PRESIUNE ATMOSFERICĂ: VALOARE NORMALĂ, CUM SĂ O MĂSURĂM, EXEMPLE - FIZIC - 2025

Presiunea atmosferică este cauzată de greutatea gazelor care compun atmosfera de deasupra Pământului. Se estimează că masa atmosferei este de aproximativ 5 x 10 ¹⁸ kg și toate ființele vii sunt supuse presiunii pe care o exercită această masă.

Primul care a măsurat-o a fost savantul italian Evangelista Torricelli (1608-1647). El a efectuat un experiment simplu, dar foarte ingenios, în 1644: a umplut complet un tub de sticlă închis la un capăt cu mercur, l-a răsturnat și l-a turnat într-un recipient care conținea și mercur.

Figura 1. Barometrul aneroid pentru măsurarea presiunii atmosferice, spre deosebire de barometrul cu mercur, nu conține lichid. Sursa: Wikimedia Commons.

Torricelli a observat că tubul nu s-a golit complet, ci a fost umplut cu mercur până la o înălțime de 76 cm. Surprins, a făcut multe teste cu tuburi de formă diferită, obținând mereu același rezultat.

În acest fel, Torricelli și-a dat seama că presiunea atmosferică a crescut și a menținut coloana de mercur în interiorul tubului la o înălțime de 760 mm. În acest fel, valoarea medie a presiunii atmosferice este stabilită.

Deoarece presiunea este definită ca forță pe unitate de suprafață, unitățile de presiune atmosferică din Sistemul internațional sunt newton / metru sau pascal, care este prescurtat Pa. Deci, în acest sistem, presiunea atmosferică P _atm are o valoare de :

Aceasta este valoarea normală a presiunii atmosferice la 0 ºC și la nivelul mării.

Presiunea atmosferică la nivelul mării și alte variații

În teorie, valoarea maximă a presiunii atmosferice este doar la nivelul mării. Deși există atât de multă variabilitate la acest nivel, experții trebuie să stabilească un sistem de referință care să îi ajute să-și determine valoarea.

Iată principalii factori care afectează valoarea presiunii atmosferice într-un anumit loc de pe Pământ:

-Altitudine : pentru fiecare 10 metri înălțime, presiunea scade cu 1 mm de Hg. Dar, de asemenea, se întâmplă ca densitatea gazului care formează atmosfera să nu fie constantă. În principiu, pe măsură ce altitudinea crește, densitatea aerului scade.

Figura 2. Altimetrul, un instrument care măsoară altitudinea deasupra nivelului mării pe baza schimbărilor de presiune. Sursa: Pixabay.

- Temperatura : evident, cu cât temperatura este mai mare, densitatea scade și aerul cântărește mai puțin, prin urmare, valoarea presiunii scade.

- Latitudine : presiunea atmosferică este mai mică la latitudinile ecuatoriale, deoarece Pământul nu este o sferă perfectă. Coasta de la ecuator este mai îndepărtată de centrul Pământului decât poli și acolo densitatea aerului este de asemenea mai mică.

- Continentalitate : cu cât se deplasează mai mult spre interiorul continentelor, cu atât este mai mare presiunea atmosferică, în timp ce în locurile de coastă, presiunea este mai scăzută.

Variația presiunii atmosferice cu înălțimea

Ecuația altimetrică care raportează presiunea atmosferică P a unui loc cu înălțimea sa z peste nivelul mării, are această formă:

Aici P _o este presiunea existentă la înălțimea inițială sau de referință, care este în mod normal luată la nivelul mării, ρ _sau la densitatea aerului la nivelul mării și g valoarea accelerației gravitației. Mai târziu în secțiunea exerciții rezolvate este deducerea pas cu pas.

Cum se măsoară presiunea atmosferică?

Presiunea atmosferică se măsoară cu barometrul. Cel mai simplu este ca cel construit de Torricelli, bazat pe mercur. Înclinarea tubului sau a diametrului nu modifică înălțimea coloanei de mercur, cu excepția cazului în care factorii climatici sunt responsabili de acest lucru.

De exemplu, nori se formează în regiuni cu presiune joasă. Deci, când lectura barometrului scade, este un semn că vremea rea ​​vine.

De fapt, alte lichide ar putea fi, de asemenea, utilizate în loc de mercur, de exemplu, se poate face un barometru de apă. Problema este că dimensiunea coloanei este de 10,33 m, foarte imposibil de transportat.

Există, de asemenea, instrumentele care măsoară presiunea mecanic - prin deformări în tuburi sau spirale -: barometre și manometre aneroide. Ele pot măsura diferența de presiune între două puncte sau, de asemenea, pot măsura o presiune luând ca referință presiunea atmosferică.

Unități de presiune

Valoarea normală a presiunii este utilizată pentru a defini o nouă unitate de presiune: atmosfera, prescurtată atm. Presiunea atmosferică este de 1 atm; în acest fel, alte presiuni pot fi exprimate în termeni de presiune atmosferică, ceea ce reprezintă o valoare foarte familiară tuturor:

Următorul tabel prezintă unitățile cele mai utilizate în știință și inginerie pentru măsurarea presiunii și echivalentul corespunzător la pascali:

Unitate	Echivalența în pascal
N / m 2	unu
ATM	101355
mm Hg	133.3
lb / în 2	6894.76
cârciumă	1x 10 5

Presiune hidrostatică, absolută și de calibru

Pe suprafața liberă a unui lichid în echilibru static și deschis către atmosferă, acționează presiunea atmosferică. Dar în punctele interioare ale lichidului, desigur, greutatea coloanei de fluid acționează.

