Атмосферное давление опыты с водой

Список секций
Физика
Атмосферное давление в опытах с водой

Атмосферное давление в опытах с водой

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Актуальность изучения темы атмосферного давления заключается в том, что оно проявляет себя в самых необычных его свойствах. Если задуматься, над нами, над горами, над лесами, над широкими морями, — над всей Землёй лежит огромный воздушный океан – невидимая многокилометровая толща. Мы живём на дне воздушного океана. Но никто этого не замечает. В результате этого земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают давление всей толщи воздуха, или, как обычно говорят, испытывают атмосферное давление.

Явление атмосферного давления широко распространено в окружающей нас среде и играет большую роль в самых разнообразных процессах.

Объясняя это явление, мы приоткрываем тайну удивительного и важного ФИЗИЧЕСКОГО явления.

Казалось бы, «атмосферное давление» — какое страшное слово, не всем знакомы его проявления и свойства. Однако, если хорошо изучить данный термин, можно с легкостью понять и объяснить те или иные процессы. Об этом мне и хотелось бы Вам сегодня рассказать.

Гипотеза: Действительно ли при различных обстоятельствах вода ведет себя по-разному из-за влияния атмосферного давления.

Цель: Изучить и наглядно представить влияние атмосферного давления на положение жидкости в определенной емкости.

изучить теорию и основные понятия «давления», его свойства;

узнать о значимости давления в природе, быту и влияние его на окружающую среду;

провести ряд опытов, связанных с изучением давления;

обобщить изученный материал и сделать выводы.

Общие сведения об атмосферном давлении, его свойства

Мы живём в мире самых удивительных явлений природы. Мы сталкиваемся с ними каждый день, не задумываясь о сущности. Разумный человек должен понимать суть этих явлений. Эти знания дают нам ответы на многие вопросы в повседневной жизни и в решении научно-технических задач.

Воздух окружает Землю шаровым слоем – это огромный воздушный океан, на дне которого мы живём. Воздушную оболочку, окружающую Землю, называют атмосферой (от греческого атмос — пар, воздух и сфера— шар), она простирается на высоту одной тысячи километров.

Масса атмосферы огромна — более миллиарда тонн.

В состав атмосферы входят различные газы, но в основном в ней находятся азот (78%) и кислород (21%).

Атмосфера условно разделена на слои, каждый из этих слоев оказывает давление на Землю. Вследствие действия силы тяжести верхние слои воздуха, подобно воде океана, сжимают нижние слои. В результате этого земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают давление всей толщи воздуха, или, как обычно говорят, испытывают атмосферное давление.

Воздушный слой, прилегающий непосредственно к Земле, сжат больше всего и, согласно закону Паскаля, передает производимое на него давление по всем направлениям. В результате атмосфера своим весом давит на все тела, находящиеся на Земле.

Мы тоже находимся на Земле, значит, атмосфера давит на нас, причём давит со всех сторон. Ученым опытным путем удалось установить, что на каждый квадратный сантиметр человеческого тела воздействует атмосферное давление весом 1,033 килограмма, то есть, действует сила 10 Ньютонов. На среднего по размерам человека, атмосфера давит с силой 150 килоньютонов или 15 тонн!

Такое давление способно раздавить все живое. Почему же мы его не ощущаем? Объясняется это тем, что давление внутри нашего организма равно атмосферному. Таким образом, внутреннее и внешнее давление уравновешиваются.

Изучение атмосферного давления опытным путем

Существованием атмосферного давления могут быть объяснены многие явления, с которыми мы встречаемся в повседневной жизни. Для этого я провел ряд занимательных опытов.

Опыт №1: Почему вода не выливается из перевернутой бутылки

Для проведения данного опыта мне понадобилась бутылка и емкость в виде пологой тарелки, ну и конечно же вода (см. приложение А рис.1).

Последовательность действий была такова:

1. Я набрал воду в бутылку, оставляя ее ненаполненной доверху.

2. Далее наливаем немного воды в посуду.

3. Переворачиваем бутылку с водой так, чтобы горлышко касалось поверхности воды.

Наблюдаем интересное явление: вода не вытекает из бутылки в тарелку. С чем это связано?

Объясняется это следующим образом: Вода не выливается из опрокинутой вверх дном и опущенной горлышком в воду бутылки, так как давление столба воды внутри бутылки уравновешивается атмосферным давлением на открытую поверхность воды.

Опыт №2: Почему вода не наливается в бутылку

Почему воронка с запечатанным пластилином горлышком «отказывается» пропускать воду?

