ATMOSFÄRISKT TRYCK: NORMALVÄRDE, HUR MAN MÄTER DET, EXEMPEL - FYSISK - 2025

Det atmosfäriska trycket orsakas av vikten av gaserna som utgör atmosfären ovanför jorden. Det uppskattas att massan i atmosfären är cirka 5 x 10 ¹⁸ kg och alla levande varelser utsätts för det tryck som denna massa utövar.

Den första att mäta den var den italienska forskaren Evangelista Torricelli (1608-1647). Han genomförde ett enkelt men mycket genialt experiment 1644: han fyllde helt ett glasrör stängt i ena änden med kvicksilver, inverterade det och hällde det i en behållare som också innehöll kvicksilver.

Figur 1. Aneroidbarometer för att mäta atmosfärstryck, till skillnad från kvicksilverbarometer, innehåller den inte vätska. Källa: Wikimedia Commons.

Torricelli observerade att röret inte tömdes helt utan fylldes med kvicksilver till en höjd av 76 cm. Förvånad gjorde han många tester med rör av olika form, och alltid fick samma resultat.

På detta sätt insåg Torricelli att atmosfärstrycket höjde och höll kvicksilverpelaren inuti röret på en höjd av 760 mm. På detta sätt fastställs medelvärdet för atmosfärstrycket.

Eftersom tryck definieras som kraft per enhetsarea, är enheterna för atmosfärstryck i det internationella systemet newton / meter eller pascal, vilket är förkortat Pa. Så i detta system har atmosfärstrycket P _atm ett värde av :

Detta är det normala värdet på atmosfärstrycket vid 0 ºC och vid havsnivån.

Atmosfäriskt tryck vid havsnivån och andra variationer

I teorin är det maximala värdet för atmosfärstryck bara vid havsnivån. Även om det finns så stor variation på denna nivå måste experter ställa in ett referenssystem för att hjälpa dem att fastställa dess värde.

Här är de viktigaste faktorerna som påverkar värdet på atmosfärstrycket på en viss plats på jorden:

-Höjd : för varje 10 meters höjd minskar trycket med 1 mm Hg. Men det händer också att densiteten för gasen som utgör atmosfären inte är konstant. I princip, när höjden ökar, minskar lufttätheten.

Bild 2. Höjdmätare, ett instrument som mäter höjden över havet baserat på tryckförändringar. Källa: Pixabay.

- Temperatur : ju högre temperaturen minskar densiteten och luften väger mindre, därför minskar tryckvärdet.

- Latitud : atmosfärstrycket är lägre vid ekvatoriella breddegrader, eftersom jorden inte är en perfekt sfär. Kusten vid ekvatorn är längre från jordens centrum än polerna och där är lufttätheten också lägre.

- Kontinentalitet : ju mer det rör sig mot kontinenterna, desto högre är atmosfärstrycket, medan på kustplatser är trycket lägre.

Variation av atmosfärstryck med höjd

Den altimetriska ekvationen som relaterar atmosfärstrycket P på en plats med sin höjd z över havsnivån har denna form:

Här är _Po det befintliga trycket vid initial- eller referenshöjden, som normalt tas vid havsnivån, ρ _eller lufttätheten vid havsnivån och g värdet på tyngdens acceleration. Senare i avsnittet lösta övningar är steg-för-steg-avdraget.

Hur mäts atmosfärstrycket?

Atmosfäriskt tryck mäts med barometern. Det enklaste är som den som Torricelli byggde, baserad på kvicksilver. Lutningen på röret eller diametern ändrar inte kvicksilverpelarens höjd, såvida inte klimatfaktorerna är ansvariga för detta.

Till exempel bildas moln i regioner med lågt tryck. Så när barometeravläsningen sjunker är det ett tecken på att dåligt väder kommer.

I själva verket kan andra vätskor också användas istället för kvicksilver, till exempel kan en vattenbarometer tillverkas. Problemet är att kolonnens storlek är 10,33 m, mycket opraktiskt att transporteras.

Det finns också instrument som mäter tryck mekaniskt - genom deformationer i rör eller spiraler -: aneroidbarometrar och manometrar. De kan mäta tryckskillnaden mellan två punkter eller också mäta ett tryck som tar atmosfärstrycket som referens.

Enheter för tryck

Det normala tryckvärdet används för att definiera en ny tryckenhet: atmosfären, förkortad atm. Atmosfäriskt tryck är 1 atm; på detta sätt kan andra tryck uttryckas i termer av atmosfärstryck, vilket är ett mycket välkänt värde för alla:

Följande tabell visar de enheter som används mest inom vetenskap och teknik för att mäta tryck och motsvarande motsvarande i pascaler:

Enhet	Ekvivalens i pascal
N / m 2	ett
Bankomat	101.355
mm Hg	133,3
Ib / i 2	6894,76
Pub	1x 10 5

Hydrostatisk, absolut och mättryck

På den fria ytan av en vätska i statisk jämvikt och öppen för atmosfären verkar atmosfärstrycket. Men vid vätskans inre punkter verkar givetvis vätskans kolonn.

