ATMOSFÉRICKÝ TLAK: NORMÁLNA HODNOTA, AKO JU MERAŤ, PRÍKLADY - FYZICKÝ - 2026

Atmosférický tlak je spôsobený hmotnosťou plynov tvoriacich atmosféru nad zemou. Odhaduje sa, že hmotnosť atmosféry je približne 5 x 10 ¹⁸ kg a všetky živé bytosti sú vystavené tlaku, ktorý táto masa vyvíja.

Prvý, kto to zmeral, bol taliansky vedec Evangelista Torricelli (1608-1647). V roku 1644 vykonal jednoduchý, ale veľmi dômyselný experiment: úplne naplnil sklenenú trubicu uzavretú na jednom konci ortuťou, prevrátil ju a nalial ju do nádoby obsahujúcej aj ortuť.

Obrázok 1. Aneroidný barometer na meranie atmosférického tlaku, na rozdiel od ortuťového barometra, neobsahuje tekutinu. Zdroj: Wikimedia Commons.

Torricelli pozoroval, že skúmavka sa úplne nevyprázdnila, ale bola naplnená ortuťou do výšky 76 cm. Prekvapený, urobil veľa testov s trubicami rôzneho tvaru, vždy s rovnakým výsledkom.

Týmto spôsobom si Torricelli uvedomil, že atmosférický tlak zvýšil a udržoval stĺpec ortuti vo vnútri trubice vo výške 760 mm. Týmto spôsobom sa stanoví priemerná hodnota atmosférického tlaku.

Pretože tlak je definovaný ako sila na jednotku plochy, jednotky atmosférického tlaku v medzinárodnom systéme sú newton / meter alebo pascal, čo je skratka Pa. Takže v tomto systéme má atmosférický tlak P _atm hodnotu :

Je to normálna hodnota atmosférického tlaku pri 0 ° C a na hladine mora.

Atmosférický tlak na hladine mora a ďalšie zmeny

Teoreticky je maximálna hodnota atmosférického tlaku len na úrovni mora. Aj keď je na tejto úrovni taká variabilita, odborníci musia nastaviť určitý referenčný systém, ktorý im pomôže určiť jeho hodnotu.

Tu sú hlavné faktory, ktoré ovplyvňujú hodnotu atmosférického tlaku na určitom mieste na Zemi:

- Výška : na každých 10 metrov výšky sa tlak znižuje o 1 mm Hg. Stáva sa tiež, že hustota plynu, ktorý vytvára atmosféru, nie je konštantná. S rastúcou nadmorskou výškou sa hustota vzduchu v zásade znižuje.

Obrázok 2. Výškomer, prístroj, ktorý meria nadmorskú výšku na základe zmien tlaku. Zdroj: Pixabay.

- Teplota : samozrejme, čím vyššia je teplota, hustota klesá a vzduch váži menej, preto sa hodnota tlaku znižuje.

- Zemepisná šírka : atmosférický tlak je nižší v rovníkových zemepisných šírkach, pretože Zem nie je dokonalá guľa. Pobrežie pri rovníku je ďalej od stredu Zeme ako póly a hustota vzduchu je tiež nižšia.

- Kontinentita : čím viac sa pohybuje smerom dovnútra kontinentov, tým vyšší je atmosférický tlak, zatiaľ čo v pobrežných oblastiach je tlak nižší.

Zmena atmosférického tlaku s výškou

Výšková rovnica, ktorá vyjadruje atmosférický tlak P miesta s jeho výškou z nad hladinou mora, má túto formu:

Tu P _o je tlak v počiatočnej alebo referenčnej výške, ktorý sa bežne meria pri hladine mora, ρ _alebo hustota vzduchu pri hladine mora, a g je hodnota gravitačného zrýchlenia. Neskôr v sekcii riešených cvičení je krok za krokom odpočet.

Ako sa meria atmosférický tlak?

Atmosférický tlak sa meria barometrom. Najjednoduchšie je to, čo postavil Torricelli na báze ortuti. Sklon rúrky alebo priemer nemení výšku stĺpca ortuti, pokiaľ to nie sú zodpovedné za klimatické faktory.

Napríklad oblaky sa vytvárajú v oblastiach s nízkym tlakom. Takže keď hodnota barometra klesne, je to znamenie, že prichádza zlé počasie.

Namiesto ortuti by sa mohli použiť aj iné kvapaliny, napríklad sa môže vyrobiť vodný barometer. Problém spočíva v tom, že veľkosť kolóny je 10,33 m, veľmi nepraktická na prepravu.

Existujú tiež prístroje, ktoré merajú tlak mechanicky - cez deformácie trubíc alebo špirál -: aneroidné barometre a manometre. Môžu merať tlakový rozdiel medzi dvoma bodmi alebo tiež merať tlak berúci ako referenčný atmosférický tlak.

Jednotky tlaku

Normálna hodnota tlaku sa používa na definovanie novej jednotky tlaku: atmosféra, skrátená atm. Atmosférický tlak je 1 atm; týmto spôsobom je možné vyjadriť ďalšie tlaky, pokiaľ ide o atmosférický tlak, čo je pre všetkých veľmi známa hodnota:

Nasledujúca tabuľka zobrazuje jednotky, ktoré sa najčastejšie používajú vo vede a technike na meranie tlaku, a zodpovedajúci ekvivalent v pascaloch:

jednotka	Rovnocennosť v pascale
N / m 2	jeden
bankomat	101355
mm Hg	133,3
lb / in 2	6894,76
krčma	1x 10 5

Hydrostatický, absolútny a pretlak

Na voľný povrch kvapaliny v statickej rovnováhe a otvorený do atmosféry pôsobí atmosférický tlak. Ale na vnútorných miestach kvapaliny samozrejme pôsobí hmotnosť stĺpca tekutiny.