1. Вставляем в каждую бутылку по воронке.

2. У одной из бутылок залепим горлышко пластилином так, чтобы пластилин не пропускал воздух.

3. В первую бутылку наливаем воду.

4. Наливаем воду во вторую бутылку, горлышко которой залеплено пластилином.

Наблюдаем: из воронки протечёт несколько капель воды, а потом вода и вовсе перестанет капать (см. приложение А рис.2).

Вопрос: волшебная ли эта воронка, или же все же чудеса атмосферного давления?

В первую бутылку вода течёт свободно, тем самым вымещая из неё воздух, который будет выходить через щели между бутылкой и воронкой.

В запечатанной бутылке тоже имеется воздух, который имеет своё давление. Вода, оказавшаяся в воронке тоже обладает неким давлением, которое возникает благодаря силе тяжести, тянущей её вниз. Однако давление в бутылке превышает силу тяжести воды в воронке, тем самым как бы не даёт воде пройти в бутылку.

Если бы мы создали некий «вакуум» между воронкой и горлышком бутылки, вода не капала бы вообще.

Опыт №3: Почему вода не выливается из бутылки через отверстия

Почему вода в открытой бутылке пропускает воду сквозь дырки, а в случае с закрытой бутылкой – нет?

1. Наливаем в бутылку воды

2. Закрываем её и делаем отверстия по ободку бутылки

3. Открывая бутылку, вода начинает вытекать сквозь эти самые отверстия

4. В противном случае, если бутылку закрыть крышкой, вода вытекать не будет

В чём же хитрость данного явления?

Когда наша бутылка не закрыта, атмосфера как бы «выдавливает» воду из бутылки, это давление больше давления нашей жидкости. В случае с закрытой крышкой на воду будет действовать исключительно давление воздуха, находящегося в бутылке. Оно мало и поэтому его не хватит, чтобы «выдавить» воду из отверстий в бутылке (см. приложение А рис.3).

Роль атмосферного давления в природе, быту и влияние его на окружающую среду

Существование атмосферы делает возможным жизнь на Земле, оказывает значительное влияние на ее природу. Атмосфера защищает все живое на Земле от разрушительных действия ультрафиолетовых лучей, от быстрого нагревания лучами Солнца и остывания. Атмосфера надежная защита нашей планеты от метеоритов. Не будь ее, они сыпались бы на Землю как дождь. Пока метеориты летят через атмосферу, они встречают сопротивление воздуха, раскаляются и сгорают.

Роль атмосферного давления в жизни живых организмов очень велика. Многие органы действуют за счёт атмосферного давления.

На существовании атмосферного давления основан механизм вдоха и выдоха (см. приложение Б рис. 1). Когда объем грудной клетки увеличивается, в легких создается область пониженного давления, и атмосферный воздух через рот, нос входит в легкие, — происходит вдох. При выдохе уменьшается объем грудной клетки, при этом давление воздуха в легких возрастает и воздух выходит.

Мы, наверное, никогда не задумывались над тем, как мы пьём. При питье мы

«втягиваем» жидкость в себя. Почему же жидкость устремляется к нам в рот? При питье мы расширяем грудную клетку и тем разряжаем воздух во рту; под давлением наружного воздуха жидкость устремляется в то пространство, где давление меньше, и таким образом проникает к нам в рот.

Перенесение организма на другой высотный уровень вызывает расстройство его функций. Человек, попадая в пространство, где давление значительно ниже атмосферного, например, на высокие горы или при взлёте или посадки самолёта, нередко испытывает боль в ушах и даже во всём теле. Наружное давление быстро уменьшается, воздух находящийся внутри нас, начинает расширяться, производит давление на различные органы и вызывает боль.

Примеры использования в медицине — это пипетки, медицинские банки, шприцы.

Простейшее устройство, использующее в своей работе атмосферное давление, — медицинский шприц (см. приложение Б рис.2) . Он состоит из прозрачного цилиндра, внутри которого ходит поршень. Когда нам нужно набрать в шприц лекарственный раствор, мы начинаем поднимать поршень. Воздух между дном и поршнем разрежается. И за счёт разницы давлений внутри шприца и наружного атмосферного давления жидкость будет подниматься вверх, пока не заполнит свободное пространство. Так же поднимается жидкость в пипетке.

Примеры из жизни животных : спрут, пиявки, мухи (присоски), копыта жвачных животных, хобот у слона.

Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создается разрежение, и атмосферное давление удерживает присоску на стекле.

Слон использует атмосферное давление всякий раз, когда хочет пить — он опускает хобот и втягивает воздух. Под действием атмосферного давления хобот наполняется водой, тогда слон изгибает его и выливает воду в рот.

