Вимірювання атмосферного тиску. Дослід Торрічеллі
Розрахувати атмосферний тиск за формулою для обчислення тиску стовпа рідини не можна. Для такого розрахунку треба знати висоту атмосфери і щільність повітря.
Але певного кордону у атмосфери немає, а щільність повітря на різній висоті різна. Однак виміряти атмосферний тиск можна за допомогою досліду, запропонованого в XVII ст. італійським ученим Еванджелістом Торрічеллі, учнем Галілея.
Дослід Торрічеллі полягає в наступному: скляну трубку завдовжки близько 1 м, запаяну з одного кінця, наповнюють ртуттю. Потім, щільно закривши інший кінець трубки, її перевертають, опускають в чашку з ртуттю і під ртуттю відкривають кінець трубки. Частина ртуті при цьому виливається в чашку, а частина її залишається в трубці. Висота стовпа ртуті, що залишилася в трубці, дорівнює приблизно 760 мм. Над ртуттю в трубці повітря немає, там безповітряний простір.
Торрічеллі, що запропонував описаний вище дослід, дав і його пояснення. Атмосфера тисне на поверхню ртуті в чашці. Ртуть знаходиться в рівновазі. Значить, тиск у трубці на рівні ААГ дорівнює атмосферному тиску. Якби воно було більше атмосферного, то ртуть виливалася б з трубки в чашку, а якщо менше, то піднімалася б у трубці вгору.
Тиск в трубці на рівні Аа1 створюється вагою стовпа ртуті в трубці, так як у верхній частині трубки над ртуттю повітря немає. Звідси випливає, що атмосферний тиск дорівнює тиску стовпа ртуті в трубці, т. е.
РАтм = РРтуті
Вимірявши висоту стовпа ртуті, можна розрахувати тиск, який виробляє ртуть. Воно й буде дорівнює атмосферному тиску. Якщо атмосферний тиск зменшиться, то стовп ртуті в трубці Торрічеллі понизиться.
Чим більше атмосферний тиск, тим вище стовп ртуті в досліді Торрічеллі. Тому на практиці атмосферний тиск можна вимірювати висотою ртутного стовпа (в міліметрах або сантиметрах). Якщо, наприклад, атмосферний тиск дорівнює 780 мм рт. ст., то це означає, що повітря виробляє такий же тиск, яке справляє вертикальний стовп ртуті висотою 780 мм.
Отже, в цьому випадку за одиницю атмосферного тиску приймають 1 міліметр ртутного стовпа (1 мм рт. Ст.). Знайдемо співвідношення між цією одиницею і відомої нам одиницею тиску – паскалем (Па).
Тиск стовпа ртуті ρртуті висотою 1 мм дорівнює
P = gρh,
Р = 9,8 H/кг – 13600 кг/м3 – 0,001 = 133,3 Па
Отже,
1 мм рт. ст. = 133,3 Па.
В даний час атмосферний тиск прийнято вимірювати і в гектопаскалях. Наприклад, у зведеннях погоди може бути оголошено, що тиск дорівнює 1 013 гПа, це те ж саме, що 760 мм рт. ст.
Спостерігаючи щодня за висотою ртутного стовпа в трубці, Торрічеллі виявив, що ця висота змінюється, т. е. атмосферний тиск непостійний, він може збільшуватися і зменшуватися. Торрічеллі помітив також, що зміни атмосферного тиску пов’язані зі зміною погоди.
Якщо до трубки з ртуттю, що використовувалася в досліді Торрічеллі, прикріпити вертикальну шкалу, то вийде найпростіший прилад – ртутний барометр (від грец. Барос – тяжкість, метпрео – вимірюю). Він служить для вимірювання атмосферного тиску.
Питання
- Чому не можна розраховувати тиск повітря так само, як розраховують тиск рідини на дні або стінках посудини? Поясніть, як за допомогою трубки Торрічеллі можна виміряти атмосферний тиск. Що означає запис: “Атмосферний тиск дорівнює 780 мм рт. ст. “? Скільки гектопаскалів в одному тиску ртутного стовпа висотою 1 Мм?
(2 votes, average: 3.00 out of 5)