ТОРРИЦЕЛЛИ ЕКСПЕРИМЕНТ: МЕРЕЊА АТМОСФЕРСКОГ ПРИТИСКА, ВАЖНОСТ - ФИЗИЧКИ - 2025

Експеримент Торрицелли је извршио физички и италијански математичар Евангелиста Торрицелли 1644. и резултирала у првом мерења атмосферског притиска.

Овај експеримент је настао из потребе да се побољша снабдевање водом у градовима. Евангелиста Торрицелли (1608-1647), који је био дворски математичар Великог војводе Тоскане Фердинанда ИИ, проучавао је хидрауличке појаве заједно са Галилеом.

Слика 1. Торрицеллијев експеримент, у којем се жива колона повећава за 760 мм услед атмосферског притиска. Извор: Ф. Запата.

Експеримент

1644. Торрицелли је урадио следећи експеримент:

- Унео је живу у цев дужине 1 м, отворен на једном крају, а затворен на другом.

- Када је цев била потпуно напуњена, преокренуо је и бацио у контејнер у коме се налазила и жива.

- Торрицелли је приметио да се колона спусти и заустави на висини од око 76 цм.

- Такође је приметио да је у простору који је био слободан, мада не савршен, створен вакуум.

Торрицелли је поновио експеримент користећи различите епрувете. Чак је направио малу варијацију: у канту је додао воду која је, лакша, плутала по живој. Затим је полако подигао цевку која садржи живу на површину воде.

Тада се жива спустила, а вода се подигла. Вакуум, као што смо већ рекли, није био савршен, јер је увек било остатака живе или паре живе.

Мерење атмосферског притиска

Атмосфера је мешавина гасова у којима доминирају азот и кисеоник, са траговима других гасова као што су аргон, угљен диоксид, водоник, метан, угљен моноксид, водена пара и озон.

Гравитациона привлачност коју врши Земља одговорна је за задржавање целе околине планете.

Наравно, састав није уједначен, нити је густина, јер зависи од температуре. Близу површине се налази велика количина прашине, песка и загађивача из природних догађаја, али и из људских активности. Тежи молекули су ближе земљи.

Будући да постоји толико много варијабилности, потребно је одабрати референтну висину атмосферског притиска, која је за практичност узета као ниво мора.

Овде није реч само о нивоу мора, јер то такође представља колебање. Ниво или податак одабире се помоћу геодетског референтног система утврђеног заједничким договором стручњака.

Колики је атмосферски притисак близу земље? Торрицелли је пронашао своју вредност када је измерио висину колоне: 760 мм живе.

Торрицелли барометар

На врху цеви је притисак 0, јер је тамо успостављен вакуум. У међувремену, на површини мерцури бачви, притисак П ₁ је атмосферски притисак.

Изаберимо порекло референтног оквира на слободној површини живе, на врху цеви. Одатле до површине живе у контејнеру измерите Х, висину колоне.

Слика 2. Барометар Торрицелли. Извор: Општа физика за инжењере. Ј. Лаи. УСАЦХ.

Тлак у тачки означеној црвеном бојом, на дубини и ₁ је:

Где је ρ _Хг густина живе. Пошто су и ₁ = Х и По = 0:

Пошто је густина живе стална, а гравитација константна, испоставило се да је висина меркурове колоне пропорционална П _{1 ,} што је атмосферски притисак. Замјена познатих вриједности:

Јединица за притисак у међународном систему је паскал, скраћено Па. Према Торрицеллијевом експерименту, атмосферски притисак је 101,3 кПа.

Важност атмосферског притиска за климу

Торрицелли је приметио да се ниво живе у цеви све време мења, па је закључио да се атмосферски притисак такође мора мењати.

Атмосферски притисак је одговоран за већи део климе, али његове свакодневне варијације пролазе незапажено. То је зато што, на пример, нису тако уочљиве као олуја или хладноћа.

Међутим, ове разлике у атмосферском притиску одговорне су за ветрове, који заузврат утичу на кишу, температуру и релативну влажност. Када се земља загреје, ваздух се шири и повећава, узрокујући пад притиска.

Кад год барометар укаже на високе притиске, може се очекивати лепо време, док с ниским притисцима постоји могућност олује. Међутим, да бисте направили тачне временске прогнозе, требате више информација о осталим факторима.

Он

Иако звучи чудно, с обзиром да је притисак дефинисан као сила по јединици површине, у метеорологији важи да се изрази атмосферски притисак у милиметрима живе, како је утврдио Торрицелли.

То је зато што се живин барометар и данас користи са малим варијацијама од тог времена, тако да је у част Торрицеллија, 760 мм Хг једнак 1 торр. Другим речима:

Да је Торрицелли користио воду уместо живе, висина колоне би била 10,3 м. Меркуров барометар је практичнији јер је и компактнији.

Остале јединице у широкој употреби су шипке и млинови. Један милибар једнак је једном хектопаскалном или 10 ² паскала.

Висиномјери

Висиномјер је инструмент који означава висину места, упоређујући атмосферски притисак на тој висини са оним на земљи или неком другом референтном месту.

Ако висина није велика, у принципу можемо претпоставити да густина ваздуха остаје константна. Али ово је приближна вредност, јер знамо да се густина атмосфере смањује са висином.

Користећи горњу једнаџбу, густина ваздуха се користи уместо живе.

У овом изразу П _о се узима као атмосферски притисак на нивоу тла, а П1 је место чија висина треба да се утврди:

Алтиметријска једнаџба показује да се притисак експоненцијално смањује с висином: за Х = 0, П ₁ = П _или и ако је Х → ∞, тада је П ₁ = 0.

Референце

1. Фигуероа, Д. 2005. Серија: Физика за науку и инжењерство. Том 5. Течности и термодинамика. Уредио Доуглас Фигуероа (УСБ).
2. Киркпатрицк, Л. 2007. Физика: поглед на свет. 6. скраћено издање. Ценгаге Леарнинг.
3. Лаи, Ј. 2004. Општа физика инжењера. УСАЦХ.
4. Мотт, Р. 2006. Механика флуида. Четврти. Едитион. Пеарсон Едуцатион.
5. Странгеваис, И. 2003. Мерење природне средине. 2нд. Едитион. Цамбридге Университи Пресс.