если наклонить трубку торричелли что произойдет со столбиком ртути
Вода удерживается за счет атмосферного давления.
439. Выразите нормальное атмосферное давление в паскалях (Па) и гектопаскалях (гПа).
1 атм = 101 300 Па = 103 гПа.
440. Какой высоты должен быть столб воды, чтобы уравновесить нормальное атмосферное давление?
441. Вычислите, с какой силой давит воздух на поверхность стола, имеющего длину 1 м, а ширину 60 см.
442. Ртутный барометр показывает давление 700 мм рт.ст. С какой силой давит при этом воздух на каждый квадратный сантиметр?
444. Почему крышка стола не проваливается под весом воздуха?
Давление равномерно распределено по всей площади крышки.
445. Если наклонить трубку Торричелли (рис. 58), что произойдет со столбиком ртути?
Уровень ртути останется на прежней высоте.
446. В трубке Торричелли высота столбика ртути 760 мм. Что произойдет со столбиком ртути, если с трубкой Торричелли подняться на гору?
Столбик ртути опустится так как атмосферное давление уменьшится.
447. Трубка Торричелли в середине имеет шарообразную форму (рис. 59). На какой высоте установится в ней уровень ртути, если в стоящей рядом прямой трубке ртуть находится на высоте 760 мм?
448. Под колоколом воздушного насоса находится закрытый пробкой пузырек с водой. Сквозь пробку пузырька пропущена стеклянная трубка. Когда из-под колокола выкачивают воздух, из трубки бьет фонтан воды (рис. 60). Почему?
Вода выливается под давлением воздуха, который остался в пузырьке.
449. Закрытый пробкой флакон помещают под колокол насоса. При выкачивании воздуха из-под колокола пробка из флакона вылетает. Почему?
Пробка вылетает из-за разности давлений внутри и снаружи флакона.
450. Будет ли меняться объем резинового воздушного шарика при его подъеме (изменение температуры не учитывать)? Если да, то как именно?
При подъеме атмосферное давление будет падать, объем шарика будет увеличиваться.
451. У подножия горы при помощи всасывающего поршневого насоса можно поднимать воду на высоту до 10 м. На какую высоту можно таким же насосом поднять воду на вершине горы, где давление равно 600 мм рт.ст.?
452. Бутылка со сжатым воздухом уравновешена на весах. Сквозь пробку бутылки пропущена стеклянная трубка с резиновым шариком на конце (рис. 61, а). Останутся ли весы в равновесии, если часть воздуха из бутылки перейдет в шарик и раздует его (рис. 61, б)?
Весы останутся в равновесии, поскольку масса воздуха на весах не изменилась.
453. Какова высота горы, если у подножия горы барометр показывает 760 мм рт.ст., а на вершине горы – 610 мм рт.ст. (плотность воздуха считать равной 1,3 кг/м3 )?
455. Как изменяется объем пузырька воздуха, когда этот пузырек поднимается со дна водоема на поверхность?
Пузырек увеличивается, т.к. давление на него уменьшается.
456. Почему подъем на высокую гору часто связан с болью и кровотечением из ушей и носа?
В горах атмосферное давление ниже, чем на равнине.
461. На рисунке 63 изображен простейший паровой котел: 1 – котел (замкнутый сосуд из листов стали), 2 – вода в котле, 3 – пространство, где собирается пар, 4 – манометр. При испытании парового котла гидравлическим прессом давление на стенки котла резко падает, как только образуется течь. Почему?
Давление падает потому что объем, занимаемый газом увеличивается.
462. Если воду в гидравлическом прессе заменить более тяжелой жидкостью, например глицерином, изменится ли производимое при помощи пресса давление?
Если плотность жидкости увеличится, то увеличится и производимое давление.
464. Площадь большого поршня пресса в 1000раз больше площади малого. Какая сила действует на малый поршень, если сила давления, производимого большим поршнем, составляет 25 кН?
468. Будет ли гидравлический пресс действовать одинаково на Земле и на Луне?
