L'atmosphère est un nuage de gaz qui entoure la Terre. Le poids de l'air, dont la hauteur dépasse 900 km, a un effet puissant sur les habitants de notre planète. Nous ne le ressentons pas, prenant la vie au fond de l'océan aérien comme une évidence. Une personne ressent une gêne lors de l'escalade en haute montagne. Le manque d'oxygène provoque une fatigue rapide. Dans le même temps, la pression atmosphérique change considérablement.
La physique traite de la pression atmosphérique, de ses changements et de son impact sur la surface de la Terre.
Dans le cours de physique au lycée, une attention considérable est accordée à l'étude de l'action de l'atmosphère. Les caractéristiques de la définition, la dépendance à la hauteur, l'influence sur les processus se produisant dans la vie quotidienne ou dans la nature, sont expliquées sur la base des connaissances sur l'action de l'atmosphère.
Quand commence-t-on à étudier la pression atmosphérique ? 6e année - il est temps de se familiariser avec les particularités de l'atmosphère. Ce processus se poursuit dans les classes secondaires spécialisées.
Historique des études
Les premières tentatives pour établir la pression atmosphérique ont été faites en 1643 à la suggestion de l'évangéliste italienTorricelli. Un tube de verre scellé à une extrémité était rempli de mercure. Après avoir fermé de l'autre côté, il a été descendu dans le mercure. Dans la partie supérieure du tube, en raison de l'écoulement partiel du mercure, un espace vide s'est formé, qui a reçu le nom suivant: "Vide torricellien".
À cette époque, la théorie d'Aristote dominait les sciences naturelles, qui croyait que "la nature a peur du vide". Selon ses vues, il ne peut y avoir d'espace vide non rempli de matière. Par conséquent, pendant longtemps, ils ont essayé d'expliquer la présence de vide dans un tube de verre avec d'autres matières.
Il ne fait aucun doute qu'il s'agit d'un espace vide, il ne peut être rempli de rien, car au début de l'expérience, le mercure a complètement rempli le cylindre. Et, sortant, n'a pas permis à d'autres substances de remplir la place vacante. Mais pourquoi tout le mercure n'a-t-il pas été versé dans le récipient, car il n'y a pas non plus d'obstacles à cela? La conclusion s'impose d'elle-même: le mercure dans le tube, comme dans les vases communicants, crée la même pression sur le mercure dans le vase que quelque chose de l'extérieur. Au même niveau, seule l'atmosphère entre en contact avec la surface du mercure. C'est sa pression qui empêche la substance de se déverser sous l'influence de la gravité. Le gaz est connu pour créer la même action dans toutes les directions. Cela affecte la surface du mercure dans le récipient.
La hauteur d'un cylindre de mercure est d'environ 76 cm. On remarque que cet indicateur varie dans le temps, par conséquent, la pression atmosphérique change. Elle peut être mesurée en cm de mercure.colonne (ou en millimètres).
Quelles unités utiliser ?
Le système international d'unités est international, il n'implique donc pas l'utilisation de millimètres de mercure. De l'art. lors de la détermination de la pression. L'unité de pression atmosphérique est définie de la même manière que pour les solides et les liquides. La mesure de la pression en pascals est acceptée en SI.
Pour 1 Pa, on prend une telle pression qui est créée par une force de 1 N par surface de 1 m2.
Déterminer comment les unités de mesure sont liées. La pression de la colonne de liquide est réglée selon la formule suivante: p=ρgh. Densité de mercure ρ=13600 kg/m3. Prenons une colonne de mercure de 760 millimètres de long comme point de référence. À partir d'ici:
r=13600 kg/m3×9.83 N/kg×0.76 m=101292.8 Pa
Pour enregistrer la pression atmosphérique en pascals, considérez: 1 mm Hg.=133,3 Pa.
Exemple de résolution de problème
Déterminer la force avec laquelle l'atmosphère agit sur la surface d'un toit mesurant 10 x 20 m. La pression de l'atmosphère est supposée être de 740 mm Hg. St.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Analyse
Pour déterminer la force d'action, vous devez régler la pression atmosphérique en pascals. Tenant compte du fait que 1 millimètre Hg. égale à 133,3 Pa, on a: p=98642 Pa.
Décision
Utilisez la formule pour déterminer la pression:
p=F/s, Puisque l'aire du toit n'est pas donnée, supposons qu'il s'agit d'un rectangle. L'aire de cette figure est déterminée par la formule:
s=ab.
Remplacer la valeur de la zone dansformule de calcul:
p=F/(ab), d'où:
F=pab.
Calculer: F=98642 Pa×10 m×20 m=19728400 N=1,97 MN.
Réponse: la force de pression de l'atmosphère sur le toit de la maison est de 1,97 MN.
