ATMOSFERSKI TLAK: NORMALNA VREDNOST, KAKO GA IZMERITI, PRIMERI - FIZIČNO - 2026

Atmosferski tlak povzroča mase plinov, ki sestavljajo atmosfero nad zemljo. Ocenjuje se, da je masa ozračja približno 5 x 10 ¹⁸ kg in vsa živa bitja so pod pritiskom, ki ga ta masa izvaja.

Prvi jo je izmeril italijanski znanstvenik Evangelista Torricelli (1608-1647). Leta 1644 je izvedel preprost, a zelo iznajdljiv poskus: popolnoma je napolnil stekleno cev, zaprto na enem koncu z živim srebrom, jo ​​obrnil in jo nalil v posodo, v kateri je bilo tudi živo srebro.

Slika 1. Aneroidni barometer za merjenje atmosferskega tlaka, za razliko od živosrebrnega barometra, ne vsebuje tekočine. Vir: Wikimedia Commons.

Torricelli je opazil, da se cev ni popolnoma izpraznila, ampak je bila napolnjena z živim srebrom do višine 76 cm. Presenečen je naredil veliko testov s cevkami različnih oblik, pri čemer je vedno dosegel enak rezultat.

Na ta način je Torricelli spoznal, da se atmosferski tlak dviguje in vzdržuje živosrebrni stolpec znotraj cevi na višini 760 mm. Na ta način se določi povprečna vrednost atmosferskega tlaka.

Ker je tlak opredeljen kot sila na enoto površine, so enote atmosferskega tlaka v mednarodnem sistemu newton / meter ali pascal, kar je skrajšano Pa. Torej ima v tem sistemu atmosferski tlak P _atm vrednost :

To je normalna vrednost atmosferskega tlaka pri 0 ° C in na morju.

Atmosferski tlak na ravni morja in druge spremembe

Teoretično je največja vrednost atmosferskega tlaka ravno na ravni morja. Čeprav je na tej ravni toliko spremenljivosti, morajo strokovnjaki določiti nekaj referenčnega sistema, ki jim bo pomagal določiti njegovo vrednost.

Tu so glavni dejavniki, ki vplivajo na vrednost atmosferskega tlaka na določenem mestu na Zemlji:

-Vodnina : na vsakih 10 metrov višine se tlak zmanjša za 1 mm Hg. Zgodi pa se tudi, da gostota plina, ki sestavlja ozračje, ni konstantna. Načeloma se z višanjem višine gostota zraka zmanjšuje.

Slika 2. Višinomer, instrument, ki meri nadmorsko višino na podlagi sprememb tlaka. Vir: Pixabay.

- Temperatura : očitno višja temperatura se gostota zmanjšuje in zrak tehta manj, zato se vrednost tlaka zmanjšuje.

- Širina : atmosferski tlak je na ekvatorialnih širinah nižji, ker Zemlja ni popolna sfera. Obala na ekvatorju je od središča Zemlje oddaljena od polovice Zemlje in tam je gostota zraka tudi nižja.

- Kontinentalnost : bolj ko se premika proti notranjosti celin, višji je atmosferski tlak, medtem ko je v obalnih krajih tlak nižji.

Nihanje atmosferskega tlaka glede na višino

Altimetrična enačba, ki povezuje atmosferski tlak v kraju z njegovo višino z nadmorsko višino, ima takšno obliko:

Tu je P _o obstoječi tlak na začetni ali referenčni višini, ki se običajno vzame na ravni morja, ρ _ali gostota zraka na ravni morja in g vrednost pospeška gravitacije. Kasneje je v oddelku z rešenimi vajami odštevanje po korakih.

Kako se meri atmosferski tlak?

Atmosferski tlak se meri z barometrom. Najenostavnejša je kot tista, ki jo je zgradila Torricelli, ki temelji na živemu srebru. Naklon cevi ali premer ne spreminjata višine živega srebra, razen če so za to odgovorni klimatski dejavniki.

Na primer, oblaki nastajajo v območjih z nizkim tlakom. Ko torej odčitavanje barometra pade, je to znak, da prihaja slabo vreme.

Dejansko lahko namesto živega srebra uporabimo tudi druge tekočine, na primer lahko naredimo vodni barometer. Težava je v tem, da je velikost stebra 10,33 m, kar je zelo nepraktično za prevoz.

Obstajajo tudi instrumenti, ki mehansko merijo tlak - skozi deformacije v cevi ali spirali: aneroidni barometri in manometri. Izmerijo lahko razliko tlaka med dvema točkama ali tudi za merjenje tlaka, ki vzame atmosferski tlak.

Tlačne enote

Normalna vrednost tlaka se uporablja za definiranje nove tlačne enote: atmosfera, skrajšana atm. Atmosferski tlak je 1 atm; na ta način se lahko izrazijo drugi pritiski v atmosferskem tlaku, kar je vsem dobro znana vrednost:

Naslednja tabela prikazuje enote, ki se največ uporabljajo v znanosti in inženiringu za merjenje tlaka, in ustrezen ekvivalent v pascalih:

Enota	Ekvivalenca pri pascalu
N / m 2	eno
atm	101,355
mm Hg	133.3
lb / v 2	6894,76
Gostilna	1x 10 5

Hidrostatični, absolutni in merilni tlak

Na prosti površini tekočine v statičnem ravnovesju in odprti v atmosfero deluje atmosferski tlak. Toda na notranjih točkah tekočine seveda deluje teža kolona tekočine.

