Вера Пакулова - Природоведение. Природа. Неживая и живая. 5 класс
Воздух обладает такими свойствами, как сжимаемость и упругость.
В транспорте мы часто слышим слова: «Двери закрываются!» На следующей остановке сжатый воздух откроет их. Другой пример – воздушные тормоза. Они применяются на поездах. Воздушный тормоз приводится в движение сжатым воздухом, который имеется в камере, расположенной под вагоном. Воздух в камеру поступает из специального насоса, расположенного в электропоезде или тепловозе. Чтобы остановить поезд, машинист включает тормозное устройство. Раздается шипение, тормозные колодки, словно стальные ладони, сжимают колеса сразу всех вагонов, и поезд останавливается.
В конце XVI в. появилось духовое ружье. Его продолжают использовать и в XXI в. как незаменимое оружие для подводной охоты (рис. 41).
Рис. 41. Ружье для подводной охоты с гарпуном; оно приводится в действие сжатым воздухом
1. Докажите, что воздух занимает пространство.
2. Как вы думаете, почему в ружьях для подводной охоты используют именно сжатый воздух, а не порох?
3. Перед вами лежат два футбольных мяча. Один из них слабо накачан. Скажите, если ударить поочередно каждый из этих мячей ногой, какой из них улетит дальше и почему.
§ 18. Вес воздуха и атмосферное давление
Имеет ли воздух вес? Не спешите сказать «да» или «нет», подумайте.
Давайте проделаем такой опыт.
Возьмем весы, такие, как показаны на рисунке 42. Положим на левую чашку весов детский воздушный шарик, а на правую небольшими порциями будем сыпать песок до тех пор, пока не наступит равновесие. Наполним воздушный шарик воздухом. Завяжем его, чтобы воздух не вышел, и положим на весы. Равновесие нарушилось – чашка с надутым шариком перевесила. Значит, воздух имеет вес.
Рис. 42. Этот опыт доказывает, что воздух имеет вес
Вес воздухаВзвешивая воздух, ученые установили, что он очень легкий. Его 1 кубический метр (сокращенно 1 м3: 1 м в ширину, 1 м в длину и 1 м в высоту) весит 1290 г. Следует запомнить, что такой вес имеет воздух только у поверхности Земли. Если взвешивать воздух на различных расстояниях от Земли, то вес 1 м3 воздуха будет уменьшаться с высотой. Чем дальше от поверхности Земли, тем воздух более разрежен, менее плотен, а значит, меньше весит.
Давление воздухаПоскольку толщина атмосферы составляет более 1000 км, воздух оказывает значительное давление на земную поверхность: на 1 см2 поверхности Земли он давит с силой в 1 кг. Подсчитаем, какое давление воздуха испытывает человек (поверхность его тела составляет в среднем 1,5 м2, или 15 тыс. см2).
Получается, что на человека давит 15 т воздуха! Такого огромного давления, казалось бы, он не выдержит. Однако человек его не ощущает. Объясняется это тем, что кровь, другие жидкости и газы в организме сжаты до такого же давления и, действуя изнутри, уравновешивают внешнее давление.
Воздух оказывает давление на все предметы, находящиеся на поверхности Земли.
Чтобы в этом убедиться, проделаем опыт.
На поверхность стола положим тонкую рейку так, чтобы половина ее выступала за край стола. Накроем рейку листом бумаги размером с газету (можно и самой газетой). Бумага должна плотно лежать на поверхности стола. Резким ударом руки по рейке постараемся сбросить бумагу со стола. Однако рейка сломалась – бумага осталась лежать на столе. Это объясняется тем, что на бумагу воздух давит практически с одной стороны, так как к поверхности стола она плотно прилегает.
Рис. 43. Опыт, доказывающий, что воздух оказывает давление на все предметы, находящиеся на Земле. Даже сильный удар по линейке не смог поднять газету
Воздух давит на все окружающие предметы со всех сторон.
В далеком 1654 г. бургомистр города Магдебурга Отто фон Герике решил показать горожанам силу воздушного давления. Для опыта были изготовлены два металлических полушария (их впоследствии назвали «магдебургскими»). Плотно прилегая друг к другу, они образовывали полый шар. В одном из полушарий находилось отверстие для откачивания воздуха, которое затем плотно закрывалось, чтобы воздух не мог проникнуть в шар. В опыте использовались две восьмерки лошадей, впряженных в упряжки. Каждая упряжка через прочный крюк соединялась с полушарием. После того, как насосом откачивали воздух из шара, собранного из полушарий, лошади по команде тянули полушария в разные стороны, чтобы оторвать их друг от друга. Но шар только покачивался и оставался целым и невредимым. Когда же внутрь шара впустили воздух, полушария сами распались (рис. 44).
