АТМОСФЕРНО НАЛЯГАНЕ: НОРМАЛНА СТОЙНОСТ, КАК ДА СЕ ИЗМЕРИ, ПРИМЕРИ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

На атмосферното налягане е причинено от теглото на газовете, съставящи атмосферата над земята. Счита се, че масата на атмосферата е около 5 х 10 ¹⁸ кг и всички живи същества са подложени на натиска, който тази маса оказва.

Първият, който го измери, беше италианският учен Евангелиста Торичели (1608-1647). Той извърши прост, но много гениален експеримент през 1644 г.: напълно напълни стъклена тръба, затворена в единия си край с живак, обърна я и я изсипа в контейнер, който също съдържа живак.

Фигура 1. Анероидният барометър за измерване на атмосферното налягане, за разлика от живачния барометър, той не съдържа течност. Източник: Wikimedia Commons.

Торичели забеляза, че тръбата не се изпразва напълно, а се напълва с живак до височина 76 cm. Изненадан, той направи много тестове с епруветки с различна форма, винаги получавайки един и същ резултат.

По този начин Торичели разбра, че атмосферното налягане се повишава и поддържа живачната колона вътре в тръбата на височина 760 мм. По този начин се установява средната стойност на атмосферното налягане.

Тъй като налягането се дефинира като сила на единица площ, единиците на атмосферното налягане в Международната система са нютон / метър или паскал, което е съкратено Pa. Така че в тази система атмосферното налягане P _atm има стойност на:

Това е нормалната стойност на атмосферното налягане при 0 ° C и на морското равнище.

Атмосферното налягане на морското равнище и други вариации

На теория максималната стойност на атмосферното налягане е точно на морско ниво. Въпреки че има толкова много вариабилност на това ниво, експертите трябва да установят някаква референтна система, която да им помогне да определят нейната стойност.

Ето основните фактори, които влияят върху стойността на атмосферното налягане на определено място на Земята:

-Височина: на всеки 10 метра височина налягането намалява с 1 mm Hg. Но също така се случва плътността на газа, който съставя атмосферата, да не е постоянна. По принцип с увеличаване на надморската височина плътността на въздуха намалява.

Фигура 2. Висотомер, инструмент, който измерва надморската височина въз основа на промените в налягането. Източник: Pixabay

- Температура: очевидно колкото по-висока температура плътността намалява и въздухът тежи по-малко, следователно стойността на налягането намалява.

- Широта: атмосферното налягане е по-ниско в екваториалните ширини, защото Земята не е перфектна сфера. Брегът в екватора е по-отдалечен от центъра на Земята от полюсите и там плътността на въздуха също е по-ниска.

- Континенталност: колкото повече се придвижва към вътрешността на континентите, толкова по-високо е атмосферното налягане, докато в крайбрежните места налягането е по-ниско.

Вариант на атмосферното налягане с височина

Алтиметричното уравнение, което свързва атмосферното налягане P на място с неговата височина z над морското равнище, има тази форма:

Тук P _o е съществуващото налягане на първоначалната или референтната височина, което обикновено се приема на морско равнище, ρ _или плътността на въздуха на морското равнище и g стойността на ускорението на гравитацията. По-късно в раздела за решени упражнения е приспадането стъпка по стъпка.

Как се измерва атмосферното налягане?

Атмосферното налягане се измерва с барометъра. Най-простият е като този, изграден Torricelli, базиран на живак. Наклонът на тръбата или диаметърът не променя височината на живачната колона, освен ако климатичните фактори не са отговорни за това.

Например облаците се образуват в райони с ниско налягане. Така че, когато отчитането на барометъра спадне, това е знак, че идва лошо време.

Всъщност могат да се използват и други течности вместо живак, например може да се направи воден барометър. Проблемът е, че размерът на колоната е 10,33 m, много непрактично за транспортиране.

Съществуват и инструменти, които измерват механично налягането - чрез деформации в тръби или спирали: анероидни барометри и манометри. Те могат да измерват разликата в налягането между две точки или също така да измерват налягане, приемащо атмосферното налягане за еталон.

Единици за налягане

Нормалната стойност на налягането се използва за определяне на нова единица налягане: атмосферата, съкратено атм. Атмосферното налягане е 1 атм; по този начин други налягания могат да бъдат изразени по отношение на атмосферното налягане, което е много позната стойност за всички:

Следващата таблица показва единиците, които се използват най-много в науката и техниката за измерване на налягането, и съответния еквивалент в паскали:

Мерна единица	Еквивалентност в pascal
N / m 2	един
банкомат	101355
mm Hg	133,3
фунт / в 2	6894.76
кръчма	1x 10 5

Хидростатично, абсолютно и габаритно налягане

Върху свободната повърхност на течност в статично равновесие и отворена за атмосферата действа атмосферното налягане. Но във вътрешните точки на течността, разбира се, действа теглото на колоната с течност.

