Главная

Опыт Торричелли и единицы давления

Физика · 7 класс. Изучите схему, разберите примеры и проверьте себя.

Ртутный барометр: высота столба измеряется по вертикали от свободного уровня в чаше. Над ртутью разреженное пространство. Пример h примерно 760 миллиметров.Ртутный барометр: высота столбаh ≈760 ммРазреженноепространствоВ простой модели pатм ≈ ρgh
Идеализированная схема; давлением пара над ртутью в школьном расчёте пренебрегают.

Идея опыта Торричелли

Ртутный барометр показывает связь атмосферного давления с высотой поддерживаемого жидкого столба. В исторической схеме сверху закрытой трубки над ртутью находится разреженное пространство, а нижняя часть соединена с чашей. Воздух действует на открытую поверхность в чаше, и устанавливается гидростатическое равновесие. Опыт изучают по схеме и учебной демонстрации.

Какую высоту измеряют

Нужна вертикальная разность уровней ртути в трубке и чаше, а не полная длина трубки и не высота стола. В простой модели pатм ≈ ρgh: малым давлением пара над ртутью пренебрегают. В разреженном пространстве могут оставаться частицы пара, поэтому называть его обязательно абсолютно пустым некорректно.

Миллиметры ртутного столба

Мм рт. ст. — единица давления, хотя её название связано с высотой ртути. Для перевода в задачах можно принять 1 мм рт. ст. ≈ 133,3 Па, если это явно оговорено. Например, 750 мм рт. ст. по этому округлённому коэффициенту дают 99975 Па. Это расчёт с приближением, а не точное определение единицы.

Точное значение и школьная модель

Стандартная атмосфера определена как 101325 Па. Если в расчёте по ρgh использовать округлённые плотность ртути, g и высоту, результат может немного отличаться. Например, при ρ = 13600 кг/м³, g = 9,8 Н/кг и h = 0,760 м получаем 101292,8 Па. Не нужно подгонять этот результат к точному опорному числу: отличаются исходные приближения.

Пример перевода высоты

Если высота задана как 720 мм, для формулы с плотностью в кг/м³ и g в Н/кг её переводят в метры: 0,720 м. Затем перемножают ρ, g и h. Для перевода непосредственно из мм рт. ст. в Па используют коэффициент, заданный в конкретной задаче. Эти два способа могут иметь разную точность из-за округления исходных чисел.

Другие единицы

1 гПа = 100 Па, 1 кПа = 1000 Па. Значение 101325 Па соответствует 1013,25 гПа и 101,325 кПа. Если в журнале давление записано в мм рт. ст., а новый прибор показывает гПа, сначала согласуйте единицы, а затем ищите разность. Слово «миллиметр» в названии единицы не превращает давление в длину.

Запомните: Различайте точное определение и расчёт с округлёнными коэффициентами.

Проверьте себя

Что измеряют как h в ртутном барометре?

Вертикальную разность уровней ртути в трубке и чаше.

750 мм рт. ст. при заданном коэффициенте 133,3 Па на мм — сколько Па?

99975 Па по этому округлённому коэффициенту.

Над ртутью обязательно абсолютная пустота?

Нет. В простой модели пренебрегают малым давлением пара.

Почему расчёт с округлёнными ρ и g может отличаться от 101325 Па?

Приближённые исходные данные не обязаны воспроизводить точное опорное определение.

Выберите игру и уровень в практике по статье. В «Десанте» короткие вопросы и простые действия; переводы мм рт. ст., модели высоты и задачи с двумя давлениями решайте в других играх без спешки.