Atmosfer adalah awan gas yang mengelilingi Bumi. Berat udara, yang tingginya melebihi 900 km, memiliki efek kuat pada penghuni planet kita. Kami tidak merasakan ini, mengambil kehidupan di dasar lautan udara sebagai hal yang biasa. Seseorang merasa tidak nyaman saat mendaki tinggi di pegunungan. Kekurangan oksigen memicu kelelahan yang cepat. Pada saat yang sama, tekanan atmosfer berubah secara signifikan.
Fisika berkaitan dengan tekanan atmosfer, perubahannya, dan dampaknya terhadap permukaan bumi.
Dalam pelajaran fisika sekolah menengah, banyak perhatian diberikan pada studi tentang aksi atmosfer. Fitur definisi, ketergantungan pada ketinggian, pengaruh pada proses yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari atau di alam, dijelaskan berdasarkan pengetahuan tentang aksi atmosfer.
Kapan orang mulai mempelajari tekanan atmosfer? Kelas 6 - saatnya berkenalan dengan kekhasan atmosfer. Proses ini berlanjut di kelas sekolah menengah khusus.
Riwayat studi
Upaya pertama untuk menetapkan tekanan udara atmosfer dilakukan pada tahun 1643 atas saran dari Penginjil ItaliaTorricelli. Sebuah tabung kaca tertutup di salah satu ujungnya diisi dengan merkuri. Setelah ditutup di sisi lain, itu diturunkan menjadi merkuri. Di bagian atas tabung, karena aliran keluar sebagian air raksa, terbentuklah ruang kosong, yang diberi nama berikut: “Kekosongan Torricellian”.
Pada saat ini, teori Aristoteles mendominasi ilmu pengetahuan alam, yang percaya bahwa "alam takut akan kekosongan". Menurut pandangannya, tidak mungkin ada ruang kosong yang tidak diisi dengan materi. Oleh karena itu, lama-lama mereka mencoba menjelaskan adanya kekosongan dalam tabung gelas dengan hal-hal lain.
Tidak ada keraguan bahwa ini adalah ruang kosong, tidak dapat diisi dengan apa pun, karena pada awal percobaan, air raksa memenuhi tabung. Dan, mengalir keluar, tidak memungkinkan zat lain untuk mengisi tempat yang kosong. Tetapi mengapa tidak semua merkuri dituangkan ke dalam wadah, karena ini juga tidak ada hambatan? Kesimpulannya menunjukkan dirinya sendiri: merkuri di dalam tabung, seperti dalam bejana yang berkomunikasi, menciptakan tekanan yang sama pada merkuri di dalam bejana sebagai sesuatu dari luar. Pada tingkat yang sama, hanya atmosfer yang bersentuhan dengan permukaan merkuri. Tekanannyalah yang membuat zat itu tidak mengalir di bawah pengaruh gravitasi. Gas diketahui menciptakan aksi yang sama ke segala arah. Ini mempengaruhi permukaan merkuri di dalam wadah.
Ketinggian tabung raksa kira-kira 76 cm. Terlihat bahwa indikator ini bervariasi dari waktu ke waktu, oleh karena itu, tekanan atmosfer berubah. Itu dapat diukur dalam cm air raksa.kolom (atau dalam milimeter).
Unit mana yang digunakan?
Sistem satuan internasional adalah internasional, jadi tidak melibatkan penggunaan milimeter air raksa. Seni. dalam menentukan tekanan. Satuan tekanan atmosfer diatur dengan cara yang sama seperti yang terjadi pada benda padat dan cair. Pengukuran tekanan dalam pascal diterima dalam SI.
Untuk 1 Pa, tekanan seperti itu diambil yang dibuat oleh gaya 1 N per luas 1 m2.
Tentukan bagaimana satuan ukuran terkait. Tekanan kolom cairan diatur menurut rumus berikut: p=gh. Densitas merkuri=13600 kg/m3. Mari kita ambil kolom air raksa sepanjang 760 milimeter sebagai titik acuan. Dari sini:
r=13600 kg/m3×9,83 N/kg×0,76 m=101292,8 Pa
Untuk mencatat tekanan atmosfer dalam pascal, pertimbangkan: 1 mm Hg.=133,3 Pa.
Contoh penyelesaian masalah
Tentukan gaya yang bekerja atmosfer pada permukaan atap berukuran 10x20 m. Tekanan atmosfer diasumsikan 740 mm Hg. St.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Analisis
Untuk menentukan gaya aksi, Anda harus mengatur tekanan atmosfer dalam pascal. Mempertimbangkan fakta bahwa 1 milimeter Hg. sama dengan 133,3 Pa, kami memiliki yang berikut: p=98642 Pa.
Keputusan
Gunakan rumus untuk menentukan tekanan:
p=F/s, Karena luas atap tidak diberikan, anggaplah itu persegi panjang. Luas dari gambar ini ditentukan dengan rumus:
s=ab.
Substitusikan nilai luas ke dalamrumus perhitungan:
p=F/(ab), dari mana:
F=pab.
Hitung: F=98642 Pa×10 m×20 m=19728400 N=1,97 MN.
