Как в физике обозначается атмосферное давление: Какой буквой обозначают атмосферное давление???? — Знания.site

Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли 7 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Почему важно знать атмосферное давление

 

Атмосферное давление необходимо знать людям разных профессий: летчикам и медикам, полярникам и ученым. Атмосферное давление – это величина, которая помогает предсказывать погоду (рис. 1). Если атмосферное давление повышается, это говорит о том, что погода будет хорошей: зимой – морозной, а летом – жаркой. Если же атмосферное давление понижается, это может предвещать ухудшение погоды: появление облачности, выпадение осадков. Летом – это понижение температуры, а зимой – потепление.

 

Рис. 1. Атмосферное давление

 

Строение атмосферы

 

 

С 1951 года, по решению Международного геофизического союза, принято делить атмосферу на пять частей (слоев). Это тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера. Термосферу еще называют ионосферой. Эти слои не имеют четко выраженных границ. Их величина зависит от географической широты места наблюдения и времени (рис. 2).

 

Рис. 2. Строение атмосферы Земли

Разделение атмосферы на слои проводят, учитывая характер изменения температуры атмосферного воздуха с высотой. По мере подъема от поверхности Земли температура воздуха сначала убывает, а затем начинает возрастать (рис. 3).

Рис. 3. Распределение температуры атмосферного воздуха по высоте

Ближайший к поверхности Земли слой воздуха – тропосфера – наиболее хорошо изучен. Высота его над полярными областями – 8–12 км, над умеренными – 10–12 км, а над экваториальными – 16–18 км. В этом слое сосредоточены примерно 80 % всей массы атмосферного воздуха и основная масса влаги. Слой хорошо пропускает солнечные лучи, поэтому воздух в нем нагрет от земной поверхности. Температура воздуха с высотой непрерывно понижается. Это понижение составляет около 6 °С на каждый километр. В верхних слоях тропосферы температура воздуха достигает минус 55 градусов Цельсия.

Цвет неба в этом слое голубой.

В тропосфере протекают почти все явления, определяющие погоду (рис. 4). Именно здесь образуются грозы, ветра, облака, туманы. Именно здесь протекают процессы, приводящие к выпадению осадков в виде дождя и снега. Поэтому тропосферу называют фабрикой погоды.

Рис. 4.1. Погодные явления в тропосфере	Рис. 4.2. Погодные явления в тропосфере	Рис. 4.3. Погодные явления в тропосфере

Следующий слой – стратосфера. Она простирается на высоте от 18 до 55 км. В ней очень мало воздуха – 20 % всей массы – и почти нет влаги. В стратосфере часто возникают сильнейшие ветра. Изредка здесь образуются перламутровые облака, состоящие из кристалликов льда (рис. 5). Привычных для нас явлений погоды здесь не наблюдается. Цвет неба в стратосфере темно-фиолетовый, почти черный.

Рис. 5. Перламутровые облака в стратосфере

На высоте от 50 до 80 км расположена мезосфера. Воздух здесь еще более разрежен. Здесь сосредоточено приблизительно 0,3 % всей его массы. В мезосфере сгорают влетающие в земную атмосферу метеоры. Здесь же образуются серебристые облака (рис. 6).

Рис. 6. Серебристые облака в мезосфере

Над мезосферой до высоты примерно 800 км находится термосфера (ионосфера). Она характеризуется еще меньшей плотностью воздуха и способностью хорошо проводить электричество и отражать радиоволны. В термосфере образуются полярные сияния (рис. 7).

Рис. 7. Полярное сияние в термосфере (ионосфере)

Последний слой атмосферы – экзосфера. Его называют слоем рассеяния. Экзосфера простирается до высоты порядка 10 000 км.

 

Измерение атмосферного давления

 

 

О том, что воздух имеет вес, мы часто забываем. Между тем, плотность воздуха у поверхности Земли при  составляет .

 

То, что воздух действительно имеет вес, было доказано Галилеем. А ученик Галилея Эванджелиста Торричелли предположил и смог доказать, что воздух оказывает давление на все тела, находящиеся на поверхности Земли. Это давление называется атмосферным давлением.

Рассчитать атмосферное давление по формуле расчета давления столба жидкости  нельзя. Ведь для этого необходимо знать плотность и высоту столба жидкости или газа. Но у атмосферы нет четкой верхней границы, а плотность атмосферного воздуха уменьшается с ростом высоты (рис. 8).

Рис. 8. У атмосферы нет четкой верхней границы, а плотность атмосферного воздуха уменьшается с ростом высоты

Поэтому Торричелли (рис. 9) предложил совершенно другой способ для нахождения атмосферного давления.

Рис. 9. Эванджелиста Торричелли (1608–1647)

Торричелли взял стеклянную трубку длиной около одного метра, запаянную с одного конца, налил в эту трубку ртуть и опустил трубку открытым концом в чашу с ртутью. Некоторое количество ртути вылилось в чашу, но большая часть ртути осталась в трубке. Изо дня в день уровень ртути в трубке незначительно колебался, то немного опускаясь, то немного поднимаясь.

Давление ртути на уровне  создается весом столба ртути в трубке, так как в верхней части трубки над ртутью воздуха нет (там вакуум, который получил название «торричеллиева пустота»). Отсюда следует, что атмосферное давление равно давлению столба ртути в трубке. Измерив высоту столба ртути, можно рассчитать давление, которое производит ртуть. Оно будет равно атмосферному (рис. 10). Если атмосферное давление уменьшается, то столб ртути в трубке Торричелли понижается, и наоборот.

Рис. 10. Схема опыта Торричелли

 

Миллиметр ртутного столба – внесистемная единица давления

 

 

На практике атмосферное давление можно измерять высотой ртутного столба. Если, например, атмосферное давление равно 780 миллиметров ртутного столба (обозначается «мм рт. ст.»), то это означает, что воздух производит точно такое же давление, как столб ртути высотой 780 мм. В этом случае за единицу давления принимают . Найдем соотношение между этими единицами измерения и известной нам единицей измерения давления – паскалем.

 

Рассчитаем давление столба ртути высотой 1 мм. Это можно сделать с помощью известной нам формулы:

где – плотность ртути,

 – ускорение свободного падения,

 – высота столба жидкости.

Подстановка этих числовых значений дает:

Таким образом, .

 

Ртутный барометр

 

 

Наблюдая ежедневно за изменением уровня столба ртути, Торричелли заметил, что он может повышаться и понижаться. Также Торричелли связал эти изменения с изменениями погоды. Если к трубке Торричелли прикрепить вертикальную шкалу, то получится простейший прибор для измерения атмосферного давления – ртутный барометр (рис. 11).

 

Рис. 11. Ртутный барометр

Но использование ртутного барометра небезопасно, так как пары ртути ядовиты. Впоследствии были созданы другие приборы для измерения атмосферного давления, с которыми вы познакомитесь в ходе следующего урока.

