Об атмосферном давлении мы слышим практически каждый день, например, когда слышим прогноз погоды или разговор двух бабушек про давление и головную боль. Атмосфера окружает нас повсюду и давит свои весом, но мы никак это давление не ощущаем. Как можно доказать существование атмосферного давления?
Гипотеза : если атмосфера оказывает давление на нас и окружающие нас тела, то его можно обнаружить опытным путем.Цель : экспериментально доказать существование атмосферного давления.Задачи :1. Подобрать и провести опыты, доказывающие существование атмосферного давления.
2. Показать практическое применение атмосферного давления в быту, технике, природе.
Объект : атмосферное давление.Предмет : опыты, доказывающие существование атмосферного давления.Методы исследования: анализ литературы и материалов сети Интернет, наблюдение, физический эксперимент, анализ и обобщение полученных результатов.Глава 1.Понятие атмосферного давления §1.Из истории открытия атмосферного давленияВпервые атмосферное давление было измерено итальянским ученым, математиком и физиком Эванджелисто Торричелли в далеком 1644 году. Он взял стеклянную трубку длиной 1 метр, запаянную с одного конца, наполнил ее полностью ртутью и перевернул, опустив открытый конец в чашку со ртутью. К удивлению окружающих, из трубки вылилась лишь небольшая часть ртути. В трубке остался столбик ртути высотой 76 см (760 мм). Торричелли утверждал, что столбик ртути удерживается атмосферным давлением. Именно ему впервые пришла эта мысль. Торричелли назвал свой прибор ртутным барометром и предложил измерять атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба (Рис.1).
Рис. 1 Ртутный барометр Торричелли Рис.2 Водяной барометр
С тех пор появилось название барометра (от греч.
барос - тяжесть, метрео - измеряю) .Эксперименты по измерению атмосферного давления проводил французский ученый Блез Паскаль, в честь которого названа единица измерения давления. В 1646 году он построил водяной барометр для измерения атмосферного давления. Для измерения атмосферного давления величиной 760 мм ртутного столба высота столба воды в этом барометре достигала более 10 метров, что, конечно же, очень неудобно (рис.2).
Современные барометры доступны каждому обывателю. На рисунке 3 изображен современный барометр - анероид (в переводе с греческого языка -
безжидкостный ). Так барометр называют потому, что он не содержит ртути.
Рис.3.Барометр - анероид
Многие ученые пытались доказать существование атмосферного давления, проводили эксперименты. В учебнике физики 7 класса описывается опыт, доказывающий существование атмосферного давления. В 1654 году был проведен опыт с «магдебургскими полушариями». Из плотно прижатых друг к другу металлических полусфер был откачан воздух. Атмосферное давление настолько сильно сжимало их снаружи, что снова разделить полушария не смогли даже 16 (восемь пар) лошадей, тянущих полушария в разные стороны (Рис.4). Проведен этот эксперимент немецким физиком, бургомистром города Магдебурга Отто фон Герике .
Сейчас в Германии памятники знаменитым «магдебургским полушариям» можно встретить на каждом шагу (рис.5).
Рис.4 Опыт с полушариями Рис.5 «Магдебургские полушария»
§2 Особенности атмосферного давленияКаков механизм возникновения атмосферного давления? Ответ на этот вопрос мы нашли в учебниках природоведения, физики, в сети Интернет.
Воздушную оболочку, окружающую Землю, называют атмосферой (от греческого
атмос - пар, воздух, сфера - шар).Атмосфера простирается на высоту нескольких тысяч километров и похожа на многоэтажный дом(рис.6). В результате притяжения Земли верхние слои атмосферы давят своим весом на нижние слои. Воздушный слой, прилегающий непосредственно к Земле, сжат больше всего и, согласно закону Паскаля, передает давление по всем направлениям на все, что находится на Земле и вблизи неё .
Рис.6 Строение атмосферы Земли.
