Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли
Воздух давит. Просто мы привыкли
Над нами — огромный слой воздуха, атмосфера. Она тянется на десятки километров вверх, имеет массу и давит на всё: на землю, воду, дома, людей. Это давление называется атмосферным — мы подробно разобрали его в теме «Вес воздуха. Атмосферное давление».
Мы живём на дне воздушного океана, как рыбы на дне водного. Почему нас не расплющивает? Внутри нашего тела — в лёгких, крови, тканях — тоже есть давление, и оно уравновешивает наружное. Как с шариком: пока давления внутри и снаружи уравновешены, шарик держит форму.
А можно ли измерить давление воздуха?
Долгое время люди понимали, что воздух существует, но не догадывались, что его давление можно измерить. Первый шаг сделал итальянский учёный Эванджелиста Торричелли в XVII веке.
Он взял стеклянную трубку длиной около метра, запаянную с одного конца, полностью наполнил её ртутью, закрыл отверстие пальцем, перевернул и опустил открытым концом в чашку с ртутью. Убрал палец — и часть ртути вылилась. Но не вся. В трубке остался столб высотой примерно 760 мм. Почему вся ртуть не вытекла? Проведи опыт сам:
Что именно произошло?
Столб ртути в трубке стремится упасть — на него действует сила тяжести. Но воздух давит на поверхность ртути в чашке, это давление передаётся ртути и «подпирает» столбик в трубке снизу.
Когда давление столба ртути и атмосферное давление уравновешиваются — ртуть останавливается. Высота столба ртути показывает величину атмосферного давления.
Что над ртутью в трубке?
Когда часть ртути вытекла, над столбом образовалось почти пустое пространство — торричеллиева пустота. Это не воздух, там почти вакуум — пространство, где почти нет вещества. Раньше многие считали, что «пустоты в природе не бывает». Опыт Торричелли показал: бывает!
Почему взяли именно ртуть?
А почему не воду? Потому что ртуть очень плотная — в 13,6 раза плотнее воды. Если бы опыт проводили с водой, столб получился бы высотой около 10 метров — барометр размером с трёхэтажный дом!
Почему давление меняется
Атмосферное давление не всегда 760 мм рт. ст. Оно зависит от высоты (чем выше — тем меньше воздуха над нами и тем меньше давление: в горах давление ниже, чем у моря) и от погоды (воздух бывает плотнее или разреженнее, теплее или холоднее).
Высокое давление часто связано с устойчивой ясной погодой, низкое — с облачностью, ветром и осадками. Поэтому барометр раньше был почти «предсказателем погоды».
Как устроен ртутный барометр
Это опыт Торричелли, оформленный как прибор: стеклянная трубка с ртутью, резервуар и шкала. Больше давление — ртуть поднимается, меньше — опускается. Ты уже управлял им в интерактиве выше!
Мини-задачи
Мини-опыт дома
Ртуть дома не нужна — атмосферное давление покажет себя и без неё.
🥛 Стакан и лист бумаги
Что нужно
Стакан, вода, плотный лист бумаги или открытка. Делай над раковиной!
Как сделать
Налей полный стакан воды, накрой листом, прижми рукой, аккуратно переверни и убери руку.
Частые ошибки
Главное
- Воздух имеет массу, поэтому давит — это атмосферное давление.
- Опыт Торричелли доказал: атмосферное давление существует и его можно измерить.
- В опыте атмосферное давление, действующее на ртуть в чашке, уравновешивает давление столба ртути в трубке.
- Над ртутью в трубке — торричеллиева пустота (почти вакуум). Она ничего не «тянет»!
- Нормальное атмосферное давление = 760 мм рт. ст.
- Ртуть взяли из-за большой плотности: с водой столб был бы высотой ~10 м.
- Выше в горы — давление меньше; барометр помогает следить за погодой.
Материал подготовил: Безносов М.Н., учитель математики и физики.
Объяснение адаптировано для учеников 7 класса.