Półkule magdeburskie A3.pdf

A to ciekawe

rzystujemy w codziennym życiu.

Dzięki niemu działa choćby ręczna

pompa, której można użyć do podle-

wania ogródka. Woda znajdująca się

na dnie studni podnosi się za tłokiem

pompy coraz wyżej i jest „wciskana”

na powierzchnię właśnie przez ciśnie-

nie atmosferyczne.

Dzięki różnicy ciśnień działają zam-

knięcia pojemników do przechowy-

wania żywności. Jeśli w pojemniku lub

słoiku typu „twist” wytworzymy pod-

ciśnienie, czyli ciśnienie niższe od ze-

wnętrznego, różnica ciśnień spowoduje

szczelne zamknięcie. Na podobnej zasa-

dzie działają także rozmaite „przyssaw-

ki” i uchwyty, którymi można podnosić

np. duże, nieporęczne tafle szklane lub

małe, delikatne przedmioty.

Także balony napełnione lekkim ga-

zem wznoszą się zgodnie z prawem

Archimedesa dla gazów. Wypadkowa

siła powodująca wznoszenie się balo-

nu wynika z różnicy wartości ciśnienia

atmosferycznego na poziomie górnej

i dolnej jego części.

Więcej doświadczeń

W internecie

Półkule magdeburskie

1. Napełnij szklankę wodą aż po

wierzch („z czubem”), przykryj ją sztyw-

nym, lekkim i nieprzemakalnym karto-

nikiem. Trzymając kartonik przyciśnięty

do brzegu szklanki, odwróć naczynie

do góry nogami. Teraz puść kartonik.

Trzyma się? Dlaczego? Zastanów się

także, jaka jest rola kartki.

2. W wieczku niedużego słoika zrób

dziurkę i włóż w nią rurkę do napojów,

uszczelnij to miejsce płynną stearyną ze

świeczki. Wlej trochę wody do słoika,

zakręć wieczko i spróbuj ssać wodę

przez słomkę. Uda się to tylko wte-

dy, gdy wieczko będzie poluzowane.

Dlaczego?

3. Domowy barometr: Butelkę napełnij

częściowo wodą. Zatykając butelkę pal-

cem, odwróć ją dnem do góry i wstaw

do miseczki z wodą. Do wody dolej

trochę oleju, aby rozpłynął się po po-

wierzchni, chroniąc wodę przed parowa-

niem. Zmiany ciśnienia atmosferycznego

będą powodowały wahania poziomu

wody w butelce. Można je zaznaczać na

pasku papieru przymocowanym do bu-

telki. Zauważ, że odczyty zależą również

od temperatury powietrza znajdującego

się wewnątrz butelki.

Stacja meteorologiczna Instytutu

Fizyki PW

www.if.pw.edu.pl/~meteo

Powietrze wydaje się czymś lekkim i delikatnym.

Ale nie dajmy się zwieść – na każdy centymetr kwadra-

towy naszego ciała naciska jeden kilogram powietrza.

Czy to dużo? Wystarczy prosty eksperyment: składamy

dwie wydrążone półkule wielkości grejpfruta, wypom-

powujemy spomiędzy nich powietrze i… gratulacje

dla tego, kto je rozerwie! Powietrze pozostałe na ze-

wnątrz półkul ściska je z ogromną siłą.

Numeryczna prognoza pogody

http://weather.icm.edu.pl

Jak zmierzyć ciśnienie?

www.srh.weather.gov/jetstream/

atmos/ll_pressure.htm

Historia wynalezienia barometru

www.islandnet.com/~see/weather/

history/barometerhistory1.htm

CENTRUM NAUKI

KOPERNIK

CENTRUM NAUKI

KOPERNIK

www.kopernik.org.pl

C iśnienie atmosferyczne wyko-

Trochę teorii

O historii

stwa powietrza. To właśnie nacisk

powietrza znajdującego się nad nami

odczuwamy jako ciśnienie atmosfe-

ryczne. Wartość tego ciśnienia wy-

nosi około 1000 hPa. Czy to dużo,

czy mało? Aby odpowiedzieć na to

pytanie, wystarczy samodzielnie prze-

prowadzić doświadczenie z półkulami

magdeburskimi.

Siła, z jaką powietrze z zewnątrz

naciska na półkule, jest równowa-

żona przez siłę działającą na półkule

od wewnątrz. Dlatego bez problemu

możemy je rozdzielić. A co się stanie,

jeżeli ze środka półkul wypompuje-

my powietrze? Siły zewnętrzna i we-

wnętrzna nie będą się równoważyć.

