Text Size
Среда 21 августа 2019

 

 

Хорошо известно, что твердые и жидкие тела имеют собственный вес. Газообразные вещества, включая воздух, также обладают весом. 

Что такое воздух? Это - смесь газов, которые окружают Землю, формируя планетарную атмосферу. Поскольку воздух имеет вес и образует атмосферу вокруг земли, он должен действовать на все, что входит с ним в контакт, например на поверхность планеты, людей, животных и другие объекты. Восприятие веса, возникающего под действием воздуха, называется «атмосферным давлением».
Одна из характеристик атмосферного давления – это его изменения в зависимости от высоты местности, где давление измерено. Максимальное его значение - на уровне моря (нулевая высота). На больших высотах давление уменьшается. Например, на высоте 3500 метров давление будет существенно меньше, чем на уровне моря. Давление - меньше, поскольку вес воздуха уменьшен эквивалентно весу столба воздуха высотой 3500 метров.
Значение атмосферного давления, измеренного на уровне моря при температуре 0oС - немного выше, чем 1 кг/см2 (1 килограмм на квадратный сантиметр поверхности). Эта значение было определено экспериментом Е. Торичелли и В. Вивиани, которые были студентами Галилея. Для эксперимента, который легко повторить, требуется следующее оборудование:

I. Стеклянная трубка, закрытая с одного конца, диаметром 12 мм (что эквивалентно площади в 1 см2) с длиной приблизительно 1 метр.
II. Емкость.
III. Ртуть.

Метод:
I. Налить ртуть в трубку до половины уровня.
II. Долить ртуть в трубку на полную высоту, но так, чтобы не образовались воздушные пузыри.
III. Закрыть пальцем открытый конец трубки и затем перевернуть ее. Разместить перевернутую трубку в емкости с ртутью, таким образом, чтобы не открывать конец трубки, пока не закончено погружение.
IV. Когда палец удален, ртуть будет течь из трубки в сосуд.
V. Уровень ртути, оставшийся в трубке, нужно измерить от поверхности ртути в сосуде и эта высота - 76 см.
Естественен вопрос, почему ртуть не вытекла полностью в сосуд. Причина в атмосферном давлении, действующем на свободную поверхность ртути в сосуде. Эта сила передается к основанию трубки и поддерживает вес столба. Каково практическое значение высоты 76 см ртутного столба? Если значение 76 см - результат равновесия на уровне моря, такой же самый эксперимент, проводимый на высоте 1000 метров, покажет более низкое значение давления. Это происходит вследствие того, что уменьшенное атмосферное давление может поддерживать более низкий столб ртути в трубке. Сравнивая изменение в высоте с максимальным значением в 76 см, можно определить значение давления на более высоком уровне. Отношения между атмосферным давлением (кг/см2) и высотой столба ртути (см) исследованы в эксперименте.
Если воздух имеет вес, ртуть имеет больший вес; это может быть рассчитано следующим способом:

  • Объем столба = площадь основания x высоту Площадь основания трубки = 1 см2 , высота ртутного столба =76 см

    1 см2x76 см =76 см3

  • Учитывая «удельный вес» ртути, 1 см3 которой весит 0,01359 кг (0,1359 Н в системе СИ, 1 кг = 10 Н), можно вычислить:
  • Вес столба = объем x удельный вес.

    76 см3 x 0,0135 кг/см3=1,03 кг

    (в системе СИ) 76 см3 x 0,1359 Н/см3 =10,3 Н.
    Поэтому вес ртутного столба, имеющего площадь основания 1 см2 и высоту 76 см будет иметь вес приблизительно 1,03 кг (или 10,3 Н)

 

 

Поскольку этот вес уравновешивается атмосферным давлением, можно вычислить силу, с которой столб воздуха давит на 1 см2 поверхности, она равняется 1,03 кг (10,3 Н) и которую можно округлить до 1 кг (или до 10 Н). Если использовать воду вместо ртути, то может быть получен подобный результат. Столб воды при этом должен быть высотой 10,3 метров 

В Международной системе СИ давление выражается в «Паскалях» (Па) для любых сред.

 

Программист

Учебник