Jawaban: gaya tekanan atmosfer pada atap rumah adalah 1,97 MN.
Metode pengukuran
Penentuan tekanan atmosfer secara eksperimental dapat dilakukan dengan menggunakan kolom air raksa. Jika Anda memperbaiki skala di sebelahnya, maka menjadi mungkin untuk memperbaiki perubahan. Ini adalah barometer air raksa yang paling sederhana.
Evangelista Torricelli-lah yang terkejut melihat perubahan aksi atmosfer, yang menghubungkan proses ini dengan panas dan dingin.
Tekanan atmosfer di permukaan laut pada 0 derajat Celcius disebut optimal. Nilai ini adalah 760 mmHg. Tekanan atmosfer normal dalam pascal dianggap sama dengan 105 Pa.
Telah diketahui bahwa merkuri cukup berbahaya bagi kesehatan manusia. Akibatnya, barometer merkuri terbuka tidak dapat digunakan. Cairan lain jauh lebih padat, sehingga tabung berisi cairan harus cukup panjang.
Misalnya, tinggi kolom air yang dibuat oleh Blaise Pascal harus sekitar 10 m. Ketidaknyamanannya jelas.
Barometer tak cair
Sebuah langkah maju yang luar biasa adalah gagasan untuk menjauh dari cairan saat membuat barometer. Kemampuan untuk membuat alat untuk menentukan tekanan atmosfer diimplementasikan dalam barometer aneroid.
Bagian utama meteran ini datarkotak dari mana udara dipompa keluar. Agar tidak terhimpit oleh atmosfer, permukaannya dibuat bergelombang. Kotak dihubungkan oleh sistem pegas ke panah yang menunjukkan nilai tekanan pada skala. Yang terakhir dapat lulus di unit mana pun. Tekanan atmosfer dapat diukur dalam pascal dengan skala pengukuran yang sesuai.
Ketinggian angkat dan tekanan atmosfer
Perubahan kepadatan atmosfer saat Anda naik menyebabkan penurunan tekanan. Ketidakhomogenan selubung gas tidak memungkinkan pengenalan hukum perubahan linier, karena tingkat penurunan tekanan berkurang dengan bertambahnya ketinggian. Di permukaan bumi, saat naik, untuk setiap 12 meter, efek atmosfer turun 1 mm Hg. Seni. Di troposfer, perubahan serupa terjadi setiap 10,5 meter.
Di dekat permukaan bumi, pada ketinggian pesawat, aneroid yang dilengkapi dengan skala khusus dapat menentukan ketinggian dengan tekanan atmosfer. Alat ini disebut altimeter.
Perangkat khusus di permukaan bumi memungkinkan Anda menyetel altimeter ke nol, sehingga nantinya dapat Anda gunakan untuk menentukan ketinggian pendakian.
Contoh penyelesaian masalah
Di kaki gunung, barometer menunjukkan tekanan atmosfer 756 milimeter air raksa. Berapa nilainya pada ketinggian 2.500 meter di atas permukaan laut? Diperlukan untuk mencatat tekanan atmosfer dalam pascal.
r1 =756 mm Hg, H=2500 m, r2 - ?
Keputusan
Untuk menentukan pembacaan barometer pada ketinggian H, kita memperhitungkan bahwatekanan turun 1 mm Hg. setiap 12 meter. Oleh karena itu:
(p1 – p2)×12 m=H×1 mmHg, dari:
p2=p1 - H×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m×1 mmHg/12 m=546 mmHg
Untuk mencatat tekanan atmosfer yang diperoleh dalam pascal, lakukan hal berikut:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
Jawaban: 72619 Pa.
Tekanan atmosfer dan cuaca
Pergerakan lapisan atmosfer udara di dekat permukaan bumi dan pemanasan udara yang tidak merata di berbagai daerah menyebabkan perubahan kondisi cuaca di semua bagian planet ini.
Tekanan dapat bervariasi sebesar 20-35mmHg. dalam jangka panjang dan dengan 2-4 milimeter air raksa. siang hari. Orang yang sehat tidak merasakan perubahan pada indikator ini.
Tekanan atmosfer yang nilainya di bawah normal dan sering berubah-ubah menunjukkan adanya siklon yang telah menutupi suatu badai tertentu. Seringkali fenomena ini disertai dengan mendung dan hujan.
Tekanan rendah tidak selalu merupakan pertanda cuaca hujan. Cuaca buruk lebih tergantung pada penurunan bertahap pada indikator yang bersangkutan.
Penurunan tekanan yang tajam hingga 74 sentimeter Hg. dan di bawahnya mengancam dengan badai, hujan yang akan terus berlanjut meskipun indikator sudah mulai naik.
Perubahan cuaca menjadi lebih baik dapat diketahui dengan tanda-tanda berikut:
- setelah cuaca buruk dalam waktu lama, terjadi peningkatan tekanan atmosfer secara bertahap dan stabil;
- tekanan meningkat dalam cuaca berkabut berlumpur;
- pada periode angin selatan, indikator tersebut naik selama beberapa hari berturut-turut;
- peningkatan tekanan atmosfer saat cuaca berangin menandakan cuaca yang nyaman.
