สิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกไม่สังเกตเห็นความกดดันที่เกิดจากเปลือกอากาศอันยิ่งใหญ่ของโลกของเรา เหตุผลก็คือพวกเขาคุ้นเคยกับการสัมผัสกับบรรยากาศตั้งแต่แรกเกิด และสิ่งมีชีวิตของพวกมันก็ถูกปรับให้เข้ากับสภาพทางชีวภาพ
ในขณะที่เมฆก๊าซดังกล่าวมีน้ำหนักมากจริงๆ มันถูกยึดโดยแรงโน้มถ่วงของโลกโดยที่มันไม่ระเหยไปสู่อวกาศที่ไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งทอดยาวขึ้นไปเป็นพันกิโลเมตร และนี่หมายความว่าเปลือกอากาศสร้างแรงกดดันต่อทุกสิ่งที่อยู่บนพื้นผิวโลก หนึ่งบรรยากาศใน ปาสกาล มีเท่าไหร่? นักวิทยาศาสตร์สามารถแสดงความกดอากาศเป็นตัวเลขในศตวรรษที่ 17
ความกดอากาศ
ในเมือง Regensburg ในปี 1654 Otto von Guericke ได้มอบประสบการณ์อันน่าทึ่งให้กับจักรพรรดิ Ferdinand III และเพื่อนนักวิทยาศาสตร์ของเขา นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันใช้ซีกโลกทองแดงกลวงสองซีก ซึ่งมีขนาดเล็ก (เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 35.6 ซม.) แล้วเขากดทั้งสองเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา เชื่อมต่อกับแหวนหนัง และสูบลมออกจากด้านในโดยใช้ท่อสอดและปั๊ม หลังจากนั้นซีกโลกก็ไม่สามารถแยกออกจากกันได้ ยิ่งกว่านั้น ม้าสิบหกตัวที่ผูกไว้กับห่วงเหล็กที่ปลายทั้งสองข้างในแต่ละด้านของทรงกลมเป็นผลไม่สามารถทำได้
การทดลองนี้แสดงให้โลกเห็นถึงผลกระทบของแรงกดดันต่อวัตถุรอบข้าง มันเป็นแรงที่บีบทั้งสองส่วนของทรงกลมอย่างมาก ดังนั้นขนาดของมันจึงน่าประทับใจจริงๆ สองปีต่อมา ประสบการณ์อันน่าทึ่งก็เกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่าในมักเดบูร์ก มีม้า 24 ตัวที่พยายามจะทำลายทรงกลม แต่ก็ประสบความสำเร็จเช่นเดียวกัน ซีกโลกเหล่านี้ใช้ระหว่างการทดลองลงไปในประวัติศาสตร์ภายใต้ชื่อมักเดบูร์ก พวกเขายังคงอยู่ในพิพิธภัณฑ์เยอรมัน
หนึ่งบรรยากาศในปาสกาล
จะคำนวณความดันของเสื้อคลุมก๊าซของโลกได้อย่างไร? ไม่มีอะไรจะง่ายไปกว่านี้แล้วหากทราบความหนาแน่นของอากาศและความสูงของเปลือกอากาศอย่างแม่นยำ แต่ในศตวรรษที่ 17 นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถรู้เรื่องนี้ได้ อย่างไรก็ตาม พวกเขาทำได้ดีมาก และนี่เป็นครั้งแรกที่ทำโดยนักเรียนของ Galileo - the Italian Torricelli
เขาเอาหลอดแก้วยาวเมตรหนึ่งมาเติมปรอทหลังจากบัดกรีปลายด้านหนึ่งแล้ว และท่านหย่อนส่วนที่เปิดลงในภาชนะที่มีสารชนิดเดียวกัน ในเวลาเดียวกันปรอทบางส่วนจากท่อก็พุ่งลงมา อย่างไรก็ตามไม่ทั้งหมดทะลักออกมา และความสูงของเสาที่เหลือประมาณ 760 มม. ประสบการณ์นี้เองที่ทำให้ง่ายต่อการคำนวณจำนวนปาสกาลที่อยู่ในบรรยากาศเดียว ตัวเลขนี้ประมาณคือ 101,300 Pa. นี่คือค่าของความกดอากาศปกติ