 

Список литературы

1. Перышкин А. В. Физика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010.
2. Перышкин А. В. Сборник задач по физике, 7–9 кл. – 5-е изд., стереотип. – М: Издательство «Экзамен», 2010.
3. Ф. Я.Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. Физика 7 кл.: учебник. – Х.: Издательство «Ранок», 2007. – 192 с.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)

 

Домашнее задание

1. Какой прибор измеряет атмосферное давление?
2. Определите давление 750 мм рт. ст. в паскалях.
3. Какая будет погода, если барометр показывает понижение атмосферного давления?

 

Задание №5 ОГЭ по физике

---

---

Для успешного решения задания № 5 требуется знание основ гидродинамики. К ним относится понимание процессов, происходящих с жидкостями и телами, контактирующими с жидкостями, сущности физ. величин плотности и давления, а также формул, связывающих их с другими физ.величинами. Необходимая для решения задач такого плана информация имеется в разделе теории.

---

Теория к заданию №5 ОГЭ по физике

---

Плотность вещества

Плотностью называют массу вещества, которая приходится на единицу объема. Следовательно, плотностью можно считать удельную массу вещества. Количественно плотность определяют по формуле:

где m – массе вещества, V – его объем.

По этой же формуле вычисляется и средняя плотность. Для расчета при этом берется масса всего вещества и его общий объем.

Давление

Давлением называется: 1) сила, которая воздействует на поверхность твердого тела; 2) степень (сила) упругости жидкости либо газа. По сути, давление – это мера механического напряжения. Эта физ.величина является скалярной.

Давление в физике традиционно обозначается лат.буквой р. Единица измерения давления – паскаль (Па).

Атмосферное давление – это сила воздействия атмосф.столба на все физ.объекты (тела), находящиеся в атмосфере Земли, а также на земную поверхность. Если атмосфера является стационарной и покоящейся, то атмосф.давление на материальный объект соответствует весу столба воздуха над этим объектом, приходящегося на единицу площади. Атмосф.давление измеряется в мм ртутного столба (мм рт.ст.). Нормальным принято давление в 760 мм рт. ст. при t=0ºC. В пересчете на единицы СИ это давление соответствует 101325Па.

Сила Архимеда

На помещенное в жидкость физ.тело воздействует выталкивающая сила, равная по величине силе тяжести, испытываемая этим телом. Причина возникновения архимедовой силы – неодинаковость гидростатического давления в жидкости на различных глубинах. Точка ее приложения называется центром давления, который является центром масс тела (или его части) погруженного в жидкость

Формула для вычисления силы Архимеда:

где ρ_ж – плотность жидкости; V – объем части физ. тела, помещенной в жидкость, или всего тела, если оно погружено в жидкость полностью.

Сообщающиеся сосуды

Сообщающимися считаются сосуды, которые объединены ниже поверхности жидкости в единую систему, причем так, что жидкость может перетекать из одного в другой.

Закон сообщающихся сосудов:

что означает обратную пропорциональную зависимость высоты столбов жидкостей и их плотностей.

Если в сообщающихся сосудах находится жидкость однородная, то высота столбов свободной поверхности жидкости в них совпадает.

---

Разбор типовых вариантов заданий №5 ОГЭ по физике

---

Демонстрационный вариант 2018

[su_note note_color=”#defae6″]

Цилиндр 1 поочередно взвешивают с цилиндром 2 такого же объема, а затем с цилиндром 3, имеющим меньший объем (см. рисунок).

Максимальную среднюю плотность имеет цилиндр

1. 1
2. 2
3. 3
4. 1 и 3

[/su_note]

Алгоритм решения:

1. Анализируем условие и рисунок слева (цилиндры 1 и 2). Определяем соотношение плотностей цилиндров.
2. Анализируем условие и рисунок справа (цилиндры 3 и 1). Делаем вывод относительно соотношения плотностей.
3. Определяем цилиндр с максимальной плотностью.

Решение:

1. Согласно условию: . Поскольку на весах слева цилиндр 1 перевешивает 2, то это значит, что . Тогда из уравнения следует, что  .
2. По условию  . Поскольку весы справа уравновешены, то это значит, что массы цилиндров равны, и из уравнения для плотности следует:  .
3. Объединив неравенства (1) и (2), получим: . Отсюда: максимальная плотность у 3-го цилиндра.

Ответ: 3

---

Первый вариант (Камзеева, № 7)

[su_note note_color=”#defae6″]

Одно из колен U-образного манометра соединили с сосудом, наполненным газом (см. рис.). Атмосферное давление равно 760 мм рт.ст. Чему равно давление газа в сосуде? В качестве жидкости в манометре используется ртуть.

1. 1160 мм рт.ст
2. 500 мм рт.ст.
3. 360 мм рт.ст.
4. 100 рт.ст.

[/su_note]

Алгоритм решения:

1. Анализируем условие и рисунок. Делаем вывод о соотношении атмосф.давления и давления в сообщающихся сосудах.
2. Определяем искомую величину давления газа.
3. Фиксируем ответ.

Решение:

1. На схеме показано, что уровень ртути в 1-м (левом) колене меньше, чем в среднем. Это означает, что атмосф.давление выше давления газа. На шкале на рисунке видно, что разница давлений составляет 40 см. рт. ст., то есть 400 мм. рт. ст.
2. Имеющаяся разница давлений означает, что давление газа меньше на эту разницу по сравнению с атмосферным давлением, т.е.: p = 760 – 400 = 360 (мм. рт. ст.).

Ответ: 3

---

Второй вариант (Камзеева, № 10)

[su_note note_color=”#defae6″]

Имеются три сплошных шара одинаковой массы, но изготовленные из разных веществ – из алюминия, стали или свинца. Шары полностью погружают в воду. Выталкивающая сила со стороны воду имеет

1. наибольшее значение для алюминиевого шара
2. наибольшее значение для стального шара
3. наибольшее значение для свинцового шара
4. одинаковое значение для всех шаров

[/su_note]

Алгоритм решения:

1. Записываем табличные значения для плотности материалов шаров.
2. Записываем уравнение з-на Архимеда.
3. Анализируем уравнение и определяем соотношение для выталкивающей силы для шаров.
4. Записываем ответ.

Решение:

1. Плотности материалов шаров: ;   ;   .
2. Согласно з-ну Архимеда, выталкивающая сила равна: . Поскольку по условию шары погружены в жидкость целиком, то V – полный объем шара.
3. Т.к. во всех 3 случаях жидкость одна и та же (вода), то в уравнении  совпадает для всех шаров. Соответственно, максимальная архимедова сила у того из них, который имеет наибольший объем. Объем выразим из формулы для плотности вещества:  . Учитывая оговорку в условии о том, что у шаров одинаковая масса, делаем вывод: чем меньше плотность вещества шара, тем больше выталкивающая сила. Поскольку наименьшую плотность имеет алюминий, то именно на алюминиевый шар действует максимальная выталкивающая сила.