Примеры использования в быту : приборы – барометры (см. приложение Б рис.3) , поилка для птиц, доильные аппараты, велосипедный насос, фонтаны, детские игрушки на присосках, мыльницы на присосках.

Воздушный насос, которым мы накачиваем мяч или автомобильную шину, использует в своей работе сжатый воздух (см. приложение Б рис. 4). Простейший воздушный насос похож на шприц. Конечно, его цилиндр и поршень отличается от аналогичных частей шприца размерами и материалом, из которого они изготовлены. Кроме того, такой насос имеет в корпусе 2 отверстия. Одно предназначено для забора воздуха, а в другое вставлен резиновый шланг с ниппелем на конце. Воздух попадает в корпус, когда поршень движется вверх. Опускаясь, поршень сжимает воздух и выталкивает его через ниппель в шину или мяч.

В результате проделанных мною опытов я понял, что изучением подобных явлений занимается такая наука, как физика. С помощью неё обусловливаются многие окружающие меня процессы.

Имеющихся в моем багаже знаний пока катастрофически не хватает, чтобы изучить вопрос глубже, но я хочу получить достаточное количество знаний, чтобы продолжить в дальнейшем изучение физических явлений.

В соответствии с задачами, поставленными во введении, были выполнены исследования и опыты, позволившие сделать следующие выводы:

Подтвердили экспериментально, что атмосферное давление существует.

В жидкостях и газах давление во все стороны передаётся одинаково (опыт № 3).

Атмосферное давление имеет силу. Опытным путём я доказал, что с помощью изменения силы давления можно изменять положение жидкости в различных ёмкостях.

Вследствие полученных в ходе работы результатов следует, что выдвинутая мной гипотеза верна: вода действительно ведет себя по-разному из-за влияния атмосферного давления.

Таким образом, поставленные в работе задачи полностью выполнены, и работа представляет собой законченное исследование, в результате которого была достигнута основная цель – изучено и наглядно представлено влияние атмосферного давления на положение жидкости в определенной емкости.

Каждому школьнику советую изучить данную тему, чтобы знать, чем объясняется большое количество интересных явлений, с которыми мы сталкиваемся в природе и в жизни.

Наглядно самим провести опыты, представленные мною в работе, чтобы увидеть явление атмосферного давления.

Как выйти сухим из воды? Забавные опыты с водой/ С.В. Болушевский, В.Г. Зарапин, А.О. Караваева – Москва: Эксмо, 2016.

Большая книга научных опытов для школьников/ С.В. Болушевский, В.Г. Зарапин, М.А. Яковлева. – Москва: Эксмо, 2014.

Занимательная физика/ Я.И. Перельман. – Москва: «АСТ», 2017.

«Физика-7” под.ред А.А. Пинского, В.А. Разумовского Москва «Просвещение” 2002. «Физическая смекалка. Занимательные задачи и опыты по физике для детей”. Москва «Омега” 1994.

http://www.radostmoya.ru . Сайт телеканала «Радость моя». Проект «Академия занимательных наук. Физика»

http://class-fizika.ru Сайт класс!ная физика.

Рис. 1. Опыт №1: Почему вода не выливается из перевернутой бутылки

Рис. 2. Опыт №2: Почему вода не наливается в бутылку

Рис. 3. Опыт №3: Почему вода не выливается из бутылки через отверстия

Источник

Атмосферное давление

Цель:

понять, как работает атмосферное давление.
убедиться в существовании атмосферного давления и научиться использовать полученные знания для объяснения физических явлений.
выявить параметры, от которых зависит атмосферное давление;
с помощью физических опытов подтвердить факт существования атмосферного давления и увидеть результаты его действия.

«Подъем воды вслед за поршнем»

(учебник «Физика. 7 класс» А.В. Перышкин, Дрофа, 2012. Параграф 42, «Вес воздуха. Атмосферное давление», рис. 125.)

Предметы и материалы

Широкая емкость
Большой демонстрационный шприц
Вода

Проводим эксперимент

Нальем воду в широкую емкость. Возьмем шприц и опустим поршень шприца вниз, тем самым вытесним весь воздух из шприца. Затем опустим шприц в емкость с водой и медленно начнем поднимать поршень.

Гипотеза

Действительно ли вода начнет подниматься за поршнем вверх, заполняя шприц.

