Какой высоты должен быть столб воды чтобы уравновесить нормальное атмосферное давление

Вес воздуха. Атмосферное давление. Опыт Торричелли

Решебник к сборнику задач по физике для 7- 9 классов, Перышкин А.В.

438. Почему не выливается вода из перевернутого стакана (рис. 57)?

Вода удерживается за счет атмосферного давления.

439. Выразите нормальное атмосферное давление в паскалях (Па) и гектопаскалях (гПа).
1 атм = 101 300 Па = 103 гПа.

440. Какой высоты должен быть столб воды, чтобы уравновесить нормальное атмосферное давление?

441. Вычислите, с какой силой давит воздух на поверхность стола, имеющего длину 1 м, а ширину 60 см.

442. Ртутный барометр показывает давление 700 мм рт.ст. С какой силой давит при этом воздух на каждый квадратный сантиметр?

443. C какой силой давит воздух на поверхность крышки ящика площадью 1,5 м2 ?

444. Почему крышка стола не проваливается под весом воздуха?
Давление равномерно распределено по всей площади крышки.

445. Если наклонить трубку Торричелли (рис. 58), что произойдет со столбиком ртути?

Уровень ртути останется на прежней высоте.

446. В трубке Торричелли высота столбика ртути 760 мм. Что произойдет со столбиком ртути, если с трубкой Торричелли подняться на гору?
Столбик ртути опустится так как атмосферное давление уменьшится.

447. Трубка Торричелли в середине имеет шарообразную форму (рис. 59). На какой высоте установится в ней уровень ртути, если в стоящей рядом прямой трубке ртуть находится на высоте 760 мм?

448. Под колоколом воздушного насоса находится закрытый пробкой пузырек с водой. Сквозь пробку пузырька пропущена стеклянная трубка. Когда из-под колокола выкачивают воздух, из трубки бьет фонтан воды (рис. 60). Почему?

Вода выливается под давлением воздуха, который остался в пузырьке.

449. Закрытый пробкой флакон помещают под колокол насоса. При выкачивании воздуха из-под колокола пробка из флакона вылетает. Почему?
Пробка вылетает из-за разности давлений внутри и снаружи флакона.

450. Будет ли меняться объем резинового воздушного шарика при его подъеме (изменение температуры не учитывать)? Если да, то как именно?
При подъеме атмосферное давление будет падать, объем шарика будет увеличиваться.

451. У подножия горы при помощи всасывающего поршневого насоса можно поднимать воду на высоту до 10 м. На какую высоту можно таким же насосом поднять воду на вершине горы, где давление равно 600 мм рт.ст.?

452. Бутылка со сжатым воздухом уравновешена на весах. Сквозь пробку бутылки пропущена стеклянная трубка с резиновым шариком на конце (рис. 61, а). Останутся ли весы в равновесии, если часть воздуха из бутылки перейдет в шарик и раздует его (рис. 61, б)?

Весы останутся в равновесии, поскольку масса воздуха на весах не изменилась.

453. Какова высота горы, если у подножия горы барометр показывает 760 мм рт.ст., а на вершине горы – 610 мм рт.ст. (плотность воздуха считать равной 1,3 кг/м3 )?

454. Плотность воздуха 1,3 кг/м3 . Самолет поднялся на высоту 2 км. Как изменилось показание барометра?

455. Как изменяется объем пузырька воздуха, когда этот пузырек поднимается со дна водоема на поверхность?
Пузырек увеличивается, т.к. давление на него уменьшается.

456. Почему подъем на высокую гору часто связан с болью и кровотечением из ушей и носа?
В горах атмосферное давление ниже, чем на равнине.

457. 100 м3 водорода, находящегося при нормальном давлении, нагнетают в стальной баллон объемом 5 м3 . Найдите давление в баллоне.

458. В автомобильную шину объемом 0,025 м3 накачали воздух до давления 8·10-5 Па. Найдите плотность воздуха внутри шины, если плотность воздуха при давлении 8·10-5 Па равна 1,29 кг/м3 .