Повтор №434
Вес воздуха. Атмосферное давление. Опыт Торричелли
Решебник к сборнику задач по физике для 7- 9 классов, Перышкин А.В.
438. Почему не выливается вода из перевернутого стакана (рис. 57)?
Вода удерживается за счет атмосферного давления.
439. Выразите нормальное атмосферное давление в паскалях (Па) и гектопаскалях (гПа).
1 атм = 101 300 Па = 103 гПа.
440. Какой высоты должен быть столб воды, чтобы уравновесить нормальное атмосферное давление?
441. Вычислите, с какой силой давит воздух на поверхность стола, имеющего длину 1 м, а ширину 60 см.
442. Ртутный барометр показывает давление 700 мм рт.ст. С какой силой давит при этом воздух на каждый квадратный сантиметр?
444. Почему крышка стола не проваливается под весом воздуха?
Давление равномерно распределено по всей площади крышки.
445. Если наклонить трубку Торричелли (рис. 58), что произойдет со столбиком ртути?
Уровень ртути останется на прежней высоте.
446. В трубке Торричелли высота столбика ртути 760 мм. Что произойдет со столбиком ртути, если с трубкой Торричелли подняться на гору?
Столбик ртути опустится так как атмосферное давление уменьшится.
447. Трубка Торричелли в середине имеет шарообразную форму (рис. 59). На какой высоте установится в ней уровень ртути, если в стоящей рядом прямой трубке ртуть находится на высоте 760 мм?
448. Под колоколом воздушного насоса находится закрытый пробкой пузырек с водой. Сквозь пробку пузырька пропущена стеклянная трубка. Когда из-под колокола выкачивают воздух, из трубки бьет фонтан воды (рис. 60). Почему?
Вода выливается под давлением воздуха, который остался в пузырьке.
449. Закрытый пробкой флакон помещают под колокол насоса. При выкачивании воздуха из-под колокола пробка из флакона вылетает. Почему?
Пробка вылетает из-за разности давлений внутри и снаружи флакона.
450. Будет ли меняться объем резинового воздушного шарика при его подъеме (изменение температуры не учитывать)? Если да, то как именно?
При подъеме атмосферное давление будет падать, объем шарика будет увеличиваться.
451. У подножия горы при помощи всасывающего поршневого насоса можно поднимать воду на высоту до 10 м. На какую высоту можно таким же насосом поднять воду на вершине горы, где давление равно 600 мм рт.ст.?
452. Бутылка со сжатым воздухом уравновешена на весах. Сквозь пробку бутылки пропущена стеклянная трубка с резиновым шариком на конце (рис. 61, а). Останутся ли весы в равновесии, если часть воздуха из бутылки перейдет в шарик и раздует его (рис. 61, б)?
Весы останутся в равновесии, поскольку масса воздуха на весах не изменилась.
453. Какова высота горы, если у подножия горы барометр показывает 760 мм рт.ст., а на вершине горы – 610 мм рт.ст. (плотность воздуха считать равной 1,3 кг/м3 )?
455. Как изменяется объем пузырька воздуха, когда этот пузырек поднимается со дна водоема на поверхность?
Пузырек увеличивается, т.к. давление на него уменьшается.
456. Почему подъем на высокую гору часто связан с болью и кровотечением из ушей и носа?
В горах атмосферное давление ниже, чем на равнине.
461. На рисунке 63 изображен простейший паровой котел: 1 – котел (замкнутый сосуд из листов стали), 2 – вода в котле, 3 – пространство, где собирается пар, 4 – манометр. При испытании парового котла гидравлическим прессом давление на стенки котла резко падает, как только образуется течь. Почему?
Давление падает потому что объем, занимаемый газом увеличивается.
462. Если воду в гидравлическом прессе заменить более тяжелой жидкостью, например глицерином, изменится ли производимое при помощи пресса давление?
Если плотность жидкости увеличится, то увеличится и производимое давление.
464. Площадь большого поршня пресса в 1000раз больше площади малого. Какая сила действует на малый поршень, если сила давления, производимого большим поршнем, составляет 25 кН?
468. Будет ли гидравлический пресс действовать одинаково на Земле и на Луне?
