Атмосферное давление

У воздуха есть вес

Откачай воздух из стеклянного шара и взвесь его. Потом впусти воздух и взвесь снова: шар потяжелеет.

Кубометр воздуха при обычных условиях весит около тринадцати ньютонов. Немного, но слоёв над нами очень много.

Воздух удерживается у Земли притяжением. Поэтому у поверхности он плотнее, а с высотой разрежается.

Резкой границы у атмосферы нет: она просто становится всё тоньше и переходит в космическую пустоту.

Половина всего воздуха планеты лежит ниже пяти с половиной километров. Именно поэтому альпинисты на высоких вершинах берут кислородные баллоны.

Опыт Торричелли

Итальянец Торричелли взял трубку длиной около метра, запаял её с одного конца и налил ртуть.

Он закрыл открытый конец пальцем, перевернул трубку и опустил её в чашку со ртутью. Часть ртути вылилась, а столбик высотой около семисот шестидесяти миллиметров остался стоять.

Держать его нечему, кроме воздуха: атмосфера давит на ртуть в чашке и не даёт столбику опуститься.

Так появилась мера давления в миллиметрах ртутного столба. Число семьсот шестьдесят и есть нормальное атмосферное давление.

Почему ртуть, а не вода

Ртуть в тринадцать с половиной раз плотнее воды. Столбик воды, уравновешивающий атмосферу, был бы высотой больше десяти метров.

Такую трубку в комнате не поставишь. Поэтому в приборах и взяли ртуть.

Отсюда же предел обычного насоса. Всасывающий насос не поднимает воду выше десяти метров, сколько ни качай.

Флорентийские садовники узнали это раньше физиков. Их насосы упорно отказывались поднимать воду из глубоких колодцев, и объяснение нашлось только после опытов Торричелли.

Барометр

Ртутный барометр повторяет опыт Торричелли и показывает высоту столбика.

Металлический барометр устроен без ртути. В нём коробочка с откачанным воздухом, стенки которой прогибаются вместе с изменением давления, а стрелка показывает результат.

Такой прибор называют анероидом, что значит «без жидкости». Он не боится наклона и потому годится в дорогу.

Барометр нужен не только физикам. Падение давления обычно предвещает ненастье, рост означает ясную погоду.

Давление и высота

С подъёмом воздуха над головой становится меньше, и давление падает.

У земли каждые двенадцать метров подъёма убавляют примерно один миллиметр ртутного столба. На вершине высокой горы давление вдвое меньше обычного.

По этому правилу работает высотомер самолёта: он измеряет давление и переводит его в метры.

Разреженный воздух заметен и в самолёте: салон приходится наддувать, иначе дышать на высоте нечем.

Где мы видим атмосферное давление

Присоска прилипает к стеклу, потому что под ней воздуха нет, а снаружи он давит.

Вода не выливается из перевёрнутого стакана, накрытого листом бумаги: воздух подпирает лист снизу.

Пипетка, шприц и трубочка для сока работают одинаково. Мы уменьшаем давление внутри, и атмосфера загоняет жидкость туда.

Магдебургские полушария с откачанным воздухом не смогли растащить шестнадцать лошадей, и это самый известный опыт про силу воздуха.

Тот же расчёт объясняет, почему оконное стекло выдерживает ветер, а вакуумную камеру делают из толстой стали. Разница давлений в одну атмосферу даёт на квадратный метр силу около ста тысяч ньютонов.

Про давление внутри жидкости речь шла в уроке «Давление в жидкости и газе». Как воздух выталкивает тела вверх, объясняет урок «Архимедова сила».