§ 28. Атмосфералық қысымды өлшеу
Физика, 7 сынып. Оқулық: Кронгарт Б.А. және т.б. (Мектеп, 2025). 6 тарау: Қысым. 141–143-беттер.
Нені үйренесің
- Атмосфералық қысымды қандай аспаптармен өлшейтінін атауды.
- Сынапты барометрдің қалай жасалғанын және қалай жұмыс істейтінін түсіндіруді.
- Барометр-анероидтың қалай жасалғанын және қалай жұмыс істейтінін түсіндіруді.
- Альтиметр не үшін керек екенін және қысымның биіктікті неге «әшкерелейтінін» түсінуді.
- Барометр көрсетуін мм сын. бағ.-мен оқып, паскальға айналдыруды.
Ой қозғау
- Атмосфералық қысымды не туғызады? Жердің ауа қабығы: ауаның салмағы бар және ол өзінің ішіндегі бәріне қысым түсіреді.
- Қалыпты атмосфералық қысым неге тең? 760 мм сын. бағ., бұл шамамен $101,300,\text{Па}$.
- Атмосфералық қысымды бірінші болып кім өлшеді? Итальяндық Торричелли: ол сынапты түтікті тостағанға аударып қойды, баған шамамен 760 мм биіктікте тоқтады.
- Тауда қысым алқапқа қарағанда көп пе, аз ба? Аз: биіктеген сайын үстіңдегі ауа азаяды.
💡 Атмосфералық қысым үнемі «қыдырып» жүреді: ауа райымен және биіктікпен бірге өзгереді. Демек, оны дәл қазір көрсететін аспап керек.
Тақырыпты талдаймыз
Біз ауа мұхитының түбінде өмір сүреміз
Ауа бізге барлық жақтан қысым түсіреді, ал ағзамыз оны теңгеруге үйренген. Бірақ қысым кенет өзгерсе, кейбір адамдар өзін нашар сезінеді: басы ауырады, басы айналады, тыныс жиілейді. Сондықтан метеорологтар қысымды күн сайын бақылайды, ал альпинистер оттегі масқасын өздерімен бірге алады.
Атмосфералық қысымды өлшейтін аспаптарды барометрлер деп атайды. Олардың екі негізгі түрі бар: сынапты барометр және анероид.
Сынапты барометр: шкаласы бар Торричелли түтігі
Бұл — аспап ретінде жасалған сол Торричелли түтігі. Жоғарғы жағы бітеу шыны түтіктің төменгі ұшы сынабы бар ыдысқа батырылған. Жанында шкала тұр.
Ыдыстағы сынаптың бос бетіне атмосфера қысады. Оған түтіктегі сынап бағанының қысымы «жауап береді». Ауа күштірек қысса, баған өседі, әлсіз болса, төмендейді. Бағанның биіктігін шкаладан оқиды, ол қысымға тура тең және мм сын. бағ.-мен өлшенеді.
📌 Сынап бағанының қысымы: $p=\rho g h$, мұндағы $\rho=13,600,\text{кг/м}^3$. $h=0{,}76,\text{м}$ болғанда $p\approx 13,600\cdot 9{,}8\cdot 0{,}76\approx 101,300,\text{Па}$.
| Шама | Белгіленуі | ХБЖ бірлігі |
|---|---|---|
| қысым | $p$ | паскаль, $\text{Па}$ |
| сынаптың тығыздығы | $\rho$ | $\text{кг/м}^3$ |
| еркін түсу үдеуі | $g$ | $\text{м/с}^2$ (шамамен $9{,}8$) |
| баған биіктігі | $h$ | метр, $\text{м}$ |
Сынапты барометр өте дәл, бірақ үлкен әрі сынғыш: ұзындығы бір метрге жуық шыны түтік, оның үстіне сынап (ол улы). Сондықтан оны зертханаларда және метеостанцияларда қолданады, ал жорықта ыңғайсыз.
⚠️ Жиі кететін қате. «Баған биіктігі» мен «қысымды» шатастырады. 760 мм баған қысым 760 Па дегенді білдірмейді. Бұл 760 «миллиметр сынап бағаны», ал паскальмен шамамен 101 300 болады.
Барометр-анероид: сұйықтың орнына қорапша
«Анероид» сөзі грек тілінде «сұйықсыз» деген мағына береді. Ішінде сынап та, су да жоқ. Онда мыналар бар:
- ішінен ауасы сорылған, беті иректелген (гофрленген) металл қорап;
- қорапшаны атмосфера қабыстырып жібермейтін серіппелі металл пластина;
- осі мен тілі (тілшесі) бар беріліс механизмі;
- сынапты барометр көмегімен градуирленген шкала.
Анероид кішкентай, жеңіл және сілкінуден қорықпайды. Оны жорыққа алады, яхталарда, сүңгуір қайықтарда және ұшақтарда қояды.
🌟 Барометрдің көмегімен атмосферадағы ұшу аппаратының көтерілу биіктігін өлшеуге болады. Шкаласы мм сын. бағ.-мен емес, көтерілу биіктігінің өлшем бірлігімен градуирленген барометрлерді альтиметрлер деп атайды. Ол әрбір ұшақта және парапланеристерде тұрады: биіктеген сайын қысым азаяды, демек, қысым бойынша биіктікті білуге болады.
Қысым биіктікті «әшкерелейді»
Биік көтерілген сайын атмосфералық қысым төмендейді. Теңіз деңгейінен бірнеше шақырымға дейін қысым әр 12 м көтерілгенде 1 мм сын. бағ.-на азаяды.
