МОУ Октябрьская СОШ №1 Лебединский филиал
Исследовательский проект
по физике
«Опыты с атмосферным давлением»
Выполнила:
Федорец Евгения,
ученица 7 класса
Руководитель:
Суховеенко Н. Н.,
учитель физики
д. Лебедки
2018 г.
Содержание
Введение ……………………………………………………………3
1. Воздух имеет вес………………………………………………. 4
2. Опыты, доказывающие существования атмосферного давления…………………………………………………………… 5
3. Занимательные опыты с атмосферным давлением………… 7
4. Атмосферное давление работает……………………………. 9
Заключение……………………………………………………… 11
Список литературы……………………………………………… 12
Введение
Мы живём на дне воздушного океана, называемого атмосферой земли. Как рыбы, живущие в глубине океана, нечего не знают о давлении воды, так и большинство из нас не представляет, той роли, какую играет в нашей повседневной жизни давление атмосферного воздуха. Воздух прозрачен и, казалось бы, не весом. Так ли это? Имеет ли воздух вес, оказывает ли он давление? В данной работе я хочу разобраться с этими вопросами.
Цель работы:
экспериментальное доказательство существования атмосферного давления.
Задачи:
1. изучить учебник физики 7 класса, дополнительную литературу и ресурсы Интернета по данной теме;
2. провести ряд опытов, доказывающих существование атмосферного давления и объяснить их;
3. найти примеры применения атмосферного давления в жизни и технике.
Гипотеза исследования :
если атмосферное давление существует, и оно достаточно велико, то его проявления можно доказать с помощью опытов
1. Воздух имеет вес
Как известно, воздух окружает всю Землю в виде шарообразного слоя, поэтому воздушную оболочку Земли называют атмосферой. Как и любое тело, она притягивается к Земле. Действуя на тела своим весом, атмосфера создаёт давление, называемое атмосферным давлением . Согласно закону Паскаля оно распространяется в дома, пещеры, шахты и действует на все тела, соприкасающиеся с атмосферным воздухом.
Космические полёты показали, что атмосфера возвышается над поверхностью Земли на несколько сотен километров, становясь всё более разреженной (менее плотной). Постепенно она переходит в безвоздушное пространство – вакуум , в котором отсутствует воздух, а, следовательно, и атмосферное давление.О том, что все газы имеют массу, мы часто склонны забывать. Каждому приходилось слышать, как говорят о «пустом» стакане, кувшине, бутылке, а между тем 1 м 3 воздуха имеет массу более 1 кг. Из этого следует, что масса воздуха, находящегося в нашем классе, составляет примерно 100 кг!
На опыте покажем, что воздух действительно имеет массу . К левой чаше весов подвешиваем стеклянный шар, и уравновешиваем его гирями на правой чаше.
Затем шар отцепляем от чаши и откачиваем из него воздух. Затем трубку пережимаем зажимом, а шар опять подвешиваем к чаше. Мы видим, что теперь гири «перевешивают», следовательно, масса шара стала меньше массы гирь. То есть опыт подтвердил, что атмосферный воздух обладает массой . Зная объём шара, можно даже подсчитать плотность воздуха, она равна 1,29 кг/ м 3 .Существование массы воздуха – причина того, что воздух, притягиваясь к Земле, имеет вес . Известно, например, что атмосферный воздух, расположенный над площадью поверхности Земли в 1 м 2 , имеет огромный вес – около 100 тысяч ньютонов!
2. Опыты, доказывающие существования атмосферного давления
Я провела опыты, которые можно объяснить существованием атмосферного давления.
Опыт 1. Вода в перевернутом стакане
Чтобы доказать существование атмосферного мы можем проделать старый, но удивительный фокус: погрузить стакан в воду, перевернуть его под водой вверх дном и медленно вытаскивать из воды. При этом вода остается в стакане, пока край его находится под водой. Или еще, наполним до краев стакан водой и прикроем листком плотной бумаги. Перевернем стакан, придерживая лист бумаги ладонью, а затем убираем руку – вода не выливается! Что же удерживает воду в стакане?
Объяснение: давление атмосферного воздуха снаружи на бумагу больше давления воды на нее изнутри, поэтому бумага остается как приклеенная к краю стакана.
