Ce mă presează, fără ca eu să simt?

Răspunsul este simplu, AERUL. Acesta se găseşte ca o patură în jurul Pământului, numită  ATMOSFERĂ. Oamenii de ştiinţă spuneau: “ Noi trăim pe fundul unui ocean de aer – atmosfera”. Atmosfera este alcatuită dintr- un amestec de gaze, vapori de apă, cristale de gheţă, praf şi diverse impurităţi. Compoziţia ei variază atât cu altitudinea, cât şi cu suprafaţa terestră. Aerul exercită o presiune continuă pe suprafaţa Pământului, numită PRESIUNE ATMOSFERICĂ.

Această presiune se exercită asupra tuturor corpurilor de pe Pământ şi are o valoare deloc de neglijat:

  • pe geamul unei ferestre de formă dreptunghiulară , cu dimensiunile, 80 cm şi 120 cm, aerul exercită o forţă de   97 200 N, fiind echivalentă cu acţiunea unei mase de 9720 kg, adică, aproximativ  9 tone;
  • calculând greutatea aerului dintr-o cameră paralelipipedică cu dimensiunile: 5m, 4m, 3m, (cunoscând că 1 metru cub de aer cântăreşte aproximativ 1,3 kg ), se obţine valoarea de 78 kg ;
  • asupra fiecărui cm2 de pe suprafaţa unui corp de pe Pământ , aerul acţionează cu o forţă de 10 N; considerând suprafaţa corpului omenesc , aproximativ 1,5 m2, forţa exercitată din toate părţile , asupra omului, de către aer, este
  • F = 10N / cm2 x 15000cm2 = 150 000N

#Având în vedere aceste valori, de ce geamul nu se sparge?

Pentru că el este supus aceleiaşi presiuni pe ambele feţe.

#De ce omul nu este strivit sub acţiunea aerului?

Pentru că aceeaşi presiune se exercită şi din interiorul corpului, astfel încât, cele două acţiuni se anulează reciproc.

# Rezistenţa opusă de aer a fost remarcată şi la mişcarea unui glonţ. În urma măsurătorilor s-a constatat că acesta părăseşte teava armei, mişcându-se cu o viteză de 650 m/s . În absenţa aerului, traiectoria glonţului ar fi un arc uriaş, cu înălţimea de 10 km, iar el ar ajunge la 40 km. Opunându- i –se aerul, glonţul  va descrie un arc mult mai mic,iar ţinta pe care o poate lovi, va fi situată la numai 4 km depărtare de armă.

# Faptul că aerul are greutate poate fi demonstrat  printr-un experiment simplu. Se iau doua baloane  identice ,unul dintre ele se umfla cu aer si se prinde  fiecare de talerul  unei balante ( figura 1). Se observă că talerul corespunzător balonului  umflat cu aer, este mai greu. Deci aerul şi-a făcut simţită prezenţa, deşi este invizibil!

a1
figura 1

#V-aţi întrebat de ce musca e capabilă să meargă pe tavan? Pe ea nu o atrage pământul? Ba da, numai că fiecare  picior al ei are două ghiare şi două pernuţe, care se comportă ca nişte ventuze.

#Cu siguranţă, fiecare a văzut cârlige având ca sistem de prindere o ventuză ( figura 2). Cum poate sta ventuza lipită de perete? O pot fixa  pe orice suprafaţă?

Ventuza “ se lipeşte “ numai pe suprafeţe perfect netede. Prin apăsare se scoate tot aerul dintre perete şi partea interioară a ventuzei, astfel încât, aceasta este ţintuită de perete, de presiunea aerului din exterior ( presiunea atmosferică). Pe suprafeţe rugoase nu rămâne fixată din cauza aerului care o împinge din interior. Acest aer nu poate fi îndepărtat, el ocupând orificiile din perete.

a2
figura 2

Aşa cum ştiţi, la buletinul meteo se indică şi presiunea atmosferică. Unitatea de măsură a acesteia nu este N/ m2, aşa cum ne-am imagina, ci mm Hg ( milimetri coloană de mercur). Ce are a face mercurul cu presiunea? De unde această unitate de măsură? Totul vine de la Evangalisto Torricelli, elevul lui Galilei, cel care în 1643, a măsurat presiunea atmosferică    ( figura 3).

Dar cum s-a aflat de existenţa presiunii atmosferice?  Pompele aspiratoare sunt cunoscute încă din antichitate. Cu ele apa poate fi urcată la înălţimi mari, pistonul urmând apa, fără ca între ele să apară spaţiu liber. Filozofii spuneau că acest lucru se întâmplă pentru că “ natura se teme  de vid”.

