Tko je prvi znanstvenik izmjerio atmosferski tlak? Kao rezultat toga stvara se atmosferski tlak. Povijest otkrića atmosferskog tlaka. Drugi načini mjerenja atmosferskog tlaka

Atmosfera koja okružuje Zemlja, vrši pritisak na površinu zemlje i na sve objekte koji se nalaze iznad zemlje. U atmosferi koja miruje, tlak u bilo kojoj točki jednak je težini stupca zraka iznad, koji se proteže do vanjske periferije atmosfere i ima presjek od 1 cm 2.

Atmosferski tlak prvi je put izmjerio talijanski znanstvenik Evangelista Torricelli godine 1644. Uređaj je cijev u obliku slova U duga oko 1 m, zatvorena na jednom kraju i ispunjena živom. Budući da u gornjem dijelu cijevi nema zraka, tlak žive u cijevi stvara samo težina stupca žive u cijevi. Dakle, atmosferski tlak je jednak tlaku stupca žive u cijevi, a visina tog stupca ovisi o atmosferskom tlaku okolnog zraka: što je viši atmosferski tlak, to je viši stupac žive u cijevi i, prema tome, visina ovog stupca može se koristiti za mjerenje atmosferskog tlaka.

Normalni atmosferski tlak (na razini mora) je 760 mm Merkur(mm Hg) na temperaturi od 0°C. Ako je atmosferski tlak npr. 780 mm Hg. Art., to znači da zrak proizvodi isti tlak kao onaj koji proizvodi okomiti stupac žive visok 780 mm.

Promatrajući visinu živinog stupca u cijevi iz dana u dan, Torricelli je otkrio da se ta visina mijenja, a promjene atmosferskog tlaka nekako su povezane s promjenama vremena. Pričvrstivši okomitu vagu uz cijev, Torricelli je dobio jednostavan uređaj za mjerenje atmosferskog tlaka - barometar. Kasnije se tlak mjerio pomoću aneroidnog ("beztekućinskog") barometra, koji ne koristi živu, a tlak se mjeri pomoću metalne opruge. U praksi, prije očitavanja, morate lagano kucnuti prstom po staklu uređaja kako biste prevladali trenje u prijenosu poluge.

Na temelju Torricellijeve cijevi station cup barometar, koji je danas glavni instrument za mjerenje atmosferskog tlaka na meteorološkim postajama. Sastoji se od barometarske cijevi promjera oko 8 mm i duljine oko 80 cm, spuštene slobodnim krajem u barometarsku čašu. Cijela barometarska cijev je zatvorena u mjedeni okvir, u čijem je gornjem dijelu napravljen vertikalni presjek za promatranje meniskusa živinog stupca.

Pri istom atmosferskom tlaku visina živinog stupca ovisi o temperaturi i ubrzanju gravitacije, koje donekle varira ovisno o geografskoj širini i nadmorskoj visini. Kako bi se isključila ovisnost visine živinog stupca u barometru o ovim parametrima, izmjerena visina se svodi na temperaturu od 0 ° C i ubrzanje sile teže na razini mora na geografskoj širini od 45 ° i, uvođenjem instrumentalnog korekcijom, dobiva se tlak na stanici.

U skladu s međunarodni sustav jedinice (SI sustav) osnovna jedinica za mjerenje atmosferskog tlaka je hektopaskal (hPa), međutim, u službi niza organizacija dopušteno je koristiti stare jedinice: milibar (mb) i milimetar žive (mm Hg) .

1 mb = 1 hPa; 1 mmHg = 1,333224 hPa

Prostorna raspodjela atmosferskog tlaka naziva se tlačno polje. Polje tlaka može se vizualno prikazati pomoću površina u svim točkama na kojima je tlak isti. Takve se površine nazivaju izobarnim. Da bi se dobio vizualni prikaz raspodjele tlaka na zemljinoj površini, karte izobara se konstruiraju na razini mora. Da biste to učinili na geografska karta pokazuju atmosferski tlak izmjeren na meteorološkim postajama i normaliziran na razinu mora. Zatim se točke s istim pritiskom povezuju glatkim zakrivljenim linijama. Područja zatvorenih izobara sa visoki krvni tlak u središtu se nazivaju maksimumi tlaka ili anticiklone, a područja zatvorenih izobara sa niski krvni tlak u središtu se nazivaju baričke niske razine ili cikloni.