На Луне справедлив, в условиях невесомости — нет.
20. Вес воздуха. Атмосферное давление. Опыт Торричелли. Гидравлические механизмы
438. Почему не выливается вода из перевернутого стакана (рис. 57)?
439. Выразите нормальное атмосферное давление в паскалях (Па) и гектопаскалях (гПа).
440. Какой высоты должен быть столб воды, чтобы уравновесить нормальное атмосферное давление?
441. Вычислите, с какой силой давит воздух на поверхность стола, имеющего длину 1 м, а ширину 60 см.
442. Ртутный барометр показывает давление 700 мм рт. ст. С какой силой давит при этом воздух на каждый квадратный сантиметр?
444. Почему крышка стола не проваливается под весом воздуха?
445. Если наклонить трубку Торричелли (рис. 58), что произойдет со столбиком ртути?
446. В трубке Торричелли высота столбика ртути 760 мм. Что произойдет со столбиком ртути, если с трубкой Торричелли подняться на гору?
447. Трубка Торричелли в середине имеет шарообразную форму (рис. 59). На какой высоте установится в ней уровень ртути, если в стоящей рядом прямой трубке ртуть находится на высоте 760 мм?
448. Под колоколом воздушного насоса находится закрытый пробкой пузырек с водой. Сквозь пробку пузырька пропущена стеклянная трубка. Когда из-под колокола выкачивают воздух, из трубки бьет фонтан воды (рис. 60). Почему?
449. Закрытый пробкой флакон помещают под колокол насоса. При выкачивании воздуха из-под колокола пробка из флакона вылетает. Почему?
450. Будет ли меняться объем резинового воздушного шарика при его подъеме (изменение температуры не учитывать)? Если да, то как именно?
451. У подножия горы при помощи всасывающего поршневого насоса можно поднимать воду на высоту до 10 м. На какую высоту можно таким же насосом поднять воду на вершине горы, где давление равно 600 мм рт. ст.?
452. Бутылка со сжатым воздухом уравновешена на весах. Сквозь пробку бутылки пропущена стеклянная трубка с резиновым шариком на конце (рис. 61, а). Останутся ли весы в равновесии, если часть воздуха из бутылки перейдет в шарик и раздует его (рис. 61, б)?
Если наклонить трубку торричелли что произойдет со столбиком ртути
В 1643 г. по предложению итальянского физика Эванджелисты Торричелли (1бб8—1647) был произведен следующий опыт. Стеклянную трубку длины около 1 м, запаянную с одного конца, наполняют ртутью. Отверстие трубки закрывают пальцем, чтобы ртуть не вылилась, и трубку опускают в вертикальном положении отверстием вниз в сосуд с ртутью. Если теперь отнять палец от отверстия трубки, то столб ртути упадет до высоты около 760 мм над уровнем ртути в сосуде (рис. 290).
Рис. 290. Трубка Торричелли
Пользуясь рассуждениями предыдущего параграфа, легко объяснить этот опыт. На свободную поверхность ртути в сосуде действует атмосферное давление. Так как после опускания ртути в трубке над ртутью остается пустота, то давление столба ртути, создаваемое внутри трубки на уровне поверхности ртути в сосуде, должно равняться атмосферному давлению. Поэтому взятая в миллиметрах высота столба над свободной поверхностью ртути прямо измеряет давление атмосферы в миллиметрах ртутного столба. Таким образом, трубка Торричелли может служить для измерения давления атмосферы. Она играет роль «барометра». Практически конструкция ртутного барометра более сложна (рис. 291).
Рис. 291. Ртутный барометр
Рис. 292. При наклонении трубки Торричелли уровень ртути остается на одной и той же высоте
Итак, опыт показывает, что атмосферное давление составляет около 760 мм.рт.ст. Так как 
(§ 154), то атмосферное давление равно 
.
Таким образом, атмосферное давление равно давлению столба воды высоты больше 10 м.
