ATMOSFÉRICKÝ TLAK: NORMÁLNÍ HODNOTA, JAK JI MĚŘIT, PŘÍKLADY - FYZICKÝ - 2025

Atmosférický tlak je způsoben hmotností plynů tvořících atmosféru nad zemí. Odhaduje se, že hmotnost atmosféry je asi 5 x 10 ¹⁸ kg a všechny živé bytosti jsou vystaveny tlaku, který tato hmota vyvíjí.

Jako první to změřil italský vědec Evangelista Torricelli (1608-1647). V roce 1644 provedl jednoduchý, ale velmi důmyslný experiment: úplně naplnil skleněnou trubici uzavřenou na jednom konci rtutí, převrátil ji a nalil do nádoby, která také obsahovala rtuť.

Obrázek 1. Aneroidní barometr pro měření atmosférického tlaku, na rozdíl od rtuťového barometru, neobsahuje kapalinu. Zdroj: Wikimedia Commons.

Torricelli pozoroval, že zkumavka se zcela nevyplnila, ale byla naplněna rtutí do výšky 76 cm. Překvapený, on dělal mnoho testů s trubkami různého tvaru, vždy dosáhnout stejného výsledku.

Tímto způsobem si Torricelli uvědomil, že atmosférický tlak zvýšil a udržoval rtuťový sloupec uvnitř trubice ve výšce 760 mm. Tímto způsobem se stanoví průměrná hodnota atmosférického tlaku.

Protože tlak je definován jako síla na jednotku plochy, jsou jednotky atmosférického tlaku v mezinárodním systému newton / metr nebo pascal, což je zkratka Pa. Takže v tomto systému má atmosférický tlak P _atm hodnotu:

Toto je normální hodnota atmosférického tlaku při 0 ° C a na hladině moře.

Atmosférický tlak na hladině moře a další variace

Teoreticky je maximální hodnota atmosférického tlaku pouze na úrovni moře. Ačkoli na této úrovni existuje tolik variability, odborníci musí nastavit nějaký referenční systém, který jim pomůže určit jeho hodnotu.

Zde jsou hlavní faktory, které ovlivňují hodnotu atmosférického tlaku v určitém místě na Zemi:

- Výška: na každých 10 metrů výšky se tlak snižuje o 1 mm Hg. Ale také se stává, že hustota plynu, který tvoří atmosféru, není konstantní. S rostoucí nadmořskou výškou se hustota vzduchu v zásadě snižuje.

Obrázek 2. Výškoměr, přístroj, který měří nadmořskou výšku na základě změn tlaku. Zdroj: Pixabay.

- Teplota: očividně čím vyšší je teplota, hustota klesá a vzduch váží méně, proto se hodnota tlaku snižuje.

- Zeměpisná šířka: atmosférický tlak je nižší v rovníkových zeměpisných šířkách, protože Země není dokonalá koule. Pobřeží u rovníku je dále od středu Země než póly a hustota vzduchu je také nižší.

- Kontinentalita: čím více se pohybuje směrem dovnitř kontinentů, tím vyšší je atmosférický tlak, zatímco v pobřežních oblastech je tlak nižší.

Změna atmosférického tlaku s výškou

Výšková rovnice, která souvisí s atmosférickým tlakem P místa s jeho výškou z nad hladinou moře, má tuto podobu:

Zde P _o je existující tlak v počáteční nebo referenční výšce, který se obvykle měří na hladině moře, ρ _nebo hustota vzduchu na hladině moře a g je hodnota gravitačního zrychlení. Později v části řešených cvičení je postupná dedukce.

Jak se měří atmosférický tlak?

Atmosférický tlak se měří barometrem. Nejjednodušší je jako ten, který postavil Torricelli, založený na rtuti. Sklon trubky nebo průměr nemění výšku sloupce rtuti, ledaže by za to odpovídaly klimatické faktory.

Například v oblastech nízkého tlaku se tvoří mraky. Takže když odečítá barometr, je to známka toho, že se blíží špatné počasí.

Místo rtuti by mohly být použity i jiné kapaliny, například vodní barometr. Problém spočívá v tom, že velikost sloupce je 10,33 m, což je velmi nepraktické pro přepravu.

Existují také nástroje, které měří tlak mechanicky - skrz deformace trubic nebo spirál - aneroidní barometry a manometry. Mohou měřit tlakový rozdíl mezi dvěma body nebo také měřit tlak beroucí jako referenční hodnotu atmosférický tlak.

Jednotky tlaku

Normální hodnota tlaku se používá k definování nové jednotky tlaku: atmosféra, zkrácená atm. Atmosférický tlak je 1 atm; tímto způsobem lze vyjádřit další tlaky, pokud jde o atmosférický tlak, což je velmi známá hodnota pro všechny:

V následující tabulce jsou uvedeny jednotky, které se ve vědě a technice nejvíce používají k měření tlaku, a odpovídající ekvivalent v pascalech:

Jednotka	Ekvivalence v pascalu
N / m 2	jeden
bankomat	101,355
mm Hg	133.3
lb / in 2	6894,76
Hospoda	1x 10 5

Hydrostatický, absolutní a přetlak

Na volný povrch kapaliny ve statické rovnováze a otevřený atmosféře působí atmosférický tlak. Ale ve vnitřních bodech kapaliny samozřejmě působí hmotnost sloupce tekutiny.