Опыт 2.
Подъём воды вслед за поршнем
Возьмем стеклянную трубку, внутри которой находится поршень, плотно прилегающий к стенкам трубки. Конец трубки опущен в воду. Если поднимать поршень, то за ним будет подниматься и вода.
Объяснение:
Происходит это потому, что при подъёме поршня между ним и водой образуется безвоздушное пространство. В это пространство под давлением наружного воздуха и поднимается вслед за поршнем вода.
Опыт 3. Боится ли природа пустоты?
Древнегреческий ученый Аристотель объяснял предыдущий опыт тем, что «природа боится пустоты». Поэтому чтобы окончательно убедиться давление воздуха или боязнь пустоты заставляет воду подниматься, проведем решающий опыт.
Подгоним к бутылке, наполненной водой, пробку с отверстием, через которое проходит стеклянная трубка. Начнем высасывать воду из трубки – вода не поднимается! Повторяем опыт с пробкой, имеющей два отверстия – теперь вода поднимается!
Объяснение:
Так как вода не поднималась по трубке, когда мы пытались ее всасывать без доступа воздуха, и поднимается в присутствии его то, очевидно, что именно воздух производит давление, которое заставляет воду подниматься .
Опыт 4. Магдебургские полушария
Одним из самых ярких доказательств существования атмосферного давления является опыт, проведённый ещё в 1654 году Отто Герике в г. Магдебурге. Воздушным насосом он откачал воздух из полости между двумя металлическими полушариями, сложенными вместе. Давление атмосферы так сильно прижало полушария друг к другу, что их не могли разорвать восемь пар лошадей! [ 3 ]
В классе мы проделали опыт с «магдебургскими тарелками», пытались разъединить их всем классом, но это нам не удалось. Но когда внутрь полушарий впустили воздух, они распались без усилия.
3. Занимательные опыты с атмосферным давлением
Из книги Горева Л.А. «Занимательные опыты по физике», я узнала, что благодаря атмосферному давлению, можно проделать множество занимательных опытов. Я выбрала несколько из них и продемонстрировала их одноклассникам.
Опыт 1. Подъем графина
Возьмём лист бумаги, свернём гармошкой и подожжем. Горящую бумагу отпустим в графин. Через 1-2 с плотно накроем горлышко ладонью. Бумага прекращает гореть, еще через 1-2 с поднимем ладонь, вместе с ней поднимается и графин
.
Объяснение:
После того как отпустим горящую бумагу внутри графина сгорает кислород. После того как закрываем горлышко графина рукой, внутри графина получается разряжение, и он присасывается к ладони.
Опыт 2. Яйцо в бутылке
Для опыта нужно сварить вкрутую яйцо и отчистить его от скорлупы. Потом возьмём лист бумаги, свернём гармошкой и подожжем. Горящую бумагу отпустим в бутылку. Через 1-2 с накроем горлышко яйцом. Бумага прекращает гореть, и яйцо начинает втягиваться в бутылку .
Объяснение:
При сгорании бумаги воздух в бутылке нагревается и расширяется. Яйцо вталкивает в бутылку наружное атмосферное давление, которое значительно больше, чем внутри .
Опыт 3. Тяжелая газета
Положим на стол линейку длинной 50-70 см так, чтобы конец ее 10 см свешивался. На линейку положим газету. Если медленно оказывать давление на свешивающейся конец линейки, то он опускается, а противоположный поднимается вместе с бумагой. Если резко ударить по концу линейки, то она сломается, причем конец с газетой почти не поднимается.
Объяснение:
Сверху на газету оказывает давление атмосферный воздух. При медленном нажатии на конец линейки воздух проникает под газету и частично уравновешивает давление на нее. При резком ударе воздух вследствие инерции не успевает мгновенно проникнуть под газету. Давление воздуха на газету сверху оказывается больше, чем внизу, и рейка ломается.
Опыт 4. «Не замочив рук»
Положим на дно блюдца монету и нальем немного воды. Как достать монету, не замочив даже кончиков пальцев?
Нужно зажечь бумагу, внести ее на некоторое время в стакан. Нагретый стакан перевернуть вверх дном и поставить на блюдце рядом с монетой.
