ความกดอากาศคือแรงที่เราได้รับผลกระทบจากอากาศรอบข้าง กล่าวคือ ชั้นบรรยากาศ บทความนี้จะนำเสนอการทดลองซึ่งเราจะตรวจสอบให้แน่ใจว่าความดันอากาศมีอยู่จริง เราจะหาว่าใครเป็นผู้ตรวจวัดเป็นครั้งแรก จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อความกดอากาศกระจายอย่างไม่เท่ากัน และอีกมากมาย
การแสดงความกดอากาศ
ถ้าอากาศไปกดทับของรอบตัว แสดงว่ามีน้ำหนัก จริงหรือไม่ ทำไมเราจึงดูไร้น้ำหนัก? ลองทำการทดลองที่แสดงว่าความกดอากาศมีอยู่จริง
เติมน้ำให้หลอดฉีดยาตรงกลางแล้วดึงลูกสูบขึ้น น้ำจะไหลตามลูกสูบ สาเหตุของสิ่งนี้คือความกดอากาศ แต่เมื่อผู้คนยังไม่รู้เกี่ยวกับการมีอยู่ของมัน พวกเขากล่าวว่าธรรมชาติไม่ทนต่อความว่างเปล่า ตอนนี้เรารู้แล้วว่าเมื่อลูกสูบสูงขึ้น พื้นที่จะถูกสร้างขึ้นแรงดันลดลงและบรรยากาศก็บีบน้ำเข้าไปในกระบอกฉีดยา
ประสบการณ์กับบัตรพลาสติกและโถ
เติมน้ำในขวดโหล ปิดฝาด้วยพลาสติก เช่น การ์ด พลิกโถกลับดูว่าการ์ดถือไม่ตก แรงดันน้ำถูกชดเชยด้วยแรงดันของบรรยากาศ ไม่มีอะไรกดน้ำจากด้านบน แต่บรรยากาศกดจากด้านล่างเป็นผลให้บัตรถูกถือ หากอากาศเข้าไประหว่างพลาสติกกับโถ การ์ดก็จะหลุดออกมาและน้ำก็จะไหลออกมา
เครื่องทอร์ริเชลลี
นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี Torricelli วัดความดันบรรยากาศเป็นครั้งแรก เขาทำเช่นนี้กับบารอมิเตอร์ที่เรียกว่าปรอท อย่างแรก Torricelli เติมหลอดแก้วที่มีสารปรอทไว้ด้านบน หยิบชามปรอทขนาดใหญ่ พลิกหลอด จุ่มลงในชามแล้วเปิดปลายด้านล่างออก ดาวพุธเริ่มโคจรลงมาแต่ไม่หมด แต่ลงมาที่ความสูงระดับหนึ่ง
ปรากฎว่าระดับนี้ 760 mm. ดังนั้นความดันของบรรยากาศจึงสามารถเก็บคอลัมน์ปรอทได้ 760 มม. หากความดันเพิ่มขึ้นก็สามารถถือเสาที่มีความสูงได้มากกว่าหากลดลงให้น้อยลง ถ้าเป็นเช่นนั้น ขนาดของเสาสามารถตัดสินได้จากความสูงของเสา ดังนั้นในทางปฏิบัติ ความดันของบรรยากาศและก๊าซจึงมักจะวัดได้อย่างแม่นยำในหน่วยมิลลิเมตรของปรอท มาสร้างความสัมพันธ์ระหว่างมิลลิเมตรของปรอทกับหน่วยปาสกาลปกติกัน
ปรอทและปาสกาลมีความสัมพันธ์กันกี่มิลลิเมตร
ความกดอากาศเพิ่มปรอท 760 มม. หมายความว่าคอลัมน์ปรอทอัดสูง 760 มม. ด้วยแรงเท่ากับระดับความดันบรรยากาศปกติ 1 มม. ปรอท คือความดันที่เกิดจากคอลัมน์ปรอทสูง 1 มม. ลองนึกภาพว่าความสูงของคอลัมน์ปรอทเท่ากับ 1 มม. คำนวณแรงดันไฮโดรสแตติกที่สอดคล้องกับระดับความสูงนี้
P=1 mmHg ความดันอุทกสถิตคำนวณโดยสูตร: ρgh ρ คือความหนาแน่นของปรอท g คือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง h คือความสูงของคอลัมน์ของเหลว ρ=13, 6103 kg/m3, g=9, 8 N/kg, h=110 -3 m. แทนที่ข้อมูลเหล่านี้ลงในสูตร หลังการแปลง 13.69.8=133.3 N/m2 จะยังคงอยู่ N/m2 - นี่คือ Pascal (Pa) หากเราแปลงความดันบรรยากาศเป็นเฮกโตปาสคาล จะได้ 1 มม. ปรอท ศิลปะ. สอดคล้องกับ 1.333 hPa.