Atmosferski tlak na svakoj točki zemljine površine nije konstantan. Ponekad se tlak mijenja vrlo brzo tijekom vremena, ali ponekad ostaje gotovo nepromijenjen dosta dugo. U dnevni tok tlaka postoje dva maksimuma i dva minimuma. Maksimum se opaža oko 10 i 22 sata po lokalnom vremenu, minimum oko 4 i 16 sati. Godišnja varijacija tlaka jako ovisi o fizičkim i geografskim uvjetima. Ovaj pokret je uočljiviji iznad kontinenata nego iznad oceana.

Pažnja! Administracija stranice nije odgovorna za sadržaj metodološki razvoj, kao i za usklađenost s razvojem Saveznog državnog obrazovnog standarda.

• Sudionik: Vertuškin Ivan Aleksandrovič
• Voditeljica: Elena Anatolyevna Vinogradova

Uvod

Danas pada kiša ispred prozora. Nakon kiše dolazi do pada temperature zraka, povećanja vlažnosti i pada atmosferskog tlaka. Atmosferski tlak jedan je od glavnih čimbenika koji određuju stanje vremena i klime, stoga je poznavanje atmosferskog tlaka nužno u prognoziranju vremena. Velik praktični značaj ima mogućnost mjerenja atmosferskog tlaka. A može se mjeriti posebnim barometarskim uređajima. U tekućinskim barometrima, s promjenom vremena, stupac tekućine se smanjuje ili povećava.

Poznavanje atmosferskog tlaka neophodno je u medicini, u tehnološki procesi, ljudski život i svi živi organizmi. Postoji izravna veza između promjena atmosferskog tlaka i promjena vremena. Povećanje ili smanjenje atmosferskog tlaka može biti znak vremenskih promjena i utjecati na dobrobit osobe.

Opis triju međusobno povezanih fizikalnih pojava iz Svakidašnjica:

• Odnos vremena i atmosferskog tlaka.
• Pojave koje su u osnovi rada instrumenata za mjerenje atmosferskog tlaka.

Relevantnost rada

Relevantnost odabrane teme je u tome što su ljudi u svakom trenutku, zahvaljujući svojim promatranjima ponašanja životinja, mogli predvidjeti vremenske promjene, prirodne katastrofe i izbjeći ljudske žrtve.

Utjecaj atmosferskog tlaka na naše tijelo je neizbježan, nagle promjene atmosferskog tlaka utječu na dobrobit čovjeka, a posebno trpe ljudi ovisni o vremenskim prilikama. Naravno, ne možemo smanjiti utjecaj atmosferskog tlaka na ljudsko zdravlje, ali možemo pomoći vlastitom tijelu. Sposobnost mjerenja atmosferskog tlaka, poznavanje narodni znakovi, korištenje kućnih uređaja.

Cilj rada: saznati kakvu ulogu ima atmosferski tlak u svakodnevnom životu čovjeka.

Zadaci:

• Proučite povijest mjerenja atmosferskog tlaka.
• Utvrdite postoji li veza između vremena i atmosferskog tlaka.
• Proučite vrste instrumenata namijenjenih mjerenju atmosferskog tlaka koje je izradio čovjek.
• Proučavati fizikalne pojave koje su u osnovi rada instrumenata za mjerenje atmosferskog tlaka.
• Ovisnost tlaka tekućine o visini stupca tekućine u tekućinskim barometrima.

Metode istraživanja

• Analiza literature.
• Sažimanje primljenih informacija.
• Zapažanja.

Područje proučavanja: Atmosferski tlak

Hipoteza: Atmosferski tlak je važan za ljude .

Značaj djela: materijal ovog rada može se koristiti u nastavi i u izvannastavne aktivnosti, u životima mojih kolega, učenika naše škole, svih zaljubljenika u istraživanje prirode.

Plan rada

I. Teorijski dio (prikupljanje informacija):

1. Pregled i analiza literature.
2. Internet resursi.

II. Praktični dio:

• opažanja;
• prikupljanje informacija o vremenu.