Объяснение:
Так как воздух в стакане нагрелся, то его давление увеличится и часть воздуха выйдет. Оставшийся воздух через некоторое время охладится, давление уменьшится. Под действием атмосферного давления вода войдет в стакан, освобождая монету.
Опыт 5. Бутылка-сюрприз
На дне пластиковой бутылки сделаем отверстие. Зажмем отверстие пальцем и нальем в бутылку воды, закроем горлышко крышкой. Осторожно отпускаем палец. Вода из бутылки выливаться не будет. Теперь если открыть крышку, из отверстия польется вода.
4. Атмосферное давление работает
Благодаря атмосферному давлению действует много приборов. Расскажу о некоторых из них.
Заключение
Проделав данную работу, я могу сказать, что с помощью опытов убедилась в существовании атмосферного давления и выдвинутая мной гипотеза подтвердилась.
Работа над проектом дала мне очень многое: я узнала интересные факты об атмосфере, научилась проводить опыты и самое главное объяснять их.
Я поняла, что без атмосферного давления просто невозможно было бы существование жизни: мы дышим и пьем воду благодаря его действию.
А сколько еще интересного можно было бы рассмотреть в данной работе? Но к сожалению это не возможно из за ограниченности объема проекта.
Мне понравилось заниматься проектной работой и в будущем хотелось бы продолжить ее.
Список литературы
Горев Л.А. Занимательные опыты по физике в 6 – 7 классах средней школы. – М.: Просвещение, 1985. (с. 21 – 27)
Кривченко И.В. Физика 7 класс. : учебник – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2015. (c .154 – 155)
Пёрышкин, А. В. Физика. 7 кл.: учебник – М.: Дрофа, 2016. (с. 123 – 131)
Перельман Я. И. Занимательная физика. Книга 1. – М.: Наука, 1979. (с. 98)
Элиот Л., Уилкокс У. Физика. 1976. (с. 92-95)
ЧТО МОЖЕТ ВОЗДУХ
Опыт 1
Он может, например, подбросить монету! Положи на стол небольшую монетку и забрось ее себе в руку толчком воздуха. Для этого, держа руку щитком позади монеты, резко дунь на стол. Только не на то место, где лежит монета, а на расстоянии 4-5 см перед ней.
Воздух, сжатый твоим дуновением, проникнет под монету и подбросит ее прямехонько тебе в горсть.
Несколько проб - и ты научишься брать со стола монету, не прикасаясь к ней рукой!
Опыт 2
Если есть у тебя узенькая коническая рюмка, можешь сделать еще один забавный опыт с монетами. На дно рюмки положи копейку, а сверху - пятак. Он ляжет горизонтально, словно крышка, хотя и не достает до края рюмки.
Теперь резко дунь на край пятака.
Он встанет ребром, а копейка будет выброшена сжатым воздухом. После этого пятак ляжет на место. Так невидимка помог тебе достать со дна рюмки копейку, не прикасаясь ни к ней, ни к пятаку, лежащему сверху.
Опыт 3
Похожий опыт можно сделать с рюмками для яиц. Поставь две такие рюмки рядом и в ту, что поближе к тебе, положи яйцо.
На случай неудачи яйцо возьми крутое. А теперь сильно и резко дунь в то место, которое указано стрелкой на рисунке, как раз в самый край рюмки.
Яйцо подскочит и «пересядет» в пустую рюмку!
Невидимка-воздух проскочил между краем рюмки и яйцом, ворвался в рюмку, да так сильно, что яйцо подскочило вверх!
У некоторых этот опыт не получается-«не хватает духа». Но если вместо крутого яйца взять пустую, выдутую скорлупу, получится наверняка!
ТЯЖЕЛЫЙ ВОЗДУХ
Возьми широкую деревянную линейку (которую не жалко). Уравновесь ее на краю стола, чтобы при малейшем нажиме на свободный конец линейка падала. А теперь расстели на столе поверх линейки газету. Аккуратно расстели, разгладь руками, расправь все складочки.
Раньше линейку можно было опрокинуть пальцем. Теперь добавилась газета, да много ли она весит? А ну-ка, смелее: встань от линейки сбоку и ударь по ее концу кулаком!
