Ciśnienie powietrza w skorupie ziemskiej: jedna atmosfera w paskalach

Wszystkie żywe istoty na Ziemi są nieświadome ciśnienia wywieranego na nie przez ogromną powłokę powietrzną naszej planety. Powodem jest to, że od urodzenia są przyzwyczajane do atmosfery i ich ciała zostały do niej biologicznie przystosowane.

A przecież taki gazowy obłok faktycznie niesie ze sobą dużą wagę. Utrzymywany jest w miejscu przez grawitację planety, dzięki czemu nie ucieka w bezmiar przestrzeni, rozciągając się na tysiące kilometrów w powietrzu. A to oznacza, że otoczka powietrza wywiera nacisk na wszystko, co znajduje się na powierzchni kuli ziemskiej. Ile więc wynosi jedna atmosfera w paskalach?? Naukowcy byli w stanie określić ciśnienie powietrza już w XVII wieku.

Ciśnienie atmosferyczne

W Regensburgu w 1654 roku Otto von Guericke zademonstrował cesarzowi Ferdynandowi III i jego kolegom naukowcom spektakularne doświadczenie. Niemiecki fizyk wziął dwie miedziane puste półkule, niewielkich rozmiarów (ok. 35,6 cm średnicy). Następnie ścisnął je mocno skórzanym pierścieniem i wypompował ze środka powietrze za pomocą rurki i pompki. Po czym niemożliwe było rozdzielenie półkul. Co więcej, szesnaście koni przywiązanych do żelaznych pierścieni z dwóch końców po każdej stronie powstałej kuli.

Ten eksperyment pokazał światu wpływ ciśnienia na otaczające obiekty. To właśnie ta siła ścisnęła obie części kuli. co oznacza, że jego wielkość jest naprawdę imponująca. Dwa lata później to wspaniałe doświadczenie zostało powtórzone w Magdeburgu. Tam 24 konie próbowały złamać kulę, ale z takim samym powodzeniem. Wskazane półkule używane podczas eksperymentu przeszły do historii jako magdeburskie. Do dziś są one przechowywane w niemieckim muzeum.

Jedna atmosfera w paskalach

Jak obliczyć ciśnienie gazowego płaszcza planety? Nic prostszego, gdyby gęstość powietrza i wysokość powłoki powietrznej były dokładnie znane. Ale w XVII wieku naukowcy nie mogli jeszcze wiedzieć takich rzeczy. Ale wykonali świetną robotę. I to jako pierwszy zrobił uczeń Galileusza, Włoch Torricelli.

Wziął metrową szklaną rurkę i wypełnił ją rtęcią, uszczelniając jeden jej koniec. A otwartą część zanurzano w naczyniu z tą samą substancją. I trochę rtęci z tuby poszło w dół. Jednak nie wszystko się wylało. A wysokość pozostałej kolumny wynosiła około 760 mm. To właśnie to doświadczenie ułatwiło później obliczenie, ile Pascali jest w jednej atmosferze. Liczba ta wynosi około 101 300 Pa. Jest to wartość normalnego ciśnienia atmosferycznego.

Wyjaśnienie eksperymentu Torricellego

Ciśnienie atmosfery ma wpływ na wszystkie ciała ziemskie. Jest on jednak niewidoczny, ponieważ jest równoważony przez działanie powietrza zawartego w samych przedmiotach i organizmach żywych. Eksperyment magdeburski wymownie pokazał, co by się stało, gdyby gaz nie miał właściwości przenikania niemal wszędzie. W powstałej sferze sztucznie stworzono bezpowietrzną przestrzeń. W konsekwencji okazuje się ona niezwykle solidna i nierozerwalna, ściśnięta ze wszystkich stron przez jedną atmosferę, której ciśnienie, jak już wiemy, jest w Pascalu znaczne.

Te same prawa leżą u podstaw działania pomp. Płyn wdziera się do powstałej bezpowietrznej przestrzeni. Unosi się, dopóki istniejące ciśnienia powietrza i materii nie zniosą się wzajemnie. A wysokość kolumny zależy od gęstości cieczy.

Wiedząc o tym, Torricelli zmierzył ciśnienie wytwarzane przez jedną atmosferę. W Pascal, oczywiście, nie mógł jeszcze. Zostało to zrobione później. I tak zmierzył to w milimetrach rtęci. Wiadomo, że w podobnych jednostkach przyjmuje się obecnie do pomiaru ciśnienie atmosferyczne.

Jak przekształcić atmosferę w Pascali

Francuz Blaise Pascal (jego portret powyżej), po którym jednostka miary ciśnienia została nazwana, dowiedział się o eksperymentach Torricellego i powtórzył podobne eksperymenty na różnych wysokościach, używając wody i innych płynów oprócz rtęci. I tym samym definitywnie udowodnił istnienie i wpływ ciśnienia atmosferycznego na ciała i substancje ziemskie, choć w tamtym czasie było wielu wątpiących.

Poniżej przedstawiono, jako ciśnienie w atmosferach do przełożenia na Pascali i na inne jednostki miary.

Wartość ta nie jest stała i zależy od wielu czynników. Przede wszystkim na wysokość nad poziomem morza. Jak udowodnił Pascal, im wyżej wchodzisz na szczyt góry, tym mniejsze jest ciśnienie. Jest to łatwe do wyjaśnienia. Przecież głębokość powłoki powietrznej maleje, podobnie jak jej gęstość. A już na wysokości około 5,5 km ciśnienie spada o połowę. A jak się przejdzie do 11 km, to jest czterokrotnie niższa.

A także na ciśnienie atmosferyczne ma wpływ pogoda. Dlatego też w swoich prognozach uznawany jest za znaczący. Na przykład im wyższe ciśnienie latem, tym większe prawdopodobieństwo, że tego dnia będzie świecić słońce i nie będzie opadów.