คำอธิบายการทดลองของทอร์ริเชลลี
ความกดอากาศส่งผลกระทบต่อวัตถุบนบกทั้งหมด แต่มันเป็นสิ่งที่มองไม่เห็น เพราะมันสมดุลโดยการกระทำของอากาศ ซึ่งอยู่ในตัววัตถุเองและสิ่งมีชีวิต การทดลองกับซีกโลกมักเดบูร์กแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากก๊าซไม่มีความสามารถในการเจาะเกือบทุกที่ พื้นที่สุญญากาศถูกสร้างขึ้นในทรงกลมที่เกิดขึ้น เป็นผลให้มันกลับกลายเป็นว่าแข็งแกร่งผิดปกติและแยกออกไม่ได้โดยบีบจากทุกด้านด้วยบรรยากาศเดียวใน Pascals ค่าความดันที่เรารู้แล้วมีความสำคัญมาก
กฎหมายเดียวกันรองรับปั๊ม ของเหลวไหลเข้าสู่พื้นที่สุญญากาศที่เกิดขึ้น มันเพิ่มขึ้นจนกว่าความดันอากาศและสารที่มีอยู่จะสมดุลกัน และความสูงของคอลัมน์ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของของเหลว
เมื่อรู้อย่างนี้ Torricelli ก็วัดความดันที่เกิดจากบรรยากาศเดียว แน่นอนว่าเขายังคงไม่สามารถแปลค่านี้เป็นภาษาปาสกาลได้ สิ่งนี้ทำในภายหลัง ดังนั้นเขาจึงวัดเป็นมิลลิเมตรปรอท เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าความกดอากาศมักจะวัดในหน่วยที่คล้ายกันในยุคของเรา
วิธีแปลงบรรยากาศเป็นปาสกาล
ชาวฝรั่งเศส Blaise Pascal (ภาพเหมือนของเขาสูงขึ้นเล็กน้อย) ซึ่งตั้งชื่อหน่วยความดันตามหลังจากเรียนรู้เกี่ยวกับการทดลองของ Torricelliทำการทดลองที่คล้ายกันซ้ำที่ระดับความสูงต่างกัน โดยใช้นอกเหนือจากปรอท น้ำ และของเหลวอื่นๆ และในที่สุดสิ่งนี้ก็พิสูจน์การมีอยู่และผลกระทบของความกดอากาศที่มีต่อวัตถุและวัตถุบนพื้นโลก แม้ว่าจะมีข้อสงสัยมากมายในสมัยนั้น
ต่อไปนี้แสดงวิธีการแปลงความดันในบรรยากาศเป็น ปาสกาล และหน่วยอื่น ๆ
ค่านี้ไม่คงที่และขึ้นอยู่กับตัวบ่งชี้หลายตัว ประการแรกจากความสูงเหนือระดับน้ำทะเล ตามที่ Pascal พิสูจน์แล้ว ยิ่งคุณปีนขึ้นไปบนยอดเขาสูงเท่าไหร่ ความกดดันก็ยิ่งน้อยลงเท่านั้น สิ่งนี้อธิบายได้ง่าย ท้ายที่สุด ความลึกของเปลือกอากาศก็ลดลง เช่นเดียวกับความหนาแน่นของมัน และที่ระดับความสูงประมาณ 5.5 กม. ตัวบ่งชี้ความดันจะลดลงครึ่งหนึ่ง และถ้าคุณปีนขึ้นไป 11 กม. ค่านี้จะลดลงสี่เท่า
นอกจากนี้ ความกดอากาศขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ นั่นคือเหตุผลที่ตัวบ่งชี้นี้ถือว่ามีความสำคัญในการคาดการณ์ ตัวอย่างเช่น ยิ่งความกดดันในฤดูร้อนสูงขึ้นเท่าใด โอกาสที่ดวงอาทิตย์จะพอพระทัยในวันนี้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้นและจะไม่มีฝน