Пространство над столбом ртути в трубке в опыте Торричелли называют торричеллиевой пустотой. Конечно, это не абсолютная пустота: в этом пространстве имеется пар ртути; своим давлением он немного понижает столб ртути в трубке. Однако практически этим можно пренебречь, так как давление пара ртути при комнатной температуре ничтожно. Будем придавать трубке в опыте Торричелли различные наклоны (рис. 292). Мы увидим, что конец столба ртути при изменении наклона остается на той же высоте над свободной поверхностью ртути, хотя длина столба становится при наклоне больше. Это объясняется тем, что, как мы уже знаем, давление зависит лишь от высоты столба жидкости, отсчитанной по вертикали. При достаточном наклоне трубки ртуть заполняет ее всю; это указывает на отсутствие воздуха в трубке. При изменении атмосферного давления меняется и высота столба ртути в трубке. При увеличении давления столбик удлиняется — «барометр поднимается». При уменьшении давления «барометр падает» — столб ртути уменьшает свою высоту.
Давление атмосферы можно измерять таким же мембранным манометром, каким мы пользовались для жидкостей (рис. 293). Для повышения точности измерения из коробки 1 манометра выкачивается часть воздуха; мембрана 2 оттягивается наружу пружиной 3. Мембрана обычно делается волнистой для повышения ее гибкости. Мембранные манометры для измерения атмосферного давления называют барометрами-анероидами (рис. 294). Анероиды градуируются и выверяются по ртутному барометру. Они менее надежны, чем ртутный барометр, так как имеют пружины и мембраны, которые с течением времени могут вытягиваться или изменять свою упругость. Зато анероид — прибор гораздо более удобный в обращении, чем ртутный барометр, содержащий жидкость. Поэтому анероиды получили очень большое распространение в тех случаях, когда не требуется очень большой точности. При достаточно частой сверке с ртутным барометром они дают надежные показания.
Рис. 293. Схема устройства мембранного манометра для газов
Рис. 294. Барометр-анероид
174.1. Как нужно изменить шкалу барометрической трубки, наклоненной под углом 
к вертикали, чтобы отсчет можно было производить в миллиметрах ртутного столба? Какой длины нужно взять трубку?
174.2. Цилиндрический сосуд массы 10 кг, площадь основания которого равна 
, накрывается крышкой. При выкачивании воздуха из сосуда крышка прижимается к сосуду атмосферным давлением. Если воздух откачай до давления 50 мм.рт.ст., то какой массы груз нужно привесить к сосуду, чтобы оторвать его от крышки?
7 класс
Глава 3. Давление твёрдых тел. жидкостей и газов
§ 44. Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли
Рассчитать атмосферное давление по формуле для вычисления давления столба жидкости нельзя. Для такого расчёта надо знать высоту атмосферы и плотность воздуха. Ho определённой границы у атмосферы нет, а плотность воздуха на разной высоте различна. Однако измерить атмосферное давление можно с помощью опыта, предложенного в XVII в. итальянским учёным Эванджелиста Торричелли, учеником Галилея.
Опыт Торричелли состоит в следующем: стеклянную трубку длиной около 1 м, запаянную с одного конца, наполняют ртутью. Затем, плотно закрыв другой конец трубки, её переворачивают, опускают в чашку с ртутью и под ртутью открывают конец трубки (рис. 130). Часть ртути при этом выливается в чашку, а часть её остаётся в трубке. Высота столба ртути, оставшейся в трубке, равна примерно 760 мм. Над ртутью в трубке воздуха нет, там безвоздушное пространство.
Торричелли, предложивший описанный выше опыт, дал и его объяснение. Атмосфера давит на поверхность ртути в чашке. Ртуть находится в равновесии. Значит, давление в трубке на уровне аа1 (см. рис. 130) равно атмосферному давлению. Если бы оно было больше атмосферного, то ртуть выливалась бы из трубки в чашку, а если меньше, то поднималась бы в трубке вверх.
Давление в трубке на уровне аа1 создаётся весом столба ртути в трубке, так как в верхней части трубки над ртутью воздуха нет. Отсюда следует, что атмосферное давление равно давлению столба ртути в трубке, т. е.
