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