Даже кулак заболел, а линейка лежит, словно гвоздями приколочена. Ну, сейчас мы ей покажем, как упираться! Бери палку и бей со всего размаха. Бах! Линейка пополам, а газета лежит себе как ни в чем не бывало.
Почему же газета оказалась такой тяжелой?
Да потому, что на нее сверху давит воздух. По 1 кг на каждый квадратный сантиметр. А квадратных сантиметров у газеты ой как много! А ну-ка посчитай, какая это площадь? Примерно 60 х 42 = 2520 см2. Значит, воздух давит на нее с силой две с половиной тысячи килограммов, две с половиной тонны!
Поднимай газету медленно - воздух будет и под нее проникать, и снизу давить с такой же точно силой. Но попробуй оторвать ее от стола разом, и ты уже видел, что получается. Воздух не успевает попасть под газету -и линейка ломается пополам!
ПРИСОСКА ИЗ ШКОЛЬНОЙ РЕЗИНКИ
Из трех предметов, названных в заголовке, наименее удобен для опытов спрут. Во-первых, его трудно достать, а во-вторых, со спрутом шутки плохи. Как схватит своими страшными щупальцами, как присосется присосками - не оторвешь!
Зоологи говорят, что присоска спрута имеет форму чашечки с кольцевым мускулом. Спрут напрягает мускул- чашечка сжимается, становится уже. А потом, когда эта чашечка прижмется к добыче, мускул расслабляется.
Смотри, как интересно: для того чтобы удержать добычу, спрут не напрягает мускулы, а расслабляет их! И все равно присоски присасываются. Словно редиска к тарелке!
Опыт
От опытов с живым спрутом нам с тобой пришлось отказаться. Но одну присоску мы все-таки сделаем - искусственную присоску, из школьной резинки.
Возьми мягкую резинку и в середине одной боковой стороны выдолби углубление. Это будет чашечка присоски. Ну, а мускулы используем твои. Они ведь нужны только для того, чтобы сжать присоску сначала, а потом все равно расслабляются, так что руку можно будет убрать.
Сожми резинку, чтобы чашечка уменьшилась, и прижми ее к тарелке. Только смочи сначала: резинка ведь не редиска, у нее своего сока нет. Кстати, спрут тоже «работает» мокрыми присосками.
Прижал резинку?
Теперь отпускай, она присосалась надежно.
Есть и мыльницы с резиновыми присосками. Они прилепляются к кафельной стене ванной. Их тоже надо сначала смочить, а потом придавить к стене и отпустить. Держатся!
Ну, а теперь о мухе!
Скажи-ка, ты никогда не задумывался над тем, как это она ходит по стене и даже по потолку?
Есть даже такая загадка: «Что над нами вверх ногами?» Может быть, у мухи на концах ножек коготки? Крючочки, которыми она цепляется за неровности стен и потолка? Но она ведь и по оконному стеклу гуляет совершенно свободно, и по зеркалу. Там-то уж и мухе зацепиться не за что. Оказывается, на лапках у мухи тоже присоски.
Вот и утверждай после этого, что между мухой и спрутом нет ничего общего.
КАК ОПОРОЖНИТЬ СТАКАН?
Стакан и бутылка наполнены водой. Нужно опорожнить стакан бутылкой, не опорожнив ее.
Проделайте в пробке бутылки два отверстия и проткните через них две соломинки, одну, равную по Длине высоте стакана, другую - вдвое длиннее. Заклейте затем хлебным мякишем один конец меньшей соломинки и заткните бутылку пробкой так, чтобы в бутылку вошли открытые концы соломинок.
Теперь, если вы перевернете бутылку, из большой соломинку начнет вытекать вода. Опрокиньте бутылку над стаканом с водой так, чтобы маленькая соломинка касалась дна стакана, и срежьте ножницами ее конец заклеенный хлебным мякишем. Вода станет вытекать из большой соломинки, пока стакан не опорожнится. Почему?
Это объясняется так: соломинки выполняют роль сифона. Образуемая вытекающей водой пустота в бутылке немедленно наполняется водой из стакана, которую гонит в бутылку давление воздуха на поверхности воды в стакане.
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.
О том, что Земля покрыта воздушной оболочкой под названием атмосфера , вы узнали на уроках географии, давайте же вспомним, что вам известно об атмосфере из курса географии? Она состоит из газов. Они полностью заполняют предоставленный им объём.