Hmotnost kolony závisí na její výšce a hustotě kapaliny, kterou předpokládáme konstantní, stejně jako na teplotě. V tomto případě je tlak P:

Toto je hydrostatický tlak v kterémkoli bodě uvnitř tekutiny s konstantní hustotou a je přímo úměrný hloubce z tekutiny.

Pokud jde o absolutní tlak P _abs v tekutině v klidu, je definován jako součet atmosférického tlaku P _atm a hydrostatického tlaku P:

Konečně, měřicí tlak P _man v tekutině v klidu je rozdíl mezi absolutním a atmosférickým tlakem a v tomto případě je ekvivalentní měření hydrostatického tlaku:

Příklady

Síla, kterou atmosféra působí na tělo

Velikost celkové síly vyvíjené atmosférou na lidské tělo lze odhadnout. Předpokládejme, že tělo má přibližně plochu povrchu 2 m ², protože tlak je definován jako síla na jednotku plochy, můžeme tuto sílu vyřešit a vypočítat sílu:

Pro tento výpočet použijeme normální hodnotu atmosférického tlaku, která byla stanovena na začátku:

Tento výsledek je ekvivalentem více nebo méně 20 tun síly, ale nepředstavuje problém pro živé bytosti, které obývají zemský povrch, které jsou na to přizpůsobeny, stejně jako ryby v moři.

I když je to docela velká síla. Jak to, že se před tím nekolabujeme?

Tlak uvnitř těla se rovná tlaku venku. Nehroutíme se, protože vnitřní síla je vyvážena jinou vnější silou. Někteří lidé jsou však ovlivňováni výškou a mohou vylévat z nosu, když lezou na velmi vysoké hory. Je to proto, že byla narušena rovnováha mezi krevním tlakem a atmosférickým tlakem.

Popíjejte nápoje slámou nebo slámou

Atmosférický tlak umožňuje pít sodu slámou nebo slámou. Sumerové a další starověké kultury objevili, že mohou pít pivo pomocí stébla nebo rákosí jako stébla.

Mnohem později, koncem 19. a začátkem 20. století, byly ve Spojených státech patentovány různé modely brčka, včetně těch s loketem ve tvaru akordeonu, které se dnes hojně používají.

Obrázek 3. Atmosférický tlak vám umožní usrkávat se slámou. Zdroj: Pixabay.

Takto fungují: Když je kapalina absorbována slámou, tlak nad kapalinou v slámě je snížen, což způsobuje, že tlak pod, který je vyšší, tlačí kapalinu nahoru pro snadné pití.

Z tohoto důvodu se po extrakci nebo zubním chirurgii nedoporučuje usrkávat tekutiny tímto způsobem, protože pokles tlaku může způsobit otevření rány a krvácení.

Cvičení

- Cvičení 1

Odvozte altimetrickou rovnici P (z):

-Po je tlak na referenční úrovni (hladina moře)

-z je výška

-ρ _o je hustota kapaliny na hladině moře

-g je hodnota zrychlení gravitace

Řešení

Nejprve nechť dp je diferenční tlak, který je podle základní rovnice hydrostatiky vyjádřen jako:

Znaménko mínus bere v úvahu skutečnost, že tlak se s rostoucím z klesá. Vzduch bude také považován za ideální plyn, takže tlak a hustota jsou spojeny:

Hustota se okamžitě nahradí, aby se získalo:

Nyní, psaní tlaku tímto způsobem předpokládá, že atmosféra je rozdělena do vrstev výšky dz, něco jako hromada palačinek, každá s tlakem dp. Tímto způsobem se získá diferenciální rovnice, která se řeší oddělením proměnných p a z:

Poté je integrován na obou stranách, což je ekvivalentní přidání tlakových příspěvků každé vrstvy. V integrálu nalevo je vyroben z tlaku P _nebo počátečního do konečného tlaku P. Stejně tak integrál napravo vyhodnocuje od z _o do z:

Následující řešení je pro P pomocí exponenciálu:

Nakonec, pokud jsou obě T a g udržovány konstantní, ρ _o = (M / RT) P _o, pak M / RT = ρ _o / P _o, a můžeme také udělat z _o = 0. Dáme to všechno dohromady:

- Cvičení 2

Jaká je hodnota atmosférického tlaku v La Paz v Bolívii nacházející se ve výšce 3640 m nad mořem? Vezměte průměrnou hustotu vzduchu jako 1225 kg / m ³ na hladinu moře.

Řešení

Jednoduše nahraďte číselné hodnoty uvedené ve výškové rovnici:

Závěrem je to asi 66% normálního tlaku.

Reference

1. Figueroa, D. (2005). Série: Fyzika pro vědu a techniku. Svazek 5. Tekutiny a termodynamika. Editoval Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: Pohled na svět. 6. zkrácené vydání. Cengage Learning.
3. Standardní atmosféra. Obnoveno z: av8n.com
4. Sevilla University. Změna atmosférického tlaku. Obnoveno z: laplace.us.es.
5. Wikipedia. Hypsometrická rovnice. Obnoveno z: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Atmosférický tlak. Obnoveno z: es.wikipedia.org.