Проектная работа по теме: Опыты доказывающие существование -Атмосферного давления(7 класс)

Тема работы «Атмосферное давление».

Введение

Об атмосферном давлении мы слышим практически каждый день, например, когда слышим прогноз погоды или разговор двух бабушек про давление и головную боль. Атмосфера окружает нас повсюду и давит свои весом, но мы никак это давление не ощущаем. Как можно доказать существование атмосферного давления?

Гипотеза: если атмосфера оказывает давление на нас и окружающие нас тела, то его можно обнаружить опытным путем.

Цель: экспериментально доказать существование атмосферного давления.

Задачи: 

1. Подобрать и провести опыты, доказывающие существование атмосферного давления. 

2. Показать практическое применение атмосферного давления в быту, технике, природе.

Объект: атмосферное давление.

Предмет: опыты, доказывающие существование атмосферного давления.

Методы исследования: анализ литературы и материалов сети Интернет, наблюдение, физический эксперимент, анализ и обобщение полученных результатов.


Глава 1.Понятие атмосферного давления

§1.Из истории открытия атмосферного давления

Впервые атмосферное давление было измерено итальянским ученым, математиком и физиком Эванджелисто Торричелли в далеком 1644 году. Он взял стеклянную трубку длиной 1 метр, запаянную с одного конца, наполнил ее полностью ртутью и перевернул, опустив открытый конец в чашку со ртутью. К удивлению окружающих, из трубки вылилась лишь небольшая часть ртути. В трубке остался столбик ртути высотой 76 см (760 мм). Торричелли утверждал, что столбик ртути удерживается атмосферным давлением. Именно ему впервые пришла эта мысль. Торричелли назвал свой прибор ртутным барометром и предложил измерять атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба ( Рис.1).  

Рис. 1 Ртутный барометр Торричелли Рис.2 Водяной барометр

С тех пор появилось название барометра (от греч. барос- тяжесть, метрео - измеряю) [1] .

Эксперименты по измерению атмосферного давления проводил французский ученый Блез Паскаль, в честь которого названа единица измерения давления. В 1646 году он построил водяной барометр для измерения атмосферного давления. Для измерения атмосферного давления величиной 760 мм ртутного столба высота столба воды в этом барометре достигала более 10 метров, что, конечно же, очень неудобно (рис.2).

Современные барометры доступны каждому обывателю. На рисунке 3 изображен современный барометр - анероид (в переводе с греческого языка - безжидкостный). Так барометр называют потому, что он не содержит ртути.



Рис.3.Барометр - анероид

Многие ученые пытались доказать существование атмосферного давления, проводили эксперименты. В учебнике физики 7 класса описывается опыт, доказывающий существование атмосферного давления. В 1654 году был проведен опыт с «магдебургскими полушариями». Из плотно прижатых друг к другу металлических полусфер был откачан воздух. Атмосферное давление настолько сильно сжимало их снаружи, что снова разделить полушария не смогли даже 16 (восемь пар) лошадей, тянущих полушария в разные стороны (Рис.4). Проведен этот эксперимент немецким физиком, бургомистром города Магдебурга Отто фон Герике [1].

Сейчас в Германии памятники знаменитым «магдебургским полушариям» можно встретить на каждом шагу (рис.5).

 

Рис.4 Опыт с полушариями Рис.5 «Магдебургские полушария»

§2 Особенности атмосферного давления

Каков механизм возникновения атмосферного давления? Ответ на этот вопрос мы нашли в учебниках природоведения, физики, в сети Интернет. 

Воздушную оболочку, окружающую Землю, называют атмосферой (от греческого атмос- пар, воздух, сфера - шар).Атмосфера простирается на высоту нескольких тысяч километров и похожа на многоэтажный дом(рис.6). В результате притяжения Земли верхние слои атмосферы давят своим весом на нижние слои. Воздушный слой, прилегающий непосредственно к Земле, сжат больше всего и, согласно закону Паскаля, передает давление по всем направлениям на все, что находится на Земле и вблизи неё [3].



Рис.6 Строение атмосферы Земли.

Наблюдения метеорологов показывают, что атмосферное давление в местностях, лежащих над уровнем моря, в среднем равно 760 мм рт.ст., такое давление называютнормальным атмосферным давлением. С высотой плотность воздуха уменьшается, что приводит к уменьшению давления. На вершине горы атмосферное давление меньше, чем у её подножья. При небольших подъемах в среднем на каждые 10,5 м подъема давление уменьшается на 1 мм ртутного столба или на 1,33 гПа[2, с 115].

