Предложите способ измерения атмосферного давления

Атмосферное давление

• Участник: Вертушкин Иван Александрович
• Руководитель: Виноградова Елена Анатольевна

Тема : «Атмосферное давление»

Введение

Сегодня за окном идёт дождь. После дождя уменьшилась температура воздуха, увеличилась влажность и уменьшилось атмосферное давление. Атмосферное давление является одним из основных факторов, определяющих состояние погоды и климата, поэтому знания об атмосферном давлении необходимы в прогнозировании погоды. Большое практическое значение имеет умение измерять атмосферное давление. И его можно измерить специальными приборами-барометрами. В жидкостных барометрах при изменении погоды столбик жидкости понижается или повышается.

Знания об атмосферном давлении необходимы в медицине, в технологических процессах, жизнедеятельности человека и всех живых организмов. Существует прямая связь между изменениями атмосферного давления и изменениями погоды. Рост или понижение атмосферного давления может служить признаком изменения погоды и влияет на самочувствие человека.

Описание трёх взаимосвязанных физических явлений из повседневной жизни:

• Связь между погодой и атмосферным давлением.
• Явления, лежащие в основе работы приборов для измерения атмосферного давления.
• Зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости в жидкостных барометрах.

Актуальность работы

Актуальность выбранной темы состоит в том, что во все времена люди, благодаря своим наблюдениям за поведением животных могли предугадать изменения погоды, стихийные бедствия, избежать людских жертв.

Влияние атмосферного давления на наш организм неизбежно, резкие изменения атмосферного давления влияют на самочувствие человека, особенно страдают метеозависимые люди. Конечно, уменьшить влияние атмосферного давления на здоровье человека мы не в силах, но помочь собственному организму можем. Правильно организовать свой день, распределить время между трудом и отдыхом может помочь умение измерять атмосферное давление, знание народных примет, использование самодельных приборов.

Цель работы: выяснить, какую роль в повседневной жизни человека играет атмосферное давление.

Задачи:

• Изучить историю измерения атмосферного давления.
• Установить, есть ли связь между погодой и атмосферным давлением.
• Изучить виды приборов, предназначенных для измерения атмосферного давления, изготовленных человеком.
• Изучить физические явления, лежащие в основе работы приборов для измерения атмосферного давления.
• Зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости в жидкостных барометрах.

Методы исследования

• Анализ литературы.
• Обобщение полученной информации.
• Наблюдения.

Область исследования: атмосферное давление

Гипотеза: атмосферное давления имеет важное значение для человека.

Значимость работы: материал данной работы может быть использован на уроках и во внеурочной деятельности, в жизни моих одноклассников, учеников нашей школы, всеми любителями исследований природы.

План работы

I. Теоретическая часть (сбор информации):

1. Обзор и анализ литературы.
2. Интернет-ресурсы.

II. Практическая часть:

• наблюдения;
• сбор информации о погоде.

III. Заключительная часть:

История измерения атмосферного давления

Мы живем на дне огромного воздушного океана, называемого атмосферой. Все изменения, которые происходят в атмосфере, непременно оказывают влияние на человека, на его здоровье, способы жизнедеятельности, т.к. человек является неотъемлемой частью природы. Каждый из факторов, определяющих погоду: атмосферное давление, температура, влажность, содержание в воздухе озона и кислорода, радиоактивность, магнитные бури и др. оказывает прямое или косвенное воздействие на самочувствие и здоровье человека. Остановимся на атмосферном давлении.

Атмосферное давление — это давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и Земную поверхность.

В 1640 году великий герцог Тосканский решил устроить фонтан на террасе своего дворца и приказал для этого подвести воду из ближайшего озера с использованием всасывающего насоса. Приглашенные флорентийские мастера сказали, что это невозможно, потому что воду нужно было всасывать на высоту более 32 футов (более 10 метров). А почему вода не всасывается на такую высоту, объяснить не могли. Герцог попросил разобраться великого ученого Италии Галилео Галилея. Хотя ученый уже был стар и болен и не мог заняться экспериментами, он все-таки предположил, что решение вопроса лежит в области определения веса воздуха и его давления на водную поверхность озера. За разрешение этого вопроса взялся ученик Галилея Эванджелиста Торричелли. Для проверки гипотезы своего учителя он провел свой знаменитый опыт. Стеклянную трубку длиной 1 м, запаянную с одного конца, заполнил полностью ртутью, и плотно закрыв открытый конец трубки, перевернул ее этим концом в чашку с ртутью. Часть ртути из трубки вылилась, часть осталась. Над ртутью образовалось безвоздушное пространство. Атмосфера давит на ртуть в чашке, ртуть в трубке тоже давит на ртуть в чашке, так как установилось равновесие, то эти давления равны. Рассчитать давление ртути в трубке означает рассчитать давление атмосферы. Если атмосферное давление повышается или понижается, то столбик ртути в трубке соответственно повышается или понижается. Так появилась единица измерения атмосферного давления – мм. рт. ст. – миллиметр ртутного столба. Наблюдая за уровнем ртути в трубке, Торричелли заметил, что уровень меняется, значит, он не является постоянным и зависит от изменения погоды. Если давление повышается, погода будет хорошей: холодной – зимой, жаркой – летом. Если давление резко понижается, значит, ожидается появление облачности и насыщение влагой воздуха. Трубка Торричелли с приставленной линейкой представляет собой первый прибор для измерения атмосферного давления – ртутный барометр. (Приложение 1)

Создавали барометры и другие ученые: Роберт Гук, Роберт Бойль, Эмиль Марриот. Водяные барометры сконструировал французский ученый Блез Паскаль и немецкий бургомистр города Магдебурга Отто фон Герике. Высота такого барометра составляла более 10 метров.

Для измерения давления пользуются различными единицами: мм ртутного столба, физическими атмосферами, в системе СИ – Паскалями.

Связь между погодой и атмосферным давлением

В романе Жюль Верна «Пятнадцатилетний капитан» заинтересовало описание о том, как понимать показания барометра.

«Капитан Гуль, хороший метеоролог, научил его понимать показания барометра. Мы вкратце расскажем, как надо пользоваться этим замечательным прибором.

1. Когда после долгого периода хорошей погоды барометр начинает резко и непрерывно падать это верный признак дождя. Однако если хорошая погода стояла очень долго, то ртутный столбик может опускаться два-три дня, и лишь после этого произойдут в атмосфере сколько-нибудь заметные изменения. В таких случаях чем больше времени прошло между началом падения ртутного столба и началом дождей, тем дольше будет стоять дождливая погода.
2. Напротив, если во время долгого периода дождей барометр начнет медленно, но непрерывно подниматься, можно с уверенностью предсказать наступление хорошей погоды. И хорошая погода удержится тем дольше, чем больше времени прошло между началом подъема ртутного столба и первым ясным днем.
3. В обоих случаях изменение погоды, происшедшее сразу после подъема или падения ртутного столба, удерживается весьма непродолжительное время.
4. Если барометр медленно, но беспрерывно поднимается в течение двух-трех дней и дольше, это предвещает хорошую погоду, хотя бы все эти дни и лил, не переставая, дождь, и vice versa. Но если барометр медленно поднимается в дождливые дни, а с наступлением хорошей погоды тотчас же начинает падать, хорошая погода удержится очень недолго, и vice versa
5. Весной и осенью резкое падение барометра предвещает ветреную погоду. Летом, в сильную жару, оно предсказывает грозу. Зимой, особенно после продолжительных морозов, быстрое падение ртутного столба говорит о предстоящей перемене направления ветра, сопровождающейся оттепелью и дождем. Напротив, повышение ртутного стол ба во время продолжительных морозов предвещает снегопад.
6. Частые колебания уровня ртутного столба, то поднимающегося, то падающего, ни в коем случае не следует рассматривать как признак приближения длительного; периода сухой либо дождливой погоды. Только постепенное и медленное падение или повышение ртутного столба предвещает наступление долгого периода устойчивой погоды.
7. Когда в конце осени, после долгого периода ветров и дождей, барометр начинает подниматься, это предвещает северный ветер в наступление морозов.

Вот общие выводы, которые можно сделать из показаний этого ценного прибора. Дик Сэнд отлично умел разбираться в предсказаниях барометра и много раз убеждался, насколько они правильны. Каждый день он советовался со своим барометром, чтобы не быть застигнутым врасплох переменой погоды.»

Я провел наблюдения за изменением погоды и атмосферным давлением. И убедился, что существует эта зависимость.

Дата

Температура, °С

Осадки,

Атмосферное давление, мм рт.ст.

Источник

Измерение атмосферного давления

Урок 27. Физика 7 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Измерение атмосферного давления»

Измерение атмосферного давления

“Мы живем на дне сказочно красивого океана.

Он велик и безбрежен”

В рамках данной темы речь пойдёт о том, каким же способом можно измерить атмосферное давление.

Ранее говорилось о том, что подобно твердым телам и жидкостям, газы также обладают массой и, соответственно, весом. Планету Земля окружает невидимая газовая оболочка, которая называется атмосферой. Земная атмосфера также обладает весом вследствие действия на нее притяжения Земли, а, следовательно, производит давление, которое называется атмосферным давлением.

Каким способом можно рассчитать атмосферное давление? Формулой для вычисления гидростатического давления здесь пользоваться нельзя, так как для такого расчета требуется знать высоту атмосферы и ее плотность. Действие силы тяжести и хаотичное движение молекул воздуха приводит к тому, что плотность земной атмосферы неодинакова и сильно зависит от высоты.

Измерить атмосферное давление можно. Рассмотрим насос – это прибор с помощью которого в дачных поселках добывают из-под земли воду. С древних времен и почти до середины 17 века многими учеными считалось непререкаемым утверждение древнегреческого учёного Аристотеля о том, что подъем воды в насосе вслед за поршнем происходит из-за того, что «природа боится пустоты».

