Μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης

Η ατμοσφαιρική πίεση μετρήθηκε για πρώτη φορά το 1643 από το φυσικό Εβαγγελίστα Τορικέλι. Ο Τορικέλι πήρε ένα γυάλινο σωλήνα μήκους 1m, κλειστό από την μια μεριά και τον γέμισε με υδράργυρο. Έπειτα έκλεισε το στόμιο του με το δάκτυλο του και τον αναποδογύρισε σε μια λεκάνη με υδράργυρο και άφησε ελεύθερο το άκρο του. Ο Τορικέλι παρατήρησε ότι το ύψος του υδραργύρου στο σωλήνα μειώθηκε φτάνοντας στο ύψος 76cm από την επιφάνεια της λεκάνης με το υδράργυρο.

Ερώτηση: Γιατί ο υδράργυρος στον σωλήνα δεν άδειασε όλος στη λεκάνη; Απάντηση: Θεωρούμε δυο σημεία Α και Β όπου το Α το παίρνουμε στην επιφάνεια του υδραργύρου της λεκάνης και το άλλο σημείο Β το παίρνουμε στη βάση μέσα στο σωλήνα υδραργύρου στο ίδιο ύψος με το σημείο Α. Σύμφωνα με την αρχή των συγκοινωνούντων δοχείων, η πίεση στα σημεία Α και Β είναι η ίδια, δηλαδή:

pA = pB

Η πίεση στο σημείο Α είναι η ατμοσφαιρική πίεση pA=patm ενώ η πίεση στο σημείο Β είναι η υδροστατική πίεση που προκαλεί η στήλη υδραργύρου του σωλήνα: pB=pυδρ . Συγκρίνοντας τις παραπάνω σχέσεις προκύπτει ότι η ατμοσφαιρική πίεση είναι ίση με την πίεση που ασκεί στη βάση η στήλη υδραργύρου με ύψος 76cm (όταν εκτελείται το πείραμα στην επιφάνειά της θάλασσας). Έτσι η ατμοσφαιρική πίεση δεν αφήνει τον υδράργυρο του σωλήνα να χυθεί στην λεκάνη.

Την υδροστατική πίεση που ασκεί στήλη υδραργύρου ύψους 1 mm την ονομάζουμε 1 Torr προς τιμήν του Τορικέλι. Επομένως η ατμοσφαιρική πίεση στην επιφάνεια της θάλασσας ισούται με 760 Torr.

Για τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης χρησιμοποιούμε όργανα που ονομάζονται βαρόμετρα.

Πως υπολογίζουμε την ατμοσφαιρική πίεση

Η ατμοσφαιρική πίεση είναι ίση με την υδροστατική πίεση μιας στήλης υδραργύρου ύψους h που υπολογίζεται από τον τύπο:

patm = pυδρ = ρ ∙ g ∙ h

Γνωρίζουμε την πυκνότητα του υδραργύρου που έχει τιμή ρ=13.600kg/m3 , την επιτάχυνση της βαρύτητας στην επιφάνεια της θάλασσας που έχει τιμή g=9,8m/s2, ενώ το ύψος της στήλης υδραργύρου στο σωλήνα έχει τιμή h-76cm=0,76m. Με αντικατάσταση των τιμών στην παραπάνω σχέση παίρνουμε:

patm = 13.600Kg/m3 ∙ 9,8m/s2 ∙ 0,76m  ή   patm = 101.293Pa  (πασκάλ)

Έτσι υπολογίσαμε ότι η πίεση μιας ατμόσφαιρας είναι ίση με 101.293Pa. Αν δεν θέλουμε μεγάλη ακρίβεια γράφουμε 1atm = 100.000Pa.

Δυνάμεις λόγω ατμοσφαιρικής πίεσης

Λόγω της ατμοσφαιρικής πίεσης τα σώματα που βρίσκονται μέσα στον αέρα δέχονται τεράστιες δυνάμεις. Λόγω της ατμοσφαιρικής πίεσης στο ανθρώπινο σώμα ασκούνται δυνάμεις της τάξης των 100.000Ν. Όμως οι δυνάμεις αυτές δεν συνθλίβουν το ανθρώπινο σώμα διότι η πίεση στο εσωτερικό σώμα είναι ίση με την ατμοσφαιρική πίεση.

Αν με ένα καλαμάκι αφαιρέσουμε τον αέρα από ένα χάρτινο κουτί πορτοκαλάδας η εξωτερική δύναμη που ασκεί ο ατμοσφαιρικός αέρας προκαλεί την παραμόρφωση του κουτιού.

Για να καταφέρουμε να πιούμε το αναψυκτικό μας χρησιμοποιούμε ένα καλαμάκι. Καθώς ρουφούμε τον αέρα που υπάρχει στο καλαμάκι, έχει ως αποτέλεσμα η δύναμη που ασκεί η ατμοσφαιρική πίεση στην επιφάνεια του αναψυκτικού αναγκάζει το αναψυκτικό να ανέβει στο στόμα μας. Στη Σελήνη όπου δεν υπάρχει ατμοσφαιρική πίεση, δεν μπορούμε να πιούμε το αναψυκτικό με το καλαμάκι.