Ответ: 1

---

Третий вариант (Камзеева, № 12)

[su_note note_color=”#defae6″]

Сосуд частично заполнили водой и уравновесили на рычажных весах (см. рис.).

В первом случае в сосуд опустили пробковый шарик, во втором случае – стальной шарик. Нарушится ли равновесие весов?

1. равновесие нарушится только в первом случае
2. равновесие нарушится только во втором случае
3. равновесие нарушится в обоих случаях
4. в обоих случаях равновесие не нарушится

[/su_note]

Алгоритм решения:

1. Анализируем 1-й случай. Делаем вывод о положении весов.
2. Анализируем 2-й случай. Делаем вывод о положении весов.
3. Находим верный вариант ответа. Записываем его.

Решение:

1. В 1-м случае – с пробковым шариком – шарик будет плавать на поверхности воды (т.к. пробковый материал легче воды). При этом, поскольку сосуд заполнен водой целиком, при опускании в нее шарика она по з-ну Архимеда частично выплеснется. Сила тяжести, действующая на шарик, равна весу выплеснувшейся воды, так что вес шарика компенсирует ее. Поэтому равновесие весов сохранится.
2. Масса стального шарика больше, чем масса воды, которую он выплеснет из сосуда, погрузившись в нее. Это означает, сила тяжести больше веса выплеснувшейся воды, и под действием результирующей этих сил равновесие будет нарушено.
3. Ситуация, при которой в 1-м случае равновесие не нарушается, а во 2-м нарушается, соответствует варианту ответа 2

Ответ: 2

Даниил Романович | Просмотров: 3k | Оценить:

Понятие, уровни вакуума и единицы измерения Vuototecnica.

КИП-Сервис: промышленная автоматика.

Термин “вакуум“, как физическое явление – среда, в которой давление газа ниже атмосферного давления.

Количественной характеристикой вакуума служит абсолютное давление. Основной единицей измерения давления в Международной системе (СИ) служит Паскаль (1 Па = 1Н/м²). Однако, на практике встречаются и другие единицы измерения, такие как миллибары (1 мбар = 100Па) и Торры или миллиметры ртутного столба (1 мм.рт.ст. = 133,322 Па). Данные единицы не относятся к СИ, но допускаются для измерения кровяного давления.

---

Уровни вакуума

В зависимости от того, на сколько давление ниже атмосферного (101325 Па), могут наблюдаться различные явления, вследствие чего могут использоваться различные средства для получения и измерения такого давления. В наше время выделяют несколько уровней вакуума, каждый из которых имеет свое обозначение в соответствии с интервалами давления ниже атмосферного:

• Низкий вакуум (НВ): от 10⁵ до 10² Па,
• Средний вакуум (СВ): от 10² до 10^-1 Па,
• Высокий вакуум (ВВ): от 10^-1 до 10^-5 Па,
• Сверхвысокий вакуум (СВВ): от 10^-5 до 10^-9 Па,
• Черезвычайно высокий вакуум (ЧВВ): <10^-9 Па.

---

Данные уровни вакуума в зависимости от области применения разделяют на три производственные группы.

– Низкий вакуум: в основном используется там где требуется откачка большого количества воздуха. Для получения низкого вакуума используют электромеханические насосы лопастного типа, центробежного, насосы с боковым каналом, генераторы потока и т.д.

Низкий вакуум применяется, например, на фабриках шелкотрафаретной печати.

– Промышленный вакуум: термин “промышленный вакуум” соотвествует уровню вакуума от -20 до -99 кПа. Данный диапазон используется в большинстве применений. Индустриальный вакуум получают с помощью ротационных, жидкостно-кольцевых,поршневых насосов и лопастных вакуумных генераторов по принципу Вентури. Область применения промышленного вакуума включает в себя захват присосками, термоформование, вакуумный зажим, вакуумная упаковка и др.

– Технический вакуум: соответствует уровню вакуума от -99 кПа. Такой уровень вакуума получают при помощи двухуровневых ротационных насосов, эксцентриковых роторных насосов, вакуумных насосов Рутса, турбомолекулярных насосов, диффузионных насосов, криогенных насосов и т.д.

Такой уровень вакуума используется в основном при лиофилизации, металлизации и термообработке. В науке технический вакуум используется в качестве симуляции космического пространства.

Наивысшее значение вакуума на земле значительно меньше значения абсолютного вакуума, которое остается чисто теоретическим значением. Фактически, даже в космосе, несмотря на отсутствие атмосферы, имеется небольшое количество атомов.

Основным толчком к развитию вакуумных технологий послужили исследования в промышленной области. В настоящий момент существует большое количество применений в различных секторах. Вакуум используется в электролучевых трубках, лампах накаливания, ускорителях частиц, в металлургии, пищевой и аэрокосмической индустрии, в установках для контроля ядерного синтеза, в микроэлектронике, в стекольной и керамической промышленности, в науке, в промышленной роботехнике, в системах захвата с помощью вакуумных присосок и т. д.

Вакуумные системы множественного захвата ‘ОКТОПУС’Захват металлических листов, стекла, мрамора, дерева и т.д. при помощи вакуумных присосокПеремещение гранул порошка, жидкостей и т.п.

---

Фиксированная дозировка объемаЗахват яиц вакуумными присоскамиПеремещение и маркировка с помощью присосок

---

Открытие пакетов с помощью присосок. Упаковочный датчикВакуумная пропиткаВакуумные цилиндры для отслаивания

---

Вакуумное формование полимеровВакуумная упаковкаВакуумная опрессовка

Вакуумные присоски незаменимый инструмент для захвата, подъёма и перемещения предметов, листов и различных объектов, которые трудно перемещать обычными системами, из-за их хрупкости или риска деформации.

При правильном применении присоски обеспечивают удобство, экономичность и безопасность работы, что является фундаментальным принципом для идеальной реализации проектов автоматизации на производстве.

Продолжительные исследования и внимание к требованиям наших клиентов, позволили нам производить присоски выдерживающие высокие и низкие температуры, абразивный износ, электростатические разряды, агрессивные среды, а так же не оставляют пятен на поверхности переносимых предметов. Помимо этого, присоски соответствуют стандартам безопасности EEC и пищевым стандартам FDA, BGA, TSCA.

Все присоски изготавливаются из высококачественных компонентов методом вакуумного формования и подвергаются антикоррозионной обработке для долгого срока службы. Независимо от конфигурации, все присоски имеют свою маркировку.

---

Система множественного захвата Октопус.

Далее: Принцип действия вакуумных присосок.

Как рассчитать атмосферное давление?

