От самото понятие за "атмосферно налягане" следва, че въздухът трябва да има тежест, в противен случай не може да оказва натиск върху нищо. Но ние не забелязваме това, струва ни се, че въздухът е безтегловност. Преди да говорите за атмосферното налягане, трябва да докажете, че въздухът има тегло, трябва по някакъв начин да го претеглите. Как да го направя? Ще разгледаме въздушното тегло и атмосферното налягане подробно в статията, като ги изучаваме с помощта на експерименти.
Опит
Ще претеглим въздуха в стъклен съд. Той влиза в контейнера през гумена тръба в гърлото. Вентилът затваря маркуча, така че да не влиза въздух в него. Отстраняваме въздуха от съда с помощта на вакуумна помпа. Интересното е, че с напредването на изпомпването звукът на помпата се променя. Колкото по-малко въздух остава в колбата, толкова по-тихо работи помпата. Колкото по-дълго изпомпваме въздуха, толкова по-ниско става налягането в съда.
Когато целият въздух се отстрани,затворете крана, затиснете маркуча, за да блокирате подаването на въздух. Претеглете колбата без въздух, след което отворете крана. Въздухът ще влезе с характерна свирка и теглото му ще се добави към теглото на колбата.
Първо поставете празен съд със затворен кран на везната. Вътре в контейнера има вакуум, нека го претеглим. Нека отворим крана, въздухът ще влезе вътре и отново претеглим съдържанието на колбата. Разликата между теглото на напълнената и празната колба ще бъде масата на въздуха. Това е просто.
Въздушно тегло и атмосферно налягане
Сега да преминем към решаването на следващия проблем. За да изчислите плътността на въздуха, трябва да разделите масата му на обем. Обемът на колбата е известен, защото е отбелязан отстрани на колбата. ρ=mвъздух /V. Трябва да кажа, че за да получите така наречения висок вакуум, тоест пълното отсъствие на въздух в съда, ви трябва много време. Ако колбата е 1,2 л, това е около половин час.
Открихме, че въздухът има маса. Земята го дърпа и следователно върху него действа силата на гравитацията. Въздухът се изтласква към земята със сила, равна на теглото на въздуха. Следователно атмосферното налягане съществува. Проявява се в различни експерименти. Нека направим едно от тях.
Експеримент със спринцовка
Вземете празна спринцовка, към която е прикрепена гъвкава тръба. Спуснете буталото на спринцовката и потопете маркуча в съд с вода. Издърпайте буталото нагоре и водата ще започне да се издига през тръбата, запълвайки спринцовката. Защо водата, която се изтегля надолу от гравитацията, все още се издига зад буталото?
В съда се засяга отгоре надолуАтмосферно налягане. Нека го обозначим Patm. Според закона на Паскал, налягането, упражнявано от атмосферата върху повърхността на течност, се предава непроменено. Той се разпространява във всички точки, което означава, че има и атмосферно налягане вътре в тръбата и има вакуум (безвъздушно пространство) в спринцовката над водния слой, т.е. P=0. Така се оказва, че атмосферното налягане притиска водата отдолу, но няма налягане над буталото, защото там има празнота. Поради разликата в налягането, водата влиза в спринцовката.
Експериментирайте с живак
Въздушно тегло и барометрично налягане - колко са големи? Може би това е нещо, което може да се пренебрегне? В крайна сметка един кубичен метър желязо има маса от 7600 кг, а един кубичен метър въздух - само 1,3 кг. За да разберем, нека модифицираме експеримента, който току-що проведохме. Вместо спринцовка вземете бутилка, затворена с тапа с тръба. Свържете тръбата към помпата и започнете да изпомпвате въздух.
За разлика от предишния опит, ние създаваме вакуум не под буталото, а в целия обем на бутилката. Изключете помпата и в същото време спуснете тръбата на бутилката в съд с вода. Ще видим как водата напълни бутилката през тръбата само за няколко секунди с характерен звук. Високата скорост, с която тя "пръсна" в бутилката, показва, че атмосферното налягане е доста голяма стойност. Опитът го доказва.
За първи път измерва атмосферното налягане, теглото на въздуха италианският учен Торичели. Той имаше такова преживяване. Взех стъклена тръба с дължина малко над 1 м, запечатана в единия край. Напълни го с живак до ръба. СледСлед това взе съд с живак, прищипа отворения му край с пръст, обърна тръбата и я потопи в съд. Ако нямаше атмосферно налягане, тогава целият живак щеше да се излее, но това не се случи. Изля се частично, нивото на живака се установи на височина от 760 мм.
Случи се, защото атмосферата притисна живака в контейнера. Именно поради тази причина в предишните ни експерименти водата беше вкарвана в тръбата, поради което водата следваше спринцовката. Но в тези два експеримента взехме вода, чиято плътност е ниска. Живакът има висока плътност, така че атмосферното налягане успя да вдигне живака, но не до самия връх, а само със 760 мм.
Съгласно закона на Паскал, натискът, упражняван върху живака, се предава до всички негови точки непроменен. Това означава, че вътре в тръбата има и атмосферно налягане. Но от друга страна, това налягане се балансира от налягането на течния стълб. Нека означим височината на живачната колона като h. Можем да кажем, че атмосферното налягане действа отдолу нагоре, а хидростатичното налягане действа отгоре надолу. Останалите 240 мм са празни. Между другото, този вакуум се нарича още празнината на Торичели.
Формула и изчисления
Атмосферно налягане Patm е равно на хидростатичното налягане и се изчислява по формулата ρptgh. ρpt=13600 kg/m3. g=9,8 N/kg. h=0,76 м. Patm=101,3 kPa. Това е доста голяма сума. Лист хартия, лежащ на маса, създава налягане от 1 Pa, а атмосферното налягане е 100 000 паскала. Оказва се, че трябва да поставите100 000 листа хартия един върху друг, за да произведат такова налягане. Любопитно, нали? Атмосферното налягане и теглото на въздуха са много високи, така че водата беше избутана в бутилката с такава сила по време на експеримента.