Измерив высоту столба ртути, можно рассчитать давление, которое производит ртуть. Оно и будет равно атмосферному давлению. Если атмосферное давление уменьшится, то столб ртути в трубке Торричелли понизится.
Чем больше атмосферное давление, тем выше столб ртути в опыте Торричелли. Поэтому на практике атмосферное давление можно измерять высотой ртутного столба (в миллиметрах или сантиметрах). Если, например, атмосферное давление равно 780 мм рт. ст., то это значит, что воздух производит такое же давление, какое производит вертикальный столб ртути высотой 780 мм.
Следовательно, в этом случае за единицу атмосферного давления принимают 1 миллиметр ртутного столба (1 мм рт. ст.). Найдём соотношение между этой единицей и известной нам единицей давления — паскалем (Па).
Давление столба ртути ρртути высотой 1 мм равно
р = 9,8 Н/кг • 13 600 кг/м 3 • 0,001 м ≈ 133,3 Па.
Итак, 1 мм рт. ст. = 133,3 Па.
В настоящее время атмосферное давление принято измерять и в гектопаскалях. Например, в сводках погоды может быть объявлено, что давление равно 1013 гПа, это то же самое, что 760 мм рт. ст.
Наблюдая ежедневно за высотой ртутного столба в трубке, Торричелли обнаружил, что эта высота меняется, т. е. атмосферное давление непостоянно, оно может увеличиваться и уменьшаться. Торричелли заметил также, что изменения атмосферного давления связаны с изменением погоды.
Если к трубке с ртутью, использовавшейся в опыте Торричелли, прикрепить вертикальную шкалу, то получится простейший прибор — ртутный барометр (от греч. барос — тяжесть, метпрео — измеряю). Он служит для измерения атмосферного давления.
Вопросы:
1. Почему нельзя рассчитывать давление воздуха так же, как рассчитывают давление жидкости на дно или стенки сосуда?
2. Объясните, как с помощью трубки Торричелли можно измерить атмосферное давление.
3. Что означает запись: «Атмосферное давление равно 780 мм рт. ст.»?
4. Скольким гектопаскалям равно давление ртутного столба высотой 1 мм?
Упражнения:
Упражнение № 21
1. На рисунке 131 изображён водяной барометр, созданный Паскалем в 1646 г. Какой высоты был столб воды в этом барометре при атмосферном давлении, равном 760 мм рт. ст.?
3. Из трубки длиной 1 м, запаянной с одного конца и с краном на другом конце, выкачали воздух. Поместив конец с краном в ртуть, открыли кран. Заполнит ли ртуть всю трубку? Если вместо ртути взять воду, заполнит ли она всю трубку?
4. Выразите в гектопаскалях давление, равное: 740 мм рт. ст.; 780 мм рт. ст.
5. Рассмотрите рисунок 130. Ответьте на вопросы.
а) Почему для уравновешивания давления атмосферы, высота которой достигает десятков тысяч километров, достаточно столба ртути высотой около 760 мм?
б) Сила атмосферного давления действует на ртуть, находящуюся в чашке, сверху вниз. Почему же атмосферное давление удерживает столб ртути в трубке?
в) Как повлияло бы наличие воздуха в трубке над ртутью на показания ртутного барометра?
г) Изменится ли показание барометра, если трубку наклонить; опустить глубже в чашку со ртутью?
Задания:
1. Погрузите стакан в воду, переверните его под водой вверх дном и затем медленно вытаскивайте из воды. Почему, пока края стакана находятся под водой, вода остаётся в стакане (не выливается)?
2. Налейте в стакан воды, закройте листом бумаги и, поддерживая лист рукой, переверните стакан вверх дном. Если теперь отнять руку от бумаги (рис. 133), то вода из стакана не выльется. Бумага остаётся как бы приклеенной к краю стакана. Почему? Ответ обоснуйте.
3. Положите на стол длинную деревянную линейку так, чтобы её конец выходил за край стола. Сверху застелите стол газетой, разгладьте газету руками, чтобы она плотно лежала на столе и линейке. Резко ударьте по свободному концу линейки — газета не поднимется, а прорвётся. Объясните наблюдаемые явления.