Greutatea coloanei depinde de înălțimea ei și de densitatea lichidului, pe care o vom presupune constant, la fel și temperatura. În acest caz, presiunea P este:

Aceasta este presiunea hidrostatică în orice punct din interiorul unui fluid cu densitate constantă și este direct proporțională cu adâncimea z a fluidului.

În ceea ce privește presiunea absolută P _abs într-un fluid în repaus, aceasta este definită ca suma presiunii atmosferice P _atm și a presiunii hidrostatice P:

În sfârșit, presiunea gabaritului P _man într-un fluid în repaus este diferența dintre presiunea absolută și atmosferică și în acest caz este echivalentă cu măsurarea presiunii hidrostatice:

Exemple

Forța pe care atmosfera o exercită asupra corpului

Mărimea forței totale exercitate de atmosferă asupra unui corp uman poate fi estimată. Să presupunem că corpul are aproximativ o suprafață de 2 m ² , deoarece presiunea este definită ca forță pe unitate de suprafață, putem rezolva și calcula forța:

Pentru acest calcul vom folosi valoarea normală a presiunii atmosferice care a fost stabilită la început:

Acest rezultat este echivalent cu mai mult sau mai puțin de 20 de tone de forță, dar nu reprezintă o problemă pentru ființele vii care locuiesc pe suprafața Pământului, care sunt adaptate la acest lucru, la fel ca peștele din mare.

Deși este o forță destul de mare. Cum de nu ne prăbușim înainte?

Ei bine, presiunea din interiorul corpului este egală cu presiunea din exterior. Nu ne prăbușim, deoarece forța interioară este echilibrată de o altă forță exterioară. Dar unele persoane sunt afectate de altitudine și pot sângera din nas atunci când urcă munți foarte înalți. Se datorează faptului că echilibrul dintre tensiunea arterială și presiunea atmosferică a fost perturbat.

Înghițiți băuturile cu un paie sau paie

Presiunea atmosferică face posibilă consumul de sodă cu un paie sau paie. Sumerienii și alte culturi antice au descoperit că pot bea bere folosind tulpini sau stuf de plante ca niște paie.

Mult mai târziu, la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului XX, diverse modele de paie au fost brevetat în Statele Unite, inclusiv cele cu cot în formă de acordeon, utilizate pe scară largă astăzi.

Figura 3. Presiunea atmosferică permite sorbirea cu un paie. Sursa: Pixabay.

Astfel funcționează: pe măsură ce lichidul este absorbit prin paie, presiunea de deasupra lichidului din paie este redusă, determinând presiunea de sub, care este mai mare, pentru a împinge lichidul în sus pentru a bea ușor.

Din acest motiv, după extracție sau chirurgie dentară, nu este recomandat să înghițiți lichide în acest fel, deoarece scăderea presiunii poate determina plaga să se deschidă și să înceapă să sângereze.

Exerciții

- Exercitiul 1

Derivați ecuația altimetrică P (z):

-Po este presiunea la nivelul de referință (nivelul mării)

-z este înălțimea

-ρ _o este densitatea fluidului la nivelul mării

-g este valoarea accelerației gravitației

Soluţie

În primul rând, să fie dp o presiune diferențială, care în conformitate cu ecuația fundamentală a hidrostatice este exprimată ca:

Semnul minus ia în considerare faptul că presiunea scade odată cu creșterea z. De asemenea, se presupune că aerul este un gaz ideal, astfel încât presiunea și densitatea sunt legate de:

Densitatea este imediat înlocuită pentru a obține:

Acum, presiunea de scriere în acest fel presupune că atmosfera este împărțită în straturi de înălțime dz, ceva precum un teanc de clătite, fiecare cu presiune dp. În acest fel, se obține o ecuație diferențială care este rezolvată prin separarea variabilelor p și z:

Este apoi integrat pe ambele părți, ceea ce echivalează cu adăugarea contribuțiilor la presiune realizate de fiecare strat. În integralul din stânga se face dintr-o presiune P _sau inițială până la o presiune finală P. În același mod, integralul din dreapta evaluează de la z _o la z:

Următoarea este să rezolvați pentru P folosind exponențialul:

În cele din urmă, dacă ambele T și g sunt menținute constante, ρ _o = (M / RT) P _o , atunci M / RT = ρ _o / P _o, și putem de asemenea face z _o = 0. Împreună toate acestea:

- Exercițiul 2

Care este valoarea presiunii atmosferice din La Paz, Bolivia, situată la 3640 m deasupra nivelului mării? Se ia densitatea medie a aerului ca 1.225 kg / m ³ la nivelul mării.

Soluţie

Pur și simplu înlocuiți valorile numerice date în ecuația altimetrică:

În concluzie, este vorba despre aproximativ 66% din presiunea normală.

Referințe

1. Figueroa, D. (2005). Serie: fizică pentru știință 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. Atmosfera standard. Recuperat de la: av8n.com
4. Universitatea din Sevilla. Variația presiunii atmosferice. Recuperat din: laplace.us.es.
5. Wikipedia. Ecuația hipometrică. Recuperat de la: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Presiune atmosferică. Recuperat de la: es.wikipedia.org.