EXPERIMENT TORRICELLI: MĂSURĂTORI ALE PRESIUNII ATMOSFERICE, IMPORTANȚĂ - FIZIC - 2025

Experimentul Torricelli a fost realizat de matematicianul fizic și italian Evangelista Torricelli în 1644 și a dus la prima măsurare a presiunii atmosferice.

Acest experiment a apărut din nevoia de a îmbunătăți aprovizionarea cu apă din orașe. Evangelista Torricelli (1608-1647), care era matematician de curte la Marele Duce al Toscanei Ferdinand al II-lea, studiase fenomenele hidraulice împreună cu Galileo.

Figura 1. Experimentul lui Torricelli, în care coloana de mercur crește 760 mm din cauza presiunii atmosferice. Sursa: F. Zapata.

Experimentul

În 1644, Torricelli a făcut următorul experiment:

- A introdus mercur într-un tub lung de 1 m, deschis la un capăt și închis la celălalt.

- Când tubul era complet plin, l-a răsturnat și l-a aruncat într-un recipient care conținea și mercur.

- Torricelli a observat că coloana a coborât și s-a oprit la aproximativ 76 cm înălțime.

- El a observat, de asemenea, că în spațiul liber era generat un vid, deși nu era perfect.

Torricelli a repetat experimentul folosind diferite tuburi. A făcut chiar o mică variantă: a adăugat apă la găleată, care, fiind mai ușoară, plutea pe mercur. Apoi a ridicat încet tubul care conține mercur la suprafața apei.

Apoi mercurul a coborât și apa a urcat. Vacumul obținut, așa cum am mai spus, nu a fost perfect, deoarece au existat întotdeauna rămășițe de vapori de mercur sau apă.

Măsurarea presiunii atmosferice

Atmosfera este un amestec de gaze în care predomină azotul și oxigenul, cu urme de alte gaze precum argon, dioxid de carbon, hidrogen, metan, monoxid de carbon, vapori de apă și ozon.

Atracția gravitațională exercitată de Pământ este responsabilă de păstrarea întregii înconjurătoare a planetei.

Desigur, compoziția nu este uniformă și nici densitatea, deoarece depinde de temperatură. În apropierea suprafeței există o cantitate bună de praf, nisip și poluanți provenite din evenimente naturale și, de asemenea, din activitatea umană. Moleculele mai grele sunt mai aproape de sol.

Deoarece există atât de multă variabilitate, este necesar să se aleagă o altitudine de referință pentru presiunea atmosferică, care pentru comoditate a fost considerată ca nivel al mării.

Aici nu este doar orice nivel al mării, deoarece asta prezintă și fluctuații. Nivelul sau baza de date se alege cu ajutorul unui sistem de referință geodezic stabilit de comun acord între experți.

Care este valoarea presiunii atmosferice din apropierea solului? Torricelli și-a găsit valoarea când a măsurat înălțimea coloanei: 760 mm de mercur.

Barometrul Torricelli

În vârful tubului, presiunea este 0, deoarece acolo s-a stabilit un vid. Între timp, pe suprafața cuvei de mercur, presiunea P ₁ este presiunea atmosferică.

Să alegem originea cadrului de referință pe suprafața liberă a mercurului, în partea superioară a tubului. De acolo până la suprafața mercurului din recipient, măsurați H, înălțimea coloanei.

Figura 2. Barometrul Torricelli. Sursa: Fizică generală pentru ingineri. J. Lay. USACH.

Presiunea în punctul marcat cu roșu, la adâncimea y ₁ este:

Unde ρ _Hg este densitatea mercurului. Deoarece y ₁ = H și Po = 0:

Deoarece densitatea mercurului este constantă și gravitația este constantă, se dovedește că înălțimea coloanei de mercur este proporțională cu P _{1 ,} care este presiunea atmosferică. Înlocuirea valorilor cunoscute:

Unitatea pentru presiune în Sistemul Internațional este pascal, prescurtat Pa. Conform experimentului lui Torricelli, presiunea atmosferică este de 101,3 kPa.

Importanța presiunii atmosferice pentru climă

Torricelli a observat că nivelul de mercur din tub suferea ușoare variații în fiecare zi, așa că a dedus că și presiunea atmosferică trebuie să se schimbe.

Presiunea atmosferică este responsabilă pentru o mare parte din climă, însă variațiile sale zilnice trec neobservate. Se datorează faptului că nu sunt la fel de vizibile ca furtunile sau frigul, de exemplu.

Totuși, aceste variații ale presiunii atmosferice sunt responsabile pentru vânturi, care la rândul lor influențează precipitațiile, temperatura și umiditatea relativă. Când solul se încălzește, aerul se extinde și tinde să crească, determinând scăderea presiunii.

Ori de câte ori barometrul indică presiuni ridicate, se poate aștepta vreme bună, în timp ce la presiuni scăzute există posibilitatea furtunilor. Cu toate acestea, pentru a face predicții meteo exacte, aveți nevoie de mai multe informații despre alți factori.

El

Deși sună ciudat, deoarece presiunea este definită ca forță pe unitatea de suprafață, în meteorologie este valabilă să exprime presiunea atmosferică în milimetri de mercur, așa cum este stabilit de Torricelli.

Acest lucru se datorează faptului că barometrul de mercur este încă utilizat astăzi, cu puține variații de atunci, astfel încât în ​​onoarea lui Torricelli, 760 mm de Hg este egal cu 1 torr. Cu alte cuvinte:

Dacă Torricelli ar fi folosit apă în loc de mercur, înălțimea coloanei ar fi de 10,3 m. Barometrul cu mercur este mai practic, deoarece este mai compact.

Alte unități în uz larg sunt barele și milibarele. Un milibar este egal cu un hectopascal sau 10 ² pascali.

altimetre

Un altimetru este un instrument care indică înălțimea unui loc, comparând presiunea atmosferică la acea înălțime cu cea de pe pământ sau un alt loc de referință.

Dacă înălțimea nu este foarte mare, în principiu putem presupune că densitatea aerului rămâne constantă. Dar aceasta este o aproximare, deoarece știm că densitatea atmosferei scade odată cu înălțimea.

Folosind ecuația de mai sus, densitatea aerului este utilizată în loc de mercur:

În această expresie P _o este luată ca presiune atmosferică la nivelul solului și P1 este cea a locului a cărei altitudine trebuie determinată:

Ecuația altimetrică arată că presiunea scade exponențial cu înălțimea: pentru H = 0, P ₁ = P _sau și dacă H → ∞, atunci P ₁ = 0.

Referințe

1. Figueroa, D. 2005. Seria: Fizică pentru științe și inginerie. Volumul 5. Fluide și termodinamică. Editat de Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fizica: o privire asupra lumii. A 6-a ediție prescurtată. Cengage Learning.
3. Lay, J. 2004. Fizică generală pentru ingineri. USACH.
4. Mott, R. 2006. Mecanica fluidelor. 4a. Ediție. Pearson Education.
5. Strangeways, I. 2003. Măsurarea mediului natural. 2a. Ediție. Presa universitară din Cambridge.