Объясняем

В момент, когда мы опускали поршень и вытесняли воздух из шприца, там не осталось совсем молекул воздуха. На воду, находящуюся в емкости действует атмосферное давление. Когда мы опустили шприц в емкость с водой и начали поднимать поршень, то между поршнем и водой образовалось безвоздушное пространство. А так как атмосферное давление очень велико и оно продолжает действовать на воду, то вода начинает двигаться в зону наименьшего давления, тем самым заполняя шприц.

Предметы и материалы

(учебник «Физика. 7 класс» А.В. Перышкин, Дрофа, 2012. Параграф 44, «Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли», задание после параграфа № 1)

Широкая емкость
Стеклянный стакан
Вода

Проводим эксперимент

Нальем воду в широкую емкость. Возьмем стакан и начнем опускать его в воду. Погрузив стан в воду, перевернем его под водой вверх дном и затем медленно начнем вытаскивать его из воды.

Гипотеза

Действительно ли вода останется в стакане пока до тех пор, пока края стакана находятся под водой.

Объясняем

Воздух, окружающий нашу Землю, давит на все предметы, находящиеся на ней (и, конечно, на нас с вами), с такой же силой, какую создает килограммовая гиря на один квадратный сантиметр.

Пока края стакана находятся под водой, вода остается в стакане, потому что давление столба воды в стакане будет компенсироваться атмосферным давлением.

Это очень большое давление: выходит, на один квадратный метр поверхности давит сила, которую создает груз в десять тонн! Но мы этого давления совсем и не замечаем, занимаемся своими делами – учимся, работаем, развлекаемся, – совершенно не думая о колоссальном атмосферном давлении, которое испытываем. Все дело в том, что наружное атмосферное давление уравновешено таким же точно давлением, которое существует и внутри нас (впрочем, и внутри всех живых организмов).

Предметы и материалы

(учебник «Физика. 7 класс» А.В. Перышкин, Дрофа, 2012. Параграф 44, «Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли», упражнение 21(2), рис. 132)

Два одинаковых стакана
Свеча
бумага

Проводим эксперимент

Возьмем один стакан и поставим в него свечу. Возьмем несколько тетрадных листов бумаги, сделаем в середине небольшое отверстие. Затем немного смочим листы бумаги водой и накроем этими листами первый стакан со свечей. После этого аккуратно поместим второй стакан на первый, стараясь совместить края, перевернув вверх дном.

Гипотеза

Поднимется ли первый стакан вместе со вторым, как приклеенный, когда потухнет свеча.

Объясняем

До того как мы накрыли нижний стакан, свеча нагрела находившийся в нем воздух, и часть его вышла наружу. То же произошло и с воздухом второго стакана, когда мы поместили его на нижний. Поэтому, когда стаканы были прижаты друг к другу, в них оставалось меньше воздуха, чем до начала опыта. Соответственно и давление было меньше атмосферного. Затем свеча «съела» весь оставшийся в пространстве между сомкнутыми стаканами кислород, что так же понизило там давление. Наконец, когда свеча погасла и газ вокруг нее остыл, образовалось разряженное пространство, давление в котором гораздо меньше наружного, атмосферного. Оно – то и прижало стаканы один к другому.

«Пластиковая бутылка с отверстием на дне»

(учебник «Физика. 7 класс» А.В. Перышкин, Дрофа, 2012. Параграф 42, «Вес воздуха. Атмосферное давление», рис. 127, задание после параграфа номер 2)

Предметы и материалы

Вода
Небольшая пластиковая будылка

Проводим эксперимент

На дне пластиковой бутылки сделаем отверстие. Зажмем отверстие пальцем и нальем в бутылку воды, закроем горлышко крышкой. Осторожно отпустим палец.
Откроем осторожно крышку.

Гипотеза

Действительно ли вода из бутылки выливаться не будет.
Действительно ли вода из бутылки начнет выливаться.

Объясняем

Вода из бутылки с закрученной пробкой выливаться не будет, потому что на нее действует только внутреннее давление в бутылке, а оно мало, для того чтобы выдавить воду. Как только мы откроем крышку, то вода начнет выливаться, так как на воду еще начнет действовать атмосферное давление, а оно уже много больше и способно вытолкнуть воду из отверстия.

Применение на практике

Воздушние шарики
Дыхание
При наборе лекарств в шприцы, пипетки
Автоматические поилники для домашних животных
Поршневые жидкостные насосы
Когда человек пьет различную жидкость
Соки с трубочками
Фонтаны
Игрушки и устройства на присосках

Атмосферное давление лежит в основе многих приспособлений. Например, когда у человека насморк, он применяет капли в нос, используя пипетку. Капли попадают в пипетку именно благодаря давлению воздуха.

