«Атмосфералық қысым» ұғымының өзінен-ақ ауаның салмағы болуы керек, әйтпесе ол ешнәрсеге қысым жасай алмайды. Бірақ біз мұны байқамаймыз, бізге ауа салмақсыз сияқты көрінеді. Атмосфералық қысым туралы айтпас бұрын, ауаның салмағы бар екенін дәлелдеу керек, оны қандай да бір түрде өлшеу керек. Бұны қалай істейді? Біз мақалада ауа салмағы мен атмосфералық қысымды егжей-тегжейлі қарастырамыз, оларды тәжірибелер арқылы зерттейміз.
Тәжірибе
Ауаны шыны ыдыста өлшейміз. Мойындағы резеңке түтік арқылы контейнерге түседі. Клапан шлангты жабады, оған ауа кірмейді. Біз вакуумдық сорғы арқылы ыдыстан ауаны шығарамыз. Бір қызығы, сору процесі жүріп жатқанда, сорғының дыбысы өзгереді. Колбада неғұрлым аз ауа қалса, сорғы соғұрлым тыныш жұмыс істейді. Ауаны неғұрлым ұзақ сорсақ, ыдыстағы қысым соғұрлым төмен болады.
Барлық ауа жойылғанда,кранды жабыңыз, ауа беруді блоктау үшін шлангты қысыңыз. Колбаны ауасыз өлшеп, содан кейін шүмекті ашыңыз. Ауа өзіне тән ысқырықпен кіреді және оның салмағы колбаның салмағына қосылады.
Алдымен бос ыдысты шүмегі жабық балансқа қойыңыз. Ыдыстың ішінде вакуум бар, оны өлшеп көрейік. Кранды ашайық, ауа ішке кіреді, колбаның ішіндегісін тағы да өлшеп көрейік. Толтырылған және бос колбаның салмағының айырмашылығы ауаның массасы болады. Бұл қарапайым.
Ауа салмағы және атмосфералық қысым
Енді келесі мәселені шешуге көшейік. Ауаның тығыздығын есептеу үшін оның массасын көлемге бөлу керек. Колбаның көлемі белгілі, себебі ол колбаның бүйірінде белгіленген. ρ=mауа /V. Айта кету керек, жоғары вакуум деп аталатын, яғни ыдыста ауаның толық болмауы үшін сізге көп уақыт қажет. Колба 1,2 л болса, бұл шамамен жарты сағат.
Ауаның массасы бар екенін білдік. Жер оны тартады, сондықтан оған тартылыс күші әсер етеді. Ауа ауаның салмағына тең күшпен жерге итереді. Демек, атмосфералық қысым бар. Ол әртүрлі эксперименттерде көрінеді. Осылардың бірін жасайық.
Шприцпен тәжірибе
Икемді түтік бекітілген бос шприцті алыңыз. Шприцтің поршеньін түсіріп, шлангты суы бар ыдысқа батырыңыз. Поршеньді жоғары тартыңыз, сонда су шприцті толтыра отырып, түтік арқылы көтеріле бастайды. Неліктен ауырлық күшімен төмен тартылатын су әлі күнге дейін поршеньдің артына көтеріледі?
Ыдыста ол жоғарыдан төменге қарай әсер етедіатмосфералық қысым. Оны Patm деп белгілейік. Паскаль заңы бойынша атмосфераның сұйықтың бетіне түсіретін қысымы өзгеріссіз беріледі. Ол барлық нүктелерге таралады, яғни түтіктің ішінде атмосфералық қысым да бар және су қабатының үстіндегі шприцте вакуум (ауасыз кеңістік) бар, яғни P \u003d 0. Демек, атмосфералық қысым суды төменнен басады, бірақ поршеньден жоғары қысым жоқ, өйткені онда бос орын бар. Қысым айырмашылығына байланысты су шприцке түседі.
Сынаппен тәжірибе
Ауа салмағы және барометрлік қысым - олар қаншалықты үлкен? Мүмкін бұл елеусіз қалдыратын нәрсе шығар? Өйткені, темірдің бір текше метрінің массасы 7600 кг, ал бір текше метр ауаның салмағы небәрі 1,3 кг. Түсіну үшін жаңа ғана жүргізген тәжірибемізді өзгертейік. Шприцтің орнына түтікпен тығынмен жабылған бөтелкені алыңыз. Түтікшені сорғыға қосып, ауаны айдай бастаңыз.
Алдыңғы тәжірибеден айырмашылығы, біз вакуумды поршень астында емес, бөтелкенің бүкіл көлемінде жасаймыз. Сорғыны өшіріп, сонымен бірге бөтелкенің түтігін суы бар ыдысқа түсіріңіз. Біз бөтелкені түтік арқылы бірнеше секунд ішінде өзіне тән дыбыспен қалай толтырғанын көреміз. Оның бөтелкеге «жарылуының» жоғары жылдамдығы атмосфералық қысымның өте үлкен мән екенін көрсетеді. Мұны тәжірибе дәлелдейді.
Атмосфералық қысымды алғаш рет итальяндық ғалым Торричелли ауаның салмағын өлшеген. Оның мұндай тәжірибесі болды. Мен ұзындығы 1 м-ден сәл асатын шыны түтікшені алдым, бір ұшы мөрленген. Оны шетіне дейін сынаппен толтырды. КейінСосын сынап құйылған ыдысты алып, оның ашық ұшын саусағымен қысып, түтікті төңкеріп, ыдысқа батырды. Егер атмосфералық қысым болмаса, онда сынаптың бәрі төгіліп кетер еді, бірақ бұл болмады. Ол жартылай төгілді, сынап деңгейі 760 мм биіктікте тұрды.
Атмосфераның контейнердегі сынапты басып кетуінен болды. Дәл осы себепті біздің алдыңғы тәжірибелерімізде су түтікке құйылды, сондықтан су шприцтің артынан келді. Бірақ бұл екі тәжірибеде біз тығыздығы төмен суды алдық. Сынаптың тығыздығы жоғары, сондықтан атмосфералық қысым сынапты жоғары көтере алды, бірақ ең жоғары емес, тек 760 мм.
Паскаль заңы бойынша сынапқа түсетін қысым оның барлық нүктелеріне өзгеріссіз беріледі. Бұл түтіктің ішінде атмосфералық қысымның да бар екенін білдіреді. Бірақ екінші жағынан, бұл қысым сұйық бағанның қысымымен теңестіріледі. Сынап бағанының биіктігін h деп белгілейік. Атмосфералық қысым төменнен жоғарыға, ал гидростатикалық қысым жоғарыдан төменге қарай әрекет етеді деп айта аламыз. Қалған 240 мм бос. Айтпақшы, бұл вакуумды Торричелли бостығы деп те атайды.
Формула және есептеулер
Атмосфералық қысым Patm гидростатикалық қысымға тең және ρptgh формуласымен есептеледі. ρrt=13600 кг/м3. g=9,8 Н/кг. h=0,76 м Patm=101,3 кПа. Бұл айтарлықтай үлкен сома. Үстел үстінде жатқан қағаз парағы 1 Па қысым жасайды, ал атмосфералық қысым 100 000 паскаль. қою керек екенОсындай қысым жасау үшін 100 000 парақ бірінің үстіне бірі. Қызық, солай емес пе? Атмосфералық қысым мен ауа салмағы өте жоғары, сондықтан эксперимент кезінде су бөтелкеге осындай күшпен итерілді.