Воздух, будучи жидкостью, оказывает давление в точке подобно столбу жидкости. Газовая оболочка, окружающая Землю, называется атмосферой. А давление, оказываемое атмосферой, называется атмосферным давлением. Сила, с которой воздушный столб воздуха действует на единицу площади земной поверхности, равна атмосферному давлению.

Атмосферное давление в точке равно весу столба воздуха единичной площади поперечного сечения, простирающегося от этой точки до верхней границы атмосферы.

Проще говоря, это сила, с которой воздух действует на поверхность. Значение атмосферного давления составляет 1,013 × 10 ⁵ Паскалей на уровне моря.

Some major units for measuring atmospheric pressure are as follows: 

• 1 atm = 1.013 × 10 ⁶ dyne/cm ²

                     =  1.013 × 10 ⁶ N/m ² (Па)

• 1 бар = 10 ⁶ дин/см ²

= 10 ⁵ N/M ²

• 1 Millibar (M Bar) = 10 ^-3 бар

= 10 ³ DYNE/CM 9009 2

= 10 ³ DYNE/CM ²

9

= 100009 3 /CM ²

9999939

= 10 0009 3 DYNE/CM ²

9

.

= 10 ² Н/м ²

• 1 Торр = 1 мм hg
• 1 Атм = 101,3 кПа

= 1. 013 BAR

                 = 760 торр

Приборы для измерения атмосферного давления

Атмосферное давление играет жизненно важную роль в определении погодных условий, химического состава воды и т. д. Быстрое падение атмосферного давления указывает на систему низкого давления, эта система низкого давления -напорная система в основном связана с дождливой, пасмурной погодой. Тогда как быстрое повышение атмосферного давления указывает на ясное небо и сухую погоду.

Все эти основные изменения в основном измеряются с помощью различных приборов для измерения атмосферного давления. Эти устройства для измерения атмосферного давления имеют широкое применение в нашей повседневной жизни. Однако вот пять наиболее часто используемых устройств для измерения атмосферного давления:

1. Mercury Barometer
2. Open-Tube Manometer
3. Hydraulic Machines
4. Hydraulic Lift
5. Hydraulic Brakes

Mercury Barometer

An Italian scientist E. Torricelli was the first to devise a method for measuring atmospheric pressure accurately . Ртутный барометр — это простой прибор, используемый для измерения атмосферного давления в точке. Это стеклянная трубка длиной 1 м, закрытая с одного конца и наполненная чистой и сухой ртутью. Закрыв конец трубки большим пальцем, трубку вставляют в чашку с ртутью. Когда палец убирается, уровень ртути в трубке немного опускается и останавливается на высоте 76 см по вертикали над уровнем ртути в чашке.

Когда его затем переворачивают над корытом, содержащим ртуть. Ртуть в трубке скользит вниз, пока не стабилизируется на одном уровне. За счет этого повышается уровень ртути в корыте. Когда уровень ртути в трубке стабилизируется, мы говорим, что давление ртути такое же, как и атмосферное давление. Давайте разберемся в этом на примере, обсуждаемом ниже:

Ртутный барометр

На уровне моря столбик ртути в трубке барометра имеет высоту 76 м над уровнем ртути в желобе. Рассмотрим две точки В и С на одном горизонтальном уровне, как показано на рисунке. Поскольку они находятся на одном горизонтальном уровне, в этих точках действует одинаковое давление.

PC = PB = P _a  

, где P _a — атмосферное давление.

Но согласно выражению для абсолютного давления,

PB = PA + ρgh     

где ρ — плотность ртути, h — высота ртути, а PA — давление в области над ртутью внутри трубки ( = 0).

PC = PB = 0 + ρgh

PA = ρgh

На уровне моря P _a = 1 атм и h = 76 см.

Следовательно, 76 см ртутного столба в ртутном барометре соответствует атмосферному давлению эквивалентно 1 атмосфере .

Манометр с открытой трубкой 

Манометр с открытой трубкой — это прибор, используемый для измерения разницы давлений или давления газа, заключенного в сосуде. Он состоит из U-образной трубки, открытой с обоих концов. В трубку налита жидкость плотностью ρ. Один конец трубки оставляют открытым для атмосферы, а другой конец подключают к системе, давление которой необходимо измерить.

В U-образную трубку набирается подходящая жидкость. Для измерения небольших перепадов давления мы используем жидкость с низкой плотностью, такую ​​как масло, в трубке манометра. В то время как для измерения больших перепадов давления мы используем жидкости с высокой плотностью, такие как ртуть. Давайте разберемся в этом на примере, обсуждаемом ниже:

Манометр с открытой трубкой

Пусть P — давление закрытого образца, а P _a — атмосферное давление. Уровень жидкости в открытом патрубке U-образной трубки повышается по сравнению с другими патрубками, присоединенными к системе, пусть разность уровней жидкости в двух патрубках равна h, а плотность жидкости равна ρ. Жидкость в U-образной трубке находится на разных уровнях в двух рукавах.

Рассмотрим две точки A и B, лежащие на одном горизонтальном уровне, тогда по закону Паскаля давление P _A и P _B в соответствующих точках должно быть одинаковым.

P _A = P _B = P _A + ρgh [P _A = P (давление закрытого образца)]

P – P _a = ρgh

Гидравлические машины  

Гидравлические машины в основном работают по принципу закона Паскаля, который ясно гласит, что давление на замкнутую жидкость одинаково во всех направлениях. А сила, действующая на жидкость, определяется произведением давления на площадь поперечного сечения. Эти гидравлические машины используют энергию жидкости для выполнения своей работы. Гидравлическая жидкость подается в гидроцилиндры и гидромоторы.

Всякий раз, когда внешнее давление воздействует на покоящуюся жидкость, оно передается и уменьшается на все части жидкости, а также на стенки сосуда, содержащего жидкость. Это закон Паскаля для передачи давления жидкости. Давайте разберемся в этом на примере, обсуждаемом ниже:

Гидравлические машины 

Рассмотрим сосуд, имеющий четыре отверстия A, B, C и D. Эти отверстия снабжены не имеющими трения, невесомыми и водонепроницаемыми поршнями. Все четыре отверстия имеют одинаковую ширину и площадь поперечного сечения a.

Когда поршень в точке A толкается внутрь с силой F, он оказывает давление P = F/a на замкнутую жидкость. Оказалось, что нам требуется одинаковая сила F на каждый поршень B, C и D, чтобы они не двигались.

Таким образом, это доказывает, что внешнее давление, приложенное к окружающей жидкости, передается во все точки без уменьшения.

Гидравлический подъемник

Гидравлический подъемник в основном используется для подъема грузов с применением силы меньшей величины. Простой гидроподъемник состоит из двух цилиндров 1 и 2 разной площади поперечного сечения А ₁ и А ₂ , соединенных между собой горизонтальной трубой. Два цилиндра снабжены герметичными поршнями без трения. В цилиндры залито несжимаемое масло.

