АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ: ЗНАЧЕНИЕ НОРМЫ, КАК ЕГО ИЗМЕРИТЬ, ПРИМЕРЫ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2026

Атмосферное давление вызвано весом газов , входящих в состав атмосферы над Землей. Подсчитано, что масса атмосферы составляет примерно 5 x 10 ¹⁸ кг, и все живые существа подвергаются давлению, которое оказывает эта масса.

Первым его измерил итальянский ученый Евангелиста Торричелли (1608–1647). В 1644 году он провел простой, но очень гениальный эксперимент: он полностью наполнил стеклянную трубку, закрытую с одного конца, ртутью, перевернул ее и вылил в емкость, в которой также находилась ртуть.

Рисунок 1. Барометр-анероид для измерения атмосферного давления, в отличие от ртутного барометра, он не содержит жидкости. Источник: Wikimedia Commons.

Торричелли заметил, что трубка не опорожнялась полностью, а была заполнена ртутью на высоту 76 см. Удивленный, он провел много тестов с трубками разной формы, всегда получая один и тот же результат.

Таким образом, Торричелли понял, что атмосферное давление повышается и удерживает столб ртути внутри трубки на высоте 760 мм. Таким образом устанавливается среднее значение атмосферного давления.

Поскольку давление определяется как сила на единицу площади, единицами измерения атмосферного давления в Международной системе являются ньютон на метр или паскаль, сокращенно Па. Таким образом, в этой системе атмосферное давление P _атм имеет значение :

Это нормальное значение атмосферного давления при 0 ºC и на уровне моря.

Атмосферное давление на уровне моря и другие вариации

Теоретически максимальное значение атмосферного давления находится как раз на уровне моря. Несмотря на то, что на этом уровне существует большая вариативность, экспертам необходимо установить некоторую справочную систему, чтобы помочь им определить ее ценность.

Вот основные факторы, влияющие на значение атмосферного давления в определенном месте на Земле:

-Высота : на каждые 10 метров высоты давление снижается на 1 мм рт. Но бывает также, что плотность газа, составляющего атмосферу, непостоянна. В принципе, с увеличением высоты плотность воздуха уменьшается.

Рис. 2. Альтиметр - прибор, который измеряет высоту над уровнем моря на основе изменений давления. Источник: Pixabay.

- Температура : очевидно, что чем выше температура, тем меньше плотность и меньше вес воздуха, следовательно, значение давления уменьшается.

- Широта : на экваториальных широтах атмосферное давление ниже, потому что Земля не является идеальной сферой. Берег на экваторе дальше от центра Земли, чем полюса, и там плотность воздуха также ниже.

- Континентальность : чем больше она движется вглубь континентов, тем выше атмосферное давление, а в прибрежных местах давление ниже.

Изменение атмосферного давления с высотой

Альтиметрическое уравнение, связывающее атмосферное давление P места с его высотой z над уровнем моря, имеет следующий вид:

Здесь P _o - давление на исходной или контрольной высоте, которое обычно берется на уровне моря, ρ _или плотность воздуха на уровне моря, а g - значение ускорения свободного падения. Далее в разделе решенных упражнений приводится пошаговая дедукция.

Как измеряется атмосферное давление?

Атмосферное давление измеряется барометром. Самый простой из них похож на тот, который построил Торричелли, на основе ртути. Наклон трубки или диаметр не влияют на высоту столба ртути, если это не зависит от климатических факторов.

Например, облака образуются в регионах с низким давлением. Поэтому, когда показания барометра падают, это означает, что надвигается плохая погода.

Фактически, вместо ртути можно использовать и другие жидкости, например водяной барометр. Проблема в том, что размер колонны 10,33 м, перевозить очень непрактично.

Существуют также приборы, которые измеряют давление механическим способом - посредством деформации трубок или спиралей -: анероидные барометры и манометры. Они могут измерить разницу давления между двумя точками или также измерить давление, взяв за основу атмосферное давление.

Единицы давления

Значение нормального давления используется для определения новой единицы давления: атмосферы, сокращенно атм. Атмосферное давление 1 атм; Таким образом, другие значения давления могут быть выражены через атмосферное давление, которое всем хорошо знакомо:

В следующей таблице показаны единицы, наиболее часто используемые в науке и технике для измерения давления, и соответствующий эквивалент в паскалях:

Ед. изм	Эквивалентность в паскале
Н / м 2	один
Банкомат	101 355
мм рт.	133,3
фунт / дюйм 2	6894,76
Паб	1x 10 5

Гидростатическое, абсолютное и манометрическое давление

На свободной поверхности жидкости, находящейся в статическом равновесии и открытой в атмосферу, действует атмосферное давление. Но во внутренних точках жидкости, конечно, действует вес столба жидкости.