459. В погруженном в воду водолазном колоколе уровень воды на 1033 см ниже поверхности воды. Найти плотность воздуха в колоколе, если плотность воздуха над поверхностью воды 1,29 кг/м3 .

460. На рисунке 62 изображена горизонтально расположенная, наполненная водой труба с двумя поршнями А и В. В своей широкой части труба имеет площадь поперечного сечения S2 =1 дм2 , а в узкой – S1 =10 cм2 . На поршень В действует сила 10кН. Какой силой надо действовать на поршень А, чтобы уравновесить силу, действующую на поршень В?

461. На рисунке 63 изображен простейший паровой котел: 1 – котел (замкнутый сосуд из листов стали), 2 – вода в котле, 3 – пространство, где собирается пар, 4 – манометр. При испытании парового котла гидравлическим прессом давление на стенки котла резко падает, как только образуется течь. Почему?

Давление падает потому что объем, занимаемый газом увеличивается.

462. Если воду в гидравлическом прессе заменить более тяжелой жидкостью, например глицерином, изменится ли производимое при помощи пресса давление?
Если плотность жидкости увеличится, то увеличится и производимое давление.

463. В прессе площадь большого поршня 1500 см2 , а площадь малого поршня 2 см2 . На малый действует сила в 100Н. Определите силу давления, производимую большим поршнем.

464. Площадь большого поршня пресса в 1000раз больше площади малого. Какая сила действует на малый поршень, если сила давления, производимого большим поршнем, составляет 25 кН?

465. Площадь малого поршня 1 см2 , а площадь большого 1 м2 . Поршни находятся в равновесии. Во сколько раз сила давления на большой поршень больше силы давления на малый?

466. На малый поршень производится давление, равное 500 кПа. С какой силой давит большой поршень, если его площадь 1200см2 ?

467. Малый поршень гидравлического пресса имеет площадь 5 см2 . С какой силой надо давить на малый поршень при испытании прессом парового котла на давление 255 кПа?

468. Будет ли гидравлический пресс действовать одинаково на Земле и на Луне?
На Луне справедлив, в условиях невесомости — нет.

Источник

Атмосферное давление.

Атмосферное давление обуславливается весом воздуха. 1 м³ воздуха весит 1,033 кг. На каждый метр поверхности земли приходится давление воздуха силой 10033 кг. Под этим подразумевается столб воздуха высотой от уровня моря до верхних слоев атмосферы. Если сравнить его со столбом воды, то диаметр последнего имел бы высоту всего 10 метров. То есть, атмосферное давление создается собственной массой воздуха. Величина атмосферного давления на единицу площади соответствует массе воздушного столба, находящегося над нею. В результате увеличения воздуха в этом столбе происходит рост давления, а при уменьшении воздуха — падение. Нормальным атмосферным давлением считается давление воздуха при t 0°С на уровне моря на широте 45°. В этом случае атмосфера давит с силой 1,033 кг на каждый 1 см² площади земли. Масса этого воздуха уравновешивается ртутным столбиком высотой 760 мм. На этой взаимосвязи и измеряется атмосферное давление. Оно измеряется в миллиметрах ртутного столба или миллибарах(мб), а так же в гектопаскалях. 1мб = 0,75 мм рт.ст., 1 гПа = 1 мм.

Измерение атмосферного давления.

Атмосферное давление измеряется с помощью барометров. Они бывают двух типов.

1. Ртутный барометр представляет собой стеклянную трубку, которая запаяна сверху, а открытым концом погружена в металлическую чашу с ртутью. Рядом с трубкой крепится шкала, показывающая изменение давления. На ртуть действует давление воздуха, которое своим весом уравновешивает столбик ртути в стеклянной трубке. Высота ртутного столба меняется при изменении давления.

2. Металлический барометр или анероид представляет собой гофрированную металлическую коробку, которая герметично закрыта. Внутри этой коробки находится разреженный воздух. Изменение давления заставляет колебаться стенки коробки, вдавливаясь или выпячиваясь. Эти колебания системой рычагов заставляют стрелку перемещаться по шкале с делениями.