Один поршень имеет меньшую площадь поперечного сечения, чем другой. Предположим, мы толкаем поршень 1 вниз с силой F ₁ . Следовательно, давление, действующее на этот поршень, равно

P ₁ = F ₁ /A ₁  

Теперь, согласно закону Паскаля, это изменение давления передается без уменьшения на другой поршень 7 7

1 P .

ΔP ₁ = ΔP ₂

F ​​ ₁ /A ₁ = F ₂ /A ₂

or

F ​​ ₂ = F ₁ × A ₂ /A ₁

A ₂ >> A ₁

Таким образом, сила F ₂ , испытываемая Piston 2. , на коэффициент А ₂ / А ₁ .

Следовательно, прикладывая небольшую силу к более узкому поршню, мы можем уравновесить большую силу (вес автомобиля) к более широкому поршню. Таким образом, при эффективном использовании гидравлического подъемника заданная сила, приложенная на заданном расстоянии, может быть преобразована в большую силу, приложенную на меньшем расстоянии.

Гидравлический подъемник

Гидравлические тормоза

Гидравлические тормоза в автомобилях работают по принципу Паскаля передачи давления жидкости. В простой конструкции, когда водитель транспортного средства прикладывает усилие к педали тормоза ногой, система рычагов перемещает поршень внутри главного цилиндра, содержащего тормозное масло. Создаваемое давление передается через тормозное масло на поршни Р ₁ и Р ₂ большей площади. Большая сила действует на поршни и прижимает тормозные колодки к тормозной накладке. Таким образом, небольшое усилие на педали тормоза создает большую тормозящую силу на движущемся колесе. При отпускании педали тормоза пружина возвращает тормозные колодки в нормальное положение. Таким образом, заставляя тормозное масло течь обратно к главному цилиндру.

Когда ногой прикладывается небольшое усилие к педали, главный поршень перемещается внутрь. Передаваемое таким образом давление в неизменном виде передается на другие поршни P ₁ и P ₂ , которые непосредственно соединены с колесами. Эти поршни имеют большее поперечное сечение по сравнению с главным поршнем P. 

Применяя закон Паскаля, на эти поршни действует большая сила, которая выдвигается и расширяет тормозные колодки. Таким образом, тормозная сила, создаваемая на колесах, довольно велика по сравнению с небольшой силой, прикладываемой к педали тормоза. Тормозное усилие одинаково во всех колесах, потому что давление одинаково передается на все поршни, соединенные с колесами.

Примеры вопросов

Вопрос 1: Каково давление на пловца на глубине 10 м от поверхности озера?

Ответ:

Учитывая, что высота h = 10 м.

ρ (вода) = 1000 кг/м3, г = 9,8 м/с ²

Давление на пловце на 10 м ниже поверхности озера,

P = PA + H*ρ*G

= 1,0 * 10 ⁵ + 10*1000*9.8

                        = 1,98 * 10 ⁵ Па ≈ 2 атм

Вопрос 2. Плотность атмосферы на уровне моря равна 1,29 1,29 кг/м 3 900 Предположим, что она не меняется с высотой. Тогда как высоко будет простираться атмосфера? (Примите g = 9,81 м/с ² ).

Ответ:

Здесь ρ = 1,29 кг/м ³ , g = 9,81 м/с ² , Па = 1,01 * 10 0 Па ^{3 Па 90016 a =  h × ρ × g} 

      h = P _a /  ρ × g

         = 1.01  ×  105 / 1.29  ×  9.81 

         = 7981 m  ≈ 8 km

Question 3: Показания уровня ртути в барометре, установленном в учреждении в гористой местности, в день составили 732 мм. Найдите значение атмосферного давления в этом месте. Учитывая, что плотность ртути 13,6*10 ³ кг M ^-3 и G = 9,8 м S ^-2

Ответ:

Учитывая, H = 0,732 мм = 0,732M,

ρ = 13,699999 3^{9 39 39 3 3. кг M -3 и}

G = 9,8 м с ^-2

Атмосферное давление на месте,

P _A = H × ρ × G = 0,732 × 13,6 × ³ × 9,8

                        = 9,76 ×   10 ⁴ Па.

Вопрос 4: Поршни гидравлической машины имеют диаметры 30,0 см и 2,5 см. Какова сила, действующая на больший поршень, если масса 40 кг? ставится на меньший поршень? Если меньший поршень войдет внутрь на 6 см, , на сколько выдвинется другой поршень?

Ответ:

Для поршня меньшего размера, площадь a ₁ = π × (1,25) ² см ²

90 002, площадь поршня a ₂ = π × (15) ² см ²

Механическое преимущество на более крупном поршне – ₂ /a ₁

F ₂ = F ₁ × A ₂ = F ₁ × A ₂ 2 = F ₁ × A ₂ 7 2 7 = F ₁ . /A ₁ = 40 × π × (15) ² /π (1,25) ²

= 40 × 9,8 × 225 /1,25 × 1,25

= 56,448 N

Это силовое применение на поршень большего размера. Жидкости считаются несжимаемыми. Следовательно, объем, покрываемый движением меньшего поршня внутрь, равен объему, перемещаемому наружу большим поршнем.

L ₁ A ₁ = L ₂ A ₂

L ₂ = L ₁ × A ₁ /A ₂ = 6 × (1,25) ^{99 29009 29009 29009 29009 29009 29009 2 /A _{. (15) 2 см}}

                                                                                                                         = 0,042 см

Таким образом, расстояние, на которое перемещается больший поршень, равно 0,042 см.

Вопрос 5: В колбу наливают воду до высоты 40 см, дно колбы квадратное со стороной 10 см. Если атмосферное давление равно 1,01 ×   10 ⁵ Н/м ² , найти силу, с которой вода действует на дно. Возьмем g = 10 м/с ² и квадратную плотность воды = 1000 кг/м ³

Ответ:

Давление у поверхности воды равно атмосферному давлению P _{7 0} . Давление на дне

P = P ₀ + hρg

  = 1,01 × 10 ⁵ + 0,40 × 1000 × 10

  = 1,01 × 10 ⁵ + 0,04 × 10 ⁵

= 1,05 × 10 ⁵ /M ²

Площадь дна = A ² = (10 × 100009 -2 ) ² = 101010 = (10 × 100009 -2 ) ² = 10010 ² M ²

Сила внизу = F = P × Площадь нижней

= (1,05 × 10 ⁵ ) × (10 ^-2 )

= 1,5 × 100009 3 №

Сила, действующая на дно, равна 1050 Н.

Вопрос 6: Барометр в лифте, поднимающемся с ускорением вверх, показывает 76 см рт. Если лифт ускоряется вверх за 4,9 мс ^-2 , каково будет давление воздуха в лифте?

Ответ:

Когда лифт движется вверх с ускорением a.

