Урок «Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли»

Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли

Цель урока: выяснить, как можно измерить атмосферное давление, познакомиться с опытом Торричелли, научиться вычислять атмосферное давление.

Ход урока

Изучение нового материала.

По телевидению или радио мы часто слышим, что атмосферное давление равно, например, 760 мм рт.ст. Это число бывает и другим – больше или меньше. Что оно означает? И каким способом посчитано?

Можно ли атмосферное давление рассчитать по формуле p= ρgh?

 

Чтобы воспользоваться данной формулой мы должны знать плотность и высоту атмосферы. Плотность воздуха с высотой меняется, да и высота неизвестна: у атмосферы нет резкой границы. Значит воспользоваться формулой мы не можем…

Каким же образом рассчитывают атмосферное давление?

Первым измерил атмосферное давление ученик Г. Галилея Э. Торричелли

Имя Торричелли навсегда вошла в историю физики как имя человека, впервые доказавшего существование атмосферного давления и сконструировавшего первый барометр – прибор для измерения атмосферного давления.

До середины 17 века считалось неприемлемым утверждение древнегреческого ученого Аристотеля о том, что вода поднимается поршнем насоса потому, что природа не терпит пустоты.

Однако при сооружении фонтанов во Флоренции обнаружилось, что засасываемая вода не желает подниматься выше 10,3 м.

Недоумевающие строители обратились за помощью Галилею,

который сострил, что, вероятно, природа перестоит бояться

пустоты на высоте более 34 футов, но все же предложил

разобраться в этом своему ученику Торричелли. Поиски причин

упрямства воды и опыта с более тяжелой жидкости – ртутью,

принятые в 1643 году Торричелли привели к открытию

атмосферного давления.

Опыт Торичелли. (Видео)

Осмысливая результаты эксперимента, Торричелли делает 2 вывода:

в пространстве над ртутью в трубке нет воздуха (позже его назовут «торричеллиевой пустотой»),

ртуть не выливается из трубки обратно в сосуд потому, что атмосферный воздух давит на поверхность ртути в сосуде.

Из этого следовало, что воздух имеет вес. Это утверждение казалось невероятным, не сразу было принято учеными.

Зная высоту столба и плотность жидкости, можно определить величину давления атмосферы. Таким образом, из опыта Торричелли родилась метеорология.

В конце 1646 г молва об удивительных опытах Торричелли докатилось до французского города Руана, где в то время жил французский физик Блез Паскаль. Паскаль повторяет опыты Торричелли не только с ртутью, но и с маслом и с водой, красным вином, для чего потребовалось бочки, вместо чашек и трубки длиной 15 м. Эти эффектные опыты проводилось прямо на улицах Руаны, радуя жителей.

Паскаль осмелился верить, что в трубке Торричелли действительно есть пустота. И ищет этому доказательство. Для этого он инициирует опыты у подножья и на вершины горы Пюи – де Дом.

Эксперимент был проведен в 1648 г. и было доказано что при подъеме давление уменьшается. На каждые 12 м подъема давление уменьшается на 11 мм. Но на больших высотах это закономерность нарушается.

В 1654 году, спустя 11 лет после открытия Торричелли, действие атмосферного давления было наглядно показано магдебургским бургомистром Отто фон Герике. Известность принесла автору не столько физическая сущность опыта, сколько театральность его постановки.

Два медных полушария были соединены кольцевой прокладкой. Через кран, приделанный к одному из полушарий, из составленного шара был выкачан воздух, после чего полушария невозможно было разнять. Сохранилось подробное описание опыта Герике. Чтобы разъединить полушария, Герике приказал запрячь две восьмерки лошадей. К упряжи шли канаты, продетые через кольца, прикрепленные к полушариям. Лошади оказались не в силах разъединить полушария.

Вернемся к стеклянной трубке с ртутью.

За единицу атмосферного давления принят 1 мм рт.ст.

Определим связь между единицами давления — паскалем и миллиметром ртутного столба:

р = gph р = 9,8 Н/кг • 13 600 кг/м3 • 0,001 м = 133,3 Па,

1 мм рт.ст. = 133,3 Па.

Нормальным атмосферным давлением принято считать 760 мм рт. ст.:

р = gph р = 9,8 Н/кг • 13 600 кг/м3 • 0,76 м = 101 300 Па = 101,3 кПа.

760 мм рт. ст.= 101,3 кПа =100 кПа

Вывод: Воздух имеет вес. Из этого возникает атмосферное давление.

В горах атмосферное давление уменьшается. Происходит это потому, что высота воздушного столба, оказывающего давление, при подъеме уменьшается. Кроме этого в верхних слоях атмосферы воздух менее плотен.

Действие пипетки, шприца, присоски основано на существование атмосферного давления.

Домашнее задание

решить задачу опыта Отто фон Герике. Изучить §42

Презентация к уроку
PPTX / 2.59 Мб