Méthodes de mesure
La détermination expérimentale de la pression atmosphérique peut être effectuée à l'aide d'une colonne de mercure. Si vous corrigez l'échelle à côté, il devient alors possible de corriger les modifications. C'est le baromètre à mercure le plus simple.
C'est Evangelista Torricelli qui a été surpris de constater les changements dans l'action de l'atmosphère, liant ce processus à la chaleur et au froid.
La pression atmosphérique au niveau de la surface de la mer à 0 degré Celsius a été qualifiée d'optimale. Cette valeur est de 760 mmHg. La pression atmosphérique normale en pascals est considérée comme égale à 105 Pa.
On sait que le mercure est assez nocif pour la santé humaine. Par conséquent, les baromètres à mercure ouverts ne peuvent pas être utilisés. Les autres liquides sont beaucoup moins denses, le tube rempli de liquide doit donc être suffisamment long.
Par exemple, la colonne d'eau créée par Blaise Pascal devrait mesurer environ 10 m de haut. L'inconvénient est évident.
Baromètre sans liquide
Un pas en avant remarquable est l'idée de s'éloigner du liquide lors de la fabrication de baromètres. La capacité de fabriquer un appareil pour déterminer la pression de l'atmosphère est mise en œuvre dans les baromètres anéroïdes.
La partie principale de ce compteur est plateboîte à partir de laquelle l'air est pompé. Pour qu'elle ne soit pas pressée par l'atmosphère, la surface est ondulée. Le boîtier est relié par un système de ressorts à une flèche indiquant la valeur de la pression sur l'échelle. Ce dernier peut être gradué dans n'importe quelle unité. La pression atmosphérique peut être mesurée en pascals avec une échelle de mesure appropriée.
Hauteur de levage et pression atmosphérique
Le changement de densité de l'atmosphère à mesure que vous vous élevez entraîne une diminution de la pression. L'inhomogénéité de l'enveloppe gazeuse ne permet pas d'introduire une loi d'évolution linéaire, puisque le degré de diminution de pression diminue avec l'augmentation de la hauteur. À la surface de la Terre, à mesure qu'elle s'élève, tous les 12 mètres, l'effet de l'atmosphère diminue de 1 mm Hg. De l'art. Dans la troposphère, un changement similaire se produit tous les 10,5 mètres.
Près de la surface de la Terre, à l' altitude d'un avion, un anéroïde équipé d'une échelle spéciale peut déterminer l' altitude par la pression atmosphérique. Cet appareil s'appelle un altimètre.
Un appareil spécial à la surface de la Terre vous permet de régler l' altimètre à zéro, afin que vous puissiez l'utiliser plus tard pour déterminer la hauteur de l'ascension.
Exemple de résolution de problème
Au pied de la montagne, le baromètre indiquait une pression atmosphérique de 756 millimètres de mercure. Quelle sera la valeur à une altitude de 2500 mètres au dessus du niveau de la mer ? Il est nécessaire d'enregistrer la pression atmosphérique en pascals.
r1 =756 mm Hg, H=2500 m, r2 - ?
Décision
Pour déterminer la lecture du baromètre à la hauteur H, nous tenons compte du fait quechute de pression de 1 mm Hg. tous les 12 mètres. Donc:
(p1 – p2)×12 m=H×1 mmHg, de:
p2=p1 - H×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m×1 mmHg/12 m=546 mmHg
Pour enregistrer la pression atmosphérique obtenue en pascals, procédez comme suit:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
Réponse: 72619 pa.
Pression atmosphérique et météo
Le mouvement des couches atmosphériques près de la surface de la Terre et le réchauffement non uniforme de l'air dans différentes zones entraînent des changements dans les conditions météorologiques dans toutes les parties de la planète.
La pression peut varier de 20 à 35 mmHg. à long terme et par 2-4 millimètres de mercure. pendant la journée. Une personne en bonne santé ne perçoit pas de changements dans cet indicateur.
La pression atmosphérique, dont la valeur est inférieure à la normale et change souvent, indique un cyclone qui en a recouvert un certain. Ce phénomène s'accompagne souvent de nébulosité et de précipitations.
La basse pression n'est pas toujours un signe de temps pluvieux. Le mauvais temps dépend davantage de la diminution progressive de l'indicateur en question.
Une forte chute de pression à 74 centimètres Hg. et en dessous, il menace d'orage, des averses qui se poursuivront même lorsque l'indicateur commence déjà à augmenter.
Le changement de temps pour le mieux peut être identifié par les signes suivants:
- après une longue période de mauvais temps, la pression atmosphérique augmente progressivement et régulièrement;
- la pression monte par temps brumeux et boueux;
- pendant la période des vents du sud, l'indicateur en question monte plusieurs jours de suite;
- une augmentation de la pression atmosphérique par temps venteux est un signe de temps confortable.