Se povesteşte că un meşter a construit pentru un duce din Florenţa, o pompă, care trebuia să urce apa la o înălţime foarte mare. Oricât s-a străduit, pistonul însoţea apa până la 10m înălţime, după care, se forma vidul, de care natura are teamă. Galilei a spus că naturii nu-i place vidul, dar până la un punct. Torricelli, elevul său, a folosit acest caz ca motiv, pentru a realiza celebrul experiment  cu tubul cu mercur.

a3
figura 3

El a folosit un tub de sticlă, închis la un capăt, cu lungimea de un metru, pe care l-a umplut cu mercur. A introdus capătul liber al tubului într-o cuvă  cu  mercur şi a observat că lichidul din tub a coborât până la un anumit nivel, după care s-a stabilizat. Coloana de mercur rămasă în  tub, măsurată de la suprafaţa liberă a mercurului din cuvă, este h = 76 cm = 760mm ( figura 4).  Pe suprafaţa liberă a mercurului din tub, presiunea este zero, deoarece deasupra acestei suprafeţe este VID ( nu există aer ).

a4
figura 4

În planul AB acţionează de jos în sus, p0 (  presiunea atmosferică), ce se transmite prin lichid ( conform legii lui Pascal ) , iar  de sus în jos, p, presiunea hidrostatică, determinată de coloana de mercur de înălţime h.

p0 = p

p = ρ• g •h

ρ = 13600kg/m3

h = 760 mm = 0,76 m

g = 9,8 N/kg

p = 13600kg/m3 • 9,8 N/kg • 0,76 m = 101 292,8 N/m2

Pe baza unor măsurători mai precise s-a stabilit pentru presiunea atmosferică normală ( presiunea corespunzătoare nivelului mării , latitudine  45 °, temperatură de 0° C ), 101 325 N/m2 , numită atmosferă normală, notată cu 1 atm.

În concluzie, presiunea atmosferică este egală cu presiunea hidrostatică a unei coloane de mercur cu lungimea de 760 mm, deci, de aici denumirea de 760mm coloană de mercur ( 760mm Hg ).

Şi pentru a vedea relaţia dintre aceste unităţi de măsură:

p0 = 100 000 N / m2  ( Pa ) = 1 atm = 760 mm Hg = 760 torr

Presiunea atmosferică se măsoară cu ajutorul barometrelor.

Barometrele pot fi :

– cu mercur, construite pe principiul tubului lui Torricelli;

–  metalice, care se bazează pe deformarea unor cutii metalice, sub acţiunea presiunii atmosferice ( figura 5).

a5
figura 5

# De ce oare Torricelli nu a folosit apă în locul mercurului, care nu costă nimic şi nu este toxică? Hai să calculăm lungimea coloanei de apă care ar fi trebuit să înlocuiască cei 76 cm de mercur.

Presiunea hidrostatică a acestei coloane  = ρapa • hapa  • g = 101 292,8 N/m2

 hapa = 101 292,8  N/m2 / 1000 kg/m3 • 9,8 N / kg

hapa  = 10,33 m

Vă daţi seama că în aceste condiţii nu s-ar fi putut realiza experimentul. Acum aţi înţeles şi de ce apa din pompă  urma pistonul numai până la 10 m.

# Cel mai cunoscut experiment care pune în evidenţă presiunea atmosferică , este următorul. Se ia un pahar de sticlă, care se umple cu apă. Drept capac, se aşează o foaie de hârtie. Se acoperă cu palma şi se intoarce paharul cu gura în jos. Retrăgând mâna, se observă că apa nu curge. Care este explicaţia?

Asupra foii de hârtie se exercită, de sus în jos, presiunea hidrostatică, determinată de coloana de apă, iar de jos în sus, presiunea atmosferică. Deoarece foaia nu cade, înseamnă că presiunea atmosferică este mai mare decât presiunea hidrostatică. În cazul în care, între foaie şi apă pătrunde aer, foaia va cădea sub acţiunea presiunii hidrostatice, la care se adaugă presiunea aerului aflat în contact cu apa ( figura 6 ).

a6
figura 6

# De ce atunci când vrem să umplem repede o sticlă de la robinet, apa se împrăştie în afara sticlei ? Sticla conţine aer. Apa care curge de la robinet, astupă orificiul sticlei, comprimând aerul din interiorul acesteia, care nu mai are pe unde să iasă, pentru a lăsa loc apei să intre.

# De ce este greu să punem apă într-o sticlă, printr-o pâlnie, atunci când pâlnia este fixată astfel încât între ea şi gâtul sticlei nu rămâne spaţiu liber?

Aerul din sticlă, care nu are pe unde să iasă, reţine apa în pîlnie. Apa curgând câte puţin, aerul din sticlă se comprimă sub acţiunea lichidului.

Ridicând pâlnia, aerul comprimat începe să iasă, lăsând locul  apei .

# Aţi încercat vreodată să vă explicaţi cum este posibil să bem?

Când sorbim lichidul , lărgim cavitatea toracică  şi rarefiem aerul din gură. Sub acţiunea presiunii atmosferice, lichidul pătrunde în gură, unde presiunea aerului este mai scăzută.

Dacă vrei să bei apă din sticla şi gâtul sticlei este în gură, nu se poate sorbi apa , deoarece atât în gură, cât şi deasupra apei, presiunea aerului este aceeaşi. În concluzie, plămânii permit pătrunderea apei în gură, deci putem spune: “ bem nu numai cu gura, dar şi cu plămânii!”

