Atmosferski tlak Atmosfera je sloj zraka koji obavija Zemlju. (Do koje visine? Koje slojeve atmosfere poznajemo?) Zrak je smjesa plinova u kojoj ima najviše dušika (78%) i kisika (21%). (Koji se još plinovi mogu pronaći u atmosferi?) Prisjetimo se sada nekih značajki plinova. Plinovi imaju malu gustoću, npr., gustoća zraka u razini morske površine, pri temperaturi 0oC, iznosi 1,29 kg/m3. (Koliko je to puta manje od gustoće vode?) Nadalje, čestice plina pokretljivije su od čestica tekućina, znatno su slabije međusobno povezane i zato se plinovi lako šire. Nemaju niti stalan oblik, niti stalan volumen. Prema tome, ako plinove želimo zadržati u određenom dijelu prostora, to možemo samo pomoću zatvorenih posuda. Međutim, atmosfera ne predstavlja zatvorenu posudu i zato se pitamo što sprečava plinove iz atmosfere da odu u svemirski prostor? Očito je odgovor – sila teža! Djelovanje sile teže na molekule plinova koji čine zrak zapravo znači da zrak ima svoju težinu. (Koja je razlika između sile teže i težine?) Postavlja se pitanje je li moguće odrediti atmosferski tlak pomoću težine zraka na sličan način kao što smo odredili i hidrostatski tlak u tekućini. (Kako se izvodi formula hidrostatskog tlaka? O čemu taj tlak ovisi? Kako djeluje?) Budući da je za definiranje tlaka potrebno poznavati silu, u ovom slučaju težinu zraka, iz jednadžbe težine G=mg vidimo da je osnovni problem odrediti masu zraka. Naime, za poznavanje mase moramo znati i kolika je gustoća zraka, a ona opada s visinom! Sljedeća slika simbolički prikazuje raspodjelu molekula plinova u stupcu zraka iznad neke površine. Ako nije moguće teorijski odrediti atmosferski tlak, treba vidjeti što se može učiniti eksperimentom. Prva mjerenja atmosferskog tlaka izveo je talijanski fizičar Evangelista Torricelli 1644. godine. Upotrijebio je staklenu cijev dugu približno jedan metar, presjeka 1 cm2, zatvorenu na jednom kraju. Cijev je ispunio živom, pazeći pritom da se ulijevanjem žive istisne sav zrak. Prstom je zatvorio cijev na drugoj strani, okrenuo je i uronio vertikalno u širu plitku posudu, također ispunjenu živom. Nakon što je maknuo prst, primijetio je da je jedan dio žive istekao iz cijevi u posudu, a u cijevi je ostao stupac žive visok 76 cm. Također, iznad žive u cijevi nema zraka, odnosno tu je bio skoro prazan prostor (vakuum) s vrlo malo živinih para. Torricelli je zaključio da atmosferski tlak koji djeluje na živu u široj posudi sprečava istjecanje žive iz staklene cijevi. Očito je tlak zraka uravnotežen hidrostatskim tlakom stupca žive u cijevi! (Izračunajte tlak zraka pomoću podataka iz Torricellijevog pokusa ako znate da je živa 13,6 puta gušća od vode.) Na temelju Torricellijevog pokusa konstruiran je prvi barometar, uređaj za mjerenje atmosferskog tlaka. Za razliku od barometra, uređaj kojim se mjeri tlak plina u zatvorenom prostoru naziva se manometar. Razmislite i obrazložite odgovore na sljedeća pitanja. Zašto je važno kakvom je tekućinom punjena cijev u Torricellijevom barometru? Zašto je nepraktično koristiti vodu, npr.? Što se događa ako nagnemo cijev? Mijenja li se pri tome visinska razlika od otvorene posude do najviše točke stupca žive u cijevi? Zašto? Budući da se gustoća zraka smanjuje s visinom, tlak zraka također opada. Najveći je na razini mora i pri 0oC iznosi 101325Pa, približno 1013hPa. Taj se tlak naziva normirani atmosferski tlak. (Objasnite zašto je pri određivanju tlaka zraka važan podatak i temperatura pri kojoj se tlak mjeri. Kako je temperatura povezana s ponašanjem molekula plinova u zraku?) 2 Proučite sljedeći prikaz ovisnosti tlaka zraka o visini i skicirajte ga u bilježnice tako da iz vašeg prikaza uklonite višak podataka, odnosno zadržite samo one koji se odnose na ovu temu. Kako djeluje atmosferski tlak? Provjerite sljedećim pokusom! Možete li smjer djelovanja sile koju stvara atmosferski tlak na određenu površinu usporediti s djelovanjem hidrostatskog tlaka? Što se događa kada pijete kroz slamku? Problem vakuuma Torricellijevim je pokusom, između ostaloga, pokazano i da je moguće ostvariti vakuum. Naime, tijekom prethodnih se stoljeća vjerovalo da je vakuum nemoguć, odnosno da priroda ima „strah od praznine“, takozvani horror vacui. Činjenica jest da je na Zemlji vakuum rijedak zato što u redovnim uvjetima zrak ispunjava svaku dostupnu šupljinu. Čak niti u laboratorijima nije moguće postići idealni vakuum. (Kakva je situacija u svemiru?) 3 Upravo su pokusi s fluidima u XVII. stoljeću pridonijeli boljem razumijevanju ove problematike. Jedan od njih je i glasoviti magdeburški pokus iz 1654. godine. Otto von Guericke je, pripremajući pokus, isisao zrak između dviju polukugli koristeći vakuumsku pumpu koju je izumio koju godinu ranije. Sljedeća je slika povijesni prikaz samog pokusa. Rezultat pokusa bio je iznenađenje za ono doba i privukao je veliku pozornost. Naime, polukugle nije bilo moguće razdvojiti čak niti silama dvaju konjskih osmeroprega koji su vukli s obje strane. Pokus je uspješno ponovljen i u Zagrebu tijekom manifestacija kojima je 2005. godine obilježena Svjetska godina fizike. Objasnite rezultate magdeburškog pokusa! Možete li u opisu tog pokusa iskoristiti usporedbu s izgledom vrećice kikirikija? Zašto? 4
© Copyright 2024 Paperzz
