فشار اتمسفر نیرویی است که با آن تحت تأثیر هوای اطراف، یعنی جو قرار می گیریم. در این مقاله آزمایش‌هایی ارائه می‌شود که طی آن مطمئن خواهیم شد که فشار هوا واقعاً وجود دارد. ما متوجه خواهیم شد که چه کسی آن را برای اولین بار اندازه گیری کرده است، وقتی فشار اتمسفر به طور نابرابر توزیع می شود چه اتفاقی می افتد و موارد دیگر.
تظاهرات فشار اتمسفر
اگر هوا به همه چیز اطراف فشار بیاورد، آنگاه چیزی سنگین می شود. آیا این واقعا درست است، پس چرا برای ما بی وزن به نظر می رسد؟ بیایید آزمایش‌هایی انجام دهیم که نشان دهد فشار اتمسفر واقعاً وجود دارد.
سرنگ را تا وسط با آب پر کنید و سپس پیستون را به سمت بالا بکشید. آب پیستون را دنبال خواهد کرد. دلیل این امر فشار اتمسفر است، اما زمانی که مردم هنوز از وجود آن اطلاعی نداشتند، می گفتند که طبیعت به سادگی پوچی را تحمل نمی کند. اکنون می دانیم که وقتی پیستون بالا می رود، یک منطقه ایجاد می شودفشار کاهش یافته و جو آب را به داخل سرنگ فشار می دهد.
تجربه با کارت پلاستیکی و شیشه
یک ظرف شیشه ای را تا بالا با آب پر کنید، روی آن را با یک تکه پلاستیک، مثلاً یک کارت، بپوشانید. شیشه را برگردانیم و ببینیم که کارت نگه داشته و نمی افتد. نیروی فشار آب با نیروی فشار جو جبران می شود. هیچ چیز از بالا به آب فشار نمی آورد، اما جو از پایین فشار می آورد، در نتیجه کارت نگه داشته می شود. اگر هوا بین پلاستیک و شیشه وارد شود، کارت می‌ریزد و آب بیرون می‌ریزد.
دستگاه Torricelli
دانشمند ایتالیایی توریچلی فشار اتمسفر را برای اولین بار اندازه گیری کرد. او این کار را با به اصطلاح فشارسنج جیوه ای انجام داد. ابتدا، توریچلی یک لوله شیشه ای را با جیوه پر کرد، یک کاسه بزرگ جیوه برداشت، لوله را برگرداند، آن را در کاسه فرو کرد و انتهای پایینی آن را باز کرد. عطارد شروع به پایین آمدن کرد، اما به طور کامل بیرون نیامد، اما تا ارتفاع مشخصی پایین آمد.
معلوم شد که این سطح 760 میلی متر است. بنابراین فشار جو قادر است ستون جیوه ای 760 میلی متری را در خود نگه دارد. اگر فشار افزایش یابد، می تواند ستونی با ارتفاع بیشتر و اگر کاهش یابد، کمتر نگه دارد. اگر چنین است، پس اندازه آن را می توان با ارتفاع ستون قضاوت کرد. بنابراین، در عمل، فشار جو و گازها اغلب دقیقاً بر حسب میلی متر جیوه اندازه گیری می شود. بیایید بین میلی متر جیوه و واحدهای معمول پاسکال رابطه برقرار کنیم.
چگونه میلی متر جیوه و پاسکال به هم مرتبط هستند
فشار اتمسفر جیوه را 760 میلی متر افزایش می دهد. این به آن معنا استستون جیوه پرس های 760 میلی متری با نیرویی برابر با سطح نرمال فشار اتمسفر. 1 میلی متر جیوه فشاری است که توسط یک ستون جیوه به ارتفاع 1 میلی متر تولید می شود. تصور کنید که ارتفاع ستون جیوه 1 میلی متر است. فشار هیدرواستاتیک مربوط به این ارتفاع را محاسبه کنید.
P=1 میلی متر جیوه فشار هیدرواستاتیک با فرمول: ρgh محاسبه می شود. ρ چگالی جیوه، g شتاب ناشی از گرانش، h ارتفاع ستون مایع است. ρ=13، 6103 kg/m3، g=9، 8 N/kg، h=110 -3 m. این داده ها را در فرمول جایگزین کنید. پس از تبدیل، 13.69.8=133.3 N/m2 باقی می ماند. N/m2 - این پاسکال (Pa) است. اگر فشار اتمسفر را به هکتوپاسکال تبدیل کنیم، 1 میلی متر جیوه. هنر مربوط به 1.333 hPa است.
Hg و آب و هوا
توریچلی برای مدت طولانی خوانش فشارسنج جیوه را تماشا کرد. او متوجه یک نکته جالب شد. وقتی ستون جیوه افت می کند، یعنی زمانی که فشار اتمسفر پایین می آید، پس از مدتی هوای بد به وجود می آید. هنگامی که ستون جیوه بالا می رود، پس از مدتی آب و هوای بد با آب و هوای خوب جایگزین می شود. یعنی اندازه گیری فشار اتمسفر به شما امکان پیش بینی آب و هوا را می دهد.