Төменде әртүрлі биіктіктегі қысымның стандартты мәндері берілген.
| биіктік, км | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| қысым, мм сын. бағ. | 760 | 674 | 596 | 526 | 462 | 405 |
Мысалы, Медеу шамамен 1700 м биіктікте жатыр, ол жерде қысым шамамен 620 мм сын. бағ. Ал Байқоңыр теңіз деңгейіне жақын жазықта орналасқан, сондықтан онда шамамен 760.
👨👩👧 Ата-анаға. Үйде барометр немесе қысым датчигі бар метеостанция болса, баласына тілдің ауа райымен бірге қалай өзгеретінін көрсетіңіз. Қысымның төмендеуі әдетте жаңбырдан, артуы ашық ауа райынан хабар береді. Бұл физиканы нақты өмірмен байланыстырудың жақсы жолы.
Қай сұйық «сезімтал»
Қысым 10 мм сын. бағ.-на артты делік. Сынап бағаны 10 мм-ге өседі. Ал түтікке жеңіл май құйса, ол сынаптан 15 есе жеңіл, демек, қажетті баған 15 есе биік болады: ығысу 150 мм, оны оңай байқауға болады. Бірақ майлы барометрдің бәрі 11 метрден биік, оны қабырғаға іліп қоя алмайсың.
Сұйық жеңіл болған сайын баған биік болады. Сондықтан барометрлерде ауыр сынапты қолданады: аспап ықшам болады.
Түсінгеніңді тексер
Өзіңді тексер
- Қысымды өлшеуге арналған аспаптар қалай аталады? Барометрлер. Олар сынапты және анероид болып бөлінеді.
- Сынапты барометрдің жұмыс істеу принципі қандай? Торричелли түтігі (жоғарғы жағы бітеу, сынап толтырылған шыны түтік) сынабы бар ыдысқа батырылған, жанында шкала тұр. Ыдыстағы сынаптың бос бетіне түсетін атмосфералық қысым түтіктегі сынап бағанының қысымымен теңеседі. Баған биіктігі бойынша шкала қысымды көрсетеді; қысым өзгергенде баған биіктігі өзгереді.
- Барометр-анероидтың құрылысы қандай және ол қалай жұмыс жасайды? Ішінде ауасы сорылған гофрленген металл қорап, серіппелі пластина, беріліс механизмі, осі мен тілі бар және шкала. Ауа қысымы қорапшаны қысады, қысым артқанда тіл бір бағытқа, азайғанда екінші бағытқа бұрылады; шкала сынапты барометр бойынша градуирленген.
- Ғарышкеменің ішіндегі ауа қысымын сынапты барометрмен өлшеуге бола ма? Барометр-анероидпен ше? Сынапты барометрмен — жоқ, барометр-анероидпен — иә.
Жаттығуларды шығарамыз
Талдаңдар
№ 1
«Талдаңдар», 1-есеп. ⭐ күрделілігі жоғары есеп. Ғарышкеменің ішіндегі ауа қысымын сынапты барометрмен және барометр-анероидпен өлшеуге бола ма?
Мұндай есепті тек батылдығың үшін де шешкен жөн: сен физиканы ғарышқа қолданып отырсың.
Қалай ойлаймыз. Түтікте сынап бағаны тұруы үшін не қажет? Ауырлық күші қажет, ал орбитада салмақсыздық. Ал анероидқа қорапшаның сыртындағы және ішіндегі қысымдар айырмасы ғана керек.
Шешуі. Салмақсыздықта сынаптың салмағы жоқ: ол төмен қарай қысым түсірмейді және түтікте баған болып «тұрмайды». Демек, баған биіктігі ештеңе көрсетпейді. Сынапты барометр жұмыс істемейді. Анероид сұйықтың салмағын пайдаланбайды: ауа қорапшаға қысады, ал серіппенің серпімділігі оны кері қайтарады. Демек, ол салмақсыздықта да жұмыс істейді.
Жауабы: сынапты барометрмен болмайды, барометр-анероидпен болады.
№ 2
«Талдаңдар», 2-есеп. ⭐ күрделілігі жоғары есеп. Кустоның командасы үлкен тереңдікте мекендейтін балықты палубаға шығарды. Балықпен не болады деп ойлайсыңдар?
Жак-Ив Кусто — теңіздерді зерттеген француз ғалымы. Ойлан: терең судағы қысым палубадағы қысымнан немен ерекшеленеді?
Қалай ойлаймыз. Су астында терең жерде қысым орасан зор: ол әр 10 м сайын 1 атмосфераға артады. Балықтың ағзасы осы қысымға «бейімделген»: оның ішіндегі қысым сыртқымен бірдей. Сырттағы қысым кенет төмендесе, не болады?
Жауап үлгісі. Палубада қысым әлдеқайда аз, ал балықтың ішінде бұрынғы, жоғары қысым қалды. Жүзу көпіршігіндегі және тіндердегі газдар кеңейеді, көпіршік үрленеді, көздері шығып кетеді, ішкі мүшелері шыдамай қалуы мүмкін. Балық әдетте өледі: қысымдар айырмасы тіндерді жыртады.
Жауабы: балық өледі: оның ішіндегі қысым сыртқыдан әлдеқайда көп болады, ағзадағы газдар кеңейеді және бұл мүшелерге зақым келтіреді (үрленген көпіршік, шығып кеткен көздер).
Жадынама
- Сынап бағаны атмосфераны теңестіреді: $p=\rho g h$.
- Сынапты барометр дәл, бірақ сынғыш әрі үлкен; анероид ықшам және ыңғайлы.
- Қысым биіктікпен азаяды, сондықтан барометрді биіктік өлшегіш ретінде қолдануға болады.
- Сұйық жеңіл болған сайын, атмосфераны теңестіретін баған биік болады.