Теглото на колоната зависи от нейната височина и плътността на течността, която ще приемем постоянна, както и температурата. В този случай налягането P е:

Това е хидростатичното налягане във всяка точка във флуид с постоянна плътност и е пряко пропорционално на дълбочината z на флуида.

По отношение на абсолютното налягане P _abs в флуид в покой, то се определя като сумата от атмосферното налягане P _atm и хидростатичното налягане P:

И накрая, налягането на манометъра P _man в течност в покой е разликата между абсолютно и атмосферно налягане и в този случай е еквивалентно на измерване на хидростатичното налягане:

Примери

Силата, която атмосферата упражнява върху тялото

Може да се оцени големината на общата сила, упражнена от атмосферата върху човешкото тяло. Да предположим, че тялото има приблизително повърхностна площ от 2 m ², тъй като налягането се определя като сила на единица площ, можем да решим и да изчислим силата:

За това изчисление ще използваме нормалната стойност на атмосферното налягане, установена в началото:

Този резултат е еквивалентен на повече или по-малко 20 тона сила, но не представлява проблем за живите същества, които обитават земната повърхност, които са пригодени за това, подобно на рибите в морето.

Въпреки че е доста голяма сила. Как така да не се сринем преди него?

Е, налягането вътре в тялото се равнява на налягането отвън. Ние не се сриваме, защото вътрешната сила се балансира от друга външна сила. Но някои хора са засегнати от височината и могат да кървят от носа, когато се катерят по много високи планини. Това е така, защото балансът между кръвното и атмосферното налягане е нарушен.

Отпийте напитки със сламка или сламка

Атмосферното налягане позволява да се пие сода със сламка или сламка. Шумерите и други древни култури бяха открили, че могат да пият бира, като използват кухи стъбла на растения или тръстики като сламки.

Много по-късно, в края на 19 и началото на 20 век, в САЩ са патентовани различни модели сламки, включително тези с лакът във формата на акордеон, широко използвани днес.

Фигура 3. Атмосферното налягане ви позволява да отпивате със сламка. Източник: Pixabay

Ето как работят: Тъй като течността се абсорбира през сламата, налягането над течността в сламата се намалява, което води до налягането под, което е по-високо, да изтласка течността нагоре за лесно пиене.

Поради тази причина след екстракция или стоматологична операция не е препоръчително да се пият течности по този начин, тъй като понижението на налягането може да доведе до отваряне на раната и да започне да кърви.

Упражнения

- Упражнение 1

Извлечете алтиметричното уравнение P (z):

-Po е налягането на референтното ниво (морско ниво)

-z е височината

-ρ _o е плътността на течността на морското равнище

-g е стойността на ускорението на гравитацията

Решение

Първо, нека dp е диференциално налягане, което според основното уравнение на хидростатиката се изразява като:

Знакът минус взема предвид факта, че налягането намалява с увеличаване на z. Въздухът също ще се приеме като идеален газ, така че налягането и плътността са свързани с:

Плътността се замества веднага, за да се получи:

Сега, при натискане на писане по този начин се предполага, че атмосферата е разделена на слоеве с височина dz, нещо като купчина палачинки, всеки с налягане dp. По този начин се получава диференциално уравнение, което се решава чрез разделяне на променливите p и z:

След това се интегрира от двете страни, което е еквивалентно на добавяне на приноса на налягането, направен от всеки слой. В интеграла отляво се прави от налягане P _или първоначално до крайно налягане P. По същия начин интегралът вдясно оценява от z _o до z:

Следното е да се реши за P с помощта на експоненциал:

И накрая, ако и Т и g се поддържат постоянни, ρ _o = (M / RT) P _o, тогава M / RT = ρ _o / P _o, и можем също така да направим z _o = 0. Съставяйки всичко това заедно:

- Упражнение 2

Каква е стойността на атмосферното налягане в Ла Пас, Боливия, разположено на 3640 м надморска височина? Вземете средната плътност на въздуха като 1,225 kg / m ³ на морско равнище.

Решение

Просто заместете числовите стойности, дадени в алтиметричното уравнение:

В заключение, тя е около 66% от нормалното налягане.

Препратки

1. Figueroa, D. (2005). Серия: Физика за наука и инженерство. Том 5. Течности и термодинамика. Редактиран от Дъглас Фигероа (USB).
2. Киркпатрик, Л. 2007. Физика: поглед към света. 6-то съкратено издание. Учене в Cengage.
3. Стандартната атмосфера. Възстановено от: av8n.com
4. Университет в Севиля. Вариант на атмосферното налягане. Възстановено от: laplace.us.es.
5. Wikipedia. Хипзометрично уравнение. Възстановено от: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Атмосферно налягане. Възстановено от: es.wikipedia.org.