- l'experiment
- La mesura de la pressió atmosfèrica
- El baròmetre de Torricelli
- Importància de la pressió atmosfèrica per al clima
- el
- altímetres
- referències
El experiment de Torricelli va ser dut a terme pel físic i matemàtic italià Evangelista Torricelli en 1644 i va donar com a resultat el primer mesurament de la pressió atmosfèrica.
Aquest experiment va sorgir de la necessitat de millorar l'abastament d'aigua a les ciutats. Evangelista Torricelli (1608-1647), que era matemàtic de la cort del gran duc de Toscana Ferran II, havia estudiat juntament amb Galileu els fenòmens hidràulics.
Figura 1. L'experiment de Torricelli, en el qual la columna de mercuri s'eleva 760 mm causa de la pressió atmosfèrica. Font: F. Zapata.
l'experiment
En 1644, Torricelli va fer va dur a terme la següent experiència:
- Va introduir mercuri a l'interior d'un tub d'1 m de longitud, obert per un extrem i tancat per l'altre.
- Quan el tub va estar completament ple, ho va invertir i ho va bolcar en un recipient que també contenia mercuri.
- Torricelli va observar que la columna descendia i s'aturava a uns 76 cm d'alçada.
- També es va adonar que en l'espai que quedava lliure s'havia generat un buit, encara que no perfecte.
Torricelli va repetir l'experiment emprant tubs diferents. Fins i tot va portar a terme una petita variant: afegir aigua a la cubeta que, a l'ésser més lleugera, surava sobre el mercuri. Després va ser elevant lentament el tub que contenia mercuri fins a la superfície de l'aigua.
Llavors el mercuri descendia i l'aigua anava pujant. El buit obtingut, com ja hem dit, no era perfecte, perquè sempre quedaven romanents de vapor de mercuri o d'aigua.
La mesura de la pressió atmosfèrica
L'atmosfera és una mescla de gasos en la qual predominen el nitrogen i l'oxigen, amb traces d'altres gasos com argó, diòxid de carboni, hidrogen, metà, monòxid de carboni, vapor d'aigua i ozó.
L'atracció gravitatòria exercida per la Terra és responsable de mantenir a el conjunt envoltant a l'planeta.
Per descomptat, la composició no és uniforme, ni la densitat tampoc, ja que depèn de la temperatura. A prop de la superfície hi ha una bona quantitat de pols, sorra i contaminants provinents d'esdeveniments naturals i també de l'activitat humana. Les molècules més pesades estan més a prop de terra.
Atès que hi ha tanta variabilitat, cal escollir una altitud de referència per a la pressió atmosfèrica, que per conveniència s'ha pres com el nivell de la mar.
Aquí tampoc es tracta de qualsevol nivell de la mar, perquè això també presenta fluctuacions. El nivell o datum es tria amb ajuda algun sistema de referència geodèsic fixat de comú acord entre els experts.
Quant val la pressió atmosfèrica a prop de terra? Torricelli va trobar el seu valor quan va mesurar l'altura de la columna: 760 mm de mercuri.
El baròmetre de Torricelli
A la part superior de l'tub la pressió és 0, ja que allà s'ha establert un buit. Mentrestant, sobre la superfície de la tina de mercuri la pressió P 1 és la pressió atmosfèrica.
Triem l'origen de sistema de referència en la superfície lliure de l'mercuri, a la part alta de l'tub. D'allí fins a arribar a la superfície de l'mercuri en el recipient es mesura H, l'alçada de la columna.
Figura 2. El baròmetre de Torricelli. Font: Física general per a enginyers. J. Lay. USACH.
La pressió en el punt marcat amb vermell, a la profunditat i 1 és:
On ρ Hg és la densitat de l'mercuri. Ja que i 1 = H i Po = 0:
Com la densitat de l'mercuri és constant i la gravetat també, resulta que l'altura de la columna de mercuri és proporcional a P 1 , que és la pressió atmosfèrica. Substituint valors coneguts:
La unitat per la pressió en el Sistema Internacional és el pascal, abreujada Pa. D'acord a l'experiment de Torricelli, la pressió atmosfèrica és 101.3 kPa.
Importància de la pressió atmosfèrica per al clima
Torricelli va observar que el nivell de l'mercuri en el tub experimentava lleugeres variacions cada dia, així que va deduir que la pressió atmosfèrica havia de canviar també.
La pressió atmosfèrica és responsable en bona part de l'clima, però les seves variacions diàries passen desapercebudes. Es deu al fet que no són tan notables com les tempestes o el fred, per exemple.
No obstant això, aquestes variacions de la pressió atmosfèrica són responsables dels vents, els quals al seu torn influeixen en les pluges, la temperatura i la humitat relativa. Quan el sòl s'escalfa, l'aire s'expandeix i tendeix a elevar-se, provocant que la pressió disminueixi.
Sempre que el baròmetre indica pressions altes es pot esperar bon clima, mentre que amb pressions baixes hi ha possibilitat de tempestes. No obstant això, per fer prediccions precises de el clima, és necessari comptar amb més informació sobre altres factors.
el
Encara que soni estrany, ja que la pressió es defineix com a força per unitat d'àrea, en meteorologia és vàlid expressar la pressió atmosfèrica en mil·límetres de mercuri, tal qual ho va establir Torricelli.
Es deu al fet que el baròmetre de mercuri segueix utilitzant-se avui dia amb poques variacions des d'aquella època, de manera que en honor a Torricelli, 760 mm d'Hg equivalen a 1 torr. En altres paraules:
Si Torricelli hagués emprat aigua en comptes de mercuri, l'altura de la columna seria 10.3 m. El baròmetre de mercuri és més pràctic a l'ésser més compacte.
Altres unitats d'ús estès són els bars i mil·libars. Un milibar equival a un hectopascal o 10 2 pascals.
altímetres
Un altímetre és un instrument que assenyala l'altura d'un lloc, comparant la pressió atmosfèrica a aquesta altura amb la que hi ha al terra o un altre lloc de referència.
Si l'alçada no és molt gran, en principi podem suposar que la densitat de l'aire es manté constant. Però això és una aproximació, ja que sabem que la densitat de l'atmosfera si disminueix amb l'altura.
Mitjançant l'equació utilitzada anteriorment, s'empra la densitat de l'aire en comptes de la de l'mercuri:
En aquesta expressió P o es pren com la pressió atmosfèrica a nivell de terra i P1 és la de el lloc l'altitud es va a determinar:
L'equació altimètrica mostra que la pressió decreix exponencialment amb l'alçada: per a H = 0, P 1 = P o i si H → ∞, llavors P 1 = 0.
referències
- Figueroa, D. 2005. Sèrie: Física per a Ciències i Enginyeria. Volum 5. Fluids i Termodinàmica. Editat per Douglas Figueroa (USB).
- Kirkpatrick, L. 2007. Física: Una mirada a l'món. 6ta Edició abreujada. Cengage Learning.
- Lay, J. 2004. Física general per enginyers. USACH.
- Mott, R. 2006. Mecànica de Fluids. 4ta. Edició. Pearson Educació.
- Strangeways, I. 2003. Measuring the Natural Environment. 2nd. Edition. Cambridge University Press.