III. Završni dio:

1. Zaključci.
2. Prezentacija rada.

Povijest mjerenja atmosferskog tlaka

Živimo na dnu ogromnog zračni ocean zove atmosfera. Sve promjene koje se događaju u atmosferi sigurno utječu na čovjeka, na njegovo zdravlje, način života, jer... čovjek je sastavni dio prirode. Svaki od čimbenika koji određuju vrijeme: atmosferski tlak, temperatura, vlaga, sadržaj ozona i kisika u zraku, radioaktivnost, magnetske oluje itd. izravno ili neizravno utječe na ljudsko blagostanje i zdravlje. Usredotočimo se na atmosferski tlak.

Atmosferski tlak- ovo je pritisak atmosfere na sve objekte u njoj i Zemljinu površinu.

Godine 1640. veliki vojvoda od Toskane odlučio je izgraditi fontanu na terasi svoje palače i naredio da se voda doprema iz obližnjeg jezera pomoću usisne pumpe. Pozvani firentinski majstori rekli su da je to nemoguće jer se voda mora usisavati do visine veće od 32 stope (više od 10 metara). Nisu mogli objasniti zašto se voda ne upija do tolike visine. Vojvoda je zamolio velikog talijanskog znanstvenika da to istraži Galileo Galilei. Iako je znanstvenik već bio star i bolestan te se nije mogao baviti pokusima, ipak je sugerirao da rješenje problema leži u području određivanja težine zraka i njegovog pritiska na vodenu površinu jezera. Galilejev učenik Evangelista Torricelli preuzeo je zadatak riješiti ovo pitanje. Kako bi provjerio hipotezu svog učitelja, proveo je svoj poznati eksperiment. Staklenu cijev dugu 1 m, zatvorenu na jednom kraju, potpuno je napunila živom, i čvrsto zatvorivši otvoreni kraj cijevi, okrenula ju je ovim krajem u šalicu sa živom. Dio žive se izlio iz cijevi, dio je ostao. Iznad žive stvorio se bezzračni prostor. Atmosfera pritišće živu u čaši, živa u cijevi također pritišće živu u čaši, budući da je uspostavljena ravnoteža ti su pritisci jednaki. Izračunati tlak žive u cijevi znači izračunati tlak atmosfere. Ako atmosferski tlak raste ili pada, stupac žive u cijevi se povećava ili smanjuje u skladu s tim. Tako se pojavila mjerna jedinica atmosferskog tlaka - mm. rt. Umjetnost. – milimetar živinog stupca. Promatrajući razinu žive u cijevi, Torricelli je primijetio da se razina mijenja, što znači da nije konstantna i ovisi o promjenama vremena. Ako tlak raste, vrijeme će biti dobro: hladno zimi, vruće ljeti. Ako tlak naglo padne, to znači da se očekuje naoblaka i zasićenje vlage u zraku. Torricellijeva cijev s pričvršćenim ravnalom predstavlja prvi instrument za mjerenje atmosferskog tlaka - živin barometar. (Prilog 1)

I drugi su znanstvenici stvorili barometre: Robert Hooke, Robert Boyle, Emil Marriott. Vodene barometre dizajnirali su francuski znanstvenik Blaise Pascal i njemački burgomester grada Magdeburga Otto von Guericke. Visina takvog barometra bila je više od 10 metara.

Za mjerenje tlaka koriste se različite jedinice: mm žive, fizičke atmosfere, u SI sustavu - Pascals.

Odnos vremena i atmosferskog tlaka

U romanu Julesa Vernea “Petnaestogodišnji kapetan” zanimao me opis kako razumjeti očitanja barometra.

“Kapetan Gul, dobar meteorolog, naučio ga je razumjeti očitanja barometra. Ukratko ćemo vam reći kako koristiti ovaj prekrasan uređaj.