Наблюдения метеорологов показывают, что атмосферное давление в местностях, лежащих над уровнем моря, в среднем равно 760 мм рт.ст., такое давление называют
нормальным атмосферным давлением . С высотой плотность воздуха уменьшается, что приводит к уменьшению давления. На вершине горы атмосферное давление меньше, чем у её подножья. При небольших подъемах в среднем на каждые 10,5 м подъема давление уменьшается на 1 мм ртутного столба или на 1,33 гПа.Существованием атмосферного давления могут быть объяснены многие явления, с которыми мы встречаемся в жизни. Например, я узнал из учебника физики 7 класс, что в результате атмосферного давления на каждый квадратный сантиметр нашего тела и любого предмета действует сила равная 10Н, но тело не разрушается под действием такого давления. Это объясняется тем, что оно внутри наполнено воздухом, давление которого равно давлению наружного воздуха. Когда мы вдыхаем воздух, то увеличиваем объем грудной клетки, при этом давление воздуха внутри легких уменьшается и атмосферное давление, вталкивает туда порцию воздуха. При выдыхании происходит наоборот.
Как мы пьем?
Втягивание ртом жидкости вызывает расширение грудной клетки и разрежение воздуха, как в легких, так и во рту. Давление внутри ротовой полости уменьшается. Повышенное, по сравнению с внутренним наружное атмосферное давление «вгоняет» туда часть жидкости. Так организм человека использует атмосферное давление .На явлении атмосферного давления основаны принципы действия многих устройств. Одним из таких является поршневой жидкостный насос. Насос схематически изображен на рисунке 7.Он состоит из цилиндра, внутри которого ходит вверх и вниз плотно прилегающий к стенкам поршень. При движении поршня вверх вода под действием атмосферного давления поднимается вверх (в пустоту).
По такому же принципу работает медицинский шприц, который нашел широкое применение в медицине.Любопытен тот факт, что еще в 1648 году французский философ, математик и физик Блез Паскаль, изучая особенности поведения жидкости под давлением, изобрел шприц - забавную конструкцию из пресса и иглы. Настоящий шприц появился только в 1853 году. Любопытно, что сконструировали машинку для инъекций сразу два человека, работавших независимо друг от друга: шотландец Александр Вуд (Wood) и француз Шарль Габриель Праваз (Pravaz). А название «spritze», что означает «впрыскивать, брызгать», придумали немцы .
Рис.7 Насос Рис.8 Гидравлический пресс и фонтан
Действием атмосферного давления объясняется принцип действия гидравлического пресса, домкрата, гидравлического тормоза, фонтана, пневматического тормоза и многих технических устройств (рис.8).
Перепады атмосферного давления влияют на погоду.
При снижении атмосферного давления, повышается влажность воздуха, возможны осадки и повышение температуры воздуха. Когда повышается атмосферное давление, погода становится ясной и не имеет резких перепадов влажности и температур. Для того, чтобы человеку было комфортно, атмосферное давление должно быть равно 750 мм. рт. столба.Если атмосферное давление отклоняется, хоть на 10 мм, в ту или иную сторону, человек чувствует себя не комфортно и это может сказаться на его состоянии здоровья.
В результате теоретических исследований мы установили, что атмосферное давление существенно влияет на жизнедеятельность человека.
Глава 2.Опыты, подтверждающие существование атмосферного давления Опыт№1 . Принцип действия медицинского шприца и пипетки . Приборы и материалы : шприц, пипетка,стакан с подкрашенной водой.Ход опыта : опустить поршень шприца вниз, затем опустить в стакан с водой и поднять поршень. Вода войдет в шприц (Рис.9). Надавливаем на резинку пипетки, жидкость поступает в стеклянную трубочку.Объяснение опыта : при опускании поршня воздух выходит из шприца и давление воздуха в нем уменьшается. Наружный воздух под действием атмосферного давления вталкивает жидкость в шприц. По такому же принципу «работает» пипетка (Рис.10).
Рис.9 Медицинский шприц Рис. 10 Пипетка
Опыт №2. Как достать монетку из воды не намочив рук? Приборы и материалы : тарелка, свеча на подставке, сухой стакан.Ход опыта : на тарелку кладем монетку, затем наливаем немного воды, ставим зажженную свечу. Накрываем свечу стаканом. Вода оказывается в стакане, а тарелка – сухая.Объяснение опыта : свеча горит и воздух из-под стакана разрежается, давление воздуха там уменьшается. Атмосферное давление снаружи загоняет воду под стакан.