Существованием атмосферного давления могут быть объяснены многие явления, с которыми мы встречаемся в жизни. Например, я узнал из учебника физики 7 класс, что в результате атмосферного давления на каждый квадратный сантиметр нашего тела и любого предмета действует сила равная 10Н, но тело не разрушается под действием такого давления. Это объясняется тем, что оно внутри наполнено воздухом, давление которого равно давлению наружного воздуха. Когда мы вдыхаем воздух, то увеличиваем объем грудной клетки, при этом давление воздуха внутри легких уменьшается и атмосферное давление, вталкивает туда порцию воздуха. При выдыхании происходит наоборот. 

Как мы пьем? Втягивание ртом жидкости вызывает расширение грудной клетки и разрежение воздуха, как в легких, так и во рту. Давление внутри ротовой полости уменьшается. Повышенное, по сравнению с внутренним наружное атмосферное давление «вгоняет» туда часть жидкости. Так организм человека использует атмосферное давление [4].

На явлении атмосферного давления основаны принципы действия многих устройств. Одним из таких является поршневой жидкостный насос. Насос схематически изображен на рисунке 7.Он состоит из цилиндра, внутри которого ходит вверх и вниз плотно прилегающий к стенкам поршень. При движении поршня вверх вода под действием атмосферного давления поднимается вверх (в пустоту). По такому же принципу работает медицинский шприц, который нашел широкое применение в медицине.

Любопытен тот факт, что еще в 1648 году французский философ, математик и физик Блез Паскаль, изучая особенности поведения жидкости под давлением, изобрел шприц - забавную конструкцию из пресса и иглы. Настоящий шприц появился только в 1853 году. Любопытно, что сконструировали машинку для инъекций сразу два человека, работавших независимо друг от друга: шотландец Александр Вуд (Wood) и француз Шарль Габриель Праваз (Pravaz). А название «spritze», что означает «впрыскивать, брызгать», придумали немцы [5].



Рис.7 Насос Рис.8 Гидравлический пресс и фонтан

Действием атмосферного давления объясняется принцип действия гидравлического пресса, домкрата, гидравлического тормоза, фонтана, пневматического тормоза и многих технических устройств (рис.8). 

Перепады атмосферного давления влияют на погоду. При снижении атмосферного давления, повышается влажность воздуха, возможны осадки и повышение температуры воздуха. Когда повышается атмосферное давление, погода становится ясной и не имеет резких перепадов влажности и температур. Для того, чтобы человеку было комфортно, атмосферное давление должно быть равно 750 мм. рт. столба.

Если атмосферное давление отклоняется, хоть на 10 мм, в ту или иную сторону, человек чувствует себя не комфортно и это может сказаться на его состоянии здоровья[4].

В результате теоретических исследований мы установили , что атмосферное давление существенно влияет на жизнедеятельность человека.

Глава 2.Опыты, подтверждающие существование атмосферного давления

Опыт№1. Принцип действия медицинского шприца и пипетки.

Приборы и материалы: шприц, пипетка ,стакан с подкрашенной водой.

Ход опыта: опустить поршень шприца вниз, затем опустить в стакан с водой и поднять поршень. Вода войдет в шприц ( Рис.9). Надавливаем на резинку пипетки , жидкость поступает в стеклянную трубочку.

Объяснение опыта: при опускании поршня воздух выходит из шприца и давление воздуха в нем уменьшается. Наружный воздух под действием атмосферного давления вталкивает жидкость в шприц. По такому же принципу «работает» пипетка (Рис.10).

  

Рис.9 Медицинский шприц Рис. 10 Пипетка

Опыт №2. Как достать монетку из воды не намочив рук?

Приборы и материалы: тарелка, свеча на подставке, сухой стакан.

Ход опыта: на тарелку кладем монетку, затем наливаем немного воды, ставим зажженную свечу. Накрываем свечу стаканом. Вода оказывается в стакане, а тарелка – сухая.

Объяснение опыта: свеча горит и воздух из-под стакана разрежается , давление воздуха там уменьшается. Атмосферное давление снаружи загоняет воду под стакан.



Рис.11 Опыт с монеткой

Опыт№3. Стакан- непроливайка.

Приборы и материалы: стакан, вода, лист бумаги.

Ход опыта: в стакан налить воду и сверху закрыть бумагой. Перевернуть стакан. Лист бумаги не падает, вода из стакана не проливается.

Объяснение опыта: воздух давит со всех сторон и снизу вверх тоже. Сверху на лист действует вода. Давление воды в стакане равно давлению воздуха снаружи.

Опыт№4. Как опустить яйцо в бутылку?

Приборы и материалы: стеклянная бутылка с широким горлышком, вареное яйцо, спички и свечки для торта.

Ход опыта: варенное яйцо очистим от скорлупы, втыкаем свечки в яйцо и подожжем их. Сверху поднесем бутылку и вставим яйцо в неё как пробку. Яйцо втянется в бутылку.