ปรอทและสภาพอากาศ
Torricelli ดูการอ่านค่าปรอทบารอมิเตอร์เป็นเวลานาน เขาสังเกตเห็นสิ่งที่น่าสนใจ เมื่อคอลัมน์ปรอทลดลง นั่นคือเมื่อความกดอากาศต่ำ หลังจากนั้นครู่หนึ่งสภาพอากาศเลวร้ายจะเข้ามา เมื่อคอลัมน์ปรอทขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปสภาพอากาศเลวร้ายจะถูกแทนที่ด้วยสภาพอากาศที่ดี นั่นคือ การวัดความดันบรรยากาศทำให้คุณสามารถพยากรณ์อากาศได้
บริการอุตุนิยมวิทยาตลอดเวลา ทุก 3 ชั่วโมง วัดความดันบรรยากาศ หนังสือของ Jules Verne กัปตันอายุ 15 ปี บรรยายการสังเกตบารอมิเตอร์และสภาพอากาศ ตัวเอกของหนังสือพบว่าถ้าปรอทลดลงอย่างรวดเร็วอากาศก็เสื่อมลงอย่างรวดเร็ว แต่ไม่นานหากระดับปรอทลดลงอย่างช้าๆเป็นเวลาหลายวันอากาศจะค่อยๆเสื่อมลงแต่คงอยู่นาน
จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อความกดอากาศกระจายไม่เท่ากัน
ลองพิจารณาแผนที่แบบย่อกัน มีค่าความดันบรรยากาศในพื้นที่ต่างๆ เมือง ประเทศ ทวีปต่างๆ ทิศทางการเคลื่อนที่ของมวลอากาศแสดงด้วยลูกศร ทำไมลมถึงพัด? ความกดอากาศมีมากขึ้นในบางสถานที่และน้อยกว่าในบางแห่ง จากที่ใหญ่กว่าลมพัดไปยังที่ที่เล็กกว่า เราเห็นมันในทิศทางของลูกศรบนแผนที่
ดูดาวทั้งดวงจะเห็นว่าในส่วนต่างๆ บริเวณที่มีความกดอากาศสูงจะเป็นสีม่วง โดยที่ลูกศรลมจะหมุนและเคลื่อนที่ตามเข็มนาฬิกา บริเวณที่มีความกดอากาศสูงนี้เรียกว่าแอนติไซโคลน ปกติอากาศแจ่มใส
แต่สเปนกับโปรตุเกส ที่นี่เราสังเกตแอนติไซโคลนที่ทรงพลังที่สุดสองตัว การบิดตัวของกระแสอากาศเชื่อมโยงกับการหมุนของโลก
และนี่คือพื้นที่อันทรงพลังสองแห่งที่มีความกดอากาศต่ำ - เพียง 965 เฮกโตปาสกาล นี่คือพายุไซโคลน อากาศในนั้นหมุนทวนเข็มนาฬิกา
ดังนั้น คุณสามารถสังเกตการกระจายของความดันบรรยากาศในสถานที่ต่างๆ บนโลกของเรา ทุกวันนี้ นักอุตุนิยมวิทยาทำนายการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศที่เกิดขึ้นเมื่อความกดอากาศกระจายอย่างไม่เท่ากันได้อย่างแม่นยำ
ความดันที่และเหนือระดับน้ำทะเล
