ניסוי טוריצ'לי בוצע על ידי מתמטיקאי פיזי האיטלקי אוונג'ליסטה טוריצ'לי בשנת 1644 וביאה ב במדידה הראשונה של לחץ אטמוספרי.
ניסוי זה נבע מהצורך בשיפור אספקת המים בערים. אוונג'ליסטה טוריסלי (1608-1647), שהיה מתמטיקאי חצר של הדוכס הגדול של טוסקנה פרדיננד השני, בחן תופעות הידראוליות אצל גלילאו.
איור 1. הניסוי של טוריסלי, בו עמוד הכספית מתנשא לגובה של 760 מ"מ בגלל לחץ אטמוספרי. מקור: פ. זפטה.
הניסוי
בשנת 1644 ביצע טוריסלי את הניסוי הבא:
- הוא הכניס כספית לצינור באורך 1 מ ', פתוח בקצה אחד וסגר בקצה השני.
- כשהצינור היה מלא לחלוטין, הוא הפך אותו והשליך אותו למיכל שהכיל גם כספית.
- טוריסלי הבחין כי העמוד ירד ועצר בגובה 76 ס"מ.
- הוא גם הבחין שנוצר חלל בחלל שהיה חופשי, אם כי לא מושלם.
טוריסלי חזר על הניסוי באמצעות צינורות שונים. הוא אפילו עשה וריאציה קטנה: הוא הוסיף מים לדלי, שהיותם קלים יותר צפו על הכספית. ואז הרים לאט את הצינור המכיל כספית אל פני המים.
ואז הכספית ירדה והמים עלו. הוואקום שהושג, כאמור, לא היה מושלם, מכיוון שתמיד היו שרידים של אדי כספית או מים.
מדידת הלחץ האטמוספרי
האטמוספרה היא תערובת של גזים שבהם חנקן וחמצן שולטים, עם עקבות של גזים אחרים כמו ארגון, פחמן דו חמצני, מימן, מתאן, פחמן חד חמצני, אדי מים ואוזון.
האטרקציה הכבידה שמפעילה כדור הארץ אחראית על שמירת כל כדור הארץ.
כמובן שהרכב אינו אחיד, וגם הצפיפות אינה מכיוון שהוא תלוי בטמפרטורה. קרוב לפני השטח יש כמות טובה של אבק, חול ומזהמים מאירועים טבעיים וגם מפעילות אנושית. המולקולות הכבדות יותר קרובות לקרקע.
מכיוון שיש כל כך הרבה שונות, יש צורך לבחור גובה התייחסות ללחץ אטמוספרי, אשר מטעמי נוחות נתפס כגובה פני הים.
כאן זה לא סתם גובה פני ים, כי זה גם מציג תנודות. הרמה או הנתון נבחר בעזרת מערכת התייחסות גיאודטית קבועה בהסכמה משותפת בין המומחים.
מה שווה הלחץ האטמוספרי הקרוב לקרקע? טוריסלי מצא את ערכו כשמדד את גובה העמוד: 760 מ"מ כספית.
הברומטר של טוריסלי
בראש הצינור הלחץ הוא 0, מכיוון שהוקם שם ואקום. בינתיים, על פני בור הכספית, הלחץ P 1 הוא לחץ אטמוספרי.
בואו לבחור את מקור מסגרת ההתייחסות על המשטח החופשי של הכספית, בחלק העליון של הצינור. משם אל פני הכספית במיכל, מדדו את H, גובה העמוד.
איור 2. ברומטר טוריסלי. מקור: פיזיקה כללית למהנדסים. ג'יי ליי. ארה"ב.
הלחץ בנקודה המסומנת באדום בעומק 1 הוא:
כאשר ρ Hg הוא צפיפות הכספית. מכיוון ש y 1 = H ו- Po = 0:
מכיוון שצפיפות הכספית קבועה וכוח הכבידה קבוע, מסתבר שגובה עמוד הכספית פרופורציונאלי ל- P 1 , שהוא הלחץ האטמוספרי. החלפת ערכים ידועים:
היחידה ללחץ במערכת הבינלאומית היא הפאשאלית, המקוצרת, על פי הניסוי של טוריסלי, הלחץ האטמוספרי הוא 101.3 kPa.