В озникает вопрос: почему молекулы воздуха в атмосфере, двигаясь непрерывно и беспорядочно, не улетают в мировое пространство? Что удерживает их у поверхности Земли? Какая сила? Удерживает сила тяжести! Значит, у атмосферы есть масса и вес?
А почему атмосфера “не оседает” на поверхность Земли? Потому что между молекулами воздуха есть силы не только притяжения, но и отталкивания. К тому же, чтобы покинуть Землю, они должны обладать скоростью не меньше 11,2 км/с, это вторая космическая скорость. Большинство молекул имеют скорость меньше 11,2 км/с.
Опыт 1. Возьмём два резиновых шарика. Один надутый, другой нет. Что в надутом шарике? Положим на весы оба шарика. На одну чашу надутый шарик, на другую сдутый. Что мы видим? (Надутый шарик тяжелее).
Мы выяснили, что на воздух, как и на всякое тело, находящиеся на Земле, действует сила тяжести, обладает массой, и, следовательно, обладает весом.
Ребята, вытяните руки вперед ладонями вверх. Что вы чувствуете? Вам тяжело? А ведь на ваши ладони давит воздух, причем, масса этого воздуха равна массе КАМАЗа, груженого кирпичом. То есть около 10 тонн! Ученые подсчитали, что столб воздуха давит на площадь 1 см 2 с такой силой, как гиря в 1 кг 33 г .
Масса воздуха в 1м³ воздуха: на уровне моря – 1 кг 293г; на высоте 12 км – 310 г; на высоте 40 км – 4г.
Почему же мы не ощущаем этого веса?
Как передаётся давление, производимое на нижний воздушный слой верхним слоем? Каждый слой атмосферы испытывает давление со стороны всех верхних слоёв, а, следовательно, земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают давление всей толщи воздуха, или, как обычно говорят, испытывают атмосферное давл ение , и, согласно закону Паскаля, это давление передаётся одинаково по всем направлениям.
Из какого вещества состоит атмосфера? Из воздуха? А он что собой представляет? Воздух- смесь газов: 78% - азот, 21%- кислород, 1%- другие газы (углерод, водяной пар, аргон, водород…) . О том, что воздух имеет вес, мы часто забываем. Между тем, плотность воздуха у поверхности Земли при 0°С составляет 1,29 кг/м 3 . То, что воздух действительно имеет вес, было доказано Галилеем. А ученик Галилея Эванджелиста Торричелли предположил и смог доказать, что воздух оказывает давление на все тела, находящиеся на поверхности Земли. Это давление называется атмосферным давлением.
Атмосферное давление – давление, оказываемое атмосферой Земли на все находящиеся на ней предметы .
Это современные теоретические знания, а как об атмосферном давлении узнавали на практике?
Предположения о существовании атмосферного давления возникли в 17 веке.
Большую известность по его изучению получили опыты немецкого физика и бургомистра г. Магдебурга Отто фон Герике. Откачивая как-то воздух из тонкостенного металлического шара, Герике вдруг увидел, как этот шар сплющился. Размышляя над причиной аварии, он понял, что расплющивание шара произошло под действием давления окружающего воздуха.
Для доказательства существования атмосферного давления он задумал и провёл такой опыт.
8 мая 1654 года в германском городе Регенсбург при весьма торжественной обстановке собралось много знати во главе с императором Фердинандом III. Все они стали свидетелями поразительного зрелища: 16 лошадей изо всех сил старались разнять 2 приложенных медных полушария, имевших диаметры около метра. Что связывало их? Ничто! – воздух. Однако 8 лошадей тянувших в одну сторону и 8 в другую не могли разнять полушария. Так бургомистр г. Магдебурга Отто фон Герике показал всем, что воздух, вовсе не ничто и что он давит со значительной силой на все тела. (2 помощника)
Кстати “Магдебургские полушария” есть у всех людей – это головки бедренных костей, которые удерживаются в тазовом суставе атмосферным давлением.
Сейчас мы с вами повторим опыт с Магдебургскими полушариями и раскроем его секрет.
