ATMOSFERSKI TLAK: NORMALNA VRIJEDNOST, KAKO GA IZMJERITI, PRIMJERI - FIZIČKA - 2024

Atmosferskog tlaka uzrokovan težinom od plinova koji čine atmosfera iznad Zemlje. Procjenjuje se da je masa atmosfere oko 5 x 10 ¹⁸ kg i da su sva živa bića izložena pritisku koji ta masa vrši.

Prvi koji ga je izmjerio bio je talijanski znanstvenik Evangelista Torricelli (1608-1647). On je 1644. izveo jednostavan, ali vrlo genijalan eksperiment: potpuno je napunio staklenu cijev zatvorenu na jednom kraju živom, preokrenuo je i ulio je u spremnik koji je također sadržavao živu.

Slika 1. Aneroidni barometar za mjerenje atmosferskog tlaka, za razliku od živog barometra, ne sadrži tekućinu. Izvor: Wikimedia Commons.

Torricelli je primijetio da se cijev ne isprazni potpuno, već se napuni živom do visine od 76 cm. Iznenađen, napravio je mnogo ispitivanja s cijevima različitog oblika, dobivajući uvijek isti rezultat.

Torricelli je na taj način shvatio da se atmosferski tlak podiže i održava živin stup u cijevi na visini od 760 mm. Na taj se način utvrđuje prosječna vrijednost atmosferskog tlaka.

Budući da je tlak definiran kao sila po jedinici površine, jedinice atmosferskog tlaka u međunarodnom sustavu su newton / metar ili pascal, što je skraćeno Pa. Dakle, u ovom sustavu atmosferski tlak P _atm ima vrijednost:

To je normalna vrijednost atmosferskog tlaka na 0 ° C i na razini mora.

Atmosferski tlak na razini mora i druge varijacije

U teoriji, maksimalna vrijednost atmosferskog tlaka je upravo na razini mora. Iako je na ovoj razini toliko varijabilnosti, stručnjaci trebaju postaviti neki referentni sustav koji će im pomoći u određivanju njegove vrijednosti.

Evo glavnih faktora koji utječu na vrijednost atmosferskog tlaka na određenom mjestu na Zemlji:

-Viševa visina: na svakih 10 metara visine tlak se smanjuje za 1 mm Hg. Ali također se događa da gustoća plina koji čini atmosferu nije konstantna. U principu, kako se nadmorska visina povećava, gustoća zraka opada.

Slika 2. Visinomjer, instrument koji mjeri nadmorsku visinu na temelju promjena tlaka. Izvor: Pixabay.

- Temperatura: očito što je veća temperatura gustoća opada i zrak teži manje, dakle vrijednost tlaka opada.

- Zemljopisna širina: atmosferski tlak je niži na ekvatorijalnim širinama, jer Zemlja nije savršena sfera. Obala na ekvatoru udaljena je od središta Zemlje od polova i tamo je gustoća zraka također niža.

- Kontinentalnost: što se više kreće prema unutrašnjosti kontinenata, to je veći atmosferski tlak, dok je u obalnim mjestima, tlak niži.

Varijacija atmosferskog tlaka s visinom

Altimetrijska jednadžba koja povezuje atmosferski tlak P mjesta s njegovom visinom z nadmorskom visinom ima ovaj oblik:

Ovdje je P _o postojeći tlak na početnoj ili referentnoj visini koji se obično uzima na razini mora, ρ _ili gustoća zraka na razini mora, a g vrijednost ubrzanja gravitacije. Kasnije je u odjeljku s riješenim vježbama korak po korak.

Kako se mjeri atmosferski tlak?

Atmosferski tlak mjeri se barometrom. Najjednostavniji je poput onog koji je Torricelli sagradio, a koji se temelji na živi. Nagib cijevi ili promjer ne mijenjaju visinu žive kolone, osim ako za to nisu odgovorni klimatski faktori.

Na primjer, oblaci se formiraju u područjima niskog tlaka. Kada padne očitavanje barometra, to je znak da dolazi loše vrijeme.

Zapravo se umjesto žive mogu koristiti i druge tekućine, na primjer, može se napraviti barometar vode. Problem je u tome što je veličina kolone 10,33 m, vrlo nepraktično za prijevoz.

Postoje i instrumenti koji mehanički mjere pritisak - kroz deformacije u cijevima ili spirali - aneroidni barometri i manometri. Oni mogu izmjeriti razliku tlaka između dviju točaka ili također izmjeriti tlak koji uzima atmosferski tlak kao referentni.

Jedinice pritiska

Normalna vrijednost tlaka koristi se za definiranje nove tlačne jedinice: atmosfera, skraćeno atm. Atmosferski tlak je 1 atm; na taj se način drugi pritisci mogu izraziti atmosferskim tlakom, što je svima dobro poznata vrijednost:

Sljedeća tablica prikazuje jedinice koje se najviše koriste u znanosti i inženjerstvu za mjerenje tlaka i odgovarajući ekvivalent u paskalima:

Jedinica	Ekvivalencija u pascalu
N / m 2	jedan
bankomat	101355
mm Hg	133,3
lb / u 2	6.894,76
pab	1x 10 5

Hidrostatski, apsolutni i mjerni tlak

Na slobodnoj površini tekućine u statičkoj ravnoteži i otvorenoj atmosferi djeluje atmosferski tlak. No, na unutrašnjim točkama tekućine, naravno, djeluje težina stupca tekućine.

