Уважаемые ребята! Предлагаю вам разобраться с понятием "атмосферное давление". Для этого выполним эксперимент и дадим определение.

Атмосферное давление – это давление воздуха на земную поверхность и на все находящиеся в атмосфере предметы, созданное гравитационным притяжением Земли. Оно распространяется во все стороны с равной силой. То есть и вверх тоже.

Если наклонить наполненный водой стакан, вода начнет выливаться из него, потому что на нее действует сила тяжести, и ничто не мешает жидкости устремиться вниз.

Для того, чтобы вода не вылилась из сосуда, можно пойти несколькими путями. Закрыть плотной крышкой, заморозить, не переворачивать стакан. Или, наконец, просто не наливать ее туда.

Но мы не ищем легких путей.

Попробуем создать такие условия, при которых воду в сосуде удерживает именно атмосферное давление, не смотря на силу тяжести. Наполненную жидкостью колбу накрываем бумажным листом, плотно прижимаем рукой, переворачиваем и какое-то время держим в таком положении. В это время вода смачивает поверхность бумаги, и она «приклеивается» к стенкам колбы за счет сил поверхностного натяжения. Затем медленно убираем руку и наблюдаем заявленный результат.

Между дном (которое теперь вверху) и поверхностью воды образуется пространство, наполненное воздухом и парами воды. Столб воды стремится вниз под действием силы тяжести, увеличивая объем этого самого пространства. При постоянной температуре давление в нем падает, то есть по отношению к атмосферному – становится меньшим. И чем меньше это самое давление, тем больший столб жидкости может оно удержать. Теоретически, до 10 м. Итак, сумма давления воздуха и воды на бумагу изнутри получается несколько меньше, чем атмосферное давление снаружи. На этом и держится.

Но это не вечно. Через некоторое время испарение воды увеличит давление воздуха и оно сравняется с атмосферным. Так же на скорость отрыва влияет прочность, пластичность и смачиваемость бумаги, температура воды, кривизна поверхности сосуда.

Как сделать простой барометр?

Самостоятельно сделать барометр, который великолепно подойдет для школьного научного проекта или обычного домашнего эксперимента, очень просто. Все, что вам понадобится, это стакан, трубочка и шарик, а также несколько принадлежностей, которые легко можно найти дома или в школе. Барометр позволит вам измерять атмосферное давление - то самое, которое измеряют метеорологи для прогнозирования погоды.

• Воздушный шарик или резиновая перчатка.
• Стакан или банка (с широким горлышком)
• Трубочка
• Резинка
• Клейкая лента
• Лист бумаги
• Ножницы и карандаш

1. Аккуратно надуйте шарик, а затем выпустите из него воздух, чтобы растянуть его.

2. Разрежьте шарик пополам. Выбросите нижнюю половинку.

3. Возьмите оставшуюся часть шарика и натяните ее поверх стакана или банки. Держите шарик натянутым и плотно прикрепите его к горлышку банки резинкой. Убедитесь, что между шариком и стеклом не осталось дырочек.

4. Приклейте трубочку к образовавшейся из шарика крышке. Трубочка должна на одну четверть заходить на крышку, а клейкая лента должна размещаться на расстоянии около 2 см от края трубочки, который прикреплен к крышке. Таким образом, трубочка превратится в указательную "иглу". Вы можете подрезать трубочку, если она слишком длинная, но убедитесь, что часть трубочки, которая прикреплена к шарику, остается короче, чем свободная часть.

5. Приклейте трубочку к образовавшейся из шарика крышке. Трубочка должна на одну четверть заходить на крышку, а клейкая лента должна размещаться на расстоянии около 2 см от края трубочки, который прикреплен к крышке. Таким образом, трубочка превратится в указательную "иглу". Вы можете подрезать трубочку, если она слишком длинная, но убедитесь, что часть трубочки, которая прикреплена к шарику, остается короче, чем свободная часть.

6. Поставьте эту конструкцию к стене и приклейте к стене лист бумаги.

7. Отметьте настоящее положение трубочки на листе бумаги, затем сделайте одну отметку чуть выше, а другую чуть ниже - обе на одинаковом расстоянии от первой отметки. Пометьте верхнюю отметку "Высокое давление", а нижнюю - "Низкое давление". Убедитесь, что на листе достаточно место для дополнительных отметок.

8. Регулярно проверяйте позицию трубочки и отмечайте ее передвижения на листе в течение нескольких дней. Делайте пометки о погоде напротив каждой позиционной отметки (например, "дождь", "ветер", или "солнце").

Изучите лист через несколько дней. Посмотрите на отметки положения трубочки и на пометки о погоде.

Что вы заметили? Вы можете предсказать, когда изменится погода? Смотрите "Советы" для ответов.

• Когда трубочка поднимается от повышенного атмосферного давления, ожидайте солнечный день. Когда трубочка опускается, погода предстоит не самая лучшая, стоит ожидать туч и дождя.
• Когда вы накрыли банку шариком, вы поймали в ней воздух при определенном давлении. Таким образом, шарик теперь будет изменяться в зависимости от атмосферного давления, то есть от давления воздуха вокруг вас. Повышение атмосферного давления будет вдавливать шарик в банку, заставляя трубочку подниматься вверх. Либо наоборот, когда воздух внутри банки будет давить на шарик сильнее, чем воздух вне банки, шарик будет раздуваться, а трубочка будет указывать вниз. Трубочка как раз и используется для того, чтобы вам легче было видеть изменения в форме шарика.
• Проводите этот эксперимент в течение более длительного периода времени, если у вас неделю за окном только светит солнце или, наоборот, все время идет дождь. Попробуйте выбрать для эксперимента сезон, когда погода меняется чаще всего.
• Отмечайте положение трубочки только при одинаковой температуре, так как воздух сжимается при похолодании и расширяется при потеплении, влияя на шарик и положение трубочки.
• Заметьте, что трубочка будет двигаться вверх или вниз незадолго до смены погоды, потому что изменения в погоде обычно связаны с изменением в атмосферном давлении.
• Сверяйте ваши результаты с местным прогнозом погоды. Если они не совпадают, продолжайте эксперимент, пока он не получится.
• Барометр - деликатная вещь. Держите его подальше от бурной повседневной активности.
• Не оставляйте шарик под прямыми лучами солнца, так как солнечный свет может ослабить его и нарушить эксперимент.
• Убедитесь, что в шарике нет дырок и что он плотно прикреплен к банке. В противном случае вы рискуете нарушить эксперимент.

• Воздушные шарики могут представлять опасность удушения, поэтому не оставляйте маленьких детей с шариком без родителей.

Рис. Еванджелист Торричелли (портрет исследователя и атмосферного давления и изобретателя барометра)

Как измерить атмосферное давление?

Ответ на него еще в середине XVII в. дал Еванджелиста Торричелли. В те времена средневековые ученые охотно играли с ртутью, и итальянский физик В.Вивиани в 1643 случайно обнаружил, что если в длинную запаянную с одного конца стеклянную трубку отказа налить ртуть, а затем свободный конец опустить в чашку с ртутью, то ртуть из трубки не выливается, а лишь немного опускается, останавливаясь каждый раз на том же уровне. Е.Торричелли сумел объяснить это явление тем, что ртутный столбик в трубке уравновешивается под действием атмосферного давления на поверхность ртути в чашке, а затем предложил использовать такой способ для измерения величины этого давления. Итак, Торричелли был первым человеком, кто взвесил земную атмосферу. Созданный им прибор получил название барометра (от греческих слов Раро — тяжелый и (метреа) — меряю), а безвоздушное пространство между мениском ртути и запаянным концом трубки длительное время спустя называли «торричеллиевою пустотой», вплоть пока не перешли на латинский термин «вакуум »(vacuum — пустота).

Ртутный барометр и остался самым точным прибором для измерения атмосферного давления. Таких примеров существует три типа: чашечный, сифонный и сифонный-чашечный. Последний имеет высокую точность, поэтому в основном используется как образцовый. Диапазон измерений у него колеблется от 880 до 1090 мбар, точность отсчета — 0,05 мбар.

С единицами давления в метеорологии сложилась не совсем простая ситуация. Еще во времена Торричелли выяснилось, что при нормальном атмосферного давления на уровне моря столбик ртути в барометре имеет высоту 760 мм. Поэтому за единицу давления и выбрали 1 мм рт. ст. (1 mm Hg). Уже в XX в. эту единицу в честь Торричелли предложили называть Торре, но название не прижилось, хотя до сих пор иногда используется как внесистемная. В международной системе единиц (СИ) основной единицей давления является Паскаль (Па): 1 Па = 1 Н / м2 = 1 кг / (м * с2). В метеорологии расхожей единицей долгое время был миллибар (мбар): 1 мбар = 102 Па = 103 дин / см2. Чтобы избежать путаницы со старым миллибар из системы СГС, который там составляет 10 ~ 3 дин / см2 (то есть в миллион раз меньше), недавно новый миллибар переименовали в гектопаскаля (гПа). Однако большинство метеорологов по привычке оперируют миллибар, а в бытовых сводках и прогнозах погоды вообще вернулись к миллиметров ртутного столба. Кстати, соотношение между этими единицами следующее: 1 мм рт. ст. = 1,333 мбар.

Рис. Барометр Торричелли (схема прибора)

Рис. Принцип работы барометра Торричелли (схема 1,2,3)

Рис. Барометры (схема)

Рис. Барометр-анероид и Барометр ртутный

Несмотря на все прелести ртутных барометров (способность непосредственного измерения величины давления, высокая точность, простота и надежность конструкции), они не слишком пригодны для использования в качестве передвижных приборов, а тем более — для дистанционных или автоматических измерений. В поисках выхода научно-техническая мысль в конце концов неизбежно пришла к созданию механических барометров — анероид (от греческого а — отрицательная частица, vepoa — вода, жидкость, то есть безридинних). Основу такого барометра составляет чувствительный элемент — упругая гофрированная металлическая коробка, из которой откачивают воздух до остаточного давления не выше за 10-2 мм рт. ст. С изменением атмосферного давления коробка деформируется: во время его повышения она сжимается, при снижении — выпрямляется, чем дополнительно помогает специальная пружина.

Через систему рычагов эти перемещения передаются на стрелку, которая движется по дуге шкалы, проградуированными по ртутным барометром в миллиметрах ртутного столба или в миллибарах. Точность отсчета барометра-анероида — 1-2 мбар.

Существуют конструкции анероиды, в которых вместо мембранной коробки используют трубчатую пружину (манометрическую трубку), но они применяются значительно реже.

Сочетание анероида с самописцем превращает его в барограф, а вступление в него электрических или электронных преобразователей позволяет получить автоматический прибор с дистанционной передачей показаний по проводам или радиоволнами.

Рис. Барометр-анероид