§ 29. Атмосферний тиск

Пригадайте! 1. Чи має повітря масу? 2. У прогнозах погоди, в яких одиницях передають рівень атмосферного тиску?

Нові терміни до скарбнички знань: атмосферний тиск, барометр, анероїд, нормальний атмосферний тиск

Коротко про головне

Що таке атмосферний тиск. До повітря не можна ставитися як до порожнечі. Воно має масу. І в цьому легко пересвідчитися, зваживши здуту кульку та наповнену повітрям (мал. 166). Так 1 м³ повітря має масу приблизно 1 кг 300 г. Тобто у класній кімнаті об’ємом 100 м³ повітря важить 130 кг. Отже, повітря - велика сила, яке тисне на все, що під ним знаходиться. Атмосферний тиск - це сила, з якою повітря тисне на земну поверхню та на всі об'єкти на ній.

Мал. 166. Повітря має масу

Завдання. Поясніть, які можна зробити висновки з зображеного на малюнку досліду.

Як виміряти атмосферний тиск. Італійський природознавець Еванджеліста Торрічеллі у XVII ст. винайшов спосіб виміряти атмосферний тиск, сконструювавши ртутний барометр (мал. 167). Тоді ж виникла перша в історії науки одиниця вимірювання атмосферного тиску - міліметр ртутного стовпчика (мм рт. ст.). Торрічеллі помітив, що тиск не завжди однаковий. Якщо повітря сильніше тисне, рідина підіймається вгору трубочкою, якщо слабше - опускається. Значення 760 мм рт. ст. вважається нормальним атмосферним тиском на рівні моря за температури 0 °С. Нині існують також інші одиниці вимірювання атмосферного тиску: гектопаскаль (гПа) або в мілібар (мб) (760 мм рт.ст. ≈ 1013.2 гПа або 1013.2 мб). До середини XIX ст. застосовували лише ртутні барометри. Вони й донині вважаються найточнішими. Ними обладнані метеорологічні станції, за ними звіряють роботу барометрів-анероїдів (з грец. - без рідини) (мал. 168). У наш час барометр є майже у кожної людини: механічний або електронний: у вигляді датчиків або вбудований у годинник чи смартфон.

Мал. 167. Еванжеліста Торрічеллі (1608-1647) та його ртутний барометр

Запаяну з одного кінця скляну трубку завдовжки 1 м науковець вщерть заповнив рідким металом ртуттю, а іншим кінцем занурив трубку в посудину з цією ж речовиною. Ртуть вилилася з трубки у посудину, але не вся, зупинилася на позначці 760 мм від поверхні ртуті в посудині. Стовпчик ртуті у трубці та повітря над відкритою поверхнею ртуті тиснуть на неї однаково.

Мал. 168. Барометр-анероїд

Усередині має пружну мідну коробочку (1), з якої викачане повітря. Вона чутлива до коливань тиску: при його підвищенні - стискається й тягне пружину (2). Зміна тиску передається на стрілку (3), яка показує на шкалі його значення. Анероїд вперше сконструював у 1844 р. французький винахідник Люсьєн Віді.

Зміни атмосферного тиску з висотою. Ще в середині XVII ст. за допомогою ртутного барометра було встановлено, що на вершині гори тиск менший, ніж біля її підніжжя. Це пояснюється тим, що тиск створюється лише шаром атмосфери, що лежить вище. Оскільки з підняттям угору залишається все менший шар повітря й воно розріджується, атмосферний тиск зменшується. На кожних 100 м підйому в тропосфері атмосферний тиск знижується на 10 мм рт. ст., тобто на кожні 10 м на 1 мм рт. ст. (мал. 169). У стратосфері та верхніх шарах атмосфери це відбувається значно повільніше.

Мал. 169. Зміна атмосферного тиску з висотою

Завдання. 1. За малюнком поясніть, яка існує закономірність зміни атмосферного тиску з висотою. Які її причини. 2. Абсолютна висота Києва 180 м. Яким вважається атмосферний тиск нормальним для столиці України?

Як пов’язаний атмосферний тиск з температурою повітря. При нагріванні повітря, як і будь-які речовини, розширюється (мал. 170). При цьому воно стає легшим й підіймається вгору. Отже, атмосферний тиск на земну поверхню зменшується. Навпаки, з охолодженням повітря стискається, стає важчим і опускається, сильніше тиснучи на поверхню. Отже, між температурою повітря й атмосферним тиском існує обернена залежність: чим вища температура, тим тиск менший і, навпаки, чим нижча температура, тим тиск більший.

Мал. 170. При нагріванні повітря розширюється

Завдання. За малюнком поясніть, як вдалося нагріванням «порожньої» пляшки в гарячій воді, надути повітряну кульку.

Закономірності утворення поясів атмосферного тиску на Землі. З нерівномірністю нагрівання земної поверхні пов’язане формування на планеті поясів (мал. 171) сталого атмосферного тиску. Так, протягом року в екваторіальних широтах температура повітря весь рік висока. Тому тепле розширене повітря підіймається вгору. В результаті цього біля поверхні Землі на екваторі формується пояс низького атмосферного тиску. Піднявшись над екватором, повітря з висотою охолоджується, стає важчим й, розтікаючись по обидва боки, осідає в районі 30° пн. ш. та 30° пд. ш. Там формуються пояси високого атмосферного тиску. Біля полюсів температура повітря постійно низька. Тому холодне й більш важке повітря опускається до земної поверхні, формуючи пояси високого атмосферного тиску. Між поясами високого тиску (тропічними і полярними) над помірними широтами (60° обох півкуль) формуються пояси низького тиску. Таким чином, пояси низького й високого тиску змінюються почергово.

Мал. 171. Сталі пояси атмосферного тиску на Землі (pH - тиск низький, рВ - тиск високий)

«Вірю - не вірю»: перевіряємо інформацію

• У середині XVII ст. бургомістр німецького міста Магдебург Отто фон Ґеріке провів дослід, який довів наскільки потужним є атмосферний тиск. Дві півсфери (порожнисті півкулі) скріпили між собою й відкачали з утвореної кулі повітря. Після цього півсфери не змогли відірвати одну від другої навіть коні, що тягли їх у різні боки. Причина полягає в тому, що із зовнішнього боку на півсфери тисла атмосфера, а всередині нічого не давило. Тобто атмосферний тиск сильніший за силу безлічі коней. А варто було лише відкрити доступ повітря в порожнину, як півсфери легко б розпалися.

ОЦІНЮЄМО СВОЇ ДОСЯГНЕННЯ • усього 12 балів

1 бал • 1. Що таке атмосферний тиск? Які існують прилади для його вимірювання? 2. Як і чому з висотою змінюється атмосферний тиск? 2 бали • 3. Як за різницею атмосферного тиску можна визначити абсолютну й відносну висоту місцевості? 4. У найвищій частині Українських Карпат, масиві Чорногора, на трьох вершинах одночасно виміряли атмосферний тиск з такими даними: г. Ребра - 559,3 мм рт. ст., г. Бребенескул - 556,8 мм рт. ст., г. Петрос - 558,0 мм рт. ст. Розставте ці гори за зростанням їхньої висоти. Поясніть свої дії. 3 бали • 5. Поясніть, яка існує залежність між атмосферним тиском та температурою повітря? Чому існують сталі пояси атмосферного тиску на земній поверхні? 6. Оцініть практичне значення для людини знань про атмосферний тиск та його зміни.

Зміст