Težina stupa ovisi o njegovoj visini i gustoći tekućine, za koju ćemo pretpostaviti da je konstantna, kao i temperaturi. U ovom slučaju tlak P je:

Ovo je hidrostatski tlak u bilo kojoj točki unutar fluida s konstantnom gustoćom i izravno je proporcionalan dubini z fluida.

Što se tiče apsolutnog tlaka P _abs u tekućini u mirovanju, definira se kao zbroj atmosferskog tlaka P _atm i hidrostatskog tlaka P:

Konačno, mjerni tlak P _čovjek u tekućini u mirovanju je razlika između apsolutnog i atmosferskog tlaka, au ovom slučaju je ekvivalentan mjerenju hidrostatskog tlaka:

Primjeri

Sila koju atmosfera djeluje na tijelo

Veličina ukupne sile koju atmosfera djeluje na ljudsko tijelo može se procijeniti. Pretpostavimo da tijelo ima približno površinu od 2 m ², budući da je tlak definiran kao sila po jedinici površine, možemo riješiti i izračunati silu:

Za ovo izračunavanje koristit ćemo normalnu vrijednost atmosferskog tlaka koja je utvrđena na početku:

Ovaj rezultat ekvivalentan je s više ili manje 20 tona sile, ali ne predstavlja problem živim bićima koja nastanjuju površinu Zemlje, koja su prilagođena za to, baš poput riba u moru.

Iako je prilično velika sila. Kako to da se ne srušimo prije toga?

Pa, pritisak unutar tijela jednak je tlaku vani. Ne kolabiramo jer unutarnju silu uravnotežuje druga vanjska sila. Ali na neke ljude utječe visina i mogu krvariti iz nosa kad se penju na vrlo visoke planine. Razlog je to što je poremećena ravnoteža između krvnog i atmosferskog tlaka.

Pijte piće slanom ili slamom

Atmosferski tlak omogućuje piti soda sokom ili slamom. Sumeri i druge drevne kulture otkrili su da mogu piti pivo koristeći šuplje stabljike biljaka ili trske kao slamke.

Mnogo kasnije, krajem 19. i početkom 20. stoljeća, u SAD-u su patentirani različiti modeli slamki, uključujući i one s laktom u obliku harmonike, koji se danas široko koriste.

Slika 3. Atmosferski tlak omogućuje vam gutljaj slame. Izvor: Pixabay.

Ovako djeluju: Kako se tekućina apsorbira kroz slamu, tlak iznad tekućine u slami smanjuje se, što uzrokuje pritisak ispod, koji je veći, da gurne tekućinu prema gore za lako pijenje.

Iz tog razloga, nakon ekstrakcije ili zubne kirurgije, nije poželjno ispiti tekućinu na ovaj način, jer pad pritiska može ranu otvoriti i početi krvariti.

vježbe

- Vježba 1

Izvedite altimetrijsku jednadžbu P (z):

-Po je tlak na referentnoj razini (razina mora)

-z je visina

-ρ _o je gustoća tekućine na razini mora

-g je vrijednost ubrzanja gravitacije

Riješenje

Prvo, neka je dp diferencijalni tlak, koji se prema temeljnoj jednadžbi hidrostatike izražava kao:

Znak minus uzima u obzir činjenicu da se pritisak smanjuje s povećanjem z. Zrak će se također smatrati idealnim plinom, pa su tlak i gustoća povezani:

Gustoća se odmah supstituira da se dobije:

Sada, pisanje tlaka na ovaj način pretpostavlja da je atmosfera podijeljena na slojeve visine dz, nešto poput hrpe palačinki, svaki s tlakom dp. Na taj se način dobiva diferencijalna jednadžba koja se rješava razdvajanjem varijabli p i z:

Zatim se integrira na obje strane, što je ekvivalentno dodavanju tlačnog doprinosa svakog sloja. U integralu s lijeve strane izrađuje se od tlaka P _{ili od} početnog do krajnjeg tlaka P. Na isti način, integral na desnoj strani procjenjuje od z _o do z:

Sljedeće je rješenje za P uporabiti eksponencijalnom:

Konačno, ako su i T i g održani konstantnima, ρ _o = (M / RT) P _o, onda je M / RT = ρ _o / P _o, a možemo napraviti i z _o = 0. Sastavljanje svega toga zajedno:

- Vježba 2

Kolika je vrijednost atmosferskog tlaka u La Pazu, Bolivija koji se nalazi na 3640 m nadmorske visine? Uzmite srednju gustoću zraka kao 1.225 kg / m ³ na razini mora.

Riješenje

Jednostavno zamijenite numeričke vrijednosti dane u altimetrijskoj jednadžbi:

Zaključno, to je oko 66% normalnog tlaka.

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. Standardna atmosfera. Oporavak od: av8n.com
4. Sveučilište Sevilla. Varijacija atmosferskog tlaka. Oporavak od: laplace.us.es.
5. Wikipedia. Hipsometrijska jednadžba. Oporavilo sa: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Atmosferski pritisak. Oporavilo sa: es.wikipedia.org.