Del concepto mismo de "presión atmosférica" se deduce que el aire debe tener peso, de lo contrario no podría ejercer presión sobre nada. Pero no nos damos cuenta de esto, nos parece que el aire no tiene peso. Antes de hablar de la presión atmosférica, debe probar que el aire tiene peso, debe pesarlo de alguna manera. ¿Cómo hacerlo? Consideraremos el peso del aire y la presión atmosférica en detalle en el artículo, estudiándolos con la ayuda de experimentos.
Experiencia
Vamos a pesar el aire en un recipiente de vidrio. Entra en el envase a través de un tubo de goma en el cuello. La válvula cierra la manguera para que no entre aire. Quitamos el aire del recipiente usando una bomba de vacío. Curiosamente, a medida que avanza el bombeo, el sonido de la bomba cambia. Cuanto menos aire quede en el matraz, más silenciosa funcionará la bomba. Cuanto más bombeamos el aire, menor será la presión en el recipiente.
Cuando se haya eliminado todo el aire,cierre el grifo, apriete la manguera para bloquear el suministro de aire. Pesar el matraz sin aire, luego abrir el grifo. El aire entrará con un silbido característico, y su peso se sumará al peso del matraz.
Primero coloque un recipiente vacío con un grifo cerrado en la balanza. Hay un vacío dentro del recipiente, pesémoslo. Abramos el grifo, el aire entrará, y volveremos a pesar el contenido del matraz. La diferencia entre el peso del matraz lleno y vacío será la masa de aire. Es simple.
Peso del aire y presión atmosférica
Ahora pasemos a resolver el siguiente problema. Para calcular la densidad del aire, necesitas dividir su masa por volumen. El volumen del matraz se conoce porque está marcado en el costado del matraz. ρ=maire /V. Debo decir que para obtener el llamado alto vacío, es decir, la ausencia total de aire en el recipiente, se necesita mucho tiempo. Si el matraz es de 1,2 l, es aproximadamente media hora.
Descubrimos que el aire tiene masa. La tierra lo atrae, y por lo tanto la fuerza de gravedad actúa sobre él. El aire empuja el suelo con una fuerza igual al peso del aire. La presión atmosférica, por lo tanto, existe. Se manifiesta en varios experimentos. Hagamos uno de estos.
Experimento con jeringa
Tome una jeringa vacía a la que se adjunta un tubo flexible. Baje el émbolo de la jeringa y sumerja la manguera en un recipiente con agua. Tire del émbolo hacia arriba y el agua comenzará a subir por el tubo, llenando la jeringa. ¿Por qué el agua, que es empujada hacia abajo por la gravedad, sigue subiendo detrás del pistón?
En el vaso, se ve afectado de arriba abajoPresión atmosférica. Lo denotaremos como Patm. Según la ley de Pascal, la presión que ejerce la atmósfera sobre la superficie de un líquido se transmite sin cambios. Se propaga a todos los puntos, lo que significa que también hay presión atmosférica dentro del tubo y hay un vacío (espacio sin aire) en la jeringa por encima de la capa de agua, es decir, P=0. Entonces resulta que la presión atmosférica presiona el agua desde abajo, pero no hay presión sobre el pistón, porque allí hay vacío. Debido a la diferencia de presión, entra agua en la jeringa.
Experimento con mercurio
Peso del aire y presión barométrica: ¿qué tamaño tienen? ¿Quizás es algo que se puede descuidar? Después de todo, un metro cúbico de hierro tiene una masa de 7600 kg y un metro cúbico de aire, solo 1,3 kg. Para entender, modifiquemos el experimento que acabamos de realizar. En lugar de una jeringa, tome una botella cerrada con un corcho con un tubo. Conecte el tubo a la bomba y comience a bombear aire.
A diferencia de la experiencia anterior, creamos un vacío no debajo del pistón, sino en todo el volumen de la botella. Apague la bomba y al mismo tiempo baje el tubo de la botella en un recipiente con agua. Veremos como el agua llena la botella por el tubo en tan solo unos segundos con un sonido característico. La alta velocidad con la que "explotó" en la botella indica que la presión atmosférica es un valor bastante grande. La experiencia lo demuestra.
Por primera vez midió la presión atmosférica, el peso del aire el científico italiano Torricelli. Tuvo tal experiencia. Tomé un tubo de vidrio de poco más de 1 m de largo, sellado en un extremo. Lo llené de mercurio hasta el borde. DespuésLuego tomó un recipiente con mercurio, pellizcó su extremo abierto con el dedo, dio la vuelta al tubo y lo sumergió en un recipiente. Si no hubiera presión atmosférica, todo el mercurio se habría derramado, pero esto no sucedió. Se derramó parcialmente, el nivel de mercurio se asentó a una altura de 760 mm.
Sucedió porque la atmósfera presionó el mercurio en el recipiente. Es por esta razón que en nuestros experimentos anteriores, el agua se introdujo en el tubo, por lo que el agua siguió a la jeringa. Pero en estos dos experimentos, tomamos agua, cuya densidad es baja. El mercurio tiene una alta densidad, por lo que la presión atmosférica pudo elevar el mercurio, pero no hasta el tope, sino solo 760 mm.
Según la ley de Pascal, la presión ejercida sobre el mercurio se transmite a todos sus puntos sin cambios. Esto significa que también hay presión atmosférica dentro del tubo. Pero por otro lado, esta presión se equilibra con la presión de la columna de líquido. Denotemos la altura de la columna de mercurio como h. Podemos decir que la presión atmosférica actúa de abajo hacia arriba y la presión hidrostática actúa de arriba hacia abajo. Los 240 mm restantes están vacíos. Por cierto, este vacío también se llama vacío de Torricelli.
Fórmula y cálculos
La presión atmosférica Patm es igual a la presión hidrostática y se calcula mediante la fórmula ρptgh. ρpt=13600 kg/m3. g=9,8 N/kg. h=0,76 m Patm=101,3 kPa. Esta es una cantidad bastante grande. Una hoja de papel sobre una mesa produce una presión de 1 Pa y la presión atmosférica es de 100 000 pascales. Resulta que tienes que poner100.000 hojas de papel una encima de la otra para producir tal presión. Curioso, ¿no? La presión atmosférica y el peso del aire son muy altos, por lo que se empujó agua dentro de la botella con tanta fuerza durante el experimento.