Рис. 44. Опыт с магдебургскими полушариями
1. Что тяжелее, накачанный или ненакачанный футбольный мяч?
2. Рассчитайте вес воздуха в комнате, имеющей следующие размеры: длина 8 м, ширина 5 м и высота 3 м.
3. Как вы думаете, какая сила сдавливала «магдебургские полушария»?
4. Проделайте опыт, как показано на рисунке.
Налейте полный стакан воды, накройте его плотным листом бумаги. Поддерживая лист рукой, быстро переверните стакан вверх дном. Отнимите руку от листа бумаги. Почему вода не выливается?
§ 19. Изменение давления воздуха с высотой
Поверхность Земли условно можно представить как дно воздушного океана, окутывающего земной шар. Основная масса воздуха сосредоточена в нижних слоях атмосферы. Чем ближе воздушный слой к поверхности Земли, тем он плотнее. Так как воздух имеет вес, то верхние слои воздуха давят на нижние и уплотняют их. Чем плотнее воздух, тем больше он оказывает давление на предметы, окружающие его. Выше над поверхностью Земли слои воздуха менее плотные, а это значит, что такой воздух оказывает давление на окружающие его предметы значительно меньше, чем у поверхности Земли (рис. 45).
Рис. 45. Изменение давления воздуха с высотой
Чем выше над Землей находится воздух, тем меньше его плотность и тем больше он разрежен.
Туристы и альпинисты, совершающие восхождения на высочайшие горные вершины, на себе испытывают разреженность воздуха. Им хорошо знакомы признаки «горной» болезни, возникающей из-за уменьшения давления воздуха: тошнота, головокружение, головная боль.
Величина атмосферного давленияОпыт Эванджелиста Торричелли. Более 300 лет назад итальянский ученый Э. Торричелли продемонстрировал опыт, доказывающий существование атмосферного давления и позволяющий точно определить его величину (рис. 46).
Рис. 46. Опыт Э. Торричелли. Ртутный барометр
Состоял этот опыт в следующем. Стеклянную трубку длиной около 1 м запаивали с одного конца и наполняли ртутью. Открытый конец трубки зажимали пальцем, после чего ее переворачивали, опускали зажатым концом в сосуд с ртутью, и палец отнимали. Ртуть в трубке несколько опускалась (часть ртути выливалась в сосуд) и устанавливалась на уровне высотой около 760 мм. Результаты опыта вызвали вопрос: почему ртуть полностью не выливалась из трубки? Что удерживало ее? Дело в том, что атмосферный воздух давит на окружающие предметы со всех сторон, в том числе и на поверхность ртути в сосуде, и не дает ей вылиться полностью из трубки. Опыт Э. Торричелли дал возможность точно определить величину атмосферного давления.
Давление атмосферы, равное 760 мм ртутного столба, принято считать нормальным атмосферным давлением на уровне моря.
Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.) – это единица измерения давления.
Если давление выше 760 мм рт. ст., то оно считается повышенным, если ниже, – то пониженным.
Приборы, измеряющие давление воздуха. Приборы, применяемые для измерения атмосферного давления, называют барометрами.
Трубка и чашка с ртутью – основные части простого прибора для измерения атмосферного давления (рис. 46). Он называется ртутным барометром. Конструкции барометров бывают разные. На рисунке 47 изображен барометр-анероид (в переводе с греческого «анероид» означает безжидкостный). Так его называют потому, что он не содержит ртути.
Рис. 47. Барометр-анероид
Пользуясь барометром, можно предсказать перемену погоды: если он показывает низкое давление, надо ожидать наступления ненастной погоды. Повышение атмосферного давления обычно предшествует ясной погоде. За состоянием атмосферного давления постоянное наблюдение ведется на метеорологических станциях. Ежедневно в прогнозе погоды по радио и телевидению сообщают величину атмосферного давления, например: «Сегодня в нашем городе атмосферное давление 740 мм рт. ст.». У некоторых больных и так называемых «метеозависимых» людей от величины атмосферного давления зависит их самочувствие.