Hmotnosť kolóny závisí od jej výšky a hustoty kvapaliny, ktorú budeme predpokladať konštantnú, ako aj od teploty. V tomto prípade je tlak P:

Toto je hydrostatický tlak v ktoromkoľvek bode vo vnútri tekutiny s konštantnou hustotou a je priamo úmerný hĺbke z tekutiny.

Pokiaľ ide o absolútny tlak P _abs v kvapaline v pokoji, je definovaný ako súčet atmosférického tlaku P _atm a hydrostatického tlaku P:

Nakoniec pretlak P _man v tekutine v pokoji je rozdiel medzi absolútnym a atmosférickým tlakom a v tomto prípade je ekvivalentný k meraniu hydrostatického tlaku:

Príklady

Sila, ktorú atmosféra pôsobí na telo

Veľkosť celkovej sily vyvíjanej atmosférou na ľudské telo sa dá odhadnúť. Predpokladajme, že teleso má približne povrchovú plochu 2 m ² , pretože tlak je definovaný ako sila na jednotku plochy, môžeme túto silu vyriešiť a vypočítať:

Pre tento výpočet použijeme normálnu hodnotu atmosférického tlaku, ktorá bola stanovená na začiatku:

Tento výsledok je ekvivalentný s viac alebo menej 20 ton sily, ale nepredstavuje problém pre živé bytosti, ktoré obývajú zemský povrch, ktoré sú na to prispôsobené, rovnako ako ryby v mori.

Aj keď je to pomerne veľká sila. Ako to, že sa pred tým nerozpadneme?

Tlak vo vnútri tela sa rovná tlaku vonku. Nezhroutíme sa, pretože vnútorná sila je vyvážená inou vonkajšou silou. Niektorí ľudia sú však ovplyvnení nadmorskou výškou a pri lezení na veľmi vysoké hory môžu krvácať z nosa. Je to preto, že rovnováha medzi krvným tlakom a atmosférickým tlakom bola narušená.

Nápoje popíjajte slamy alebo slamy

Atmosférický tlak umožňuje piť sódu zo slamy alebo slamy. Sumeri a ďalšie staroveké kultúry zistili, že môžu piť pivo pomocou dutých stoniek rastlín alebo trstín ako brčka.

Oveľa neskôr, koncom 19. a začiatkom 20. storočia, boli v Spojených štátoch patentované rôzne modely slamiek, vrátane modelov s lakťom v tvare harmoniky, ktoré sa dnes bežne používajú.

Obrázok 3. Atmosférický tlak vám umožňuje usušiť slamkou. Zdroj: Pixabay.

Takto fungujú: Keď sa kvapalina absorbuje slamou, tlak nad kvapalinou v slame sa znižuje, čo spôsobuje, že tlak pod, ktorý je vyšší, tlačí kvapalinu smerom nahor, aby sa ľahko vypilo.

Z tohto dôvodu sa po extrakcii alebo po stomatologickom zákroku neodporúča usadzovať tekutiny týmto spôsobom, pretože pokles tlaku môže spôsobiť otvorenie rany a začiatok krvácania.

cvičenie

- Cvičenie 1

Odvodte výškovú rovnicu P (z):

-Po je tlak na referenčnej úrovni (hladina mora)

-z je výška

-ρ _o je hustota kvapaliny na hladine mora

-g je hodnota zrýchlenia gravitácie

Riešenie

Najprv nech je dp diferenciálny tlak, ktorý je podľa základnej rovnice hydrostatiky vyjadrený ako:

Znamienko mínus berie do úvahy skutočnosť, že tlak sa zvyšuje so zvyšujúcim sa z. Vzduch bude tiež považovaný za ideálny plyn, takže tlak a hustota súvisia s:

Hustota sa okamžite nahradí, aby sa získalo:

Teraz písanie tlaku týmto spôsobom predpokladá, že atmosféra je rozdelená do vrstiev výšky dz, niečo ako stoh palaciniek, každý s tlakom dp. Týmto spôsobom sa získa diferenciálna rovnica, ktorá sa rieši oddelením premenných p a z:

Potom je integrovaný na obidvoch stranách, čo je ekvivalentné s pripočítaním tlakových príspevkov každej vrstvy. Vľavo je integrál vyrobený z tlaku P _{alebo z} počiatočného tlaku na konečný tlak P. Rovnakým spôsobom sa integrál napravo hodnotí od z _o do z:

Nasledujúce riešenie je pre P pomocou exponenciálu:

Nakoniec, ak sú T aj g udržiavané konštantné, ρ _o = (M / RT) P _o , potom M / RT = ρ _o / P _o, a môžeme tiež urobiť z _o = 0. Celkovo to dať dohromady:

- Cvičenie 2

Aká je hodnota atmosférického tlaku v La Paz v Bolívii, ktorá sa nachádza vo výške 3640 m nad morom? Zmerajte priemernú hustotu vzduchu ako 1225 kg / m ³ na hladine mora.

Riešenie

Stačí nahradiť číselné hodnoty uvedené vo výškovej rovnici:

Záverom je to asi 66% normálneho tlaku.

Referencie

1. Figueroa, D. (2005). Séria: Fyzika pre vedu a techniku. Objem 5. Kvapaliny a termodynamika. Editoval Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: Pohľad na svet. 6. skrátené vydanie. Cengage Learning.
3. Štandardná atmosféra. Obnovené z: av8n.com
4. Sevilla University. Zmeny atmosférického tlaku. Získané z: laplace.us.es.
5. Wikipedia. Hypsometrická rovnica. Obnovené z: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Atmosferický tlak. Obnovené z: es.wikipedia.org.