1. Kada nakon dugog razdoblja lijepog vremena barometar počne naglo i kontinuirano padati siguran znak kiša. Međutim, ako Lijepo vrijeme stajao jako dugo, živin stupac može padati dva-tri dana, a tek nakon toga doći će do bilo kakvih zamjetnijih promjena u atmosferi. U takvim slučajevima, što je više vremena prošlo između početka pada žive i početka kiše, to će duže stajati kišovito vrijeme.
2. Naprotiv, ako tijekom duljeg kišnog razdoblja barometar počne polako, ali kontinuirano rasti, početak lijepog vremena može se pouzdano predvidjeti. A lijepo vrijeme će ostati to dulje, što je više vremena prošlo između početka porasta žive i prvog vedrog dana.
3. U oba slučaja, promjena vremena koja se dogodi odmah nakon porasta ili spuštanja živinog stupca traje vrlo kratko vrijeme.
4. Ako barometar polako, ali kontinuirano raste dva ili tri dana ili duže, to najavljuje lijepo vrijeme, čak i ako je kiša padala bez prestanka svih ovih dana, i obrnuto. Ali ako barometar polako raste za kišnih dana, a odmah počne padati kada dođe lijepo vrijeme, lijepo vrijeme neće dugo trajati, i obrnuto
5. U proljeće i jesen nagli pad barometra najavljuje vjetrovito vrijeme. Ljeti, za velikih vrućina, predviđa grmljavinsko nevrijeme. Zimi, osobito nakon dugotrajnih mrazova, brzi pad živinog stupca ukazuje na nadolazeću promjenu smjera vjetra, popraćenu otopljenjem i kišom. Naprotiv, povećanje žive tijekom dugotrajnih mrazeva predviđa snježne padaline.
6. Česte fluktuacije u razini živinog stupca, ponekad u porastu, ponekad u padu, ni u kojem se slučaju ne smiju smatrati znakom približavanja dugog razdoblja; razdoblje suhog ili kišnog vremena. Samo postupan i polagani pad ili porast žive najavljuje početak dugog razdoblja stabilnog vremena.
7. Kad potkraj jeseni, nakon duljeg razdoblja vjetra i kiše, barometar počne rasti, to najavljuje sjeverni vjetar na početku mraza.

Evo općih zaključaka koji se mogu izvući iz očitanja ovog vrijednog uređaja. Dick Sand izvrsno je prosuđivao predviđanja barometra i više puta se uvjerio u njihovu točnost. Svaki dan je gledao svoj barometar kako ga promjene vremena ne bi iznenadile.”

Promatrao sam vremenske promjene i atmosferski tlak. I uvjerio sam se da ta ovisnost postoji.

Instrumenti za mjerenje atmosferskog tlaka

Za znanstvene i svakodnevne potrebe morate znati mjeriti atmosferski tlak. Za ovo postoje specijalni uređaji – barometri. Normalni atmosferski tlak je tlak na razini mora pri temperaturi od 15 °C. Jednako je 760 mm Hg. Umjetnost. Znamo da kada se nadmorska visina promijeni za 12 metara, atmosferski tlak se promijeni za 1 mmHg. Umjetnost. Štoviše, s povećanjem nadmorske visine atmosferski tlak opada, a sa smanjenjem nadmorske visine raste.

Moderni barometar napravljen je bez tekućine. Zove se aneroidni barometar. Metalni barometri manje su precizni, ali nisu tako glomazni ili lomljivi.

- vrlo osjetljiv uređaj. Na primjer, kada se penjemo na posljednji kat deveterokatnice, zbog razlika u atmosferskom tlaku na različitim nadmorskim visinama, ustanovit ćemo pad atmosferskog tlaka za 2-3 mm Hg. Umjetnost.

Barometar se može koristiti za određivanje visine leta zrakoplova. Ovaj barometar naziva se barometarski visinomjer ili visinomjer. Ideja o Pascalovom eksperimentu bila je osnova za dizajn visinomjera. Određuje visinu iznad razine mora promjenama atmosferskog tlaka.

Pri promatranju vremena u meteorologiji, ako je potrebno zabilježiti kolebanja atmosferskog tlaka u određenom vremenskom razdoblju, koriste se snimač - barograf.

(Olujno staklo) (olujno staklo, nizozemski. oluja- "oluja" i stakla- "staklo") je kemijski ili kristalni barometar koji se sastoji od staklene tikvice ili ampule napunjene alkoholnom otopinom u kojoj su u određenim omjerima otopljeni kamfor, amonijak i kalijev nitrat.

