TORRICELLIJEV EKSPERIMENT: MJERENJA ATMOSFERSKOG TLAKA, VAŽNOST - FIZIČKA - 2024

Eksperiment Torricelli je provedeno od strane fizičke i talijanski matematičar Evangelista Torricelli 1644. i rezultirao je u prvom mjerenju atmosferskog tlaka.

Ovaj je eksperiment nastao iz potrebe za poboljšanjem opskrbe vodom u gradovima. Evangelista Torricelli (1608-1647), koji je bio dvorski matematičar velikog vojvode toskanske Ferdinande II, proučavao je hidrauličke pojave zajedno s Galileom.

Slika 1. Torricellijev eksperiment u kojem se živa kolona diže za 760 mm zbog atmosferskog tlaka. Izvor: F. Zapata.

Eksperiment, pokus

Torricelli je 1644. godine napravio sljedeći eksperiment:

- Uneo je živu u cijev dugu 1 m, otvoren na jednom kraju, a zatvoren na drugom.

- Kad je cijev bila potpuno puna, preokrenuo ju je i bacio u spremnik u kojem se nalazila i živa.

- Torricelli je opazio da se stup spušta i zaustavlja na visini od oko 76 cm.

- Također je primijetio da se u prostoru koji je bio slobodan, iako ne savršen, stvorio vakuum.

Torricelli je ponovio eksperiment koristeći različite epruvete. Čak je napravio malu varijaciju: dodao je vodu u kantu koja je, lakša, plutala po živoj. Zatim je polako podigao cijev koja sadrži živu na površinu vode.

Zatim se živa spustila, a voda se podigla. Vakuum, kako smo već rekli, nije bio savršen, jer je uvijek bilo ostataka žive ili pare žive.

Mjerenje atmosferskog tlaka

Atmosfera je mješavina plinova u kojoj prevladavaju dušik i kisik, s tragovima drugih plinova poput argona, ugljičnog dioksida, vodika, metana, ugljičnog monoksida, vodene pare i ozona.

Gravitacijsko privlačenje Zemlje odgovorno je za zadržavanje cijelog okolnog planeta.

Naravno, sastav nije ujednačen, niti je gustoća, jer ovisi o temperaturi. Blizu površine nalazi se dobra količina prašine, pijeska i zagađivača iz prirodnih zbivanja, kao i iz ljudskih aktivnosti. Teže molekule su bliže zemlji.

Budući da postoji toliko mnogo varijabilnosti, potrebno je odabrati referentnu visinu atmosferskog tlaka, koja je radi praktičnosti uzeta za razinu mora.

Ovdje nije riječ samo o razini mora, jer to također pokazuje fluktuacije. Razina ili datum odabire se pomoću nekog geodetskog referentnog sustava utvrđenog zajedničkim dogovorom stručnjaka.

Koliki vrijedi atmosferski tlak u blizini tla? Torricelli je našao svoju vrijednost kad je izmjerio visinu stupca: 760 mm žive.

Torricelli barometar

Na vrhu cijevi je tlak 0, jer je tamo uspostavljen vakuum. U međuvremenu, na površini posude žive, tlak P ₁ je atmosferski tlak.

Odaberemo podrijetlo referentnog okvira na slobodnoj površini žive, na vrhu cijevi. Odatle na površinu žive u spremniku izmjerite H, visinu stupca.

Slika 2. Barometar Torricelli. Izvor: Opća fizika za inženjere. J. Lay. USACH.

Tlak u točki označenoj crvenom bojom, na dubini y ₁ je:

Gdje je ρ _Hg gustoća žive. Budući da su y ₁ = H i Po = 0:

Budući da je gustoća žive konstantna, a gravitacija konstantna, ispada da je visina žive kolone proporcionalna P _{1 , a} to je atmosferski tlak. Zamjena poznatih vrijednosti:

Jedinica za tlak u međunarodnom sustavu je pascal, skraćeno Pa. Prema Torricellijevom pokusu atmosferski tlak je 101,3 kPa.

Važnost atmosferskog tlaka za klimu

Torricelli je uočio da se razina žive u cijevi svakodnevno podliježe malim odstupanjima, pa zaključuje da se atmosferski tlak također mora mijenjati.

Atmosferski tlak je odgovoran za veći dio klime, ali njegove svakodnevne promjene ostaju nezapažene. To je zato što nisu, primjerice, olujne ili hladne oluje.

Međutim, ove promjene atmosferskog tlaka odgovorne su za vjetrove, koji zauzvrat utječu na kišu, temperaturu i relativnu vlažnost. Kad se tlo zagrije, zrak se širi i ima tendenciju porasta, uzrokujući pad pritiska.

Kad god barometar označi visoke pritiske, može se očekivati ​​lijepo vrijeme, dok s niskim pritiscima postoji mogućnost oluje. Međutim, da biste napravili precizne vremenske prognoze, trebate više informacija o ostalim čimbenicima.

On

Iako zvuči čudno, budući da je tlak definiran kao sila po jedinici površine, u meteorologiji vrijedi izraziti atmosferski tlak u milimetrima žive, kako je utvrdio Torricelli.

To je zato što se živin barometar i danas koristi s malim odstupanjima od tog vremena, tako da je u čast Torricellija, 760 mm Hg jednako 1 torr. Drugim riječima:

Da je Torricelli koristio vodu umjesto žive, visina stupca bila bi 10,3 m. Živin barometar praktičniji je i kompaktniji.

Ostale jedinice u širokoj upotrebi su šipke i mlinarice. Jedan milibar jednak je jednom hektopaskalnom ili 10 ² paskala.

visinomjera

Visinomjer je instrument koji označava visinu mjesta, uspoređujući atmosferski tlak na toj visini s onim na zemlji ili nekom drugom referentnom mjestu.

Ako visina nije vrlo velika, u principu možemo pretpostaviti da gustoća zraka ostaje konstantna. Ali ovo je približna vrijednost, jer znamo da se gustoća atmosfere smanjuje s visinom.

Pomoću gornje jednadžbe gustoća zraka se koristi umjesto žive.

U ovom izrazu P _o uzima se kao atmosferski tlak na razini tla, a P1 je mjesto čija se visina treba odrediti:

Altimetrijska jednadžba pokazuje da se tlak eksponencijalno smanjuje s visinom: za H = 0, P ₁ = P _ili, a ako je H → ∞, tada je P ₁ = 0.

Reference

1. Figueroa, D. 2005. Serija: Fizika za znanost i inženjerstvo. Svezak 5. Tekućine i termodinamika. Uredio Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: pogled na svijet. 6. skraćeno izdanje. Cengage Learning.
3. Lay, J. 2004. Opća fizika za inženjere. USACH.
4. Mott, R. 2006. Mehanika fluida. 4.. Izdanje. Pearson Education.
5. Strangeways, I. 2003. Mjerenje prirodnog okoliša. 2.. Izdanje. Cambridge University Press.