давления F равна произведению атмосферного давления на площадь сечение полушарий S.
S=π*d2/4. F=100*103 Па*3,14*(0,355 м)2/4≈10 кН (килоньютонов). Это вес груза массой одна тонна, поэтому лошади не смогли разорвать эти полушария.
Барометр
Как обозначается атмосферное давление, мы знаем, а чем его измеряют? Барометр, который изобрел итальянец Торричелли в первой половине XVII в., имел недостатки. Его легко можно было разбить, он был наполнен ядовитой ртутью, а ведь так хотелось возить его по разным местам, чтобы предсказывать погоду.
Нужно было придумать устройство без стеклянной трубки, т. е. безжидкостное. Такой барометр изобрели только через двести лет и назвали его анероид. Это слово в переводе на русский язык означает безжидкостный. Рассмотрим, что собой представляет барометр-анероид.
Это прибор небольшого размера. В отличие от ртутной трубки Торричелли высотой в один метр, его можно легко возить с собой куда угодно. Что же в нем внутри? Посмотрим на барометр в разобранном виде.
Как обозначается давление в нем? В устройстве есть шкала, похожая на циферблат часов. Давление в килопаскалях показывается стрелкой. Позади циферблата мы видим три уплощенные коробочки. Из них выкачан воздух, а внутри находится пружина. Если бы ее не было, атмосфера бы раздавила коробочки. Дальше от пружины отходит рычажок, он передает движения коробочек. Почему они двигаются? Коробочки могут менять свою толщину. Когда атмосферное давление больше, воздух сжимает коробочки, их толщина уменьшается. Когда давление меньше, пружина распрямляется и коробочки становятся толще. Через механизм рычажков движение передается стрелке.
Устройство безжидкостного барометра
Мы узнали, как обозначается давление в безжидкостном барометре, а теперь нарисуем его схему.
Три коробочки придают устройству большую точность, но в принципе достаточно и одной. Она специально сделана гофрированной для того, чтобы обладать способностью менять свою толщину. Вспомните гофрированные, а поэтому гибкие шланги пылесосов. Нижняя часть коробочки прикреплена к основанию. К верхней ее части прикреплена пружина, которая пытается расправить коробочку так же, как алюминиевая линейка, если ее согнуть, пытается распрямиться. Атмосферное давление, наоборот, пытается сжать коробочку.
Когда давление увеличивается, толщина коробочки уменьшается, значит, рычаг поворачивает ось. Если к оси прикрепить стрелку, то она будет поворачиваться вправо, когда толщина уменьшается, и влево, когда толщина увеличивается.