Суммарное ускорение = g + a

Таким образом, давление = h × ρ × (g + a) дин см ^-2

= 76 × 13,6 × (9,8 + 4,9) / 13,6 × 9,8

P = 114 см hg

11,6 давления, абсолютное давление и измерение давления-Физики колледжа 1-17

.

11 Статистика жидкости

Резюме

• Определение манометрического и абсолютного давления.
• Понимание работы барометров-анероидов и барометров с открытой трубкой.

Если вы прихрамываете на заправочную станцию ​​с почти спущенной шиной, вы заметите, что манометр на авиалинии показывает почти ноль, когда вы начинаете заправлять ее. На самом деле, если бы в вашей шине была зияющая дыра, датчик показал бы ноль, даже если в шине существует атмосферное давление. Почему манометр показывает ноль? Здесь нет никакой тайны. Шинные манометры просто предназначены для чтения нуля при атмосферном давлении и положительного значения, когда давление выше атмосферного.

Точно так же атмосферное давление добавляется к кровяному давлению в каждой части системы кровообращения. (Как отмечалось в главе 11.5 «Принцип Паскаля», общее давление в жидкости представляет собой сумму давлений из разных источников — здесь сердца и атмосферы.) Но атмосферное давление не оказывает чистого влияния на кровоток, поскольку оно увеличивает давление. выходя из сердца и возвращаясь в него тоже. Важно то, насколько больше кровяное давление, чем атмосферное давление. Таким образом, измерения артериального давления, как и давления в шинах, производятся относительно атмосферного давления.

Короче говоря, манометры очень часто игнорируют атмосферное давление, то есть показывают ноль при атмосферном давлении. Поэтому мы определяем манометрическое давление как давление относительно атмосферного давления. Манометрическое давление является положительным для давлений выше атмосферного давления и отрицательным для давлений ниже его.

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ

Манометрическое давление – это давление относительно атмосферного давления. Манометрическое давление является положительным для давлений выше атмосферного давления и отрицательным для давлений ниже его.

Фактически, атмосферное давление добавляется к давлению в любой жидкости, не заключенной в жесткий контейнер. Это происходит из-за принципа Паскаля. Полное давление или абсолютное давление , таким образом, представляет собой сумму манометрического давления и атмосферного давления: atm}}}[/latex]где[latex]\boldsymbol{P_{\textbf{abs}}}[/latex]абсолютное давление,[latex]\boldsymbol{P_{\textbf{g}}}[/latex ] — манометрическое давление, а [латекс] \boldsymbol {P _ {\ textbf {атм}}}[/латекс] — атмосферное давление. Например, если ваш шинный манометр показывает 34 фунта на квадратный дюйм (фунт на квадратный дюйм), то абсолютное давление равно 34 фунта на квадратный дюйм плюс 14,7 фунта на квадратный дюйм ([латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{атм}}}[/латекс]в фунтах на квадратный дюйм). или 48,7 фунтов на квадратный дюйм (эквивалентно 336 кПа).

АБСОЛЮТНОЕ ДАВЛЕНИЕ

Абсолютное давление представляет собой сумму манометрического и атмосферного давления.

По причинам, которые мы рассмотрим позже, в большинстве случаев абсолютное давление в жидкостях не может быть отрицательным. Жидкости толкают, а не тянут, поэтому наименьшее абсолютное давление равно нулю. (Отрицательное абсолютное давление – это притяжение.) Таким образом, наименьшее возможное манометрическое давление равно латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{абс}}}[/латекс]ноль). Нет теоретического предела тому, насколько большим может быть манометрическое давление.

Существует множество устройств для измерения давления, от шинных манометров до манжет для измерения артериального давления. Принцип Паскаля имеет большое значение в этих устройствах. Неизменная передача давления через жидкость позволяет точно измерять давление на расстоянии. Дистанционное зондирование часто более удобно, чем помещение измерительного прибора в систему, например в артерию человека.

На рис. 1 показан один из многих типов механических манометров, используемых в настоящее время. Во всех механических манометрах давление приводит к силе, которая преобразуется (или преобразуется) в некоторый тип показаний.

Рисунок 1. В этом анероидном манометре для измерения давления используется гибкий сильфон, соединенный с механическим индикатором.

Целый класс манометров использует то свойство, что давление, обусловленное весом жидкости, определяется формулой[latex]\boldsymbol{P=h\rho{g}}.[/latex]Рассмотрите U-образную трубку, показанную на рисунке. 2, например. Эта простая трубка называется манометр . На рисунке 2(а) обе стороны трубы открыты для атмосферы. Таким образом, атмосферное давление давит на каждую сторону одинаково, поэтому его эффект нейтрализуется. Если жидкость глубже с одной стороны, давление на более глубокой стороне больше, и жидкость течет с этой стороны до тех пор, пока глубины не сравняются.

Рассмотрим, как манометр используется для измерения давления. Предположим, что одна сторона U-образной трубки соединена с некоторым источником давления [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{abs}}}[/латекс], например, игрушечным воздушным шаром на рис. 2(b) или вакуумной упаковкой. банка с арахисом, показанная на рисунке 2(c). Давление передается на манометр в неизменном виде, и уровни жидкости уже не равны. На рисунке 2(b) [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{abs}}}[/latex] превышает атмосферное давление, тогда как на рисунке 2(с) [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf {abs}}}[/latex] меньше атмосферного давления. В обоих случаях [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{abs}}}[/latex]отличается от атмосферного давления на величину[латекс]\boldsymbol{h\rho{g}},[/latex]где[ латекс]\boldsymbol{\rho}[/latex] — плотность жидкости в манометре. На рис. 2(b) [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{abs}}}[/latex]может поддерживать столб жидкости высотой[латекс]\boldsymbol{h},[/latex]и поэтому должно оказывать давление[латекс]\boldsymbol{h\rho{g}}[/latex]больше, чем атмосферное давление (манометрическое давление[латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{g}}}[/latex]положительно ). На рис. 2(c) атмосферное давление может поддерживать столб жидкости высотой [латекс]\boldsymbol{h},[/latex]и, следовательно, [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{abs}}}[/latex ] меньше атмосферного давления на величину[latex]\boldsymbol{h\rho{g}}[/latex](манометрическое давление[latex]\boldsymbol{P_{\textbf{g}}}[/latex]равно отрицательный). Манометр с одной стороной, открытой в атмосферу, является идеальным устройством для измерения манометрического давления. Манометрическое давление равно [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{g}}=h\rho{g}}[/latex] и определяется путем измерения[латекс]\boldsymbol{h}.[/latex]

Рис. 2. Манометр с открытой трубкой имеет одну сторону, открытую в атмосферу. (a) Глубина жидкости должна быть одинаковой с обеих сторон, иначе давление, оказываемое каждой стороной на дно, будет неодинаковым, и будет течь с более глубокой стороны. (b) Положительное манометрическое давление P _g = hρg , передаваемое на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой h . (c) Точно так же атмосферное давление больше, чем отрицательное манометрическое давление P _г на количество л.с.г . Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис. Ртутные манометры