Опыт 2. Возьмём два стакана. Поставим зажженный огарок свечи в один из стаканов. Вырежем из нескольких слоёв газетной бумаги кольцо диаметром немного больше, чем внешний край стакана. Смочив бумагу водой, положим на верхний край первого стакана. Осторожно (медленно) поставим на эту прокладку перевёрнутый второй стакан и прижмём его к бумаге. 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. Почему это произошло? Огонь нагрел воздух, содержащийся в нижнем стакане, а, как мы уже знаем, нагретый воздух расширяется и становится легче, поэтому часть его вышла из стакана. 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 атмосферное 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. Мы видим, что давление атмосферы - большое.
Как же измерить давление атмосферы?
Рассчитать атмосферное давление по формуле расчета давления столба жидкости нельзя. Ведь для этого необходимо знать плотность и высоту столба жидкости или газа. Но у атмосферы нет четкой верхней границы, а плотность атмосферного воздуха уменьшается с ростом высоты. Поэтому Торричелли предложил совершенно другой способ для нахождения атмосферного давления.
Торричелли взял стеклянную трубку длиной около одного метра, запаянную с одного конца, налил в эту трубку ртуть и опустил трубку открытым концом в чашу с ртутью. Некоторое количество ртути вылилось в чашу, но большая часть ртути осталась в трубке. Изо дня в день уровень ртути в трубке незначительно колебался, то немного опускаясь, то немного поднимаясь.
Давление ртути на уровне ее поверхности создается весом столба ртути в трубке, так как в верхней части трубки над ртутью воздуха нет (там вакуум, который получил название «торричеллиева пустота»). Отсюда следует, что атмосферное давление равно давлению столба ртути в трубке. Измерив высоту столба ртути, можно рассчитать давление, которое производит ртуть. Оно будет равно атмосферному. Если атмосферное давление уменьшается, то столб ртути в трубке Торричелли понижается, и наоборот. Наблюдая ежедневно за изменением уровня столба ртути, Торричелли заметил, что он может повышаться и понижаться. Также Торричелли связал эти изменения с изменениями погоды.
В настоящее время давление атмосферы, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0°С, принято называть нормальным атмосферным давлением , что соответствует 101 325 Па .
760 мм рт. ст. =101 325 Па 1 мм рт. ст. =133,3 Па
Если к трубке Торричелли прикрепить вертикальную шкалу, то получится простейший прибор для измерения атмосферного давления – ртутный барометр .
Но использование ртутного барометра небезопасно, так как пары ртути ядовиты. Впоследствии были созданы другие приборы для измерения атмосферного давления, с которыми вы познакомитесь в ходе следующего урока.
Атмосферное давление, близкое к нормальному, наблюдается обычно в местностях, находящихся на уровне моря. С увеличением высоты над уровнем моря (например, в горах) давление уменьшается.
Опыты Торричелли заинтересовали многих ученых - его современников. Когда о них узнал Паскаль, он повторил их с разными жидкостями (маслом, вином и водой).
Опыт 3. Если в крышке бутылки с водой сделать отверстие, сжать и выпустить немного воды. Что происходит с формой бутылки? Почему она деформируется? Что нужно сделать, чтобы она распрямилась и вода снова стала интенсивно выливаться? (в результате прокола бутылки атмосферный воздух стал поступать в бутылку и давить на воду, это используется в капельницах при подаче лекарств).
Этот способ изменения давления в бутылке используют хозяйки в кулинарии при отделении желтков от белков. Каким образом?
Атмосферным давлением объясняется и засасывающее действие болота или глины. Когда человек пытается вытащить ногу из болота или глины, под ней образуется разрежение, а атмосферное давление не меняется. Перевес атмосферного давления может достигать 1000 Н на ногу взрослого человека.
Опыт 4. Как достать монетку руками со дна тарелки с водой, не намочив их? Надо в тарелку с водой поставить кусочек картофелины с воткнутыми в него спичками или свечку и зажечь. Сверху накрыть стаканом. Горение прекратилось и вода собралась в стакане и монету можно свободно взять с сухой тарелки. Что же заставило собраться воду под стаканом?
Мы с вами наблюдали интересные явления, которые вызваны действием атмосферного давления. Где вы видели в жизни такие приспособления, действия которых основано на существовании и изменении атмосферного давления?
