2. Измерение атмосферного давления
Прибором для измерения атмосферного давления является барометр (от древнегреческого βάρος — «тяжесть» и μετρέω — «измеряю»).
Существуют барометры двух видов: жидкостные (ртутные) и безжидкостные (анероиды).
Ртутный барометр был изобретён итальянским учёным Эванджелистой Торричелли в \(1644\) году. В ртутном барометре запаянная сверху стеклянная трубка с ртутью опускается открытым концом в чашу с ртутью. Изменение атмосферного давления заставляет ртутный столб подниматься и опускаться.
Основной частью барометра-анероида является металлическая коробочка, лишённая воздуха и очень чувствительная к изменениям атмосферного давления. При уменьшении давления коробочка расширяется, при увеличении — сжимается. Изменения коробочки передаются стрелке, которая показывает на шкале атмосферное давление.
Барограф — самопишущий прибор для непрерывного фиксирования значений атмосферного давления.
Рис. \(1\). Барометры
Единицей измерения давления служит высота ртутного столба, которая измеряется в миллиметрах ( мм рт . ст . ). Иногда давление измеряют в гектопаскалях ( гПа ).
Нормальным считается давление на параллели \(45°\) на уровне моря при температуре \(0\) \(°\) С , которое составляет \(760\) мм рт. ст. (\(1013\) гПа). Если измеренное давление меньше \(760\) мм рт. ст., его считают пониженным, если больше — повышенным.
2. Изменение атмосферного давления. Опыт Торричелли. Ртутный барометр
Опыт показывает, что атмосферное давление составляет \(760\) мм ртутного столба. При увеличении атмосферного давления столбик ртути поднимается, при уменьшении атмосферного давления — уменьшает свою высоту. Это означает, что внешнее давление воздуха пропорционально высоте столбика ртути.
\(1 \) мм рт. ст. \(= 133,3\) Па.
\(760\) мм рт. ст. \(=\) \(101293\) Па \(=\) \(1013\) гПа.
Видео «Атмосферное давление. Опыт Торричелли».
Ртутный барометр
Рис. \(2\). Ртутный барометр
Рассмотрим устройство прибора для измерения атмосферного давления. Для этого к трубке с ртутью (из опыта Торричелли) прикрепляют линейку для измерения высоты столбика ртути (она будет служить шкалой измерения).
Галилео Галилей предложил использовать для измерения погодных условий и их предсказания специальный прибор. Эванджелиста Торричелли и его помощник Винченцо Вивиани в \(1644\) году воплотили идею Галилея — изобрели ртутный барометр.
Барометр (др.-греч. \(βάρος\) — «тяжесть» и \(μετρέω\) — «измеряю») — прибор для измерения атмосферного давления.
С помощью барометра можно получать данные для составления прогноза погоды. При увеличении давления воздух становится суше и ожидается прояснение. Низкое давление может говорить о приближающемся дожде или шторме.
1. Атмосферное давление
На каждый квадратный сантиметр поверхности земли воздух оказывает давление в \(1,033\) кг. Человек не ощущает атмосферного давления, так как оно уравновешивается его внутренним давлением.
Рис. \(1\). Барометр-анероид
Рис. \(2\). Ртутный барометр
Рис. \(3\). Барограф
Атмосферное давление измеряют при помощи барометра (от греческого барос — «тяжесть», метрон — «мера»). Барометры бывают ртутные и анероиды. Существуют и самопишущие приборы, которые непрерывно записывают значения атмосферного давления — барографы .
Единицами измерения атмосферного давления являются миллиметры ртутного столба ( мм рт. ст. ) или гектопаскали ( гПа ).
Нормальным считается давление, равное \(760\) мм рт. ст. (\(1013\) гПа). Если давление ниже \(760\) мм рт. ст., его считают пониженным , если выше — повышенным .
Основные сведения об атмосферном давлении
Атмосферное давление — это сила, с которой атмосфера давит на все предметы, находящиеся в ней и на земную поверхность.
Само слово «Атмосфера» означает пар и шар, то есть это газовая оболочка, окружающая нашу планету Земля. Давление в каждой точке атмосферы определяется массой вышестоящего столба воздуха с основанием, равным единице. Атмосферное давление с увеличением высоты уменьшается, так как над точкой располагается столбец воздуха с меньшей высотой и воздух начинается разряжаться. Примерно на 10,5 метра подъема вверх атмосферное давление понижается на 1 мм. рт. ст. до высоты 2000 метров.
Как измеряют атмосферное давление
За единицу измерения атмосферного давления, согласно общепринятым нормам, принято брать миллиметры ртутного столба (сокращенно — мм. рт. ст.).
