A atmosfera é uma nuvem de gás que envolve a Terra.O peso do ar, cuja altura ultrapassa os 900 km, tem um impacto poderoso sobre os habitantes do nosso planeta. Não sentimos isso, considerando a vida no fundo do oceano de ar como algo garantido. Uma pessoa sente desconforto ao subir nas montanhas. A falta de oxigênio provoca fadiga rápida. Ao mesmo tempo, a pressão atmosférica muda significativamente.
A física trata da pressão atmosférica, suas mudanças e seus efeitos na superfície da Terra.
Quando eles começam a estudar a pressão atmosférica? A 6ª série é o momento de conhecer as peculiaridades do ambiente. Esse processo continua nas turmas especializadas do ensino médio.
História de estudo
Primeiras tentativas de estabelecer a pressão atmosféricaaéreo foi realizado em 1643 por sugestão do italiano Evangelista Torricelli. Um tubo de vidro selado em uma extremidade foi preenchido com mercúrio. Depois de fechá-lo do outro lado, foi mergulhado em mercúrio. Na parte superior do tubo, devido ao vazamento parcial de mercúrio, formou-se um espaço vazio, que recebeu o seguinte nome: “vazio de Torricelli”.
Nessa época, as ciências naturais eram dominadasa teoria de Aristóteles, que acreditava que “a natureza tem medo do vazio”. De acordo com sua opinião, não pode haver espaço vazio não preenchido com matéria. Portanto, por muito tempo tentaram explicar a presença de vazio em um tubo de vidro por outros assuntos.
Não há dúvida de que este é um espaço vazio,não pode ser preenchido com nada, porque o mercúrio encheu completamente o cilindro no início do experimento. E, fluindo, não permitiu que outras substâncias ocupassem o espaço vago. Mas por que todo o mercúrio não foi despejado no recipiente, já que também não havia obstáculos para isso? A conclusão sugere-se: o mercúrio em um tubo, como nos vasos comunicantes, cria a mesma pressão sobre o mercúrio no vaso que algo externo. No mesmo nível, apenas a atmosfera entra em contato com a superfície do mercúrio. É a sua pressão que impede que a substância vaze sob a influência da gravidade. O gás é conhecido por criar ações iguais em todas as direções. A superfície do mercúrio no recipiente está exposta à sua influência.
A altura do cilindro de mercúrio é de aproximadamente 76 cm.Percebe-se que este indicador varia ao longo do tempo, portanto, a pressão atmosférica muda. Pode ser medido em cm de mercúrio (ou milímetros).
Quais unidades usar?
O sistema internacional de unidades éinternacional, portanto não envolve o uso de milímetros de Hg. Arte. ao determinar a pressão. A unidade de pressão atmosférica é definida da mesma forma que para sólidos e líquidos. A pressão é medida em pascais no SI.
1 Pa é considerado a pressão criada por uma força de 1 N por 1 m de área.2.
Vamos determinar como as unidades de medida estão relacionadas. A pressão da coluna líquida é definida usando a seguinte fórmula: p = ρgh. Densidade de mercúrio ρ = 13600 kg/m3. Tomemos como ponto de referência uma coluna de mercúrio com 760 milímetros de comprimento. Daqui:
p = 13.600 kg/m3×9,83 N/kg ×0,76 m = 101292,8 Pa
Para registrar a pressão atmosférica em pascal, considere: 1 mm Hg. = 133,3 Pa.
Exemplo de resolução de problemas
Determine a força com que a atmosfera atua sobre uma superfície de telhado medindo 10 x 20 m. Suponha que a pressão atmosférica seja 740 mm Hg.
p = 740 mmHg, a = 10 m, b = 20 m.
Análise
Para determinar a força de ação, é necessário definir a pressão atmosférica em pascais. Levando em consideração o fato de que 1 milímetro Hg. igual a 133,3 Pa, temos o seguinte: p = 98642 Pa.
Solução
Vamos usar a fórmula para determinar a pressão:
p = F/s,
Como a área do telhado não é fornecida, assumimos que ela tem a forma de um retângulo. A área desta figura é determinada pela fórmula:
s =ab.
Vamos substituir o valor da área na fórmula de cálculo:
p = F/(ab), de onde:
F = pub.
Vamos calcular: F = 98642 Pa×10 m×20 m = 19728400 N = 1,97 MN.