Когда нам делают уколы, врач выталкивает воздух из шприца поршнем и набирает лекарство, которое попадает в шприц под действием атмосферного давления.

Применение в природе

Уталение жажды диких животных (Слон использует атмосферное давление всякий раз, когда хочет пить. Шея у него короткая, и он не может нагнуть голову в воду, а опускает только хобот и втягивает воздух. Под действием атмосферного давления хобот наполняется водой, тогда слон изгибает его и выливает воду в рот)
Копыта животных (при вытаскивании из трясины пропускают воздух через свой разрез в образовавшееся разреженное пространство. Давление выравнивается сверху и снизу, и нога вынимается из болота без особого труда.)
Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создается разрежение, и атмосферное давление удерживает присоску на стекле.
Метеорология (для составления прогноза погоды)
Рыбы-прилипалы имеют присасывающую поверхность, состоящую из ряда складок, образующих глубокие «карманы». При попытке оторвать присоску от поверхности, к которой она прилипла, глубина карманов увеличивается, давление в них уменьшается и тогда внешнее давление еще сильнее прижимает присоску.

Интересные факты о рассматриваемом явлении

Как известно, воздушные массы перемещаются с области с повышенным атмосферным давлением в сторону области, где это давление ниже. Всего выделено 7 зон. Экватор – зона низкого давления. Далее, по обе стороны от экватора вплоть до тридцатых широт – область высокого давления. От 30° до 60° – опять низкое давление. А от 60° до полюсов – зона высокого давления. Между этими зонами и циркулируют воздушные массы. Те, что идут с моря на сушу, несут дожди и ненастье, а те, что дуют с континентов – ясную и сухую погоду. В местах, где воздушные течения сталкиваются, образуются зоны атмосферного фронта, которые характеризуются осадками и ненастной, ветреной погодой. Давление меняется не только по вертикали, но и по горизонтали. Особенно это чувствуется при прохождении циклонов. Если бы атмосфера Земли не вращалась вместе с Землей вокруг ее оси, то на поверхности Земли возникли бы сильнейшие ураганы. Что произошло бы на Земле, если бы воздушная атмосфера вдруг исчезла? — на Земле установилась бы температура приблизительно –170 °С, замерзли бы все водные пространства, а суша покрылась бы ледяной корой — наступила бы полная тишина, так как звук в пустоте не распространяется; небо стало бы черным, поскольку окраска небесного свода зависит от воздуха; не стало бы сумерек, зорь, белых ночей . — прекратилось бы мерцание звезд, а сами звезды были бы видны не только ночью, но и днем (днем мы их не видим из-за рассеивания частичками воздуха солнечного света); — погибли бы животные и растения.

«Атмосферное давление и тело человека»: на тело человека, поверхность которого при массе в 60 кг и росте, в среднем, 165 см, примерно равна 1,6 м 2 , действует сила в 160 кН, обусловленная атмосферным давлением. Каким же образом выдерживает организм такие огромные нагрузки?

Это достигается за счет того, что давление жидкостей, заполняющих сосуды тела, уравновешивает внешнее давление.

С этим же вопросом тесно связана возможность нахождения под водой на большой глубине. Дело в том, что перенесение организма на другой высотный уровень вызывает расстройство его функций. Это объясняется, с одной стороны, деформацией стенок сосудов, рассчитанных на определенное давление изнутри и снаружи. Кроме того, меняется при изменении давления и скорость многих химических реакций, вследствие чего меняется и химическое равновесие организма. При увеличении давления происходит усиленное поглощение газов жидкостями тела, а при его уменьшении – выделение растворенных газов. При быстром уменьшении давления вследствие интенсивного выделения газов кровь как бы закипает, что приводит к закупорке сосудов, нередко со смертельным исходом. Этим определяется максимальная глубина, на которой могут производиться водолазные работы (как правило, не ниже 50 м). Опускание и поднятие водолазов должно происходить очень медленно, чтобы выделение газов происходило только в легких, а не сразу во всей кровеносной системе.

Самое высокое атмосферное давление 815 мм. рт. ст. (или 1133 мб.) было зарегистрировано 12 декабря 1968 года в пос. Акапа (Сибирь, Россия ). Самое низкое в мире давление (870 гПа) зарегистрировано в 482 км к западу от острова Гуам, Тихий океан, на 16 44 с.ш. и 137 46 в.д. 12 октября 1979 г. Во время урагана Джимбер в Тихом океане 12 сентября 1988 года было зафиксировано атмосферное давление (на уровне моря) 645 мм.рт.ст. (или 860 мб.)

Источник