§12. Атмосферное давление

Вопросы перед параграфом

Задание №• 1

В каком слое атмосферы сосредоточено 99,5% атмосферного воздуха?

Ответ:

Почти весь атмосферный воздух сосредоточен в Тропосфере.

Задание №• 2

Как изменяется плотность атмосферного воздуха с высотой?

Ответ:

Плотность атмосферного воздуха уменьшается с увеличением высоты. Это связано с тем, что на больших высотах давление воздуха становится меньше, что приводит к рассредоточению молекул воздуха и снижается температура, в следствие чего уменьшается его плотность.

Задание №• 3

Каким воздухом (тёплым, комнатной температуры, охлаждённым) надо надуть шар, чтобы он поднялся вверх?

Ответ:

Чтобы воздушный шар поднялся вверх, его необходимо надуть горячим воздухом. Горячий воздух поднимается наверх, холодный − опускается вниз.

Вопросы и задания

Задание №1

Кто впервые измерил атмосферное давление? Опишите первый опыт по измерению атмосферного давления. Почему для опыта была взята ртуть? Определите длину запаянной трубки для опыта по измерению атмосферного давления, если использовать для её заполнения не ртуть, а воду (плотность ртути 13 500 $кг/м^{3}$, плотность воды 1000 $кг/м^{3}$). Примите длину запаянной трубки для ртути равной 1м.

Ответ:

В 1643 г. итальянский учёный Эванджелйста Торричёлли (1608—1647) описал свой знаменитый эксперимент. Стеклянную трубку с запаянным концом он наполнил ртутью (рис. 52, 1). Перевернув трубку запаянным концом вверх, он погрузил её в чашку с ртутью (рис. 52, 2). Часть ртути вылилась в чашку. Торричелли измерил высоту столбика ртути, оставшейся в трубке, предположив, что его вес уравновешивается давлением атмосферы на поверхность ртути в чашке (рис. 52, 3). Значение атмосферного давления выражают в миллиметрах ртутного столба, например 760 мм рт. ст.

Рис. 52 Опыт Торричелли.
Длина запаянной трубки для опыта с водой будет пропорциональной плотности воды относительно ртути:
длина трубки = плотность ртути / плотность воды х длину трубки с ртутью = 13500 / 1000 х 1 = 13,5м
Таким образом, для опыта по измерению атмосферного давления с использованием воды длину запаянной трубки нужно взять равной 13.5 метрам.

Задание №2

Объясните, почему значения атмосферного давления выражают в миллиметрах ртутного столба.

Ответ:

Значения атмосферного давления выражаются в миллиметрах ртутного столба, потому что первоначально атмосферное давление было измерено с помощью ртутного барометра. В барометре ртуть помещена в вертикальную трубку, которая стоит в чаше с ртутью. Давление атмосферы выдавливает ртуть из нижней части трубки в чашку, создавая столб ртути над уровнем ртути в чашке. Высота столба ртути в трубке над уровнем ртути в чашке является мерой атмосферного давления.
Таким образом, единица измерения атмосферного давления − "миллиметр ртутного столба" (мм рт. ст.) − произошла от оригинальных инструментов для измерения атмосферного давления, а именно ртутных барометров. Однако, в настоящее время, другие единицы измерения давления, такие как килопаскали (кПа), атмосферы (атм) и паскали (Па), также широко используются.

Задание №3

С помощью барометра−анероида определите атмосферное давление на уровне земной поверхности и на высоте последнего этажа школьного здания. По результатам измерений вычислите высоту школьного здания.

Ответ:

Сначала мы измеряем атмосферное давление на уровне земной поверхности. Для этого необходимо установить барометр−анероид на уровне земли, а затем записать текущее значение показаний барометра. Показания составили 750 мм рт. ст.
Далее мы должны измерить атмосферное давление на высоте последнего этажа школьного здания. Для этого нужно поднять барометр−анероид на последний этаж здания и снова записать значения его показаний. На высоте последнего этажа показания составили 748 мм рт. ст.
Разность между показаниями барометра на уровне земной поверхности и на высоте последнего этажа школьного здания составляет 2 мм рт. ст.
Для определения высоты здания мы воспользуемся информацией из учебника:
с подъемом вверх столб воздуха уменьшается, а атмосферное давление понижается. От поверхности Земли до 5 км атмосферное давление падает на 1 мм рт. ст. при подъеме на каждые 10,7 м.
Следовательно, высота школы будет считаться следующим образом:
Высота здания = (давление на последнем этаже − давление на земле) * 10.7 = 21,4 м

Задание №4

Объясните, почему атмосферное давление изменяется с высотой. Определите атмосферное давление на высоте седловины Эльбруса (5300 м), если у его подножия (2400м) оно составляло 600 мм рт. ст.