اکنون خدمات هواشناسی به صورت شبانه روزی، هر 3 ساعت یکبار، فشار اتمسفر را اندازه گیری می کند. کتاب ژول ورن به نام کاپیتان پانزده ساله مشاهدات فشارسنج و آب و هوا را توصیف می کند. شخصیت اصلی کتاب کشف کرد که اگر ستون جیوه به سرعت سقوط کند، آب و هوا به شدت خراب می شود، اما نه برای مدت طولانی، اگر سطح جیوه به آرامی کاهش یابد، طی چند روز، سپسآب و هوا به تدریج بدتر می شود، اما برای مدت طولانی ادامه خواهد داشت.
وقتی فشار اتمسفر به طور نابرابر توزیع شود چه اتفاقی می افتد
بیایید یک نقشه سینوپتیک را در نظر بگیریم. این شامل مقادیر فشار اتمسفر در مناطق مختلف، شهرها، کشورها، قاره ها است. جهت حرکت توده های هوا با فلش نشان داده می شود. چرا باد می وزد؟ فشار اتمسفر در برخی نقاط بیشتر و در برخی دیگر کمتر است. از جایی که بزرگتر است باد به جایی که کوچکتر است می وزد. ما آن را در جهت فلش های روی نقشه می بینیم.
اگر به کل سیاره نگاه کنید، می بینید که در قسمت های مختلف متفاوت است. نواحی پرفشار با رنگ بنفش مشخص شده اند، جایی که فلش های باد در جهت عقربه های ساعت می چرخند و حرکت می کنند. این ناحیه با فشار بالا آنتی سیکلون نامیده می شود. معمولاً هوای صاف دارد.
اما اسپانیا و پرتغال. در اینجا ما دو پاد سیکلون قوی را مشاهده می کنیم. پیچش جریان هوا با چرخش کره زمین مرتبط است.
و در اینجا دو ناحیه قدرتمند با فشار اتمسفر پایین وجود دارد - فقط 965 هکتوپاسکال. این یک گردباد است، هوای موجود در آن در خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد.
بنابراین، می توانید توزیع فشار اتمسفر را در نقاط مختلف سیاره ما مشاهده کنید. امروزه، هواشناسان به طور دقیق تغییرات آب و هوایی را پیش‌بینی می‌کنند که در هنگام توزیع نابرابر فشار اتمسفر رخ می‌دهد.
فشار در سطح دریا و بالاتر از آن
فرض کنید فشارسنج فشار 1006 hPa را نشان می دهد. اما اگربه نقشه سینوپتیک یک منطقه، شهر معین نگاه کنید، ممکن است معلوم شود که فشار اتمسفر در آنجا متفاوت است. چرا این اتفاق می افتد؟ واقعیت این است که نقشه های سینوپتیک مقادیر فشار اتمسفر را در سطح دریا نشان می دهد. ما می توانیم در ارتفاع معینی از سطح دریا باشیم، بنابراین فشاری که فشارسنج در اتاق نشان می دهد کمتر از سطح دریا است.
ارتفاع سنج
چگونه ارتفاع مکان خود را اندازه گیری کنیم؟ ابزارهای خاصی مشابه فشارسنج وجود دارد، اما مقیاس آنها نه بر حسب واحد فشار، بلکه بر حسب واحد ارتفاع درجه بندی می شود. گردشگران و خلبانان چنین وسایلی دارند. به آنها ارتفاع سنج یا ارتفاع سنج پارامتری می گویند. وقتی خلبان روی زمین است، ارتفاع سنج را صفر می کند، زیرا ارتفاع او از سطح زمین صفر است. در صورت لزوم، فلش را روی ارتفاع از سطح دریا قرار می دهد، بسته به اینکه برای او مهم است که بداند فرودگاه در چه ارتفاعی از سطح دریا قرار دارد یا خیر. در مورد پروازهای طولانی مدت، این می تواند مفید باشد، به خصوص اگر فرودگاه در کوهستان باشد. سپس با نگاه کردن به سوزن ارتفاع سنج، خلبان ارتفاع را تعیین می کند.
چرا فشار اتمسفر با افزایش ارتفاع افزایش می یابد
بعد از اینکه فهمیدیم وقتی فشار اتمسفر به طور نابرابر توزیع می شود، باد رخ می دهد، بیایید بفهمیم که چرا با افزایش ارتفاع، فشار کاهش می یابد. هوا وزن دارد، بنابراین به زمین جذب می شود، به آن فشار وارد می کند. اگر فشارسنج را در لایه خاصی از جو قرار دهیم، آن لایه از جو فشار می آورد.که در بالا است. لازم به ذکر است که جو هیچ مرز مشخصی ندارد.
اگر فشارسنج را در سطح دریا قرار دهیم، فشار برابر با مجموع فشار در این لایه هوا و فشار در لایه های پوشاننده جو خواهد بود. یعنی با افزایش ارتفاع، فشار کاهش می یابد. این سوال مطرح می شود: آیا می توان فشار اتمسفر را بر اساس فرمول Р=ρgh محاسبه کرد؟ خیر، زیرا مقدار چگالی هوا در لایه های مختلف جو ثابت نیست. در پایین، هوا تحت فشار بیشتری است، بنابراین چگال تر است، و در بالا، چگالی کمتری دارد.