Kolonnens vikt beror på dess höjd och vätskans densitet, vilket vi antar konstant, liksom temperaturen. I detta fall är trycket P:

Detta är det hydrostatiska trycket vid någon punkt inuti en vätska med konstant densitet och är direkt proportionell mot vätskans djup z.

Beträffande det absoluta trycket P _abs i en vätska i vila, definieras det som summan av det atmosfäriska trycket P _atm och det hydrostatiska trycket P:

Slutligen är mättrycket P- _man i en vätska i vila skillnaden mellan det absoluta och atmosfärstrycket och i detta fall motsvarar det att mäta det hydrostatiska trycket:

exempel

Kraften som atmosfären utövar på kroppen

Storleken på den totala kraften som utövas av atmosfären på en mänsklig kropp kan uppskattas. Anta att kroppen har ungefär en ytarea på 2 m ² , eftersom trycket definieras som kraft per enhetsarea, kan vi lösa och beräkna kraften:

För denna beräkning kommer vi att använda det normala värdet på atmosfärstrycket som fastställdes i början:

Detta resultat motsvarar mer eller mindre 20 ton kraft, men det representerar inte ett problem för levande varelser som bebor jordens yta, som är anpassade till detta, precis som fisken i havet.

Även om det är en ganska stor kraft. Hur kommer vi inte att kollapsa innan det?

Tja, trycket inuti kroppen är lika med trycket utanför. Vi kollapsar inte för att den inre kraften balanseras av en annan yttre kraft. Men vissa människor påverkas av höjden och kan blöda från näsan när de klättrar mycket höga berg. Det beror på att balansen mellan blodtrycket och atmosfärstrycket har störts.

Smutta på drycker med sugrör eller sugrör

Atmosfäriskt tryck gör det möjligt att dricka läsk med sugrör eller sugrör. Sumerierna och andra antika kulturer hade upptäckt att de kunde dricka öl med ihåliga växtstjälkar eller vass som sugrör.

Mycket senare, i slutet av 1800-talet och början av 1900-talet, patenterades olika modeller av sugrör i USA, inklusive de med en dragspel-formad armbåge, allmänt använd i dag.

Bild 3. Atmosfäriskt tryck låter dig smutta med ett sugrör. Källa: Pixabay.

Så här fungerar de: När vätskan absorberas genom sugröret reduceras trycket ovanför vätskan i halmen och detta får trycket nedan, som är högre, att pressa vätskan uppåt för enkel drickning.

Av den anledningen, efter extraktion eller tandkirurgi, är det inte tillrådligt att smutta vätskor på detta sätt, eftersom minskningen av trycket kan få såret att öppna och börja blöda.

övningar

- Övning 1

Härled den altimetriska ekvationen P (z):

-Po är trycket på referensnivån (havsnivå)

-z är höjden

-ρ _o är vätskans densitet vid havsnivån

-g är värdet på tyngdkraften

Lösning

Låt först dp vara ett differenstryck, vilket enligt den grundläggande ekvationen för hydrostatik uttrycks som:

Minustecknet tar hänsyn till det faktum att trycket minskar med ökande z. Luft antas också vara en idealisk gas, så tryck och densitet är relaterade av:

Densiteten ersätts omedelbart för att erhålla:

Att skriva trycket på detta sätt antar att atmosfären är uppdelad i lager med höjd dz, något som en bunt med pannkakor, var och en med tryck dp. På detta sätt erhålls en differentiell ekvation som löses genom att separera variablerna p och z:

Därefter integreras den på båda sidor, vilket motsvarar trycket från varje lager. I integralen till vänster är den gjord från ett tryck P _eller initial till ett slutligt tryck P. På samma sätt utvärderar integralen till höger från z _o till z:

Följande är att lösa för P med hjälp av exponentiella:

Slutligen, om både T och g hålls konstant, ρ _o = (M / RT) P _o , då M / RT = ρ _o / P _o, och vi kan också göra z _o = 0. Sammansätta allt detta:

- Övning 2

Vad är värdet på atmosfärstrycket i La Paz, Bolivia som ligger på 3640 m över havet? Ta den genomsnittliga lufttätheten till 1 225 kg / m ³ vid havsnivån.

Lösning

Ersätt helt enkelt de numeriska värden som anges i den altimetriska ekvationen:

Sammanfattningsvis handlar det om 66% av normalt tryck.

referenser

1. Figueroa, D. (2005). Serie: Fysik för vetenskap och teknik. Volym 5. Vätskor och termodynamik. Redigerad av Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fysik: En titt på världen. 6: e förkortade upplagan. Cengage Learning.
3. Standardatmosfären. Återställd från: av8n.com
4. Sevilla universitet. Variation av atmosfärstryck. Återställd från: laplace.us.es.
5. Wikipedia. Hypsometrisk ekvation. Återställd från: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Atmosfärstryck. Återställd från: es.wikipedia.org.