§ 13. Повітряний тиск
Пригадайте
Поняття про атмосферний тиск
Часто пасажири літака під час зльоту чи посадки скаржаться на «закладення вух». Дайвери під час занурення відчувають тиск на тіло, у них може боліти голова і навіть зуби. А досвідчені мандрівники в гори піднімаються повільно, щоб дати можливість організму пристосуватися до нових умов.
Причиною таких погіршень стану людини є зміна атмосферного тиску. Його зміну можна відчути, приміром, у ліфті чи метро.
Дослідження
Візьміть аркуш паперу і склянку з водою. Накрийте склянку папером і різко переверніть, притримуючи папір знизу. Потім приберіть руку від паперу. Аркуш тримається сам, а вода не витікає.
Завдання 1
Дослід Торрічеллі
Раніше вважали, що повітря не має ваги. Але 1643 року італійський науковець Еванджеліста Торрічеллі довів, що повітря тисне на земну поверхню з певною силою.
Він узяв скляну трубку заввишки 1 метр, запаяну з одного кінця, та наповнив її ртуттю. Потім закрив отвір, перевернув трубку, занурив її в посудину зі ртуттю і відкрив отвір. Начебто ртуть мала б уся вилитися з трубки в посудину. Але рідина в трубці зупинилася на позначці 76 см від поверхні ртуті в посудині.
Чому? Це можна пояснити тим, що стовпчик ртуті у трубці та повітря над відкритою поверхнею ртуті тиснуть на рідину однаково. Це дало підстави стверджувати, що існує атмосферний тиск.
Атмосферним тиском називають силу, із якою повітря тисне на одиницю площі поверхні Землі та на всі тіла на ній.
Певна річ, повітря тисне й на людину. Чому ж ми тоді цього зазвичай не відчуваємо?
Відповідь на звороті картки!
Це тому, що в нашому тілі є внутрішній тиск, який урівноважує атмосферний. Іноді ця рівновага порушується, тоді ми почуваємося погано. Наприклад, коли людина піднімається в гори або спускається в шахту, то атмосферний тиск змінюється, а внутрішній залишається незмінним. Або з певних причин може підвищуватися чи знижуватися внутрішній тиск у людини за сталого атмосферного, що також спричиняє дискомфорт.
Завдання 2
Вимірювання атмосферного тиску
Виміряти атмосферний тиск можна за допомогою спеціальних приладів — ртутного барометра та барометра-анероїда.
Ртутний барометр винайшов Еванджеліста Торрічеллі. Ртутні барометри — великі прилади (метр заввишки), що складаються з трубки зі ртуттю і об’ємної чаші. Попри громіздкість, вони є дуже точними.
Барометри-анероїди зручні в користуванні, вони невеликі та не містять рідини. Цей прилад створив французький дослідник Люсьєн Віді. Основою барометра-анероїда є металевий корпус із гофрованих пластин, із якого відкачали повітря, та пружини, з’єднаної зі стрілкою.
Коли атмосферний тиск підвищується, то корпус барометра-анероїда стискається і тягне пружину. Коли тиск знижується, корпус роздувається й тисне на пружину. Спеціальними важелями ці зміни передаються на стрілку. Недоліком такого барометра є те, що пружини із часом зношуються, і тоді дані вже не точні.
Атмосферний тиск вимірюють у міліметрах ртутного стовпчика (мм рт. ст.) та паскалях (Па).
Нормальним атмосферним тиском у помірних широтах уважають 760 мм рт. ст. (або 101 325 Па).
Завдання 3
Зміна атмосферного тиску на Землі
Атмосферний тиск не однаковий на всій поверхні Землі. Він змінюється залежно від висоти над рівнем моря та географічної широти.
На кожні 100 м угору тиск знижується на 10 мм рт. ст. Це пояснюється тим, що висота шару повітря та його густина зменшуються, тож, відповідно, й тиск знижується.
На зміну атмосферного тиску також упливає температура повітря. Чим вища температура повітря, тим нижчий атмосферний тиск. Це пов’язано з тим, що нагріте повітря має меншу густину, а отже стовп повітря над ділянкою Землі має меншу масу й чинить менший тиск. І навпаки, коли холоднішає, тиск підвищується. Отже, улітку атмосферний тиск зазвичай нижчий, ніж узимку.
Завдання 4
Вітер
Усі відчували на собі дію вітру. А чи замислювалися ви, як утворюється вітер і чому він буває різної сили та швидкості?
Вітер — це горизонтальне переміщення повітря із зони високого тиску в зону низького. Тобто на утворення вітру впливає різниця атмосферного тиску. Чим більша ця різниця, тим сильнішим буде вітер.
Що буде, якщо взимку відчинити вікно? Одразу в приміщення надходить холодне повітря.
Як ви вважаєте, чому так відбувається?
Відповідь на звороті картки!
Це пов’язане з різницею густини повітря в приміщенні та на вулиці: щільніше холодне повітря втікає всередину, витісняючи тепле назовні.
Люди здавна цікавилися: звідки дме вітер, як виміряти його силу і швидкість. Сьогодні ці питання також важливі для людства, зокрема, для пілотів і мореплавців.
Напрям вітру називають за стороною горизонту, звідки він дме. Наприклад, якщо вітер дме зі Сходу, то його називають східним.
Швидкість вітру вимірюють анемометром, у метрах за секунду (м/с).
Силу й напрям вітру визначають флюгером і зазначають у балах. Раніше могли визначити напрям вітру простими флюгерами, якими облаштовували дахи.
Сер Френсіс Бофорт
(1774−1857)
ірландський гідрограф і картограф, адмірал
1806 року Френсіс Бофорт запропонував визначати силу вітру за 12-бальною шкалою. Він розробив її для визначення вітру в морі.
Пізніше цю шкалу почали використовувати в метеорології, додавши показники швидкості вітру.
За шкалою Бофорта, 0 балів — це штиль (вітру немає), а 12 балів — ураган.
Сьогодні шкала Бофорта враховує такі показники вітру: швидкість, напрям, силу (від 0 до 12 балів) і дію (наслідки).
Перегляньте відео та дізнайтеся, як утворення вітру пов’язане з атмосферним тиском.
Завдання 5
Підсумуємо
Завдання 6
Завдання 7
Ключова думка параграфа
Атмосферний тиск — це сила, із якою повітря тисне на земну поверхню та на всі тіла. Вітер утворюється внаслідок перепадів атмосферного тиску.