Ciśnienie atmosferyczne z zewnątrz

dalej będzie naciskać na złożone pół-

kule, ale nic nie będzie równoważyć

tego nacisku od środka, bo nie będzie

tam powietrza. To właśnie ciśnienie

atmosferyczne sprawia, że nie można

rozerwać tak zassanych półkul.

Jak obliczyć wartość ciśnienia? Moż-

na to zrobić, dzieląc siłę nacisku dzia-

łającą na daną powierzchnię przez

wielkość tej powierzchni. Jednostką

ciśnienia jest Pascal (Pa). Jeden Pascal

odpowiada sile jednego Newtona, któ-

ry naciska na jeden metr kwadratowy

(1 Pa=1N/m 2 ). Na przykład: stojąc na

poziomej podłodze, wywieramy na nią

siłę nacisku równą naszemu ciężarowi,

a powierzchnia, na którą działamy, to

powierzchnia naszych butów.

Wartość ciśnienia atmosferycznego

możemy też wyrazić inaczej. Wartość

ta odpowiada postawieniu jednego ki-

lograma masy na każdym centymetrze

kwadratowym poziomej powierzchni

(10 N/0,0001m 2 =100 000 Pa). Dla

wygody, aby nie posługiwać się du-

żymi liczbami ciśnienie atmosferyczne

wyrażamy w hPa (1 hPa=100 Pa).

Dlaczego nie odczuwamy działania

ciśnienia atmosferycznego na nasze

ciało? Dzieje się tak, ponieważ jego

działanie jest równoważone przez

ciśnienie wewnętrzne, jakie wywie-

ra płyn znajdujący się w komórkach

tkanek naszego ciała. Bardzo groźne

dla naszych organizmów byłoby usu-

nięcie zewnętrznego ciśnienia atmo-

sferycznego – ciśnienie wewnętrzne

rozerwałoby nasze ciało od środka.

Dlatego astronauci opuszczający statek

kosmiczny muszą być ubrani w kom-

binezony zapewniające im między

innymi odpowiednie ciśnienie ze-

wnętrzne.

Niebezpieczne dla naszych organi-

zmów jest także ciśnienie wyższe od

atmosferycznego, a szczególnie jego

szybkie zmiany. Zabójczy jest zwłasz-

cza szybki wrost ciśnienia. Z taką sy-

tuacją można spotkać się w trakcie

nurkowania. Jeżeli nurek pracujący

przez dłuższy czas na znacznej głę-

bokości zbyt szybko wynurzy się na

powierzchnię, szybkie zmniejszenie

się ciśnienia spowoduje uwalnienie

się gazów rozpuszczonych we krwi

i w tkankach (zwłaszcza azotu z uwagi

na jego dużą zawartość w powietrzu).

Dzieje się tak dlatego, że wraz ze spad-

kiem ciśnienia maleje rozpuszczalność

gazów w cieczach.

Ciśnienie atmosferyczne zmienia

się wraz z pogodą i wysokością nad

poziomem morza. Wyże i niże na ma-

pach pogody to nic innego jak obszary

odpowiednio wysokiego i niskiego

ciśnienia. Codziennie jego wartość

dla danego obszaru podawana jest

w komunikatach meteorologicznych.

Ekstremalnie niskie ciśnienie atmos-

feryczne zanotowano w oku cyklo-

nu „Wilma” w 2005 roku – 882 hPa,

a najwyższe 1084 hPa zmierzono

31 grudnia 1968 roku w obrębie wy-

żu syberyjskiego w miejscowości Agata

położonej w północnej Syberii. Polski

rekord wysokości ciśnienia – 1054 hPa

padł w Suwałkach w 1997 roku.

Wiele osób reaguje na zmiany ci-

śnienia pogorszeniem samopoczu-

cia. Przyjmuje się, że zmiany ciśnienia

do 4 hPa są niewyczuwalne lub sła-

bo wyczuwalne przez ludzi. Dopiero

zmiana od 4 do 8 hPa może wpływać

niekorzystnie na nasze samopoczucie.

Zdarza się jednak, że ciśnienie waha

się nawet o ponad 15 hPa. Takie zmia-

ny dla szczególnie wrażliwych osób

mogą być niebezpieczne – wpływają

na układ krążenia i mogą być nawet

przyczyną zawału serca.

Wraz z oddalaniem się od po-

wierzchni Ziemi ciśnienie atmosferycz-

ne maleje. W temperaturze 0°C i przy

ciśnieniu 1000 hPa spadek ten wynosi

1 hPa na 8 m wysokości. Trzeba jednak

pamiętać, że im wyższe ciśnienie, tym

spadek szybszy.