Ovaj kemijski barometar aktivno je koristio tijekom svojih pomorskih putovanja engleski hidrograf i meteorolog, viceadmiral Robert Fitzroy, koji je pažljivo opisao ponašanje barometra; ovaj opis se koristi i danas. Stoga se olujno staklo naziva i "Fitzroyev barometar". Od 1831. do 1836. Fitzroy je vodio oceanografsku ekspediciju na brodu HMS Beagle, u kojoj je bio i Charles Darwin.

Barometar radi na sljedeći način. Boca je hermetički zatvorena, ali se u njoj neprestano rađaju i nestaju kristali. Ovisno o nadolazećim vremenskim promjenama, u tekućini se stvaraju kristali raznih oblika. Stormglass je toliko osjetljiv da može predvidjeti iznenadna promjena vrijeme 10 minuta prije. Princip rada nikada nije dobio potpuno znanstveno objašnjenje. Barometar radi bolje kada se nalazi blizu prozora, posebno u kućama od armiranog betona; vjerojatno u ovom slučaju barometar nije toliko zaštićen.

Baroskop– uređaj za praćenje promjena atmosferskog tlaka. Možete napraviti baroskop vlastitim rukama. Za izradu baroskopa potrebna je sljedeća oprema: Staklena posuda zapremine 0,5 litara.

1. Komad filma iz balona.
2. Gumeni prsten.
3. Lagana slamnata strijela.
4. Žica za pričvršćivanje strijele.
5. Okomito mjerilo.
6. Tijelo uređaja.

Ovisnost tlaka tekućine o visini stupca tekućine u tekućinskim barometrima

Pri promjeni atmosferskog tlaka u tekućinskim barometrima mijenja se visina stupca tekućine (vode ili žive): pri padu tlaka pada, pri porastu tlaka raste. To znači da postoji ovisnost visine stupca tekućine o atmosferskom tlaku. Ali sama tekućina pritišće dno i stijenke posude.

Francuski znanstvenik B. Pascal sredinom 17. stoljeća empirijski je utvrdio zakon nazvan Pascalov zakon:

Tlak se u tekućini ili plinu prenosi jednako u svim smjerovima i ne ovisi o orijentaciji područja na koje djeluje.

Za ilustraciju Pascalovog zakona, slika prikazuje malu pravokutnu prizmu uronjenu u tekućinu. Ako pretpostavimo da je gustoća materijala prizme jednaka gustoći tekućine, tada prizma mora biti u stanju indiferentne ravnoteže u tekućini. To znači da sile pritiska koje djeluju na rub prizme moraju biti uravnotežene. To će se dogoditi samo ako su pritisci, tj. sile koje djeluju po jedinici površine svake površine, isti: str 1 = str 2 = str 3 = str.

Pritisak tekućine na dno ili bočne stijenke posude ovisi o visini stupca tekućine. Sila pritiska na dno cilindrične posude vis h i osnovno područje S jednaka težini stupca tekućine mg, Gdje m = ρ ghS je masa tekućine u posudi, ρ je gustoća tekućine. Stoga je p = ρ ghS / S

Isti pritisak na dubini h u skladu s Pascalovim zakonom tekućina djeluje i na bočne stijenke posude. Tlak stupca tekućine ρ gh nazvao hidrostatski tlak.

Mnogi uređaji koje susrećemo u životu koriste zakone tlaka tekućine i plina: međusobno povezane posude, vodoopskrba, hidraulička preša, brane, fontane, arteški bunar itd.

Zaključak

Atmosferski tlak se mjeri radi vjerojatnijeg predviđanja mogućih promjena vremena. Postoji izravna veza između promjena tlaka i vremenskih promjena. Porast ili pad atmosferskog tlaka s određenom vjerojatnošću može poslužiti kao znak promjene vremena. Treba znati: ako tlak pada, očekuje se oblačno, kišovito vrijeme, a ako raste, očekuje se suho vrijeme, a zimi hladno. Ako tlak jako padne, moguće je ozbiljno loše vrijeme: oluja, jaka grmljavina ili oluja.

