Атмосферное давление. Опыт Торричелли
Итальянский ученый Галилео Галилей первым понял, что окружающий Землю толстый слой воздуха (атмосфера) своим весом давит на поверхность Земли, то есть создает
атмосферное давление, и что именно это давление ограничивает максимальную высоту подъема воды в трубе при откачке из глубины (эта высота водяного столба составляет 10,34 м).
Справедливость догадки Галилея довели его ученики - Еванджеліста Торричелли и Винченцо Вивиани. Первый из них предложил использовать для измерения атмосферного давления не воду, а ртуть, плотность которой в 13,6 раза превышает плотность воды, что позволило значительно уменьшить размеры экспериментальной установки, а второй в 1643 г. провел эксперимент, известный под названием
опыта Торричелли.
Вивиани наполнил ртутью стеклянную трубку длиной 1 м, запаянную с одного конца, заслонил ее отверстие и немного погрузил трубку вверх дном в чашу со ртутью. После открывания отверстия часть ртути вылилась в чашу, а уровень ртути в трубке остановился на высоте примерно 76 см от ее поверхности в чаше. При этом давление атмосферы, который передавался ртути в трубке через ртуть в чаше, зрівноважився давлением столбика ртути.
Значение нормального атмосферного давления в C
I:
Па
100 кПа; во внесистемных единицах это давление составляет 760 мм рт. ст.
Человек почти не чувствует атмосферного давления, потому что это давление уравновешивается давлением изнутри ее тела.
Барометр-анероид. Изменение атмосферного давления с высотой
Барометры - приборы для измерения атмосферного давления; «анероид» означает «невологий» (то есть не жидкий).
Барометр-анероид (см. рисунок) состоит из камеры
К, воздух в которой разжижают (создают вакуум). Волнистая, гибкая крышка камеры играет роль мембраны
М. С помощью передаточного механизма она соединена с пружиной
П и стрелкой
С.
В случае увеличения давления атмосферы мембрана прогибается внутрь, в случае уменьшения - выгибается наружу. Эти деформации мембраны изменяют положение стрелки на шкале.
Давление воздуха
p на значительных высотах
h (в горах, даже на верхних этажах высотных домов) заметно меньше, чем вблизи поверхности Земли.
Уменьшение давления с увеличением высоты объясняется как минимум двумя причинами: 1) уменьшением толщины слоя воздуха (т.е. высоты воздушного столба), что создает давление; 2) уменьшением плотности воздуха с высотой вследствие уменьшения силы тяжести при удалении от центра Земли.