Вес воздуха. Атмосферное давление. Почему существуют воздушная оболочка.

Вокруг нас постоянно находится воздух. Мы к нему так привыкли, что порой не замечаем. Но если в комнате его становится недостаточно, вы как можно скорее откроете окно, чтобы впустить потоки свежего воздуха. Воздух, как и любое вещество на земле, состоит из молекул. Каждая молекула имеет массу и под действием силы тяжести притягивается к Земле. Убедимся в этом.

Возьмем две одинаковые колбы и откачаем из одной воздух. Положим эти колбы на чаши рычажных весов. Колба с воздухом перевесила. Если мы теперь по очереди взвесим колбу с воздухом, а затем без, и найдем разность, то полученный результат будет являться массой воздуха в данном объеме сосуда.

Опытным путем было установлено, что один кубический метр воздуха весит 1,29 килограмма (при температуре и нормальном атмосферном давлении). Воспользуемся формулой, чтобы вычислить вес этого воздуха. Умножив ускорение свободного падения на массу воздуха, получаем силу давления воздуха 13 Ньютонов.

Вы уже знаете, что жидкости и газы, во многом схожи, поэтому воздушную оболочку Земли иногда называют воздушным океаном. Под действием земного притяжения нижние слои воздуха у самой поверхности земли сжаты больше всего, плотность воздуха здесь наибольшая. По закону Паскаля, давление верхних слоев передается по всем направлениям и тела, находящиеся на Земле, а так же сама земная поверхность испытывают давление всей толщи воздуха. Это давление также называют атмосферным. А саму воздушную оболочку Земли называют атмосферой.

Существа на земле, так же, как и жители морей и океанов, не чувствуют этого давления, так как оно компенсируется таким же давлением внутри тела. У нас в легких находится воздух, а у рыб жабры пропускают воду.

Толщина воздушной оболочки несколько тысяч километров. Мы уже знаем, что молекулы воздуха не улетают в открытый космос, так как на них действует сила тяжести. Но почему же молекулы воздуха не приземляются на поверхность? Частицы газов находятся в непрерывном хаотическом движении. А для того, чтобы молекула смогла покинуть поверхность Земли ей необходимо разогнаться до скорости более 11,2 километров в час (эту скорость еще называют второй космической скоростью). Большинство молекул движутся со значительно меньшей скоростью. Кстати, для того, чтобы космический корабль смог покинуть поверхность Земли, ему так же необходимо двигаться со второй космической скоростью.

Многие явления можно объяснить, зная о наличии атмосферного давления. Попробуем с помощью газеты сломать деревянную линейку. Посмотрите, как это происходит. Попробуем положить газету иначе. Почему, вдруг газета стала тяжелой? Разложив газету, мы увеличили площадь, на которую действует давление воздуха, атмосферное давление. Это давление, при резком ударе, смогло удержать газету на столе, при этом сломав линейку.

Рассмотрим еще один опыт. Возьмем цилиндрический сосуд с поршнем, опустим открытый конец в воду и поднимем поршень. При этом вода начнет подниматься в сосуд, вслед за поршнем. Объясним увиденное. Под поднятым поршнем образуется безвоздушное пространство. Атмосферное давление давит на поверхность воды, и под действием этой силы жидкость начинает заполнять пространство под поршнем. Аналогичный опыт проделывают медсестры со шприцем, если собираются сделать укол, или с пипеткой, если необходимо закапать капли.

В 1654 году магдебургский бургомистр и физик Отто фон Герике показал на рейхстаге в Регенсбурге один опыт, который теперь во всём мире называют опытом с магдебургскими полушариями. С помощью изобретённого им воздушного насоса Герике выкачал почти весь воздух, содержавшийся в плотно сложённых медных полушариях, имевших диаметр около метра. Для того чтобы оторвать полушария одно от другого, в каждое из них пришлось запрячь по восемь сильных лошадей. Шестнадцать лошадей должны были задействовать все свои силы для того, чтобы преодолеть давление воздуха на внешние стороны полушария. Это давление составляло примерно 7 тысяч килограммов. Этим наглядным опытом Отто Герике показал, что воздух также представляет собой вещество, которое способно оказывать мощное давление. Подобный опыт можно провести самим, если, конечно, использовать тарелки значительно меньшего диаметра.