Magdeburg, którego burmistrz,

a jednocześnie fizyk i wynalazca Otto von

Guericke w 1654 roku przeprowadził

słynne doświadczenie. W historycznym

eksperymencie średnica półkul wynosiła

około 40 cm. Do rozerwania zassanych

półkul użyto aż ośmiu par koni.

Pierwszy barometr – przyrząd mie-

rzący ciśnienie wynalazł włoski uczony

Torricelli w połowie XVII wieku. Była to

zamknięta z jednej strony rurka zanu-

rzona otwartym końcem w naczyniu

wypełnionym rtęcią. Wysokość słu-

pa rtęci – około 76 cm – była miarą

ciśnienia atmosferycznego. „Żyjemy

zanurzeni na dnie oceanu powietrza”

stwierdził Torricelli.

Francuski uczony Blaise Pascal (1623-

-1662) wyszedł z założenia, że jeśli Tor-

ricelli ma rację, przyrównując powietrze

do oceanu i jeśli powietrze ma ciężar, to

ciśnienie powinno maleć z wysokością.

Najprostszym sposobem zweryfikowa-

nia tego przypuszczenia było wniesienie

barometru na szczyt góry. Eksperyment

przeprowadzono w 1648 roku, wcho-

dząc na wierzchołek góry Puy-de-Dome

wznoszącej się 1467 m n.p.m. W ten

sposób hipoteza postawiona przez Pas-

cala została potwierdzona.

Doświadczenie przeprowadzone przez Ottona von Guericke udowodniło, że

powietrze wywiera nacisk na wszystko, co znajduje sie na Ziemi, i naocznie

pokazało, jak wielka jest to siła

Dziś potrafimy określić ciśnienie at-

mosferyczne nie tylko na naszej pla-

necie. W Układzie Słonecznym wśród

planet skalistych największym ciśnie-

niem atmosferycznym może pochwalić

się Wenus. Na powierzchni tej plane-

ty jest ono ok. 100 razy większe od

ziemskiego. Podobne warunki można

spotkać w naszych oceanach na głę-

bokości 900 m.

Współczesne zastosowania

przez Torricellego wyszedł już

z użycia podobnie jak jego wodny

kuzyn. W domach posługujemy się

dziś najczęściej barometrami metalo-

wymi. Czujnikiem ciśnienia jest w nich

metalowa puszka, w której znajduje

się nieznacznie rozrzedzone powietrze.

Do ścianki puszki (zwanej też anero-

idem) jest przymocowana wskazów-

ka. Odkształcająca się sprężyście pod

wpływem zmian ciśnienia zewnętrz-

nego ścianka puszki wywołuje ruch

wskazówki.

W najnowocześniejszych urządze-

niach czujnikiem ciśnienia jest pół-

przewodnikowy element piezorezy-

stancyjny. Jego działanie oparte jest

na zmianie oporu elektrycznego pod

wpływem zmian zewnętrznego ciśnie-

nia atmosferycznego.

W meteorologii do pomiarów ci-

śnienia używa się barografów. Jest

to rodzaj barometru, który w sposób

ciągły rejestruje wykonane pomiary.

Dane są zapisywane na papierowej ta-

śmie (barogramie) przymocowanej do

obracającego się bębna. Czas pełnego

obrotu bębna reguluje się według po-

trzeb – może to być 12 godzin, tydzień

lub nawet miesiąc. Dzisiaj mechaniczne

barografy są wypierane przez dokład-

niejsze urządzenia komputerowe, które

mogą zapisywać dokonane pomiary

przez znacznie dłuższy czas.

Mierzenie zmian ciśnienia przydaje

się także pilotom samolotów. Dzięki

statoskopowi, który rejestruje małe jego

wahania, można wychwycić zmiany wy-

sokości lotu maszyny. Sercem statosko-

pu podobnie jak w przypadku starszego

typu barometrów jest aneroid.

Największy wodny barometr na świecie mierzy 12 m wysokości i można go obejrzeć

w Australii. Rekord jest potwierdzony wpisem do Księgi rekordów Guinnessa

W nowoczesnych samolotach raczej nie

spotkamy już mechanicznego wysoko-

ściomierza. Został wyparty przez

dokładniejsze urządzenie elektroniczne

Z iemię otacza atmosfera, czyli war-

N azwa półkul pochodzi od miasta

B arometr rtęciowy wynaleziony

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: