Атмосферное давление. Опыт Торричелли

Атмосферное давление. Опыт Торричелли

Мы живём на дне «воздушного океана». Воздух имеет массу и давит на все тела — это атмосферное давление.

Что такое атмосфера

Атмосфера — это воздушная оболочка Земли. Воздух имеет массу (около $1{,}3\,\text{кг}$ в $1\,\text{м}^3$ у поверхности).

Из-за притяжения Земли воздух удерживается вокруг неё и давит на все тела — это атмосферное давление.

На каждый квадратный метр поверхности Земли воздух давит с силой около $100\,000\,\text{Н}$ ($100\,\text{кН}$). Мы этого не замечаем, потому что давление действует и снаружи, и изнутри (воздух есть и в лёгких).

Доказательство существования: опыт Торричелли

В 1643 году итальянский физик Эванджелиста Торричелли провёл опыт:

1. Взял стеклянную трубку длиной около $1\,\text{м}$, запаянную с одного конца.
2. Наполнил её ртутью.
3. Закрыл открытый конец пальцем и перевернул трубку в чашку со ртутью.
4. Отпустил палец.

Результат: ртуть в трубке опустилась до высоты около $760\,\text{мм}$ и остановилась.

Над ртутью в трубке образовалось пустое пространство — «торричеллиева пустота».

Что измеряет опыт Торричелли

Высота столба ртути показывает давление атмосферы:

• столб ртути высотой $760\,\text{мм}$ уравновешивает атмосферное давление
• это давление называют нормальным атмосферным давлением

$p_{\text{атм}} = \rho_{\text{рт}} \cdot g \cdot h = 13600 \cdot 9{,}8 \cdot 0{,}76 \approx 101325\,\text{Па}$

Нормальное атмосферное давление $\approx 101{,}3\,\text{кПа} = 760\,\text{мм рт. ст.}$

Почему именно ртуть

Ртуть — самая плотная жидкость при комнатной температуре ($\rho = 13600\,\text{кг/м}^3$). Столб воды такой же массы имел бы высоту около $10\,\text{м}$ — слишком неудобно для опыта.

Зависимость атмосферного давления от высоты

Чем выше над уровнем моря — тем меньше столб воздуха над головой — тем меньше давление.

На вершине Эвереста ($8848\,\text{м}$) давление втрое меньше, чем на уровне моря. Без кислородной маски там невозможно дышать.

Измерение атмосферного давления

Прибор для измерения атмосферного давления — барометр.

• ртутный барометр (точный, но неудобный)
• барометр-анероид (без жидкости, безопасный и компактный)

Зависимость давления от погоды

Атмосферное давление меняется с погодой:

• антициклон → давление повышается
• циклон → давление понижается

Метеозависимые люди чувствуют эти изменения.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое атмосфера и атмосферное давление?
2. Опишите опыт Торричелли.
3. Чему равно нормальное атмосферное давление?
4. Почему в опыте Торричелли использовали именно ртуть?
5. Как атмосферное давление зависит от высоты над уровнем моря?