חשיבות הלחץ האטמוספרי לאקלים
טוריסלי ציין שרמת הכספית בצינור עברה שינויים קלים מדי יום, ולכן הסיק כי גם הלחץ האטמוספרי חייב להשתנות.
לחץ אטמוספרי אחראי לחלק גדול מהאקלים, אולם הווריאציות היומיומיות שלו אינן מורגשות. זה בגלל שהם לא מורגשים כמו סופות או קור, למשל.
עם זאת, שונות זו בלחץ האטמוספרי אחראית לרוחות, אשר בתורן משפיעות על גשמים, טמפרטורה ולחות יחסית. כאשר הקרקע מתחממת, האוויר מתרחב ונוטה לעלות, וגורם ללחץ לרדת.
בכל פעם שהברומטר מצביע על לחצים גבוהים, ניתן לצפות במזג אוויר טוב ואילו עם לחצים נמוכים קיימת אפשרות לסערות. עם זאת, כדי לבצע תחזיות מדויקות, אתה זקוק למידע נוסף על גורמים אחרים.
הוא
למרות שזה נשמע מוזר, מכיוון שלחץ מוגדר כוח לכל שטח יחידה, במטאורולוגיה זה תקף להביע לחץ אטמוספרי במילימטרים של כספית, כפי שהוקם על ידי טוריסלי.
הסיבה לכך היא שברומטר הכספית ממשיך לשמש כיום עם מעט וריאציה מאז אותה תקופה, כך שלכבוד טוריסלי 760 מ"מ של Hg שווה ל- 1 טור. במילים אחרות:
אם טוריסלי היה משתמש במים במקום בכספית, גובה העמוד היה 10.3 מ '. ברומטר הכספית פרקטי יותר מכיוון שהוא קומפקטי יותר.
יחידות אחרות הנמצאות בשימוש נרחב הן סורגים ומיליבר. מיליבאר אחד שווה להקטרופסקאל אחד או 10 2 פסקלים.
מד מרחק
מד גובה הוא מכשיר המציין את גובהו של מקום, ומשווה את הלחץ האטמוספרי בגובה זה לזה שעל הקרקע או מקום התייחסות אחר.
אם הגובה אינו גדול במיוחד, באופן עקרוני אנו יכולים להניח כי צפיפות האוויר נשארת קבועה. אבל זו קירוב, מכיוון שאנחנו יודעים שצפיפות האטמוספרה אכן יורדת עם הגובה.
בעזרת המשוואה המשמשת לעיל, משתמשים בצפיפות האוויר במקום זו של הכספית:
בביטוי זה נלקח P o כלחץ האטמוספרי בגובה הקרקע ו- P1 הוא זה של המקום שגובהו אמור להיקבע:
המשוואה האלטימטרית מראה כי הלחץ יורד באופן אקספוננציאלי עם הגובה: עבור H = 0, P 1 = P או אם H → ∞, אז P 1 = 0.
הפניות
- Figueroa, D. 2005. סדרה: פיזיקה למדעים והנדסה. נפח 5. נוזלים ותרמודינמיקה. נערך על ידי דאגלס פיגארואה (USB).
- Kirkpatrick, L. 2007. פיזיקה: מבט על העולם. המהדורה המקוצר השישי. לימוד Cengage.
- Lay, J. 2004. Physics General for מהנדסים. ארה"ב.
- Mott, R. 2006. מכניקת נוזלים. רביעי. מַהֲדוּרָה. פירסון חינוך.
- Strangeways, I. 2003. מדידת הסביבה הטבעית. 2. מַהֲדוּרָה. הוצאת אוניברסיטת קיימברידג '.