Рис.11 Опыт с монеткой
Опыт№3. Стакан- непроливайка. Приборы и материалы : стакан, вода, лист бумаги.Ход опыта : в стакан налить воду и сверху закрыть бумагой. Перевернуть стакан. Лист бумаги не падает, вода из стакана не проливается.Объяснение опыта : воздух давит со всех сторон и снизу вверх тоже. Сверху на лист действует вода. Давление воды в стакане равно давлению воздуха снаружи.Опыт№4. Как опустить яйцо в бутылку? Приборы и материалы : стеклянная бутылка с широким горлышком, вареное яйцо, спички и свечки для торта.Ход опыта : варенное яйцо очистим от скорлупы, втыкаем свечки в яйцо и подожжем их. Сверху поднесем бутылку и вставим яйцо в неё как пробку. Яйцо втянется в бутылку.Объяснение опыта: огонь вытесняет кислород из бутылки, давление воздуха внутри бутылки уменьшилось. Снаружи давление воздуха осталось прежним и заталкивает яйцо в бутылку(Рис.12).
Рис. 12 Опыт с яйцом Рис.13 опыт с бутылкой
Опыт№5.Сплющенная бутылка. Приборы и материалы : чайник с горячей водой, пустая пластиковая бутылка.Ход опыта : ополоснуть бутылку горячей водой. Воду слить и бутылку быстро закрыть крышкой. Бутылка сплющится.Объяснение опыта : горячая вода нагрела воздух в бутылке, воздух расширился. Когда закрыли пробкой бутылку, воздух остыл. Давление при этом уменьшилось. Снаружи атмосферный воздух сдавил бутылку (Рис.13).Опыт№6. Стакан с водой и лист бумаги.
Приборы и материалы : стакан, вода и лист бумаги.
Ход опыта : налить воду в стакан (но неполный), накрыть листом бумаги и перевернуть. Лист не отпадет от стакана.
Объяснение опыта : лист бумаги удерживает атмосферное давление, которое с наружи действует с большей силой, чем вес воды в стакане.(рис 14)
Рис. 14 опыт со стаканом
Опыт№7. Отто фон Герике в домашних условиях.
Приборы и материалы : 2 стакан, кольцо листа бумаги диаметром со стакан смоченное в воде, огарок свечи, спички.
Ход опыта : в один стакан ставим зажжённую свечу, сверху ложем бумажное кольцо смоченное в воде и накрываем вторым стаканом и слегка надавливаем. Свеча тухнет, стакан верхний поднимаем и замечаем, что второй стакан прижат к верхнему.
Объяснение опыта : воздух от нагрева расширился и часть его вышла наружу. Чем меньше остается воздуха внутри тем сильнее они сжимаются с наружи атмосферным давлением, которое остается постоянным. Проникнуть внутрь воздуху, мешает смоченное водой, бумажное кольцо
Рис.15 Магдербургские полушария дома.
Глава 3.Практическое использование атмосферного давления.
1.Как мы пьём? Мы приставляем стакан или ложку с жидкостью ко рту и «втягиваем» в себя их содержимое. Почему, в самом деле, жидкость устремляется к нам в рот? Что её увлекает? Причина такова: при питье мы расширяем грудную клетку и тем разрежаем воздух во рту; под давлением наружного воздуха жидкость устремляется к нам в то пространство, где давление меньше, и таким образом проникает в наш рот.
Итак, строго говоря, мы пьём не только ртом, но и лёгкими; ведь расширение лёгких – причина того, что жидкость устремляется в наш рот.
2. Атмосферное давление в живой природе . Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создаётся разрежение, и атмосферное
давление удерживает присоску на стекле. Рыбы-прилипалы имеют присасывающую поверхность, состоящую из складок, образующих глубокие «карманы». 
При попытке оторвать присоску от поверхности, к которой она прилипла, глубина карманов увеличивается, давление в них уменьшается, и тогда внешнее давление еще сильнее прижимает присоску.