Реквизит: пластиковая бутылка с крышкой и длинная стеклянная трубка диаметром 6-8 мм, открытая с обоих концов (ее вполне может заменить резиновая или пластиковая трубочка).
Ход опыта:
Сделайте в крышке бутылки отверстие, в которое плотно входит трубка.
В самой бутылке ближе к донышку сделайте небольшое отверстие 1-2 мм.
Налейте в бутылку воды и закрутите крышку с трубкой. Конец трубки должен находиться выше уровня отверстия.
Струя из отверстия вытекает с постоянной скоростью, несмотря на понижение уровня жидкости в сосуде! Форма струи не изменяется! Только когда вода опустится до нижнего уровня трубки, напор нечинает уменьшаться.
Напор воды можно менять, изменяя глубину погружения трубки в бутылку.
Объяснение: давление на уровне отверстия равно сумме атмосферного и гидростатического давлений. Оно будет оставаться таким до тех пор, пока уровень воды не опустится до нижнего конца трубки
Реквизит: две пластиковые бутылки с крышками, футляр от фотопленки.
Ход опыта:
В крышках бутылок проделайте одинаковые отверстия диаметром 6 - 8 мм.
Отрежьте донышко от футляра фотопленки.
Вставьте с двух концов получившегося цилиндра крышки с отверстиями резьбой наружу.
Одну бутылку на одну треть заполните водой.
Соедините бутылки крышками.
Поставьте бутылки вертикально так, чтобы бутылка с водой оказалась сверху.
Вода из верхней бутылки вытекать не будет!
Этот эксперимент повторяет описанный в литературе эксперимент с воронкой, вставленной в бутылку. В воронку резко наливают воду из стакана, вода из нее не вытекает. Опыт с воронкой не всегда получается, т.к. требует герметичного соединения воронки и бутылки, а так же уменьшения внутреннего отверстия воронки. Предложенный опыт надежный, получается всегда, вода не выливается месяцами.
Объяснение: при внимательном наблюдении вы заметите, что небольшая порция воды вытекла из верхней бутылки. Следовательно, давление воздуха в ней стало меньше атмосферного, в нижней бутылке - больше атмосферного. Увеличение давления в нижней бутылке оказалось достаточным, чтобы уравновешивать гидростатическое давление воды верхней бутылки. Играет значение и поверхностное натяжение воды.
Реквизит: пластиковая бутылка, горячая вода.
Ход опыта:
Ополосните пластиковую бутылку горячей водой из-под крана.
Плотно закройте бутылку крышкой.
Бытылка сомнётся. В фильме это не показано. Мы видим только результат.
Объяснение: воздух в бутылке остывает до комнатной температуры. Давление внутри бутылки падает и становится меньше атмосферного. Атмосфера сдавливает бутылку с боков. Пластиковая бутылка деформируется. Воздух так быстро охлаждается, что весь опыт занимает около десяти секунд.
Тот же эффект можно получить, воспользовавшись вакуумным насосом. Закройте пластиковую бутылку крышкой с патрубком и соедините ее шлангом с вакуумным насосом. После нескольких тактов откачивания бутылка с характерным звуком превращается в "лепешку". Форма бутылки восстановится, если ее снова накачать воздухом.
Тема для исследования: выпускается большое количество пластиковых бутылок различного объема и формы. Изучите, одинаково ли они деформируются. Объясните результат исследования.
Реквизит: прямоугольная картонка произвольного размера, газета, динамометр (или бельевая резинка), большая скрепка, скотч.
Ход опыта:
В центре картонки с помощью скотча вертикально закрепите большую канцелярскую скрепку, согнутую в виде треугольника.
Положите картонку на стол скрепкой вверх, а на нее развернутую газету. Прорвите газету в том месте, где находится скрепка.
Прикрепите к скрепке динамометр, резко потяните его.
Замерьте динамометром силу, которую необходимо приложить, чтобы оторвать газету с картонкой от стола.
Замерьте вес картонки с газетой.
Сравните результат.
Результаты разительно отличаются. При резком движении требуется в десятки раз большая сила!
Объяснение: сила атмосферного давления, действующая на газету, определяется произведением атмосферного давления на площадь газеты. Эта сила значительно больше веса картонки вместе с газетой.