Самопишущие барометры или барографы предназначены для записи изменений атмосферного давления. Перо улавливает колебание стенок анероидной коробки и чертит линию на ленте барабана, который вращается вокруг своей оси.

Каким бывает атмосферное давление.

Атмосферное давление на земном шаре изменяется в широких пределах. Его минимальная величина — 641,3 мм рт.ст или 854 мб была зарегистрирована над Тихим океаном в урагане «Ненси», а максимальная — 815,85 мм рт.ст. или 1087 мб в Туруханске зимой.

Давление воздуха на земную поверхность изменяется с высотой. Среднее значение атмосферного давления над уровнем моря — 1013 мб или 760 мм рт.ст. Чем больше высота, тем меньше атмосферное давление, так как воздух становится все более разреженным. В нижнем слое тропосферы до высоты 10 м оно снижается на 1 мм рт.ст. на каждые 10 м или на 1 мб на каждые 8 метров. На высоте 5 км оно меньше в 2 раза, 15 км — в 8 раз, 20 км — в 18 раз.

В связи с перемещением воздуха, изменением температуры, сменой времени года атмосферное давление постоянно меняется. Дважды за сутки, утром и вечером, оно повышается и столько же раз понижается, после полуночи и после полудня. В течение года из-за холодного и уплотненного воздуха зимой атмосферное давление имеет максимальную величину, а летом — минимальную.

Атмосферное давление постоянно меняется и распределяется по поверхности земли зонально. Это происходит из-за неравномерного прогревания Солнцем земной поверхности. На изменение давления влияет перемещение воздуха. Там, где воздуха становится больше, давление высокое, а там, откуда воздух уходит — низкое. Воздух, прогревшись от поверхности, поднимается вверх и давление на поверхность понижается. На высоте воздух начинает охлаждаться, уплотняется и опускается на близлежащие холодные участки. Там возрастает атмосферное давление. Следовательно, изменение давления обуславливается перемещением воздуха в результате его нагревания и охлаждения от земной поверхности.

Атмосферное давление в экваториальной зоне постоянно понижено, а в тропических широтах — повышено. Это происходит из-за постоянно высоких температур воздуха на экваторе. Нагретый воздух поднимается и уходит в сторону тропиков. В Арктике и Антарктике поверхность земли всегда холодная, а атмосферное давление повышено. Его обуславливает воздух, который приходит из умеренных широт. В свою очередь в умеренных широтах из-за оттока воздуха формируется зона пониженного давления. Таким образом, на Земле существуют два пояса атмосферного давления — пониженный и повышенный. Пониженный на экваторе и в двух умеренных широтах. Повышенный на двух тропических и двух полярных. Они могут немного смещаться в зависимости от времени года вслед за Солнцем в сторону летнего полушария.

Полярные пояса высокого давления существуют весь год, однако, летом они сокращаются, а зимой, наоборот, расширяются. Круглый год области пониженного давления сохраняются близ Экватора и в южном полушарии в умеренных широтах. В северном полушарии все происходит по-другому. В умеренных широтах северного полушария давление над материками сильно повышается и поле низкого давления как бы «разрывается»: сохраняется оно только над океанами в виде замкнутых областей пониженного атмосферного давления — Исландского и Алеутского минимумов. Над материками, где заметно повысилось давление, образуются зимние максимумы: Азиатский (Сибирский) и Северо-Американский (Канадский). Летом поле пониженного давления в умеренных широтах северного полушария восстанавливается. При этом над Азией формируется обширная область пониженного давления. Это — Азиатский минимум.

В поясе повышенного атмосферного давления — тропиках — материки нагреваются сильнее океанов и давление над ними ниже. Из-за этого над океанами выделяют субтропические максимумы:

• Северо-Атлантический (Азорский);
• Южно-Атлантический;
• Южно-Тихоокеанский;
• Индийский.

Несмотря на крупномасштабные сезонные изменения своих показателей, пояса пониженного и повышенного атмосферного давления Земли — образования довольно устойчивые.

Источник