§42. Вес воздуха. Атмосферное давление

Вопросы

1. Как можно определить массу воздуха?

Ответ:

Сделать это можно так, используя шар и трубку, как на (рис. 124).

рис. 124. Шар для взвешивания воздуха
 Создадим вакуум выкачав воздух, закроем зажим. По факту масса уменьшится на массу воздуха. Положим шар на весы, уравновесим весы. Откроем зажим. Воздух попадет в шар, закроем зажим. Уравновесим весы, узнав сколько надо добавить гирь, которые и будут равны массе воздуха в этом объеме.

2. Какое физическое явление мы используем, набирая лекарства пипеткой?

Ответ:

Мы используем принцип разности давлений. При нажатии на резиновую емкость мы удаляем весь объем воздуха и появляется механическое воздействие, которое хочет вернуть резину в исходное состояние. При этом, отпустив палец, объем резину увеличивается, происходит втягивание лекарства, так как при увеличении объема образуется вакуум, вернее разряжение давления, который и компенсируется поступлением лекарства.

3. Вследствие чего создаётся атмосферное давление?

Ответ:

Давление на земле от воздуха образуется за счет того, что воздух все же имеет какую-то массу и его слои в атмосфере давят один на другой, таким образом повышая давление от верху к низу. Именно поэтому на уровнях максимально приближенных к земле давление максимальное, а в горах оно меньше.

4. Опишите опыты, подтверждающие существование атмосферного давления.

Ответ:

Опыт 1.
На рисунке 125 изображена стеклянная трубка, внутри которой находится поршень, плотно прилегающий к стенкам трубки. Конец трубки опущен в воду. Если поднимать поршень, то за ним будет подниматься и вода. Происходит это потому, что при подъёме поршня между ним и водой образуется безвоздушное пространство. В это пространство под давлением наружного воздуха и поднимается вслед за поршнем вода.

рис. 125. Подъём воды вслед за поршнем.

Опыт 2.
На рисунке 126 показан цилиндрический сосуд. Сосуд закрыт пробкой, в которую вставлена трубка с краном. Из сосуда насосом откачивают воздух. Затем конец трубки погружают в воду. Если теперь открыть кран, то вода фонтаном брызнет внутрь сосуда. Вода поступает в сосуд потому, что атмосферное давление больше давления разреженного воздуха в сосуде.

рис. 126. Поступление воды внутрь сосуда из−за разности атмосферного давления и давления в закрытом сосуде.

Упражнение 19

1. Как для объяснения явлений, изображённых на рисунках 124 и 125, используется закон Паскаля?

рис. 124. Шар для взвешивания воздуха.

рис. 125. Подъём воды вслед за поршнем.

Ответ:

Мы знаем, что по закону Паскаля, давление, действующее на жидкость или газ, передается в любую его точку без изменений и равномерно распределено.
Так на рисунке 124 воздух из сосуда откачали. В случае открытия зажима, в стеклянный шар устремляется воздух, т.к. на него действует атмосферное давление пытающее уровнять давление.
Опять же, рисунок 125 показывает, что при подъеме поршня между ним и водой образуется пространство с разряженным давлением, именно туда под давление атмосферы по закону Паскаля и устремляется вода. Уровень воды в трубке поднимается.

2. Чему равен вес воздуха объёмом 1 $м^{3}$ ?

Ответ:

Дано:
V = 1 $м^{3}$;
ρ = 1,29 кг/ $м^{3}$;
P−?
Решение:
P = gm;
m = ρV;;
P = gρV;
g = 9,8 Н/кг;
P = 9,8 * 1,29 * 1 ≈ 13 Н.
Ответ. 13 Н.

Задание

1. Измерьте объём комнаты в вашей квартире и вычислите массу и вес воздуха в ней, считая, что его плотность равна 1,29 $кг/м^{3}$.

Ответ:

Дано:
a = 6 м − длина комнаты;
b = 3 м − ширина комнаты;
c = 2,6 м − высота комнаты;
ρ = 1,29 $кг/м^{3}$;
P−?
m−?
Решение:
V = abc;
V = 6 * 3 * 2,6 = 46,8 $м^{3}$;
m = ρV;
m = 1,29 * 46,8 =60,37 кг;
P = gm;
g = 9,8 Н/кг;
P = 9,8 * 60,37 кг * 1 = 591,6 Н.
Ответ. 591 Н.

2. На дне пластиковой бутылки (рис. 127) сделайте отверстие. Зажмите отверстие пальцем и налейте в бутылку воды, закройте горлышко крышкой. Осторожно отпустите палец. Вода из бутылки выливаться не будет. Теперь осторожно откройте крышку. Из отверстия польётся вода. Объясните наблюдаемое явление.

Ответ:

Это явление можно объяснить тем, что при открывании отверстия снизу, вода не польется, так как для этого необходимо будет создать разряжение в верхнем уровне бутылки, а значит там будет разряженная зона. А если так будет, то воздух, который давит снизу, будет давить и на воду, не позволяя создать подобное разряжение, что и происходит. Когда же мы открываем пробку, то обеспечиваем доступ воздуха в верхнюю часть бутылки и теперь нет разряженного пространства, которое обеспечивало удержание воды в бутылки при отверстии снизу. Вода начинает выливаться.

3. Напольная поилка для птиц (рис. 128) состоит из бутылки, наполненной водой и опрокинутой в корытце так, что горлышко находится немного ниже уровня воды в корытце. Почему вода не выливается из бутылки? Если уровень воды в корытце понизится и горлышко бутылки выйдет из воды, часть воды из бутылки выльется. Почему?
Изготовьте такой прибор и проделайте с ним указанные опыты.

Ответ:

Здесь точно такой же принцип как и в примере выше. Давление воздуха на воду уравновешивается с водой в бутылке. Невозможности создать вакуум в верхнем объеме бутылки обусловлена как раз тем, что вода не вытекает, а воздух не заходит вверх. Если горлышко "захватит" воздух, то мы увидим, как поднимается пузырь воздуха, увеличивается объем его вверху, что позволяет воде опуститься ниже и вновь закрыть горлышко бутылки.

4. На рисунке 129 изображён прибор ливер, служащий для взятия проб различных жидкостей. Ливер опускают в жидкость, затем закрывают пальцем верхнее отверстие и вынимают из жидкости. Когда верхнее отверстие открывают, из ливера начинает вытекать жидкость. Проделайте опыт и объясните действие этого прибора.

рис. 129

Ответ:

Принцип ливера для отбора сред основан на законе Паскаля, по которому равномерное давление как раз и уравновешивает состав жидкости и воздуха. При подаче воздуха в верхнюю часть, будет убирания пальца с отверстия наверху, мы меняем баланс давлений, так как сверху оно тоже начинает действовать. Вода сливается вниз, под собственной массой.