§24. Вага повітря. Атмосферний тиск. Дослід Торрічеллі - Максимович

• ГДЗ Фізика 7 клас Максимович

Поміркуйте і дайте відповідь

1. Чи зміг би Торрічеллі використати у своєму досліді замість ртуті воду? Чому?

Торрічеллі не міг би використати воду замість ртуті у своєму досліді без значних змін, оскільки густина води значно менша за густину ртуті. Густина ртуті приблизно в 13,6 раза більша за густину води. Це означає, що для створення такого ж тиску, як у стовпчику ртуті висотою 760 мм, стовпчик води повинен бути набагато вищим. За розрахунками, висота стовпчика води повинна була б становити близько 10,3 метра, щоб зрівноважити атмосферний тиск. Таким чином, використання води вимагало б дуже довгої трубки, що було б непрактично для проведення експерименту в умовах того часу.

2. Виразіть запропонований тиск в одиницях СІ: 760 мм рт. ст., 1 атм.

• 760 мм рт. ст.: Цей тиск дорівнює 101325 Паскалів (Па) в одиницях СІ.
• 1 атм (атмосфера): Це також дорівнює 101325 Паскалів (Па) в одиницях СІ.

Обидві ці величини є еквівалентними і відповідають нормальному атмосферному тиску на рівні моря.

Перевірте себе

1. Виразіть запропонований тиск в одиницях СІ: 753 мм рт. ст., 770 мм рт. ст., 200 кПа, 15 атм.

Для перетворення запропонованих значень тиску в одиниці СІ використаємо відомі співвідношення та формулу:

1. 753 мм рт. ст.:

   • Відомо, що $1 \, \text{мм рт. ст.} \approx 133,3 \, \text{Па}$.
   • Тоді: $753 \, \text{мм рт. ст.} = 753 \cdot 133,3 \approx 100392,9 \, \text{Па}$

2. 770 мм рт. ст.:

   • Використовуючи те саме співвідношення: $770 \, \text{мм рт. ст.} = 770 \cdot 133,3 \approx 102658,1 \, \text{Па}$

3. 200 кПа:

   • Кілопаскаль (кПа) вже є похідною одиницею СІ для тиску: $200 \, \text{кПа} = 200000 \, \text{Па}$

4. 15 атм:

   • Відомо, що $1 \, \text{атм} = 101325 \, \text{Па}$.
   • $15 \, \text{атм} = 15 \cdot 101325 = 1519875 \, \text{Па}$

Таким чином:

2. У шахті встановлено водяний барометр. Визначте висоту водяного стовпа в ньому, якщо атмосферний тиск у шахті дорівнює 810 мм рт. ст.

Дано:
$p =  810  \text{ мм рт. ст}$
$9,8 \, \text{м/с}^2$
$h - ?$
Розв’язання:
Переведемо атмосферний тиск у Паскалі:
$1 \, \text{мм рт. ст.} = 133,3 \, \text{Па}$.
$810 \, \text{мм рт. ст.} = 810 \cdot 133,3 = 107973 \, \text{Па}$.
Виразимо висоту стовпа води з формули:
$p = \rho g h \Rightarrow$ $h = \dfrac{p}{\rho g}$.
$h = \dfrac{107973}{1000 \cdot 9,8} = 11,02 \text{ м}$.

Відповідь: 11 м

3. Перед початком тренувань кожен учасник робить розминку, при цьому він повинен завжди правильно дихати. Уявіть себе спортсменом на розминці. Станьте рівно. Покладіть руку на діафрагму. Зробіть декілька глибоких вдихів та видихів. Поясніть, як ви робите вдих з погляду фізики.

Коли ви робите вдих, з фізичної точки зору відбувається кілька важливих процесів:

1. Зміна об’єму грудної клітки: При вдиху м’язи діафрагми скорочуються, опускаючись вниз, а міжреберні м’язи піднімають ребра вгору і вперед. Це збільшує об’єм грудної клітки.

2. Зменшення тиску в легенях: Збільшення об’єму грудної клітки призводить до зниження тиску в легенях нижче атмосферного. Це створює різницю тисків між зовнішнім середовищем і внутрішнім простором легень.

3. Вхід повітря в легені: Завдяки різниці тисків повітря ззовні починає надходити в легені, прагнучи зрівняти тиск всередині легень із атмосферним.

Цей процес можна описати за допомогою закону Бойля-Маріотта, який стверджує, що за сталої температури добуток тиску і об’єму газу залишається постійним ($P_1V_1 = P_2V_2$). Коли об’єм легень збільшується, тиск у них зменшується, що й призводить до вдиху.