Ответ:

С высотой атмосферное давление уменьшается, так как уменьшается высота столба воздуха.
Для определения атмосферного давления на высоте седловины Эльбруса (5300 м) воспользуемся информацией из учебника об изменении атмосферного давления с высотой: от поверхности Земли до 5 км атмосферное давление падает на 1 мм рт. ст. при подъёме на каждые 10,7 м. На высоте от 5 км и выше падение давления на 1 мм рт. ст. происходит каждые 20 м.
Поэтому, сначала из 5300 м выделяем два участка (до 5 км и после) и рассчитываем изменение давления:
1) (5000 − 2400) : 10,7= 243 мм. рт. ст.
2) 300 : 20 = 15 мм рт. ст.
3) 243 + 15 = 258 мм рт. ст.
4) Далее, вычитаем из начального давления (600 мм рт. ст.) полученное значение и получаем давление на высоте 5300 м:
600 − 258 = 342 мм рт. ст.
Ответ: 342 мм рт. ст.

Задание №5

Какой метод используют для изображения температуры воздуха и атмосферного давления на карте? Как обозначают на карте погоды области повышенного и пониженного атмосферного давления?

Ответ:

Для изображения температуры воздуха и атмосферного давления на карте используют изолинии (изотермы − для температуры, изобары − для давления). Изолинии – это линии, соединяющие точки на карте с одинаковыми значениями показателей (например, температуры или давления): изотермы (линии одинаковой температуры) и изобары (линии одинакового давления)
Метеорологи соединяют пункты с одинаковыми значениями температуры воздуха и атмосферного давления одной линией.
Область повышенного атмосферного давления на карте обозначают с помощью замкнутого контура, внутри которого давление выше, чем за его пределами. Область пониженного атмосферного давления на карте обозначают с помощью также замкнутого контура, но внутри которого давление ниже, чем за его пределами.

Задание №6

По карте погоды, опубликованной средствами массовой информации, определите положение областей повышенного и пониженного давления.

Ответ:

Области повышенного значения обозначены красным кругом и буквой В красного цвета.
Области пониженного значения обозначены синим кругом и буквой Н синего цвета.

Задание №7

Почему на шкале бытовых барометров−анероидов низкое давление соответствует дождю и шторму, а высокое давление − ясной и сухой погоде?

Ответ:

Бытовой барометр−анероид имеет механическое устройство и в нем нет жидкости. Он представляет собой металлическую коробку, из которой выкачан воздух. При повышении атмосферного давления коробка сжимается, при понижении − расширяется. Эти колебания воздействуют на прикрепленную к коробке пружину, которая соединена со стрелкой. Стрелка показывает на круговой шкале значение давления в миллиметрах ртутного столба.
На шкале бытовых барометров−анероидов низкое давление соответствует дождю и шторму в следствие того, что большинству осадков соответствует низкое давление, так как в областях низкого давления, как правило, наблюдаются восходящие потоки воздуха, увеличение облачности, выпадение осадков, а также значительные изменения температуры воздуха. В областях высокого давления преобладают нисходящие потоки воздуха, наблюдается преимущественно малооблачная погода, летом жаркая, а зимой морозная, поэтому, высокое давление соответствует ясной и сухой погоде.

Школа географа-следопыта

Задание №1

Исследуйте изменение атмосферного давления с высотой!
План работы.
1. Познакомимся с устройством прибора, измеряющего атмосферное давление. На схематичном рисунке показаны основные части барометра−анероида. Найдем положение основных частей барометра−анероида на самом приборе.

2. Научимся измерять атмосферное давление воздуха барометром− анероидом:
1) поставим барометр−анероид на устойчивую горизонтальную площадку;
2) постучим пальцем по стеклу барометра−анероида, подождём, пока успокоится стрелка;
3) сделаем отсчёт положения стрелки на глаз с точностью до 0,1 мм рт. ст. (или гПа, мб) (при снятии показаний ваши глаза должны находиться в плоскости, перпендикулярной шкале и проходящей через ось стрелки).
3. Измерим атмосферное давление в кабинете географии. Затем определим величину атмосферного давления на первом и самом верхнем этажах школьного здания.
4. Определим разность между двумя полученными величинами атмосферного давления. Какое математическое действие необходимо сделать, чтобы получить значение превышения давления на самом верхнем этаже над давлением на первом?
5. Сделаем вывод по результатам своего исследования. На каком этаже атмосферное давление оказалось выше?

Ответ:

Исследование изменения атмосферного давления с высотой
1. Познакомились с устройством прибора, измеряющего атмосферное давление.
Барометр−анероид состоит из двух анероидных коробок, двух пружин, шкалы, стрелки.

2. Научились измерять атмосферное давление воздуха барометром−анероидом:
1) поставили барометр−анероид на устойчивую горизонтальную площадку;
2) постучали пальцем по стеклу барометра−анероида, подождали, пока успокоится стрелка;
3) сделали отсчёт положения стрелки на глаз с точностью до 0,1 мм рт. ст. (или гПа, мб) (при снятии показаний наши глаза находились в плоскости, перпендикулярной шкале и проходящей через ось стрелки).
3. Измерили атмосферное давление в кабинете географии. Затем определили величину атмосферного давления на первом и самом верхнем этажах школьного здания. 760 мм рт. ст. и 758 мм рт. ст.
4. Определили разность между двумя полученными величинами атмосферного давления при помощи математического действия − вычитания и получили значение превышения давления на самом верхнем этаже над давлением на первом:
760 мм рт. ст. > 758 мм рт. ст.
5. Вывод исследования. На самом верхнем этаже атмосферное давление оказалось ниже.