1. Каково устройство и принцип действия барометра-анероида?
Барометр-анероид — это прибор для измерения атмосферного давления. Он работает на основе герметичной металлической коробки (анероида), внутри которой находится разреженный воздух. При изменении атмосферного давления эта коробка сжимаются или расширяется, что передаётся на стрелку шкалы через систему рычагов и пружин. Изменение давления приводит к механическому движению стрелки, позволяя прочитать показания давления.
2. В каких единицах градуируют шкалы барометра-анероида?
Шкала барометра-анероида обычно градуируется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), но могут быть использованы и другие единицы, такие как гектопаскали (гПа) или миллибары (мбар).
3. Объясните, почему атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты подъёма над уровнем моря.
Атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты, потому что с высотой уменьшается плотность воздуха. Чем выше мы поднимаемся, тем меньше молекул воздуха находится на единицу объёма, и, следовательно, давление воздуха снижается. Это связано с тем, что вес воздуха, который давит на поверхность Земли, с высотой становится меньше.
4. Какое давление называют нормальным атмосферным давлением?
Нормальное атмосферное давление — это давление, которое существует на уровне моря при температуре 0°C и составляет 1013,25 гПа (или 760 мм рт. ст.). Это условное значение, принятое для стандартных расчётов и определения состояния атмосферы.
5. Что такое высотомер?
Высотомер — это прибор для измерения высоты над уровнем моря или определенной поверхности. Он работает, как правило, на основе измерения атмосферного давления, которое изменяется с высотой, или с использованием других принципов, таких как спутниковая навигация.
К динамометру подвешена тонкостенная трубка ртутного барометра. Что показывает динамометр? Будут ли меняться его показания при изменении внешнего давления?
Если к динамометру подвешена тонкостенная трубка ртутного барометра, то динамометр будет показывать силу тяжести, действующую на трубку. Эта сила будет зависеть от массы столба ртути в трубке и может изменяться при изменении внешнего давления. При изменении давления атмосферы будет изменяться высота ртутного столба в трубке, и соответственно сила, с которой она воздействует на динамометр.
1. Запишите показания барометра-анероида (см. рис. 137) по каждой шкале с учётом абсолютной погрешности измерений, равной половине цены деления шкалы прибора.
Для барометра-анероида показания по каждой шкале можно записать следующим образом:
Для шкалы давления в мм рт. ст.: 760-750 = 10 мм рт. ст. Погрешность: 10/10 = 1 мм рт. ст. Для шкалы давления в гПа: 1010-1000 = 10 гПа Погрешность: 10/10 = 1 гПа
2. Почему объём воздушного шарика, наполненного гелием, увеличивается при подъёме от поверхности Земли?
Объём воздушного шарика, наполненного гелием, увеличивается при подъёме, потому что с высотой атмосферное давление снижается. Газ внутри шарика стремится компенсировать это изменение, расширяясь, чтобы уравнять давление с внешним. При этом объём увеличивается, если температура остаётся постоянной.
3. Рассчитайте высоту столба воды в водяном барометре, созданном Паскалем в 1646 г. (рис. 140). Атмосферное давление считать нормальным.
Водяной барометр Паскаля создавал столб воды, который должен оказывать такое же давление, как и ртутный столб. Давление ртути на уровне моря — это 760 мм рт. ст., а плотность воды примерно в 13.6 раз меньше плотности ртути. Для воды высота столба будет в 13.6 раз больше, чем для ртути. Площадь основания и ускорение свободного падения не учитываются, так как их можно принять за постоянные:
Высота столба воды = (760 мм рт. ст. / 13.6) = 56.0 см, но так как давление ртути 1.36 раз больше, получаем около 10.3 м.
4. У подножия горы барометр показывает 1013 гПа, а на вершине — 962 гПа. Какова примерно высота горы?
Атмосферное давление уменьшается с высотой. В среднем оно падает примерно на 12 гПа на каждые 100 метров подъёма в нижних слоях атмосферы.
Разница давления между подножием и вершиной: 1013 гПа – 962 гПа = 51 гПа
Приблизительная высота горы: 51 гПа × (100 м / 12 гПа) ≈ 425 м
Следовательно, высота горы составляет примерно 425 метров.
5. Лётчик поднял самолёт на высоту 2 км. Как изменилось показание барометра?
Лётчик, подняв самолёт на высоту 2 км, заметит, что показания барометра изменятся. При подъёме на 2 км давление в среднем уменьшится примерно на 20 гПа. Это изменение приведёт к снижению показаний барометра, так как давление с высотой уменьшается.
6. Вычислите, с какой силой давит воздух на крышку стола длиной 1 м и шириной 60 см при нормальном атмосферном давлении.
Сила, с которой воздух давит на крышку стола, рассчитывается по формуле:
F = P * S, где P — атмосферное давление (в нормальных условиях 1013 гПа = 101300 Па), S — площадь поверхности стола.
Площадь стола: 1 м * 0.6 м = 0.6 м².
Сила = 101300 Па * 0.6 м² = 60 780 Н.