Teža stebra je odvisna od njene višine in gostote tekočine, ki jo bomo predpostavljali konstantno, prav tako tudi temperature. V tem primeru je tlak P:

To je hidrostatični tlak na kateri koli točki v tekočini s konstantno gostoto in je neposredno sorazmeren globini z tekočine.

Glede absolutnega tlaka P _abs v tekočini v mirovanju je opredeljen kot vsota atmosferskega tlaka P _atm in hidrostatičnega tlaka P:

Končno je merilni tlak P _man v tekočini v mirovanju razlika med absolutnim in atmosferskim tlakom in je v tem primeru enakovredna merjenju hidrostatskega tlaka:

Primeri

Sila, ki jo atmosfera izvaja na telo

Velikost celotne sile, ki jo atmosfera izvaja na človeško telo, je mogoče oceniti. Recimo, da ima telo približno 2 m ² površine , saj je tlak opredeljen kot sila na enoto površine, lahko rešimo in izračunamo silo:

Za ta izračun bomo uporabili normalno vrednost atmosferskega tlaka, ki je bila določena na začetku:

Ta rezultat je enakovreden več ali manj 20 ton sile, vendar ne predstavlja težav za živa bitja, ki naseljujejo površino Zemlje, ki so temu prilagojena, tako kot ribe v morju.

Čeprav gre za precej veliko silo. Kako to, da pred njo ne propademo?

No, tlak v telesu je enak tlaku zunaj. Ne zrušimo se, ker je notranja sila uravnotežena z drugo zunanjo silo. Toda nekateri vplivajo na višino in lahko krvavijo iz nosu, ko plezajo na zelo visoke gore. Zato, ker je bilo moteno ravnovesje med krvnim in atmosferskim tlakom.

Pijte pijačo s slamo ali slamo

Atmosferski tlak omogoča pitje sode s slamo ali slamo. Sumerci in druge starodavne kulture so odkrili, da lahko pijejo pivo s pomočjo votlih rastlinskih stebel ali trstičkov.

Veliko pozneje, v poznem 19. in začetku 20. stoletja, so v ZDA patentirali različne modele slamic, vključno s tistimi s komolcem v obliki harmonike, ki se danes pogosto uporablja.

Slika 3. Atmosferski tlak vam omogoča, da srkate s slamo. Vir: Pixabay.

Tako delujejo: Ko se tekočina absorbira skozi slamo, se tlak nad tekočino v slami zmanjša in to povzroči tlak spodaj, ki je višji, da tekočino potisne navzgor za enostavno pitje.

Zaradi tega po ekstrakciji ali zobozdravstvenem posegu tekočine na tak način ne priporočamo, saj znižanje tlaka povzroči, da se rana odpre in začne krvaveti.

Vaje

- Vaja 1

Izvedite altimetrično enačbo P (z):

-Po je tlak na referenčni ravni (morska gladina)

-z je višina

-ρ _o je gostota tekočine na ravni morja

-g je vrednost pospeška gravitacije

Rešitev

Najprej naj bo dp diferenčni tlak, ki se po temeljni enačbi hidrostatike izrazi kot:

Znak minus upošteva dejstvo, da se tlak zmanjšuje s povečevanjem z. Za zrak se bo domneval tudi, da je idealen plin, zato sta pritisk in gostota povezana z:

Gostoto takoj nadomestimo, da dobimo:

Zdaj, če pišemo pritisk na ta način, predpostavljamo, da je ozračje razdeljeno na plasti višine dz, nekaj takega, kot je kup palačink, vsaka s tlakom dp. Na ta način dobimo diferencialno enačbo, ki jo rešimo z ločitvijo spremenljivk p in z:

Nato je integriran na obeh straneh, kar je enakovredno dodajanju tlačnega prispevka vsakega sloja. V levem integralu je narejen od tlaka P _ali začetnega do končnega tlaka P. Na enak način se integral na desni ovrednoti od z _o do z:

Za P s pomočjo eksponenta je treba rešiti naslednje:

Nazadnje, če sta oba T in g konstantna, ρ _o = (M / RT) P _o , potem M / RT = ρ _o / P _o, lahko naredimo tudi z _o = 0. Sestavimo vse to skupaj:

- Vaja 2

Kolikšna je vrednost atmosferskega tlaka v La Pazu v Boliviji, ki se nahaja na 3640 m nadmorske višine? Povprečna gostota zraka je 1,225 kg / m ³ na morju.

Rešitev

Preprosto zamenjajte numerične vrednosti, podane v altimetrični enačbi:

Za zaključek je približno 66% normalnega tlaka.

Reference

1. Figueroa, D. (2005). Serija: Fizika za znanost in tehniko. Zvezek 5. Tekočine in termodinamika. Uredil Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: pogled na svet. 6. skrajšana izdaja. Cengage Learning.
3. Standardna atmosfera. Pridobljeno: av8n.com
4. Univerza v Sevilli. Nihanje atmosferskega tlaka. Pridobljeno: laplace.us.es.
5. Wikipedija. Hipsometrična enačba. Pridobljeno: es.wikipedia.org.
6. Wikipedija. Zračni tlak. Pridobljeno: es.wikipedia.org.