Još u antičko doba liječnici su pisali o utjecaju vremena na ljudski organizam. U tibetanskoj medicini se spominje: “bol u zglobovima se pojačava tijekom kišnih razdoblja i tijekom veliki vjetrovi" Slavni alkemičar i liječnik Paracelsus je zabilježio: “Onaj tko je proučavao vjetrove, munje i vremenske prilike zna podrijetlo bolesti.”

Da bi čovjeku bilo ugodno, atmosferski tlak mora biti jednak 760 mm. rt. Umjetnost. Ako atmosferski tlak odstupa čak i za 10 mm u jednom ili drugom smjeru, čovjek se osjeća nelagodno i to može utjecati na njegovo zdravlje. Nepovoljne pojave opažaju se tijekom razdoblja promjena atmosferskog tlaka - porast (kompresija) i posebno njegov pad (dekompresija) na normalu. Što se sporije mijenja tlak, to se ljudski organizam bolje i bez štetnih posljedica prilagođava.

Atmosferski tlak je sila kojom pritišće zrak oko nas Zemljina površina. Prva osoba koja ga je izmjerila bila je učenica Galilea Galileija Evangelista Torricelli. Godine 1643., zajedno sa svojim kolegom Vincenzom Vivianijem, proveo je jednostavan eksperiment.

Torricelli iskustvo

Kako je mogao odrediti atmosferski tlak? Uzevši metar dugu cijev zatvorenu na jednom kraju, Torricelli je u nju ulio živu, zatvorio rupu prstom i, okrenuvši je, spustio u zdjelu također ispunjenu živom. Istodobno je dio žive izlio iz cijevi. Živa se zaustavila na 760 mm. od površinske razine žive u posudi.

Zanimljivo je da rezultat eksperimenta nije ovisio o promjeru, nagibu pa čak ni obliku cijevi – živa se uvijek zaustavljala na istoj razini. Međutim, ako se vrijeme iznenada promijeni (a atmosferski tlak padne ili poraste), živin stupac se spusti ili povisi nekoliko milimetara.

Od tada se atmosferski tlak mjeri u milimetrima živinog stupca, a tlak iznosi 760 mm. rt. Umjetnost. smatra se jednakim 1 atmosferi i naziva se normalan pritisak. Tako je nastao prvi barometar – uređaj za mjerenje atmosferskog tlaka.

Drugi načini mjerenja atmosferskog tlaka

Živa nije jedina tekućina koja se može koristiti za mjerenje atmosferskog tlaka. Mnogi znanstvenici u drugačije vrijeme izgradili su vodene barometre, ali budući da je voda puno lakša od žive, njihove su se cijevi uzdigle do visine do 10 m. Osim toga, voda se već na 0 ° C pretvorila u led, što je stvorilo određene neugodnosti.

Moderni živini barometri koriste Torricellijev princip, ali su nešto kompliciraniji. Na primjer, sifonski barometar je dugačka staklena cijev savijena u sifon i ispunjena živom. Dugi kraj cijevi je zatvoren, kraći kraj je otvoren. Mali uteg pluta na otvorenoj površini žive, uravnotežen protuutegom. Kada se atmosferski tlak promijeni, živa se pomiče, povlačeći za sobom plovak, koji zauzvrat pokreće protuuteg povezan sa strelicom.

Živini barometri koriste se u stacionarnim laboratorijima i na meteorološkim postajama. Vrlo su precizni, ali prilično glomazni, pa kod kuće ili uvjeti na terenu atmosferski tlak mjeri se barometrom bez tekućine ili aneroidnim barometrom.

Kako radi aneroidni barometar?

U barometru bez tekućine, fluktuacije atmosferskog tlaka se očituju pomoću male okrugle metalne kutije s razrijeđenim zrakom unutra. Aneroidna kutija ima tanku valovitu membransku stijenku koju mala opruga povlači natrag. Membrana se savija prema van kad atmosferski tlak padne i pritišće prema unutra kad se podigne. Ovi pokreti uzrokuju odstupanja strelice koja se kreće duž posebne ljestvice. Ljestvica aneroidnog barometra je usklađena sa živinim barometrom, ali se još uvijek smatra manjom precizni instrument, jer s vremenom opruga i membrana gube svoju elastičnost.