Лабораторна робота №7 атмосферний тиск

Мета роботи: проаналізувати основні характеристики атмосферного тиску, навчитися розв’язувати задачі.

Матеріали та обладнання: олівці, лінійка.

Рекомендована література: [9], [13], [10].

Загальні відомості з теми

Атмосферний тиск — це сила, з якою повітря тисне на всі пред­мети і земну поверхню, віднесена до одиниці площі. На рівні моря вона наближено дорівнює тиску стовпа ртуті висотою 760 мм на площу 1 см². При температурі 0°С на широті 45° сила тиску цього стовпа в системі СГС дорівнює 1013,23 мб. У Міжнародній системі одиниць (СІ) тиск вимірюють у паскалях. Паскаль (Па) — це тиск, що його чинить сила в 1Н (Ньютон (Н) – сил, що надає тілу масою 1 кг прискорення 1 м/с² у напрямі дії сили) на поверхню площею в 1 м²: 1 Па=1 Н/м². Для зручності в метеорології атмосферний тиск вимі­рюють у гектопаскалях (гПа—100 Па). Для вимірювання атмос­ферного тиску використовують ртутні станційні барометри і барометри-анероїди. Шкала барометрів градуйована в міліметрах ртутного стовпа (мм. рт. ст.), в мілібарах (мб), а на нових баро­метрах — в гектопаскалях (гПа). Показники тиску, виміряні в мі­ліметрах ртутного стовпа і в мілібарах, необхідно переводити у гектопаскалі. Для переведення: 1 мм. рт. ст. = 1,33 мб = 133,3 Па = 1,33 гПа; 1 мб = 0,75 мм. рт. ст.= 100 Па=1 гПа. Наприклад, тиск 760 мм. рт. ст. = 1013,2 мб = 1013,2 гПа. Інакше цей тиск на­зивають ще однією атмосферою, або нормальним атмосферним тиском.

Із зміною висоти атмосферний тиск зменшується пропорційно густині повітря.

Визначають вертикальний баричний градієнт (G) — зміну тис­ку на кожні 100 м висоти; баричний ступінь (Н) — висоту в мет­рах, на яку треба піднятися чи опуститися, щоб атмосферний тиск змінився на 1 гПа, або 1 мм. рт. ст.

Практичним застосуванням закономірностей зміни атмосфер­ного тиску із зміною висоти є барометричне нівелювання. При ви­значенні невеликих (до 1000 м) різниць висот двох пунктів корис­туються спрощеною формулою Бабіне:

h = 16 000 (1 + αt) P1 – P2 , (17) P1 + P2

де h — різниця висот у метрах; а — коефіцієнт теплового розши­рення, що дорівнює 1/273≈0,004; t — середня температура стовпа повітря між двома рівнями; Р₁ і Р₂ — атмосферний тиск у гекто­паскалях відповідно на нижньому і верхньому рівнях.

Прийнявши Р₁—Р₂=1, а Р₁+Р₂=2Р, можна визначити барич­ний ступінь (H_м):

Hм = 8000 (1 + αt), (18) P

При Р = 1000 гПа і t = 0° H=H₀=8 м.

Формули (17) і (18) застосовують також для приведення атмо­сферного тиску до рівня моря.

Приклад 1. Привести до рівня моря тиск 1000 гПа при температурі повітря 14° на висоті 210 м і 16° біля поверхні землі.

Розв'язання. Спочатку обчислюємо середню температуру стовпа повітря:

t °= 14+16 =15° 2

Баричний ступінь дістаємо з формули (18):

H = 8000 (1 + 0,004·15)= 8,48 м 1000

Для визначення зміни тиску при опусканні з висоти 210 м складаємо рівняння

8,48 м — 1 гПа	х = 210·1 =24,7 гПа 8,48
210 м— х

Відомо, що при зменшенні висоти тиск зростає, тому біля поверхні Землі

Р₀ = 1000 + 24,7 = 1024,7 гПа.

Завдання

1. Переведіть атмосферний тиск 750 мм; 722,3; 775,6 і 738,9 мм ртутного стовпа у гектопаскалі.

2. Переведіть атмосферний тиск 1023,8 гПа; 1045,2; 863,0; 528,5 гПа у міліметри ртутного стовпа.

3. Приведіть до рівня моря атмосферний тиск для пункту, роз­ташованого на висоті h м, при середній температурі повітря t ° і ат­мосферному тиску Р гПа:

Висота, м	Температура, °С	Тиск, гПа
660 1050 280	2,0 -1,5 21	1000 800 1013,5

4. При проведенні батометричного нівелювання добуту такі значення температури і атмосферного тиску в семи пунктах:

Пункт	Температура, °С	Тиск, гПа
1 2 3 4 5 6 7	21,2 21,7 22,0 22,0 21,8 21,5 20,3	980,7 979,9 979,4 977,6 975,9 975,6 973,6

Визначте висоту кожного пункту, якщо перший з них розміщений на висоті 78 м над рівнем моря.

5. На висоті 2 км, над поверхнею землі температура становить мінус 5,6°, а тиск 820 гПа. Визначте баричний ступінь і баричний градієнт для цієї висоти.

Контрольні запитання. 1. Описати принцип будови ртутного барометра і ане­роїда. 2. Що таке нормальний атмосферний тиск? 3. Як змінюється з висотою баричний ступінь у теплому і холодному повітрі? 4. Чому із збільшенням висоти атмосферний тиск знижується? 5. Які поправки вводять до показників атмосфер­ного тиску після його вимірювання?