สมมติว่าบารอมิเตอร์แสดงความดัน 1006 hPa แต่ถ้าดูแผนที่โดยย่อของพื้นที่ที่กำหนด เมือง อาจปรากฏว่าความดันบรรยากาศที่นั่นแตกต่างกัน ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น? ความจริงก็คือแผนที่สรุปแสดงค่าความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเล เราสามารถอยู่ที่ความสูงระดับหนึ่งจากระดับน้ำทะเลได้ ดังนั้นความดันที่บารอมิเตอร์แสดงในห้องจึงน้อยกว่าที่ระดับน้ำทะเล
เครื่องวัดระยะสูง
วัดความสูงของสถานที่ของคุณอย่างไร? มีเครื่องมือพิเศษที่คล้ายกับบารอมิเตอร์ แต่มาตราส่วนไม่ได้วัดในหน่วยความดัน แต่เป็นหน่วยความสูง นักท่องเที่ยวและนักบินมีอุปกรณ์ดังกล่าว เรียกว่าเครื่องวัดระยะสูงหรือเครื่องวัดระยะสูงแบบพาราเมตริก เมื่อนักบินอยู่บนพื้นดิน เขาตั้งค่าเครื่องวัดระยะสูงไว้ที่ศูนย์ เพราะความสูงของเขาเหนือพื้นดินเป็นศูนย์ หากจำเป็น เขาจะตั้งลูกศรให้สูงเหนือระดับน้ำทะเล ขึ้นอยู่กับว่าสิ่งสำคัญสำหรับเขาที่จะรู้ว่าสนามบินอยู่สูงระดับใดเหนือระดับน้ำทะเลหรือไม่ ในกรณีของเที่ยวบินระยะไกล สิ่งนี้มีประโยชน์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากสนามบินอยู่ในภูเขา จากนั้นเมื่อมองไปที่เข็มมาตรความสูง นักบินก็จะกำหนดระดับความสูง
ทำไมความกดอากาศจึงเพิ่มขึ้นตามระดับความสูง
หลังจากที่เราได้เรียนรู้ว่าเมื่อความกดอากาศกระจายอย่างไม่เท่ากัน ลมก็เกิดขึ้น มาดูกันว่าทำไมความกดอากาศจึงลดลงตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้น อากาศมีน้ำหนักจึงถูกดึงดูดลงสู่พื้นโลกและออกแรงกดทับ ถ้าเราวางบารอมิเตอร์ในชั้นบรรยากาศใดชั้นหนึ่งแล้วชั้นบรรยากาศนั้นก็จะถูกกดทับซึ่งอยู่ด้านบน ควรสังเกตว่าบรรยากาศไม่มีขอบเขตที่ชัดเจน
ถ้าเราวางบารอมิเตอร์ที่ระดับน้ำทะเล ความดันจะเท่ากับผลรวมของความดันในอากาศชั้นนี้และความดันในชั้นบรรยากาศที่อยู่เหนือชั้น นั่นคือเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น ความดันจะลดลง คำถามเกิดขึ้น: เป็นไปได้ไหมที่จะคำนวณความดันบรรยากาศตามสูตร Р=ρgh? ไม่ เพราะค่าความหนาแน่นของอากาศในชั้นบรรยากาศต่างๆ ไม่คงที่ ที่ด้านล่าง อากาศอยู่ภายใต้ความกดดันมากกว่า จึงมีความหนาแน่นมากขึ้น และด้านบนมีความหนาแน่นน้อยกว่า