Вес колонны зависит от ее высоты и плотности жидкости, которую мы будем считать постоянной, как и температура. В этом случае давление P равно:

Это гидростатическое давление в любой точке внутри жидкости с постоянной плотностью, прямо пропорциональное глубине z жидкости.

Что касается абсолютного давления P _абс в жидкости в состоянии покоя, оно определяется как сумма атмосферного давления P _атм и гидростатического давления P:

Наконец, манометрическое давление P _man в покоящейся жидкости представляет собой разницу между абсолютным и атмосферным давлением, и в этом случае оно эквивалентно измерению гидростатического давления:

Примеры

Сила, которую атмосфера оказывает на тело

Можно оценить величину общей силы, оказываемой атмосферой на человеческое тело. Предположим, что тело имеет площадь поверхности около 2 м ² , поскольку давление определяется как сила на единицу площади, мы можем найти и вычислить силу:

Для этого расчета мы будем использовать нормальное значение атмосферного давления, которое было установлено в начале:

Этот результат эквивалентен более или менее 20 тоннам силы, но он не представляет проблемы для живых существ, населяющих поверхность Земли, которые приспособлены к этому, как рыба в море.

Хотя это довольно большая сила. Почему мы не рухнем до этого?

Что ж, давление внутри тела равно давлению снаружи. Мы не сжимаемся, потому что внутренняя сила уравновешивается другой внешней силой. Но некоторым людям мешает высота, и при восхождении на очень высокие горы может начаться кровотечение из носа. Это потому, что нарушен баланс между кровяным давлением и атмосферным давлением.

Пейте напитки через трубочку или трубочку.

Атмосферное давление позволяет пить соду через трубочку или трубочку. Шумеры и другие древние культуры обнаружили, что они могут пить пиво, используя полые стебли растений или тростник в качестве соломинки.

Намного позже, в конце 19 - начале 20 веков, в США были запатентованы различные модели соломок, в том числе с локтем в форме гармошки, широко используемым сегодня.

Рис. 3. Атмосферное давление позволяет пить через трубочку. Источник: Pixabay.

Вот как они работают: по мере того, как жидкость всасывается через соломинку, давление над жидкостью в соломе уменьшается, и это вызывает давление ниже, которое выше, толкает жидкость вверх для облегчения питья.

По этой причине после удаления или стоматологической операции не рекомендуется пить жидкости таким образом, так как снижение давления может привести к открытию раны и началу кровотечения.

упражнения

- Упражнение 1

Выведите альтиметрическое уравнение P (z):

-PO это давление на опорный уровень (на уровне моря)

-z - высота

-ρ _o - плотность жидкости на уровне моря

-g - значение ускорения свободного падения

Решение

Во-первых, пусть dp будет дифференциальным давлением, которое согласно основному уравнению гидростатики выражается как:

Знак минус учитывает то, что давление уменьшается с увеличением z. Также предполагается, что воздух является идеальным газом, поэтому давление и плотность связаны соотношением:

Плотность сразу заменяется, чтобы получить:

Теперь, записывая давление таким образом, предполагается, что атмосфера разделена на слои высотой dz, что-то вроде стопки блинов, каждый с давлением dp. Таким образом получается дифференциальное уравнение, которое решается разделением переменных p и z:

Затем он интегрируется с обеих сторон, что эквивалентно добавлению давления, вносимого каждым слоем. В интеграле слева он сделан от давления P _{или от} начального до конечного давления P. Таким же образом интеграл справа вычисляется от z _o до z:

Следующее является решением для P с использованием экспоненты:

Наконец, если и T, и g остаются постоянными, ρ _o = (M / RT) P _o , тогда M / RT = ρ _o / P _o, и мы также можем сделать z _o = 0. Собирая все это вместе:

- Упражнение 2.

Какое значение атмосферного давления в Ла-Пасе, Боливия, расположенном на высоте 3640 м над уровнем моря? Возьмем среднюю плотность воздуха 1225 кг / м ³ на уровне моря.

Решение

Просто замените числовые значения, указанные в альтиметрическом уравнении:

В итоге это примерно 66% от нормального давления.

Ссылки

1. Фигероа, Д. (2005). Серия: Физика для науки и техники. Том 5. Жидкости и термодинамика. Отредактировал Дуглас Фигероа (USB).
2. Киркпатрик, Л. 2007. Физика: взгляд на мир. 6-е сокращенное издание. Cengage Learning.
3. Стандартная атмосфера. Получено с: av8n.com
4. Севильский университет. Изменение атмосферного давления. Получено с: laplace.us.es.
5. Wikipedia. Гипсометрическое уравнение. Получено с: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Атмосферное давление. Получено с: es.wikipedia.org.