часто используются для измерения артериального давления. На плечо надевается надувная манжета, как показано на рис. 3. Сжимая грушу, человек, производящий измерение, оказывает давление, которое без уменьшения передается как на основную артерию руки, так и на манометр. Когда это приложенное давление превышает кровяное давление, кровоток ниже манжеты прекращается. Затем человек, выполняющий измерение, медленно снижает приложенное давление и прислушивается к возобновлению кровотока. Артериальное давление пульсирует из-за насосной деятельности сердца, достигая максимума, называемого систолическое давление , и минимум, называемый диастолическим давлением , при каждом сердечном сокращении. Систолическое давление измеряют, отмечая значение[latex]\boldsymbol{h}[/latex], когда кровоток впервые начинается при снижении давления в манжете. Диастолическое давление измеряют, отмечая [латекс]\жирный символ{ч}[/латекс], когда кровь течет без перерыва. Типичное кровяное давление молодого человека поднимает ртутный столбик на высоту 120 мм при систолическом и 80 мм при диастолическом. Это обычно указывается как 120 на 80 или 120/80. Первое давление соответствует максимальному выбросу сердца; второй обусловлен эластичностью артерий при поддержании давления между ударами. Плотность ртутной жидкости в манометре в 13,6 раза больше, чем воды, поэтому высота жидкости будет 1/13,6 высоты водяного манометра. Эта уменьшенная высота может затруднить измерения, поэтому ртутные манометры используются для измерения более высоких давлений, таких как кровяное давление. Плотность ртути такова, что [латекс]\boldsymbol{1,0\textbf{ мм рт.ст.}=133\textbf{ Па}}.[/латекс]

СИСТОЛИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ

Систолическое давление – это максимальное кровяное давление.

ДИАСТОЛИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ

Диастолическое давление – это минимальное кровяное давление.

Рисунок 3. При рутинном измерении артериального давления на плечо на уровне сердца накладывается надувная манжета. Кровоток определяется непосредственно под манжетой, и соответствующие значения давления передаются на ртутный манометр. (кредит: фото армии США, сделанное специалистом Micah E. Clare4TH BCT)

Пример 1: Расчет высоты мешка для внутривенных вливаний: кровяное давление и внутривенные вливания

Внутривенные вливания обычно осуществляются с помощью силы гравитации. Предполагая, что плотность вводимой жидкости составляет 1,00 г/мл, на какой высоте следует разместить мешок для внутривенных вливаний над точкой входа, чтобы жидкость только попала в вену, если артериальное давление в вене на 18 мм рт. ст. выше атмосферного давления ? Предположим, что мешок для внутривенных вливаний является складным.

Стратегия для (а)

Чтобы жидкость сразу попала в вену, ее давление на входе должно превышать кровяное давление в вене (на 18 мм рт. ст. выше атмосферного давления). Поэтому нам нужно найти высоту жидкости, которая соответствует этому манометрическому давлению.

Решение

Сначала нам нужно преобразовать давление в единицы СИ. Поскольку [латекс]\boldsymbol{1,0\textbf{ мм рт.ст.}=133\textbf{ Па}},[/latex]

[латекс]\boldsymbol{P=18\textbf{ мм рт.ст.}\times}[/latex ][латекс]\boldsymbol{\frac{133\textbf{Па}}{1,0\textbf{мм рт.ст.}}}[/latex][латекс]\boldsymbol{=2400\textbf{Па}}.[/latex] 92)}} \\ {} & \boldsymbol{=} & \boldsymbol{0,24\textbf{ м.}} \end{array}[/latex]

Обсуждение

Мешок для внутривенных вливаний должен располагаться на отметке 0,24 м над точкой входа в рукав, чтобы жидкость только поступала в рукав. Как правило, мешки для внутривенных вливаний размещают выше этого. Вы, возможно, заметили, что пакеты, используемые для сбора крови, располагаются ниже донора, чтобы кровь могла легко течь из руки в мешок, что является противоположным направлением потока, чем требуется в представленном здесь примере.

Барометр — это прибор для измерения атмосферного давления. Ртутный барометр показан на рисунке 4. Этот прибор измеряет атмосферное давление, а не манометрическое давление, потому что над ртутью в трубке почти чистый вакуум. Высота ртутного столба такова, что[latex]\boldsymbol{h\rho{g}=P_{\textbf{atm}}}.[/latex]При изменении атмосферного давления ртутный столбик поднимается или падает, давая важные подсказки к синоптики. Барометр также можно использовать как высотомер, поскольку среднее атмосферное давление меняется с высотой. Ртутные барометры и манометры настолько распространены, что для измерения атмосферного давления и кровяного давления часто используются единицы мм рт. В таблице 2 приведены коэффициенты пересчета для некоторых наиболее часто используемых единиц измерения давления.

Рисунок 4. Ртутный барометр измеряет атмосферное давление. Давление от веса ртути, hρg , равно атмосферному давлению. Атмосфера способна поднять ртуть в трубке на высоту h , потому что давление над ртутью равно нулю. 2}[/латекс] 92}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{1.0\textbf{атм}=1013\textbf{миллибар}}[/латекс] Таблица 2. Коэффициенты преобразования для различных единиц давления

• Манометрическое давление – это давление относительно атмосферного давления.
• Абсолютное давление представляет собой сумму манометрического и атмосферного давления.
• Манометр-анероид измеряет давление с помощью сильфонно-пружинного устройства, соединенного со стрелкой калиброванной шкалы.
• Манометры с открытой трубкой имеют U-образные трубки, один конец которых всегда открыт. Используется для измерения давления.
• Ртутный барометр — прибор для измерения атмосферного давления.

абсолютное давление

сумма манометрического давления и атмосферного давления

диастолическое давление

минимальное артериальное давление в артерии

манометрическое давление

давление относительно атмосферного давления

систолическое давление

максимальное артериальное давление в артерии

 

Измерение давления — Scientific American

Ключевые понятия
Физика
Погода
Воздух
Атмосферное давление

Введение
Вы когда-нибудь смотрели прогноз погоды по телевизору? Если это так, вы, возможно, заметили, что буквы «H» и «L» перемещаются на карте погоды. Их часто называют зонами «высокого давления» (H) и «низкого давления» (L). Давление, о котором они говорят, это атмосферное давление. По изменениям атмосферного давления можно прогнозировать краткосрочные изменения погоды. Но как узнать, изменилось ли давление воздуха, стало ли оно высоким или низким? Ученые разработали прибор под названием барометр, который может измерять атмосферное давление. В этом упражнении вы узнаете, как работает барометр, построив его самостоятельно!