3.Автоматическая поилка для птиц состоит из бутылки, наполненной водой и опрокинутой в корытце так, так что горлышко находится немного ниже уровня воды в корытце. Почему вода не выливается из бутылки? Атмосферное давление удерживает воду в бутылке.
4. Поршневой жидкостный насос
вода в цилиндре под действием атмосферного давления поднималаеться за поршнем. На этом основано действие поршневых насосов. Насос схематически изображен на рисунке. Он состоит из цилиндра, внутри которого ходит вверх и вниз плотно прилегающий к стенкам поршень 1. В нижней части цилиндра и в самом поршне установлены клапаны 2, открывающиеся только вверх. При движении поршня вверх вода под действием атмосферного давления входит в трубу, поднимает нижний клапан и движется за поршнем. (см. приложение рис 1). При движении поршня вниз вода, находящаяся под поршнем, давит на нижний клапан, и он закрывается. Одновременно под давлением воды открывается клапан внутри поршня, и вода переходит в пространство под поршнем. При последующем движении поршня вверх с ним поднимается и находящаяся над ним вода, которая заливается в трубу. Одновременно за поршнем поднимается новая порция воды, которая при последующем опускании поршня окажется над ним.
5.Ливер это прибор для взятия различных жидкостей . Ливер опускают в жидкость, затем закрывают пальцем верхнее отверстие и вынимают из жидкости. Когда верхнее отверстие открывают из ливера начинает течь вода
6.
Барометр-анероид
– это прибор для измерения атмосферного давления, основанного на безжидкостном исполнении. Действие прибора основано на измерении вызываемых атмосферным давлением упругих деформаций
тонкостенного металлического сосуда, из которого откачан воздух.
Цель работы: доказать существование атмосферного давления. Цель работы: доказать существование атмосферного давления. Приборы и материалы: Приборы и материалы: стакан наполненный водой стакан наполненный водой бумага. бумага. Выполнение работы Выполнение работы
Наполним обыкновенный стакан до краёв водой. Накроем его листком бумаги так, как это показано на рисунке. Плотно прикрыв его рукой, перевернём бумагой вниз. Осторожно уберём руку, держа стакан за дно. Вода не выливается. Наполним обыкновенный стакан до краёв водой. Накроем его листком бумаги так, как это показано на рисунке. Плотно прикрыв его рукой, перевернём бумагой вниз. Осторожно уберём руку, держа стакан за дно. Вода не выливается. Это происходит потому, что воду удерживает давление воздуха. Давление воздуха распространяется во все стороны одинаково (по закону Паскаля), значит, и вверх тоже. Бумага служит только для того, чтобы поверхность воды оставалась совершенно ровной. Это происходит потому, что воду удерживает давление воздуха. Давление воздуха распространяется во все стороны одинаково (по закону Паскаля), значит, и вверх тоже. Бумага служит только для того, чтобы поверхность воды оставалась совершенно ровной.
Опыт со стаканами. Возьмём два стакана, огарок свечи, немного газетной бумаги, ножницы. Поставим зажженный огарок свечи в один из стаканов. Вырежем из нескольких слоёв газетной бумаги, положенных один на другой, круг диаметром немного больше, чем внешний край стакана. Затем вырежем середину круга таким образом, чтобы большая часть отверстия стакана осталась открытой. Смочив бумагу водой, мы получим эластичную прокладку, которую и положим на верхний край первого стакана. Осторожно поставим на эту прокладку перевёрнутый второй стакан и прижмём его к бумаге так, чтобы внутреннее пространство обоих стаканов оказалось изолированным от внешнего воздуха. Свеча вскоре потухнет. Теперь, взявшись рукой за верхний стакан, поднимем его. Мы увидим, что нижний стакан как бы прилип к верхнему и поднялся вместе с ним.