Объяснение опыта: огонь вытесняет кислород из бутылки, давление воздуха внутри бутылки уменьшилось. Снаружи давление воздуха осталось прежним и заталкивает яйцо в бутылку(Рис.12).

 

Рис. 12 Опыт с яйцом Рис.13 опыт с бутылкой

Опыт№5.Сплющенная бутылка.

Приборы и материалы: чайник с горячей водой, пустая пластиковая бутылка.

Ход опыта: ополоснуть бутылку горячей водой. Воду слить и бутылку быстро закрыть крышкой. Бутылка сплющится.

Объяснение опыта: горячая вода нагрела воздух в бутылке, воздух расширился. Когда закрыли пробкой бутылку, воздух остыл. Давление при этом уменьшилось. Снаружи атмосферный воздух сдавил бутылку (Рис.13).

Опыт№6. Стакан с водой и лист бумаги.

Приборы и материалы: стакан, вода и лист бумаги.

Ход опыта: налить воду в стакан (но неполный), накрыть листом бумаги и перевернуть. Лист не отпадет от стакана.

Объяснение опыта: лист бумаги удерживает атмосферное давление , которое с наружи действует с большей силой, чем вес воды в стакане.(рис 14)

Рис. 14 опыт со стаканом

Опыт№7. Отто фон Герике в домашних условиях.

Приборы и материалы: 2 стакан, кольцо листа бумаги диаметром со стакан смоченное в воде, огарок свечи, спички .

Ход опыта: в один стакан ставим зажжённую свечу, сверху ложем бумажное кольцо смоченное в воде и накрываем вторым стаканом и слегка надавливаем. Свеча тухнет, стакан верхний поднимаем и замечаем, что второй стакан прижат к верхнему .

Объяснение опыта: воздух от нагрева расширился и часть его вышла наружу. Чем меньше остается воздуха внутри тем сильнее они сжимаются с наружи атмосферным давлением, которое остается постоянным. Проникнуть внутрь воздуху, мешает смоченное водой, бумажное кольцо

Рис.15 Магдербургские полушария дома.

Глава 3.Практическое использование атмосферного давления.

1.Как мы пьём? Мы приставляем стакан или ложку с жидкостью ко рту и «втягиваем» в себя их содержимое. Почему, в самом деле, жидкость устремляется к нам в рот? Что её увлекает? Причина такова: при питье мы расширяем грудную клетку и тем разрежаем воздух во рту; под давлением наружного воздуха жидкость устремляется к нам в то пространство, где давление меньше, и таким образом проникает в наш рот.

Итак, строго говоря, мы пьём не только ртом, но и лёгкими; ведь расширение лёгких – причина того, что жидкость устремляется в наш рот.

2. Атмосферное давление в живой природе. Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создаётся разрежение, и атмосферное

давление удерживает присоску на стекле. Рыбы-прилипалы имеют присасывающую поверхность, состоящую из складок, образующих глубокие «карманы». При попытке оторвать присоску от поверхности, к которой она прилипла, глубина карманов увеличивается, давление в них уменьшается, и тогда внешнее давление еще сильнее прижимает присоску.

3.Автоматическая поилка для птиц состоит из бутылки, наполненной водой и опрокинутой в корытце так, так что горлышко находится немного ниже уровня воды в корытце. Почему вода не выливается из бутылки? Атмосферное давление удерживает воду в бутылке.

4. Поршневой жидкостный насос вода в цилиндре под действием атмосферного давления поднималаеться за поршнем. На этом основано действие поршневых насосов. Насос схематически изображен на рисунке. Он состоит из цилиндра, внутри которого ходит вверх и вниз плотно прилегающий к стенкам поршень 1. В нижней части цилиндра и в самом поршне установлены клапаны 2, открывающиеся только вверх. При движении поршня вверх вода под действием атмосферного давления входит в трубу, поднимает нижний клапан и движется за поршнем. (см. приложение рис 1). При движении поршня вниз вода, находящаяся под поршнем, давит на нижний клапан, и он закрывается. Одновременно под давлением воды открывается клапан внутри поршня, и вода переходит в пространство под поршнем. При последующем движении поршня вверх с ним поднимается и находящаяся над ним вода, которая заливается в трубу. Одновременно за поршнем поднимается новая порция воды, которая при последующем опускании поршня окажется над ним.

5.Ливер это прибор для взятия различных жидкостей. Ливер опускают в жидкость, затем закрывают пальцем верхнее отверстие и вынимают из жидкости. Когда верхнее отверстие открывают из ливера начинает течь вода

6. Барометр-анероид – это прибор для измерения атмосферного давления, основанного на безжидкостном исполнении. Действие прибора основано на измерении вызываемых атмосферным давлением упругих деформаций
тонкостенного металлического сосуда, из которого откачан воздух.