Атмосферно налягане и тегло на въздуха. Формули, изчисления, експерименти

От самата концепция "атмосферно налягане" от това следва, че въздухът трябва да има тегло, иначе не би могъл да притиска нищо. Но ние не го забелязваме, струва ни се, че въздухът е безтегловен. Преди отколкото да се каже за атмосферното налягане, трябва да докажете, че въздухът има тегло, трябва да го претеглите по някакъв начин. Как да го направим? Теглото на въздуха и атмосферното налягане ще бъдат разгледани подробно в тази статия с помощта на експерименти.

Експеримент

Претегляме въздуха в стъкления съд. Той влиза в резервоара през гумена тръба в гърлото. Кранът затваря маркуча, така че да не влиза въздух. евакуиране на въздуха от съда с помощта на вакуумна помпа. Интересно е, че звукът на помпата се променя при изпускане на въздуха. Колкото по-малко въздух остава в колбата, толкова по-тихо ще работи помпата. Колкото по-дълго изпомпваме въздуха, толкова по-ниско става налягането в съда.

Когато въздухът е изпуснат, затворете крана и стиснете маркуча, за да се отстрани въздухът. Претеглете колбата без въздух, след което отворете крана. Въздухът ще нахлуе с характерно съскане и теглото му ще се прибави към теглото на крушката.

Първо поставяме празния съд със затворен клапан върху везната. Вътре в резервоара има вакуум. Ще го претеглим. Отворете крана, въздухът влиза вътре и отново претегляме съдържанието на колбата. Разликата в теглото на празната и пълната колба е масата на въздуха. Това е толкова просто.

Тегло на въздуха и атмосферно налягане

Сега преминете към решаването на следващия проблем. За да изчислите плътността на въздуха, разделете масата му на обема му. Обемът на спринцовката е известен, тъй като е отпечатан от страната на спринцовката. ρ=m_въздух /V. Трябва да се каже, че е необходимо доста дълго време, за да се постигне т.нар. висок вакуум, т.е. пълно отсъствие на въздух в съда. Ако вместимостта на колбата е 1,2 литра, това е около половин час.

Разбрахме, че въздухът има маса. Земята го привлича, така че върху него действа гравитацията. Въздухът притиска земята със сила, равна на теглото на въздуха. Следователно съществува атмосферно налягане. Тя се проявява в различни експерименти. Нека направим една от тях.

Експеримент със спринцовка

Вземете празна спринцовка с прикрепена гъвкава тръбичка. Отпуснете буталото на спринцовката и потопете маркуча в съд с вода. Издърпайте буталото нагоре и водата ще започне да се издига нагоре по тръбата, като напълни спринцовката. Защо водата, която е привличана надолу от гравитацията, продължава да следва буталото нагоре??

Това е атмосферното налягане отгоре надолу в съда. Означаваме го с P_atm. Съгласно закона на Паскал налягането, упражнявано от атмосферата върху повърхността на течността, се предава непроменено. То ще се разпространи във всички точки, което означава, че в тръбата има и атмосферно налягане, а в спринцовката има вакуум (безвъздушно пространство) над водния слой, т.е. в тръбата има безвъздушен вакуум във въздуха и в същото време в тръбата има атмосферно налягане. е. Р=0. Тук се получава, че водата е подложена на налягане отдолу от атмосферното налягане, но над буталото няма налягане, защото там няма нищо. Поради разликата в налягането водата навлиза в спринцовката.

Експериментирайте с живак

Тегло на въздуха и атмосферно налягане - колко е то?? Може би това е нещо, отколкото ние можем пренебрегване? Защото един кубичен метър желязо има маса 7600 kg, докато един кубичен метър въздух има маса само 1,3 kg. За да разберем това, нека променим току-що проведения експеримент. Вместо спринцовка използваме бутилка със запушалка и тръбичка. Прикрепете тръбата към помпата и започнете да изпомпвате въздуха.

За разлика от предишния експеримент, тук не създаваме вакуум под буталото, а в целия обем на бутилката. Изключете помпата и едновременно с това спуснете тръбата на бутилката в съд с вода. Ще видим как водата напълни бутилката през тръбата само за няколко секунди с характерен звук. Голямата скорост, с която се е "взривило" в бутилката, показва, че атмосферното налягане е доста голямо нещо. Опитът го доказва.

Италианският учен Торичели пръв измерва атмосферното налягане - теглото на въздуха. Той прави този експеримент. Вземете стъклена тръба с дължина малко над 1 m, запечатана в единия край. Напълни я догоре с живак. След това взе живачния флакон, затисна отворения му край с пръст, обърна тръбичката с главата надолу и я потопи в контейнера. Ако нямаше атмосферно налягане, живакът щеше да се излее, но това не се случи. Той се излива частично, нивото на живака се установява на 760 mm.

Това се случва, защото атмосферата оказва натиск върху живака в контейнера. Това е причината, поради която при предишните ни експерименти водата се вкарваше принудително в тръбата, поради което спринцовката беше последвана от вода. Но в тези два експеримента взехме вода, чиято плътност е ниска. Живакът е с висока плътност, така че атмосферното налягане е в състояние да го издигне, но не до върха, а само до 760 mm.

Според закона на Паскал налягането, упражнявано върху живака, се предава във всички негови точки по един и същи начин. Така че вътре в тръбата има и атмосферно налягане. Но от друга страна, това налягане се балансира от налягането на колоната с течност. Височината на живачната колона се означава с h. Можем да кажем, че отдолу нагоре върху живака действа атмосферното налягане, а отгоре надолу - хидростатичното налягане. В останалата част от 240 мм има вакуум. Между другото, този вакуум се нарича още празнота на Торичели.

Формула и изчисление

Атмосферно налягане P_atm е равна на хидростатичната и се изчислява по формулата ρ_{ρ rt}*g*h . ρ_{ρ rt}=13600 kg/m³. g=9,8 N/kg. h=0,76 m. P_atm=101,3 КРа. Това е доста голяма стойност. Лист хартия, който лежи на маса, създава налягане от 1 Pa и атмосферно налягане от 100 000. паскали. Оказва се, че, че трябва да поставите един за останалите 100 000. листове хартия за получаване на такова налягане. Любопитно, нали? Атмосферното налягане и теглото на въздуха са много високи, така че с такава сила се изтласква водата в бутилката по време на експеримента.