Это произошло потому, что огонь нагрел воздух, содержащийся в нижнем стакане, а, как мы уже знаем, нагретый воздух расширяется и становится легче, поэтому часть его вышла из стакана. Когда мы медленно приближали к первому стакану второй, часть содержавшегося в нём воздуха также успела нагреться и вышла наружу. Значит, когда оба стакана были плотно придавлены один к другому, в них было меньше воздуха, чем до начала опыта. Свеча потухла, как только был израсходован весь содержащийся в стаканах кислород. После того как оставшиеся внутри стакана газы остыли, там возникло разряжённое пространство, а воздушное давление снаружи осталось неизменным, поэтому оно плотно придавило стаканы один к другому, и когда мы подняли верхний из них, то и нижний поднялся вместе с ним. Стаканы были бы ещё гораздо сильнее прижаты друг к другу, если бы нам удалось создать внутри них совершенно пустое пространство.
Вывод: итак мы доказали существование атмосферного давления двумя опытами, приведёнными выше. Вывод: итак мы доказали существование атмосферного давления двумя опытами, приведёнными выше. Работу выполнили Васильева Елена и Васильева Кристина Работу выполнили Васильева Елена и Васильева Кристина
Игры с водой и в воде любимы многими детьми. Именно поэтому вода является прекрасным инструментом для проведения различных развивающих игр и опытов в том числе. Давление воды и воздуха сложно продемонстрировать в обыденной жизни, ведь для ребенка эти понятия несколько абстрактны. Поэтому на помощь нам приходят простые и наглядные опыты с водой в которых ребенок может принимать непосредственное участие.
Ранее мы уже затрагивали тему атмосферного давления и давления воды, когда проводили и . Сегодня же мы углубимся в тему и рассмотрим принцип сообщающихся сосудов, способы искусственного повышения давления и зависимость давления от уровня глубины. Для данной серии опытов вам не понадобится специальное оборудование. Все необходимое вы найдете у себя дома: две прозрачные пластиковые бутылки с крышками, спички, кусочек пластилина, воронка для воды, краситель для наглядности (по желанию).
Для демонстрации первого опыта с боковой стороны пластиковой бутылки делаем отверстие. Я вначале проткнула стенку толстой иглой и увеличила размер отверстия маникюрными ножницами так, чтобы можно было вставить коктейльную трубочку. Вставляем трубочку и герметично залепливаем промежуток между трубочкой и стенками бутылки.
Конец трубочки направляем вверх и с помощью воронки наливаем в бутылку цветную воду на высоту выше отверстия в стенке, но ниже конца трубочки. Обратите внимание ребенка, что вода поднялась по трубочке и остановилась на том же уровне, что и в бутылке.
Это явление знакомо нам как закон сообщающихся сосудов, когда уровень жидкости в каждом из сообщающихся сосудов устанавливается на одном уровне, если жидкости в них одинаковы и давление над каждым одинаково.
Теперь опускаем конец трубочки вниз, и вода беспрепятственно вытекает из бутылки до тех пор, пока уровень воды не опустится ниже отверстия в стенке.
Это явление широко используется в быту: водопровод, и даже обычный чайник и лейка являются наглядным примером сообщающихся сосудов. Обсудите с ребенком, почему не получится вскипятить полный чайник воды, если его носик расположен вровень или ниже крышки.
Опыт с закрытой бутылкой
Поскольку фраза «одинаковое давление над обоими сосудами» мало что значит для ребенка дошкольного возраста, переходим к двум следующим опытам. В первом давление будем уменьшать, а во втором искусственно повышать.
Итак, через воронку быстро наливаем в бутылку много воды и закручиваем крышкой. Смотрим что получилось. Вода в бутылке выше конца трубочки, но вода не выливается. Почему?
В бутылку больше не поступает воздух, который выталкивал лишнюю воду наружу через трубочку. Конечно, по факту давление мы не уменьшили, но ограничили влияние атмосферного давления на поверхность воды в бутылке и получили такой результат.
На этот раз будем увеличивать давление в бутылке. Для этого снимаем крышку и ждем, пока часть воды вытечет, чтобы установился один уровень. А теперь надуваем воздушный шарик, закрываем его прищепкой и надеваем свободную часть на горлышко бутылки.
Хотите играть с ребенком легко и с удовольствием?
