La atmósfera es una nube de gas que rodea la Tierra.El peso del aire, cuya altura de columna supera los 900 km, tiene un efecto poderoso sobre los habitantes de nuestro planeta. No sentimos esto, dando por sentada la vida en el fondo del océano aéreo. Una persona se siente incómoda al escalar las montañas. La falta de oxígeno provoca fatiga. Al mismo tiempo, la presión atmosférica cambia significativamente.
La física examina la presión atmosférica, sus cambios y el efecto en la superficie de la Tierra.
¿Cuándo empiezas a estudiar la presión atmosférica? Grado 6: tiempo para familiarizarse con las peculiaridades de la atmósfera. Este proceso continúa en las clases especializadas de la escuela superior.
Estudiar historia
Primeros intentos de establecer la presión atmosféricaAir se emprendió en 1643 por sugerencia del italiano Evangelista Torricelli. Un tubo de vidrio sellado en un extremo se llenó con mercurio. Cerrándolo por el otro lado, se sumergió en mercurio. En la parte superior del tubo, debido a la fuga parcial de mercurio, se formó un espacio vacío, que recibió el siguiente nombre: "Vacío Torricelliano".
En este momento, las ciencias naturales estaban dominadas porla teoría de Aristóteles, quien creía que "la naturaleza teme al vacío". Según sus opiniones, no puede haber un espacio vacío que no esté lleno de materia. Por lo tanto, durante mucho tiempo se ha intentado explicar la presencia de un vacío en un tubo de vidrio con otros asuntos.
No hay duda de que este es un espacio vacíono puede llenarse con nada, porque al comienzo del experimento, el mercurio llenaba completamente el cilindro. Y, fluyendo, no permitió que otras sustancias llenaran el espacio vacío. Pero, ¿por qué no se vertió todo el mercurio en el recipiente, porque tampoco hay obstáculos para esto? La conclusión se sugiere a sí misma: el mercurio en el tubo, como en los vasos comunicantes, crea la misma presión sobre el mercurio en el vaso que algo externo. Al mismo nivel, solo la atmósfera entra en contacto con la superficie del mercurio. Es su presión la que evita que la sustancia se derrame bajo la influencia de la gravedad. Se sabe que el gas produce la misma acción en todas las direcciones. La superficie de mercurio en el recipiente está expuesta a él.
La altura del cilindro de mercurio es de aproximadamente 76 cm.Se nota que este indicador varía con el tiempo, por lo tanto, la presión de la atmósfera cambia. Se puede medir en cm de mercurio (o en milímetros).
¿Qué unidades usar?
El sistema internacional de unidades esinternacional, por lo tanto, no implica el uso de milímetros de mercurio. Arte. al determinar la presión. La unidad de presión atmosférica se establece de la misma manera que ocurre en sólidos y líquidos. La medición de la presión en pascales se acepta en SI.
Para 1 Pa, se toma la presión, que es creada por una fuerza de 1 N, que cae sobre un área de 1 m2.
Definamos cómo se relacionan las unidades. La presión de la columna de líquido se ajusta de acuerdo con la siguiente fórmula: p = ρgh. Densidad de mercurio ρ = 13600 kg / m3... Tome una columna de mercurio de 760 milímetros de largo como punto de partida. Por eso:
p = 13600 kg / m3× 9,83 N / kg × 0,76 m = 101292,8 Pa
Para anotar la presión atmosférica en pascales, tenga en cuenta: 1 mm Hg. = 133,3 Pa.
Ejemplo de resolución de problemas
Determine la fuerza con la que actúa la atmósfera sobre la superficie de un techo con dimensiones de 10x20 m La presión atmosférica se considera igual a 740 mm Hg.
p = 740 mm Hg, a = 10 m, b = 20 m.
Análisis
Para determinar la fuerza de la acción, es necesario establecer la presión atmosférica en pascales. Teniendo en cuenta el hecho de que 1 milímetro de mercurio. es igual a 133,3 Pa, tenemos lo siguiente: p = 98642 Pa.
La solución
Usemos la fórmula para determinar la presión:
p = F / s,
Dado que no se proporciona el área del techo, asumiremos que es rectangular. El área de esta figura está determinada por la fórmula:
s = ab.
Sustituya el valor del área en la fórmula de cálculo:
p = F / (ab), de donde:
F = pab.
Calculemos: F = 98642 Pa × 10 m × 20 m = 19728400 N = 1,97 MN.