Фон
Земля окружена воздушной оболочкой, называемой атмосферой. Толщина атмосферы составляет около 300 миль, и большая ее часть находится в пределах 10 миль от поверхности Земли. Воздух состоит из молекул газа, таких как азот, кислород и углекислый газ. Все эти молекулы давят на землю, и это давление называется давлением воздуха или атмосферным давлением.

Возможно, вы удивитесь, узнав, что воздух имеет вес, хотя вы этого не чувствуете. Мы эволюционировали так, что давление внутри нашего тела соответствует внешнему атмосферному давлению. Однако вы можете чувствовать изменения атмосферного давления. Например, если вы летите в самолете, у вас могут начать болеть уши. Это потому, что на большой высоте ваше внутреннее давление больше, чем внешнее давление. Только когда вы уравновешиваете оба давления, заставляя уши «трещать», они перестанут болеть.

Атмосферное давление самое высокое на уровне моря и уменьшается, когда вы поднимаетесь в атмосферу. На уровне моря нормальное атмосферное давление колеблется от 800 до 1050 миллибар. На вершине Эвереста атмосферное давление примерно на 30 процентов меньше! Атмосферное давление меняется с высотой и температурой. Теплый воздух, который менее плотный, поднимается вверх, что приводит к снижению атмосферного давления. Поднимаясь вверх, он остывает и превращается в водяной пар, который затем конденсируется в жидкость. Это приводит к образованию облаков и дождю. Поэтому низкое давление обычно связано с пасмурной и дождливой погодой. С другой стороны, холодный воздух высокой плотности приводит к повышенному атмосферному давлению. Когда холодный воздух опускается, он высыхает, вызывая теплые и сухие погодные условия в зонах высокого давления.

Теперь, когда мы знаем, как атмосферное давление может помочь предсказать погоду, нам все еще нужно узнать, как измерить атмосферное давление. Для этого ученые разработали барометр. Существует множество различных типов барометров. Один из них — барометр на водной основе: вода запечатана в стеклянном сосуде с узким носиком, соединяющим внешнюю часть с внутренней. Когда наружное давление воздуха увеличивается, он давит на воду в носике, что приводит к снижению уровня воды. Когда меньше воздуха (более низкое давление воздуха) давит на воду внутри носика, уровень воды поднимается. В этом упражнении вы построите вариант этого барометра. Как вы думаете, он может предсказать завтрашнюю погоду?

Материалы

• Банка из термостойкого стекла
• Резиновая лента, которая надевается на горлышко стеклянной банки
• Воздушный шар
• Деревянная шпажка
• Ножницы
• Лента
• Бумага
• Ручка
• Три чаши
• Водопроводная вода (горячая и холодная)
• Кубики льда
• Бумажные полотенца
  

Подготовка

• Отрежьте и выбросьте отверстие шарика, затем натяните оставшуюся часть шарика вокруг отверстия стеклянной банки, плотно обернув ее.
• Прикрепите воздушный шар к банке резинкой.
• Прикрепите конец деревянной шпажки к верхней части воздушного шара так, чтобы заостренный конец был направлен в сторону от банки.
• Наполните первую миску водой комнатной температуры, вторую миску горячей водой из-под крана (будьте осторожны с горячей водой и при необходимости обратитесь за помощью к взрослому), а третью миску ледяной водой.
• Поместите барометр близко к стене так, чтобы стержень был параллелен стене.
• Прикрепите лист бумаги за барометром на стене.
• Нарисуйте на бумаге линию, совпадающую с кончиком шампура.
• Отметьте место, где находится барометр. Вам нужно будет разместить его на том же месте позже во время действия.

Процедура

• Возьмите барометр и поместите стеклянную банку в чашу с горячей водой. Вода не должна выходить за пределы резинки. Что вы наблюдаете на барометре? Вы замечаете какие-либо изменения? Если да, то какие изменения?
• Через одну минуту выньте барометр из воды, быстро высушите его и поместите на то же место рядом со стеной, где вы прикрепили бумагу. Сделайте еще одну линию на бумаге так, чтобы она совпадала с заостренным кончиком шпажки. Куда теперь указывает наконечник? Как изменился барометр?
• Поместите барометр в миску с водой комнатной температуры. Снова наблюдайте, что происходит. Держите его в миске около 10 минут. Через 10 минут чем отличается барометр от предыдущего?
• Через 10 минут поставьте барометр на место у стены и сделайте еще одну линию на бумаге, куда указывает шпажка. Что вы заметили на этот раз?
• Затем поместите барометр в чашу с ледяной водой примерно на одну минуту. Что происходит с барометром в ледяной воде? Какие различия вы замечаете?
• Снова поместите барометр перед бумажной диаграммой и проведите еще одну линию там, где указывает кончик шпажки. Можете ли вы объяснить свои наблюдения?
• Поместите барометр в чашу с водой комнатной температуры и повторите шаги еще раз. Куда на этот раз указывает кончик шампура? Почему?
• Дополнительно: Повторите тесты с водой разной температуры. Как ваши результаты меняются при других температурах воды?
• Дополнительно: Возьмите барометр на улицу, чтобы измерить атмосферное давление. На другом листе бумаги нарисуйте шкалу, похожую на линейку. Затем поместите диаграмму рядом с барометром так, чтобы средняя линия совпадала с кончиком шампура. Оставьте барометр на улице на несколько дней и каждый день отмечайте, куда указывает шпажка. Что это означает, когда наконечник перемещается вверх или вниз по вашей шкале?

Наблюдения и результаты
Удалось ли вам измерить барометром изменение атмосферного давления? В этом упражнении вы измеряли изменение давления воздуха внутри стеклянной банки, а не изменение внешнего атмосферного давления. Поскольку мы не можем сами изменить внешнее атмосферное давление, мы изменили давление воздуха внутри стеклянной банки, чтобы продемонстрировать, как работает баллонный барометр.

Когда вы запечатываете стеклянную банку воздушным шаром, внутри стеклянной банки создается определенное давление воздуха. Кончик деревянной шпажки должен быть на одном уровне с верхом стеклянной банки, так как поверхность воздушного шара очень плоская. Однако когда вы опускаете стеклянную банку в горячую воду, воздух внутри банки нагревается и расширяется. Поскольку банка запечатана воздушным шаром, ему некуда деваться, и воздушный шар начинает раздуваться. Это связано с тем, что давление воздуха внутри стекла увеличивается и давит на воздушный шар. В результате деревянная шпажка направлена ​​вниз. Линия, которую вы сделали, должна быть ниже исходной линии.

Когда вы помещаете воздушный шар в воду комнатной температуры, воздух снова охлаждается до комнатной температуры, где он был раньше, поэтому ваш воздушный шар должен снова стать плоским. В то же время деревянная шпажка должна совпадать с исходной линией. Обратное происходит, когда вы опускаете стеклянную банку в ледяную воду. По мере того, как воздух внутри банки остывает еще больше, он сжимается и втягивает шарик в банку. Это заставляет деревянную шпажку указывать вверх.