Resposta: a força da pressão atmosférica no telhado da casa é 1,97 MN.
Métodos de medição
Determinação experimental da pressão atmosféricapode ser realizado usando uma coluna de mercúrio. Se você anexar uma escala ao lado, será possível registrar as alterações. Este é o barômetro de mercúrio mais simples.
Foi Evangelista Torricelli quem notou com surpresa as mudanças na ação da atmosfera, relacionando esse processo com o calor e o frio.
Sabe-se que o mercúrio é bastante prejudicial parasaúde humana. Como resultado, barômetros de mercúrio abertos não podem ser usados. Outros líquidos têm densidade muito menor, portanto o tubo cheio de líquido deve ser longo o suficiente.
Por exemplo, a coluna de água criada por Blaise Pascal deveria ter cerca de 10 m de altura. O inconveniente é óbvio.
Barômetro sem líquido
Um avanço notável é a ideia de se afastar dos líquidos ao criar barômetros. A capacidade de fabricar um dispositivo para determinar a pressão atmosférica é realizada em barômetros aneróides.
A parte principal deste medidor é planauma caixa da qual o ar foi bombeado. Para evitar que seja comprimida pela atmosfera, a superfície é ondulada. A caixa é conectada por um sistema de molas a uma seta que indica o valor da pressão na escala. Este último pode ser calibrado em qualquer unidade. A pressão atmosférica pode ser medida em pascal usando uma escala de medição apropriada.
Altura de elevação e pressão atmosférica
Mudança na densidade atmosférica conforme você sobepara cima leva a uma diminuição da pressão. A heterogeneidade do invólucro de gás não permite a introdução de uma lei linear de mudança, uma vez que com o aumento da altitude o grau de redução da pressão diminui. Na superfície da Terra, à medida que você sobe, a cada 12 metros o efeito da atmosfera cai 1 mm Hg. Arte. Na troposfera, uma mudança semelhante ocorre a cada 10,5 m.
Perto da superfície da Terra, na altitude de um avião, um aneróide equipado com uma escala especial pode determinar a altitude usando a pressão atmosférica. Este dispositivo é chamado de altímetro.
Um dispositivo especial na superfície da Terra permite zerar as leituras do altímetro, para posteriormente utilizá-lo para determinar a altitude de subida.
Exemplo de solução de problema
No sopé da montanha, o barômetro mostrava uma pressão atmosférica de 756 milímetros Hg. Qual será o valor a uma altitude de 2.500 metros acima do nível do mar? Você precisa registrar a pressão atmosférica em pascais.
R1 = 756 mmHg, H = 2500 m, p2 -?
Solução
Para determinar as leituras do barômetro na altura H, leve em consideração que a pressão cai 1 milímetro Hg. a cada 12 metros. Por isso:
(R1 -R2)×12 m = N×1 mm Hg, de onde:
R2 =p1 - N×1 mmHg/12 m = 756 mmHg. - 2500 m×1 mm Hg/12 m = 546 mm Hg.
Para registrar a pressão atmosférica resultante em pascais, faça o seguinte:
R2 = 546×133,3 Pa = 72619 Pa
Resposta: 72619 Pa.
Pressão atmosférica e clima
O movimento das camadas de ar atmosférico próximo à superfície da Terra e o aquecimento desigual do ar em diferentes áreas levam a mudanças nas condições climáticas em todas as partes do planeta.
A pressão pode variar em 20-35 mm Hg. a longo prazo e em 2-4 milímetros Hg. durante o dia. Uma pessoa saudável não percebe alterações neste indicador.
A pressão atmosférica, cujo valor é inferior ao normal e muda frequentemente, indica um ciclone que cobriu um determinado. Este fenômeno é frequentemente acompanhado por nebulosidade e precipitação.
A baixa pressão nem sempre é sinal de tempo chuvoso. O mau tempo depende mais de uma diminuição gradual do indicador em questão.
Uma mudança para melhor no clima pode ser determinada pelos seguintes sinais:
- após um longo período de mau tempo, ocorre um aumento gradual e constante da pressão atmosférica;
- em condições climáticas nevoentas e lamacentas, a pressão aumenta;
- durante o período de ventos de sul, o indicador em questão aumenta durante vários dias consecutivos;
- Um aumento da pressão atmosférica durante o tempo ventoso é um sinal do estabelecimento de um clima confortável.