# Cu siguranţă aţi văzut o pipetă, un tub subţire din sticlă,, folosit pentru a scoate cantităţi mici de lichid dintr-un vas,  folosită foarte des în laboratoare ( figura 7 ) .Cum se explică folosirea ei?

a7
figura 7

Se introduce pipeta în vasul cu lichid şi conform principiului vaselor comunicante, lichidul urcă în tub până la acelaşi nivel cu cel din vas. Astupând cu degetul orificiul superior al pipetei şi scoţând-o din vas, observăm că lichidul nu curge, deoarece presiunea atmosferică apasă de jos în sus, învingând greutatea colanei de lichid ( figura 8 ). Îndepărtând degetul de pe tub, lichidul se scurge, deoarece presiunea atmosferică acţionează atât de jos în sus, cât şi de sus în jos, asupra lichidului, se anulează, iar acesta cade sub acţiunea propriei greutăţi.

a8
figura 8

# Gasiţi pe internet, în foarte multe locuri, descrierea unui experiment,  prezentat ca un truc. În realitate este o situaţie care se supune legilor fizicii.

Într-o farfurie se pune apa în care se introduce o monedă. Vi se cere să scoateţi moneda din apă, fără să vă udaţi degetele.

Se aprinde o bucată de hârtie , se introduce sub un pahar, iar acesta se aşează, cu gura în jos, în apropierea monedei. Hârtia se stinge, iar sub pahar se va aduna, de la sine ,apa din toată farfuria. Astfel, veţi  putea scoate moneda fără să vă udaţi.

Cum se explică fenomenul? Ce forţa a făcut apa să intre sub pahar, menţinând-o la o anumită  înălţime? Răspunsul este simplu: presiunea atmosferică.

Hârtia aprinsă a încălzit aerul de sub pahar, mărindu-i volumul.  Presiunea lui a crescut şi o parte din gaz a fost împins afară. Când hârtia s-a stins, aerul a început să se răcească, presiunea a scăzut, iar apa a fost împinsă sub pahar de către presiunea atmosferică ( a aerului înconjurător ). De ce s-a întâmplat acest lucru ? Pentru a se echilibra presiunea din pahar cu cea din exteriorul lui. Astfel,suma dintre  presiunea  aerului din interiorul paharului şi  presiunea hidrostatică a coloanei de apă ,este egală cu presiunea atmosferică.

Acesta este un experiment foarte vechi. Prima lui descriere şi explicaţie o gasim la Philon din Bizanţ, un fizician din antichitate.

Există şi explicaţii care susţin că apa urcă în pahar pentru a înlocui oxigenul consumat prin ardere. Da, dar în urma arderii hartiei, se eliberează dioxid de carbon şi apă, care înlocuiesc oxigenul.

Pentru a înlătura suspiciunile şi a veni în sprijinul ideii că apa urcă datorită încălzirii aerului şi nu consumării  unei părţi din oxigen, vă propun să realizaţi experimentul înlocuind arderea hârtiei  cu clătirea paharului cu apă clocotită. Rezultatul acestui experiment il puteţi vedea în figura 9.

a9
figura 9

# Acum vă puteţi explica de ce celofanul cu care sunt acoperite borcanle de gem, este curbat spre interiorul borcanului?

# Cum se realizează prognoza meteo?

#În relatările meteorologilor apare frecvent noţiunea de presiune. Presiunea atmosferică se poate modifica în timp. Dacă ea creşte, putem spera la timp frumos, iar dacă scade, ne aşteptăm la o înrăutăţire a vremii. Acest lucru este redat şi  pe cadranul barometrelor             ( figura  10).

a10
figura 10

Meteorologii măsoară presiunea atmosferică de mai multe ori pe zi,în mai multe locuri de pe glob. Pe baza măsurătorilor trasează hărţi, pe baza cărora se fac previziuni meteorologice.

Întâlniţi în viaţa de zi cu zi multe fenomene pe care vi le puteţi explica plecând de la presiunea atmosferică.

#De ce nu curge apa din sticluţa din figura 11?

a11
figura 11

Sticla din figura 12 a fost umplută cu apă fierbinte. S-a vărsat apa, s-a înşurubat dopul sticlei şi după un timp aceasta arăta ca în figura 13.Eplicaţi fenomenul.

a12
figura 12
a13
figura 13

Câtă forţă poate avea acest aer, pe care noi, nici măcar nu îl simţim!

 

 

 

8 thoughts on “Ce mă presează, fără ca eu să simt?

  1. Uimitor! Am aflat multe lucruri interesante despre aer,pe care nici nu credeam ca le voi afla vreodata. Acesta este unul dintre articolele mele preferate! Succes in continuare!

    Like

  2. Waw ! A fost super interesant și va pot mărturisi că nu îmi imaginam că presiunea poate fi atât de interesanta și de fascinanta încât să citești ce se spune despre ea ,cu atâta pasiune și dorința de a afla mai mult! Uimitor, de-a dreptul extraordinar as putea spune!

    Like

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s