Когда все приготовления окончены – снимаем прищепку и наблюдаем фонтан, бьющий из трубочки. Вода будет выливаться до тех пор, пока не сдуется весь шарик или пока вода не опустится ниже конца трубочки, находящейся в бутылке.
Здесь все понятно, воздух из воздушного шарика выталкивает воду из бутылки через коктейльную трубочку. Другими словами повышенное давление над одним из сообщающихся сосудов изменяет уровень жидкости в них.
Разные струйки воды
Следующий опыт наглядно демонстрирует зависимость давления воды от глубины.
Для его проведения нам понадобится бутылка с тремя одинаковыми отверстиями в стенке на разной высоте. Теперь через воронку быстро наливаем воду в бутылку и наблюдаем за струйками, которые бьют из бутылки.
Обратите внимание ребенка, что из нижнего отверстия самая сильная и бьет дальше других, в то время как струя из верхнего отверстия самая слабая и короткая. Это объясняется тем, что над нижним отверстием воды больше всего, и она с большей силой давит на стенки в бутылки, а вверху количество воды до отверстия меньше и соответственно давит на стенки она меньше.
Эти явления учитываются в работе водолаза и подводника, так как погружаясь под воду человек испытывает давление воды тем больше, чем глубже от погружается. В связи с этим установлены предельные глубины, на которые можно погружаться безопасно для здоровья и различные защитные костюмы, которые помогают работать на большой глубине.
Погружение в воду
В заключение предложите ребенку понаблюдать за спичками – водолазами. Для этого наливаем полную бутылку воды, отрезаем от спичек серные головки и бросаем их в бутылку, которую крепко закручиваем крышкой. Сразу наши водолазы будут плавать на поверхности, но если мы с силой сожмем бутылку – серные головки начнут плавно опускаться на дно. Перестанем сжимать – опять поднимутся наверх.
Почему так происходит? При сжимании мы увеличиваем давление внутри бутылки, поэтому водолазы погружаются на дно, а когда давление уменьшается, они всплывают обратно.
Поскольку для проведения этих опытов не требуется специального оборудования, вы можете проводить их в теплые дни на улице, на пляже и даже на пикнике в качестве развлечения для детей и взрослых.
Первый удар, скорее всего, привел к тому, что линейка просто упала со стола, отскочив, и осталась целой. Второй же удар, скорее всего, сломал ее надвое. Если и второй удар не принес результата, попробуйте снова, убедившись в том, что газета лежит идеально ровно.
Почему так происходит?
Сломать вторым ударом линейку у вас получилось потому, что вам помогало атмосферное давление. Когда вы распределили площадь газеты над поверхностью линейки, образовалась широкая «присоска», не позволяющая воздуху «стекать» вниз. Когда вы нанесли по линейке удар ребром ладони, она постаралась высвободиться из-под газеты, но, поскольку воздух не мог «стекать» вниз (в пространство между столом и газетой) с большой скоростью, большая часть воздуха толкнула вниз газету, а вместе с ней и линейку.
Итак, у вас была двадцатисантиметровая линейка, покрытая газетой. Если она была толщиной в 2,5 сантиметра, то ее площадь составляла 50 квадратных сантиметров. Не забываем о сотне с лишним километров воздуха и килограмме давления на каждый квадратный сантиметр. В итоге, когда вы ударили, на хрупкую линеечку обрушились целых 50 килограмм. Линейка «старалась», как и в первый раз, соскочить со стола, но была придавлена пятидесятикилограммовой массой.
В гористой местности покров воздуха более тонок. От сотни с лишним следует отнять высоту горы, на которой располагается населенный пункт. Но воздушный столб остается гигантским даже без тех нескольких процентов, на которые он уменьшен высотой горы. Этого давления вполне достаточно для того, чтобы прижать линейку к столу. На самом деле существует множество забавных экспериментов, демонстрирующих невероятную силу земной атмосферы. Это лишь один из них. Но объяснение одно: воздушный покров невероятно тяжел и в определенных случаях его сила может проявляться самым неожиданным образом. И это вызывает удивление, восторг и массу других эмоций у каждого, кому довелось по-новому взглянуть на величественное могущество природы.
По мотивам Education.com