В 1638 году герцог Тосканский решил украсить сады Флоренции великолепными фонтанами, что и было поручено сделать итальянским инженерам. При помощи всасывающих насосов им предстояло поднимать воду на достаточно большие высоты. Однако сделать им этого не удалось. Оказалось, что вода, засасываемая насосами, отказывалась подниматься выше 18 итальянских локтей (что примерно составляет 10,3 м). После многочисленных попыток как-то все исправить, недоумевающие инженеры обратились за помощью к престарелому Галилео Галилею. Великий ученый не смог объяснить этого явления и лишь пошутил: «вероятно, природа действительно не любит пустоты, но лишь до определенного предела».

После смерти Галилея этим вопросом занялись два его ученика — Торричелли и Вивиани.

Рассмотрим наиболее важный из опытов, проведенный в 1643 году Эванджелиста Торричелли. Для опыта он предложил использовать метровую трубку, запаянную с одного конца, наполненную ртутью. Верхний конец трубки закрывался. Трубка переворачивалась и опускалась в широкий сосуд с ртутью, после чего пробка убиралась. При этом часть ртути вытекала из трубки в сосуд, а в трубке оставался столбик ртути высотой около 760 миллиметров.

Но что же удерживало от вытекания оставшуюся в трубке ртуть? Торричелли рассуждал так. Широкий сосуд и трубка — это сообщающиеся сосуды. Над ртутью в трубке нет воздуха. А на ртуть в широком сосуде действует атмосферное давление, которое жидкая ртуть передает по всем направлениям, в том числе и вверх. Сила этого давления и поддерживает ртутный столбик.

Рассмотрим условие равновесия тонкого слоя ртути. Это условие требует, чтобы сила атмосферного давления снизу и сила гидростатического давления столба ртути сверху были равны.

Это значит, что атмосферное давление равно гидростатическому давлению столба ртути в трубке. Поэтому, измерив высоту столба ртути, можно рассчитать его давление по формуле и тем самым определить величину атмосферного давления. Таким образом, Торричелли делает важный вывод о том, что «истинной причиной поднятия воды в трубке является давление воздуха, а не «боязнь пустоты».

В конце 1646 года до французского городка Руана, где в то время жил Блез Паскаль, докатилась молва об удивительных итальянских опытах с пустотой. Паскаль повторяет опыты Торричелли не только с ртутью, но и с водой, маслом, и даже красным вином, для чего ему потребовались трубки длиной около 15 метров. Причем все свои опыты Паскаль проводил прямо на улицах Руаны, тем самым радуя его жителей. Но для полного доказательства существования атмосферного давления этого Паскалю было не достаточно. Он считал, что для полного доказательства опыт следует повторить, причем два раза — один раз у подножия какой-нибудь горы, а второй раз — на ее вершине.

«Вы понимаете, если бы высота столба ртути на вершине горы оказалась бы ниже, чем у подножия, то следовало бы, что единственная причина этого — вес воздуха, а не «боязнь природой пустоты». Ясно, что внизу горы воздух должен быть плотнее, чем наверху, между тем нет никаких оснований предполагать, что природа испытывала большую боязнь высоты внизу, чем вверху». В 1648 году по поручению ученого такой эксперимент был проделан его учеником. Он полностью подтвердил предположение Паскаля о том, что атмосферное давление зависит от высоты. Так, при высоте горы в 1,5 км разница уровней ртути составила более 8 см. Таким образом, опыты Паскаля окончательно опровергли теорию Аристотеля о «боязни природой пустоты» и подтвердили существование атмосферного давления.

Так как в рассмотренных опытах Торричелли и Паскаля давление определялось высотой столба ртути, то понятно, почему его очень часто измеряют не в международных единицах — паскалях, а в миллиметрах ртутного столба.

Выразим в паскалях внесистемную единицу давления 1 миллиметр ртутного столба.

p_{1 мм рт. ст.} = 13 600×9,81×0,001

В настоящее время, по договоренности атмосферное давление считают нормальным, если оно равно давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре воздуха 20 ºС. Такое давление часто называют 1 нормальной, или физической атмосферой. В международных единицах измерения оно составляет 101 325 Па.

Задача 1. Определите высоту столба ртути, который уравновешивается атмосферным давлением 90 кПа.

Задача 2. Рассчитайте силу, сжимающую полушария, если их диаметры составляют 14 дюймов, а атмосферное давление в тот день было нормальным. Площадь сферы можно рассчитать по формуле S = 4pR 2 , а 1 дюйм ≈ 2,54 см.

– Атмосфера нашей планеты оказывает давление на все тела, расположенные на Земле.

– Нормальное атмосферное давление принято давление столба ртути высотой 760 миллиметров при температуре воздуха 20ºС. Такое давление часто называют 1 нормальной, или физической, атмосферой.

– Давление, создаваемое 1 мм рт. ст., приблизительно составляет 133,3 Па.

Источник