- Experiment
- Meranie atmosférického tlaku
- Barometer Torricelli
- Dôležitosť atmosférického tlaku pre klímu
- on
- výškomery
- Referencie
Experiment Torricelli bolo vykonané fyzikálne a taliansky matematik Evanjelistu Torricelli v roku 1644 a vyústil v prvom meraní atmosférického tlaku.
Tento experiment vznikol z potreby zlepšiť zásobovanie vodou v mestách. Evangelista Torricelli (1608-1647), ktorý bol dvorným matematikom veľkovojvodu Toskánskeho Ferdinanda II., Študoval spolu s Galileom hydraulické javy.
Obrázok 1. Torricelliho experiment, pri ktorom ortuťová kolóna stúpa v dôsledku atmosférického tlaku o 760 mm. Zdroj: F. Zapata.
Experiment
V roku 1644 urobil Torricelli nasledujúci experiment:
- Do trubice s dĺžkou 1 m zaviedol ortuť, na jednom konci otvorenú a na druhom konci.
- Keď bola skúmavka úplne plná, prevrátil ju a vyhodil ju do nádoby, ktorá obsahovala aj ortuť.
- Torricelli zistil, že stĺp zostúpil a zastavil sa na výške asi 76 cm.
- Tiež si všimol, že v priestore, ktorý bol voľný, bolo síce nevhodné, ale nebolo dokonalé.
Torricelli opakoval experiment s použitím rôznych skúmaviek. Dokonca urobil malú variáciu: do vedra pridal vodu, ktorá bola ľahšia a vznášala sa na ortuti. Potom pomaly zdvihol skúmavku obsahujúcu ortuť na hladinu vody.
Potom ortuť klesla a voda stúpala. Získané vákuum, ako sme už povedali, nebolo dokonalé, pretože vždy existovali zvyšky pary alebo vody ortuti.
Meranie atmosférického tlaku
Atmosféra je zmesou plynov, v ktorých prevláda dusík a kyslík, so stopami iných plynov, ako sú argón, oxid uhličitý, vodík, metán, oxid uhoľnatý, vodná para a ozón.
Gravitačné príťažlivosť Zeme je zodpovedná za udržiavanie celej okolitej planéty.
Kompozícia samozrejme nie je rovnomerná a ani hustota, pretože závisí od teploty. V blízkosti povrchu sa nachádza veľké množstvo prachu, piesku a znečisťujúcich látok z prírodných javov a tiež z ľudskej činnosti. Ťažšie molekuly sú bližšie k zemi.
Pretože existuje taká variabilita, je potrebné zvoliť referenčnú výšku pre atmosférický tlak, ktorá sa pre pohodlie považuje za hladinu mora.
Tu nejde iba o hladinu mora, pretože to predstavuje aj výkyvy. Úroveň alebo údaj sa vyberajú pomocou nejakého geodetického referenčného systému stanoveného na základe spoločnej dohody medzi odborníkmi.
Aký je atmosférický tlak blízko zeme? Torricelli zistil svoju hodnotu, keď zmeral výšku stĺpca: 760 mm ortuti.
Barometer Torricelli
V hornej časti trubice je tlak 0, pretože tam bolo vytvorené vákuum. Medzitým je na povrchu ortuťovej nádrže tlak P 1 atmosférický tlak.
Vyberme si pôvod referenčného rámu na voľnom povrchu ortuti, v hornej časti skúmavky. Odtiaľ po povrch ortuti v nádobe, zmerajte H, výšku stĺpca.
Obrázok 2. Barometer Torricelli. Zdroj: Všeobecná fyzika pre inžinierov. J. Lay. USACH.
Tlak v bode označenom červenou farbou v hĺbke y 1 je:
Kde ρ Hg je hustota ortuti. Vzhľadom k tomu, y 1 = H a Po = 0:
Pretože hustota ortuti je konštantná a gravitácia konštantná, ukazuje sa, že výška stĺpca ortuti je úmerná P 1 , čo je atmosférický tlak. Nahradenie známych hodnôt:
Jednotkou tlaku v medzinárodnom systéme je pascal, skrátene Pa. Podľa Torricelliho experimentu je atmosférický tlak 101,3 kPa.
Dôležitosť atmosférického tlaku pre klímu
Torricelli pozoroval, že hladina ortuti v skúmavke sa každý deň mierne menila, a tak usúdil, že sa musí zmeniť aj atmosférický tlak.
Atmosférický tlak je zodpovedný za veľkú časť podnebia, jeho denné výkyvy však zostávajú nepovšimnuté. Je to napríklad preto, že nie sú také badateľné ako búrky alebo zima.
Tieto zmeny atmosférického tlaku sú však zodpovedné za vetry, ktoré zase ovplyvňujú zrážky, teplotu a relatívnu vlhkosť. Keď sa zem zahreje, vzduch sa rozširuje a má tendenciu stúpať, čo spôsobuje pokles tlaku.
Kedykoľvek barometer indikuje vysoké tlaky, dá sa očakávať dobré počasie, zatiaľ čo pri nízkych tlakoch existuje možnosť búrok. Na presné predpovede počasia však potrebujete viac informácií o ďalších faktoroch.
on
Aj keď to znie zvláštne, pretože tlak je definovaný ako sila na jednotku plochy, v meteorológii je platné vyjadriť atmosférický tlak v milimetroch ortuti, ako stanovil Torricelli.
Dôvodom je skutočnosť, že ortuťový barometer sa od tohto času naďalej používa s malými odchýlkami, takže na počesť Torricelliho sa 760 mm Hg rovná 1 torr. Inými slovami:
Keby Torricelli použil vodu namiesto ortuti, výška kolóny by bola 10,3 m. Ortuťový barometer je praktickejší, pretože je kompaktnejší.
Ďalšími rozšírenými jednotkami sú tyče a milibary. Jeden milibar sa rovná jednej HectoPascaloch alebo 10 2 Pa.
výškomery
Výškomer je prístroj, ktorý udáva výšku miesta porovnaním atmosférického tlaku v tejto výške s výškou na zemi alebo na inom referenčnom mieste.
Ak výška nie je príliš veľká, v zásade sa dá predpokladať, že hustota vzduchu zostáva konštantná. Je to však iba približná hodnota, pretože vieme, že hustota atmosféry s výškou klesá.
Pri použití vyššie uvedenej rovnice sa namiesto hustoty ortuti použije hustota vzduchu:
V tomto výraze P o sa berie ako atmosférický tlak na úrovni zeme a P1 je tlak v mieste, ktorého nadmorská výška sa má určiť:
Tieto výškového rovnice ukazuje, že tlak klesá exponenciálne s výškou: pre H = 0, P 1 = P, alebo aj v prípade, H → ∞, potom P 1 = 0.
Referencie
- Figueroa, D. 2005. Séria: Fyzika pre vedu a techniku. Objem 5. Kvapaliny a termodynamika. Editoval Douglas Figueroa (USB).
- Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: Pohľad na svet. 6. skrátené vydanie. Cengage Learning.
- Lay, J. 2004. General Physics for Engineers. USACH.
- Mott, R. 2006. Fluid Mechanics. 4 .. Vydanie. Pearson Education.
- Strangeways, I. 2003. Meranie prírodného prostredia. 2 .. Vydanie. Cambridge University Press.