Для определения атмосферного давления используют прибор под названием барометр. Их подразделяют на ртутные, жидкостные и безжидкостные — механические и электронные. Ртутный барометр представляют стеклянной трубкой, которая запаяна с одной стороны. Внутри данной трубки помещают ртуть. Во время эксперимента открытый конец трубки опускают в сосуд, который не полностью заполненный ртутью. В зависимости от того, как происходит рост или упадок давления, ртуть в трубке начинает расти, и наоборот. Примечание 1
Безжидкостный барометр — барометр-анероид, или механический барометр, как сейчас его называют, представляет собой металлическую круглую коробку, изготовленной из закаленной стали. При воздействии атмосферного давления на стенки коробки происходит их сужение или расширение. Также существуют такие приборы для измерения давления как Гипсотермометр и Штормгласс. Гипсотермометр измеряет атмосферное давление по температуре кипящей жидкости (обычно воды). Он более точен, чем барометр-анероид. Обычно он используется в экспедиционных условиях. Штормгласс — это химический (или кристаллический) прибор, заполненный спиртовым раствором вперемешку с раствором камфора, нашатыря и калийной селитры. В определенные время года и условиях показатели такого барометра могут предвещать ветреную погоду, грозу, изменение направления ветра, дождь и снег.
Сегодня самым актуальным является безжидкостный механический барометр, но у него есть один недостаток — это воздействие температуры воздуха на его пружину. Так как металл при разных температурах может сужаться и расширяться.
В чем измеряется атмосферное давление
Единицей измерения в Международной системе единиц (СИ) является паскаль (обозначается как Па), в Российской Федерации допущены к использованию миллиметр водяного столба, метр водяного столба или, самые распространенные, бар и миллиметр ртутного столба. Атмосферное давление называется нормальным, если при температуре 0 °C высота столба ртути равен значению 760 мм.
Как давление оказывает влияние на человека
Смена давления оказывает неблагоприятные последствия для метеозависимых людей, имеющих аллергию, признаки астмы и тех, у кого повышенное артериальное давление. Во время антициклона, когда наблюдается повышенное атмосферное давление, у человека происходит ухудшение самочувствия: начинает болеть голова, а также бывают сердечные боли. В такие периоды у людей падает работоспособность, появляется недомогание. Во время циклона, когда наблюдается пониженное атмосферное давление, у человека может появиться одышка из-за снижения количества кислорода в воздухе, слабость, мигрень. Для метеочувствительного ребенка такие показатели давления могут плохо сказаться на здоровье. В горах, когда атмосферное давление низкое, у человека наблюдается снижение работоспособности, так как воздух становится разреженным и в нем уменьшается содержание кислорода. Например, на высоте 3000 метров, где давление уменьшается примерно в два раза, человеку недостаточно кислорода, начинается кислородное голодание. Такое состояние называют «горной болезнью». На 5000 метров уже может наблюдаться сильный недостаток кислорода, вследствие чего человек может потерять сознание. 6000 метров является наивысшей высотой для постоянных человеческих поселений. На высоте 8882 метров — высоте горы Эверест — человек может прожить несколько часов, если он приспособлен к таким высотам. Все, что выше этой высоты, является уже смертельной зоной для человека.
Примеры решения задач
Альпинисты поднимаются на гору, высота которой составляет 5200 метров. У подножия горы давление составляет 725 мм рт. ст. Какое атмосферное давление будет на вершине? Рассчитать данную задачу можно, зная, что при подъеме на 10,5 метров давление снижается на 1 мм. рт. ст. Как таковой формулы для решения задачи не требуется. 1) 5200 : 10,5 = 495 (мм рт. ст.) — на столько снизится давление при подъеме. 2) 725 – 495 = 230 (мм рт. ст.) — давление на вершине. Ответ: атмосферное давление на вершине горы — 230 мм рт. ст.
За бортом самолета давление 450 мм рт. ст., а у поверхности Земли давление 740 мм рт. ст. Определите высоту полета самолета. 1) 740 – 450 = 290 (мм рт. ст.) — разность в давлении. 2) 290 * 10,5 = 3045 (м) — высота полета самолета. Ответ: высота полета самолета — 3045 метров.
У подножия горы барометр показывает давление 760 мм рт. ст., а на вершине 400 мм рт. ст. Вычислите высоту горы. Вычислить высоту горы можно по примеру первой задачи. 1) 760 – 400 = 360 (мм рт. ст.). 2) 360 * 10,5 = 3780 (м). Ответ: высота горы — 3780 метров.