Respuesta: la fuerza de la presión atmosférica sobre el techo de la casa es 1,97 MN.
Métodos de medición
Determinación experimental de la presión atmosféricase puede hacer usando un pilar de mercurio. Si arregla la escala a su lado, entonces será posible corregir los cambios. Este es el barómetro de mercurio más simple.
Evangelista Torricelli notó con sorpresa los cambios en la acción del ambiente, vinculando este proceso con el calor y el frío.
Se sabe que el mercurio es bastante dañino parasalud humana. Como resultado, no se pueden usar barómetros de mercurio abiertos. Otros líquidos tienen una densidad significativamente menor, por lo que el tubo lleno de líquido debe ser lo suficientemente largo.
Por ejemplo, una columna de agua creada por Blaise Pascal debe tener unos 10 m de altura. El inconveniente es obvio.
Barómetro no líquido
Un avance notable es la idea de alejarse del líquido al fabricar barómetros. La capacidad de fabricar un dispositivo para determinar la presión atmosférica se realiza en barómetros aneroides.
La parte principal de este medidor es plana.Caja de la que se evacua el aire. Para evitar que la atmósfera lo apriete, la superficie se hace corrugada. La caja está conectada con un sistema de resorte con una flecha que indica el valor de presión en la escala. Este último puede graduarse en cualquier unidad. Es posible medir la presión atmosférica en pascales con una escala de medición adecuada.
Altura de elevación y presión atmosférica
Cambio en la densidad atmosférica a medida que aumenta.hacia arriba conduce a una disminución de la presión. La falta de homogeneidad de la envoltura del gas no permite introducir una ley lineal de cambio, ya que el grado de disminución de la presión disminuye al aumentar la altitud. En la superficie de la Tierra, a medida que se eleva cada 12 metros, el efecto de la atmósfera desciende en 1 mm Hg. Arte. En la troposfera, se produce un cambio similar por cada 10,5 m.
Cerca de la superficie de la Tierra, a la altitud de un avión, un aneroide equipado con una escala especial puede determinar la altitud a partir de la presión atmosférica. Este dispositivo se llama altímetro.
Un dispositivo especial en la superficie de la Tierra le permite establecer las lecturas del altímetro en cero, para usarlo más tarde para determinar la altura de ascenso.
Un ejemplo de solución del problema.
Al pie de la montaña, el barómetro mostró una presión atmosférica de 756 milímetros de mercurio. ¿Cuál es el valor a 2500 metros sobre el nivel del mar? Se requiere registrar la presión atmosférica en pascales.
R1 = 756 mm Hg, H = 2500 m, p2 -?
La solución
Para determinar las lecturas del barómetro a la altura H, tengamos en cuenta que la presión desciende 1 mm Hg. cada 12 metros. Como consecuencia:
(R1 - R2) × 12 m = H × 1 mm Hg, desde donde:
R2 = p1 - H × 1 mm Hg / 12 m = 756 mm Hg. - 2500 m × 1 mm Hg / 12 m = 546 mm Hg
Para registrar la presión atmosférica resultante en pascales, siga estos pasos:
R2 = 546 × 133,3 Pa = 72619 Pa
Respuesta: 72619 Pa.
Presión atmosférica y clima
El movimiento de las capas de aire atmosférico cerca de la superficie de la Tierra y el calentamiento no uniforme del aire en diferentes áreas provocan cambios en las condiciones climáticas en todas las áreas del planeta.
La presión puede variar entre 20 y 35 mm Hg. en un largo período y 2-4 milímetros de mercurio. durante el día. Una persona sana no percibe cambios en este indicador.
La presión atmosférica por debajo de lo normal y cambia con frecuencia indica un ciclón que ha cubierto uno en particular. Este fenómeno suele ir acompañado de nubosidad y precipitación.
La baja presión no siempre es señal de tiempo lluvioso. El mal tiempo depende más de una disminución gradual del indicador considerado.
Un cambio en el clima para mejor se puede determinar mediante los siguientes signos:
- después de un largo período de mal tiempo, se observa un aumento gradual y constante de la presión atmosférica;
- en clima neblinoso y fangoso, la presión aumenta;
- durante el período de vientos del sur, el indicador considerado aumenta durante varios días seguidos;
- un aumento de la presión atmosférica en un clima ventoso es una señal del establecimiento de un clima agradable.
