Физика · конспекты ★0
Физика › 7 класс › Давление твёрдых тел, жидкостей и газов

Тема 36Вес воздуха. Атмосферное давление

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Атмосферное давлениевесатмосфераЭванджелиста Торричеллиртутный барометр

Чем глубже в воду, тем больше давление: сверху давит всё больший столб воды. Воздух тоже имеет вес — он гораздо легче воды, но атмосфера очень высокая.

Воздух имеет вес

Стеклянный шар уравновесим на весах, затем откачаем из него воздух. Равновесие нарушится — шар стал легче! Масса 1 л воздуха около 1,3 г.

Шар с воздухом тяжелее, чем без воздуха
Шар с воздухом тяжелее, чем без воздуха Иллюстрация: light-fizika.ru

Воздушная оболочка Земли — атмосфера — смесь газов (азот 78 %, кислород 21 %). Земля притягивает молекулы, и они не улетают в космос. У поверхности воздух плотнее, с высотой — разреженнее.

Слои атмосферы. Состав воздуха: азот, кислород, другие газыСлои атмосферы. Состав воздуха: азот, кислород, другие газы
Слои атмосферы. Состав воздуха: азот, кислород, другие газы Иллюстрация: light-fizika.ru
Определение

Атмосферное давление — давление, которое атмосфера оказывает на поверхность Земли и на все тела на ней.

Опыты, подтверждающие атмосферное давление

Вода поднимается за поршнем. Из бутылки высосали воздух — атмосфера её смялаВода поднимается за поршнем. Из бутылки высосали воздух — атмосфера её смяла
Вода поднимается за поршнем. Из бутылки высосали воздух — атмосфера её смяла Иллюстрация: light-fizika.ru
Пипетка и ливер набирают жидкость. Автопоилка: атмосфера удерживает воду в бутылкеПипетка и ливер набирают жидкость. Автопоилка: атмосфера удерживает воду в бутылке
Пипетка и ливер набирают жидкость. Автопоилка: атмосфера удерживает воду в бутылке Иллюстрация: light-fizika.ru
Магдебургские полушария

В 1654 г. Отто фон Герике сложил два медных полушария и откачал из них воздух. Атмосфера прижала их так сильно, что 16 лошадей едва смогли их разорвать!

Опыт Отто фон Герике с магдебургскими полушариями
Опыт Отто фон Герике с магдебургскими полушариями Иллюстрация: light-fizika.ru

Опыт Торричелли

Запаянную с одного конца трубку наполним водой и перевернём в сосуд с водой. Вода из трубки не выльется: её удерживает атмосферное давление. Высота такого водяного столба — около 10 м!

Атмосфера удерживает столб воды в трубке
Атмосфера удерживает столб воды в трубке Иллюстрация: light-fizika.ru

Итальянский учёный Эванджелиста Торричелли взял вместо воды ртуть — она в 13,6 раза плотнее. Столб ртути получился около 760 мм, а над ним — пустота.

Опыт Торричелли: столб ртути высотой около 760 мм
Опыт Торричелли: столб ртути высотой около 760 мм Иллюстрация: light-fizika.ru
Нормальное атмосферное давление
760 мм рт. ст.≈101 300 Па1 мм рт. ст.≈133,3 Па760\ \text{мм рт. ст.}\approx101\,300\ \text{Па}\qquad 1\ \text{мм рт. ст.}\approx133{,}3\ \text{Па}

Трубка с ртутью и шкалой — ртутный барометр. Давление удобно измерять в миллиметрах ртутного столба.

Опыт Паскаля с бочкой

Паскаль наполнил бочку водой и вставил в крышку длинную тонкую трубку. Поднявшись на балкон, он влил в трубку всего кружку воды — трубка заполнилась на большую высоту, и давление разорвало бочку!

Бочка Паскаля
Бочка Паскаля Иллюстрация: light-fizika.ru
Образ для запоминания

Мы живём на дне «воздушного океана». Над каждым квадратным сантиметром — столб воздуха массой около 1 кг. Торричелли «взвесил» этот столб: он уравновешивает 76 см ртути или 10 м воды.

⚗ Мини-опыт

Меняйте атмосферное давление и наклоняйте трубку. Какой высоты столб ртути удерживает атмосфера? Меняется ли высота при наклоне?

▶ Симуляция PhET

На экране «Бассейн» выключите и включите атмосферу. Как меняются показания манометра на поверхности воды и на глубине?

Под давлениемОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Почему вода не выливается из перевёрнутой трубки в опыте Торричелли?
Давление атмосферы на воду в сосуде уравновешивает давление столба.
2Чему равно нормальное атмосферное давление?
Это около 101 300 Па.
3Почему пипетка набирает жидкость?
Внутри резинового колпачка давление меньше атмосферного.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Что такое атмосферное давление?

    Ответ

    Давление атмосферы на поверхность Земли и все тела на ней.

    Как получилось?
  2. Кто первым измерил атмосферное давление?

    Ответ

    Эванджелиста Торричелли.

    Как получилось?
  3. Переведите 750 мм рт. ст. в паскали.

    Ответ

    750⋅133,3≈100 000750\cdot133{,}3\approx100\,000 Па.

    Как получилось?
  4. Почему воздух не улетает от Земли в космос?

    Ответ

    Земля притягивает молекулы воздуха.

    Как получилось?
  5. Почему для барометра взяли ртуть, а не воду?

    Ответ

    Ртуть плотнее — её столб в 13,6 раза ниже (76 см вместо 10 м).

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Рассчитайте давление столба ртути высотой 760 мм (ρ=13 600\rho=13\,600 кг/м³, g=9,8g=9{,}8 Н/кг).

    Ответ

    p=13 600⋅9,8⋅0,76≈101 300p=13\,600\cdot9{,}8\cdot0{,}76\approx101\,300 Па.

    Как получилось?
  2. С какой силой атмосфера давит на ладонь площадью 100 см² при давлении 100 кПа? Почему мы этого не чувствуем?

    Ответ

    F=pS=100 000⋅0,01=1000F=pS=100\,000\cdot0{,}01=1000 Н. Изнутри тела давление такое же — силы уравновешены.

    Как получилось?
  3. Почему из перевёрнутой бутылки вода выливается толчками («буль-буль»)?

    Ответ

    Внутрь должен проникать воздух; когда давление внутри падает, атмосфера проталкивает пузырь воздуха, и вода вытекает порцией.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Атмосферное давление
Давление воздушной оболочки Земли на все тела.
Нормальное атмосферное давление
760 мм рт. ст. ≈ 101 300 Па.
Опыт Торричелли
Атмосфера удерживает столб ртути высотой около 760 мм.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.