Это любопытно.
История открытия атмосферного давления
Изучение атмосферного давления имеет большую и поучительную историю. Как и многие другие научные открытия, оно тесно связано с практическими потребностями людей.
Устройство насоса было известно ещё в глубокой древности. Однако и древнегреческий учёный Аристотель, и его последователи объясняли движение воды за поршнем в трубе насоса тем, что «природа боится пустоты». Истинная же причина этого явления — давление атмосферы — им была неизвестна.
В конце первой половины XVII в. во Флоренции — богатом торговом городе Италии — строили так называемые всасывающие насосы. Он состоит из вертикально расположенной трубы, внутри которой имеется поршень. При подъёме поршня вверх за ним поднимается вода (см. рис. 124). При помощи этих насосов хотели поднимать воду на большую высоту, но насосы «отказывались» это делать.
Обратились за советом к Галилею. Галилей исследовал насосы и нашёл, что они исправны. Занявшись этим вопросом, он указал, что насосы не могут поднять воду выше, чем на 18 итальянских локтей (= 10 м). Ho разрешить вопрос до конца он не успел. После смерти Галилея эти научные исследования продолжил его ученик — Торричелли. Торричелли занялся и изучением явления поднятия воды за поршнем в трубе насоса. Для опыта он предложил использовать длинную стеклянную трубку, а вместо воды взять ртуть. Впервые такой опыт (§ 44) был проделан его учеником Вивиани в 1643 г.
Раздумывая над этим опытом, Торричелли пришёл к заключению, что истинной причиной поднятия в трубке ртути является давление воздуха, а не «боязнь пустоты». Это давление производит воздух своим весом. (А что воздух имеет вес — было уже доказано Галилеем.)
Об опытах Торричелли узнал французский учёный Паскаль. Он повторил опыт Торричелли с ртутью и водой. Однако Паскаль считал, что для окончательного доказательства факта существования атмосферного давления необходимо проделать опыт Торричелли один раз у подножия какой-нибудь горы, а другой раз на вершине её и измерить в обоих случаях высоту ртутного столба в трубке. Если бы на вершине горы столб ртути оказался ниже, чем у подножия её, то отсюда следовало бы заключить, что ртуть в трубке действительно поддерживается атмосферным давлением.
«Легко понять, — говорил Паскаль, — что у подножия горы воздух оказывает большее давление, чем на вершине её, меж тем как нет никаких оснований предполагать, чтобы природа испытывала большую боязнь пустоты внизу, чем вверху».
Такой опыт был проведён, он показал, что давление воздуха на вершине той горы, где проводились опыты, было почти на 100 мм рт. ст. меньше, чем у подножия горы. Ho Паскаль этим опытом не ограничился. Чтобы ещё раз доказать, что ртутный столб в опыте Торричелли удерживается атмосферным давлением, Паскаль поставил другой опыт, который он образно назвал доказательством «пустоты в пустоте».
Опыт Паскаля можно осуществить с помощью прибора, изображённого на рисунке 134,а, где А — прочный полый стеклянный сосуд, в который пропущены и впаяны две трубки: одна — от барометра Б, другая (трубка с открытыми концами) — от барометра В.
Прибор устанавливают на тарелку воздушного насоса. В начале опыта давление в сосуде А равно атмосферному, оно измеряется разностью высот h столбов ртути в барометре Б. В барометре же В ртуть стоит на одном уровне. Затем из сосуда А воздух выкачивается насосом. По мере удаления воздуха уровень ртути в левом колене барометра Б понижается, а в левом колене барометра В повышается. Когда воздух будет полностью удалён из сосуда А, уровень ртути в узкой трубке барометра Б упадёт и сравняется с уровнем ртути в его широком колене. В узкой же трубке барометра В ртуть под действием атмосферного давления поднимается на высоту h (рис. 134, б). Этим опытом Паскаль ещё раз доказал существование атмосферного давления.
Опыты Паскаля окончательно опровергли теорию Аристотеля о «боязни пустоты» и подтвердили существование атмосферного давления.