Исследовательская работа Атмосферное давление

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

« школа-гимназия №10 им. Э.К. Покровского» муниципального образования  городской округ  Симферополь

ПЯТОЙ ГОРОДСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ И ТВОРЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ ОБУЧАЮЩИХСЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ г. СИМФЕРОПОЛЯ « УЧЕНИК XXI ВЕКА: ПРОБУЕМ СИЛЫ - ПРОЯВЛЯЕМ СПОСОБНОСТИ»

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ.

                                                                                                          Работу выполнил:

Елагин Денис Владимирович

Ученик 7-Д класса

МБОУ « школа-гимназия №10 им. Э.К. Покровского»

г.  Симферополь

Научный руководитель:

Богатырь Юлия Анатольевна

Учитель физики

г. Симферополь – 2018

Цель: Узнать, что такое атмосферное давление.

Задачи:

- изучить теоретический материал;

- выяснить значение атмосферного давления для человека

- узнать, как и в зависимости от чего меняется атмосферное давление

- провести опыты в доказательство существования атмосферного давления

- создать видеоролик

Методы исследования: Теоретический анализ ,наблюдение, проведение физических опытов.

Гипотеза: с помощью физических опытов можно подтвердить факт существования атмосферного давления .

Содержание

Вступление

1. Теоретическая часть…………………………………………………….……..4

1.1 Что такое атмосфера………….…....………………….………….....…4

1.2 Из истории атмосферного давления……………………….....……….....5

1.3 Значение атмосферного давления………………………………………….

2. Практическая часть………..……………………………………………..…...8

3.Заключение …………….………………………………………………….....12

4.Список использованных источников…………… …………………………...1

Вступление

Прогуливаясь по просторам интернета, я наткнулся на одно интересное видео, которое меня очень заинтересовало. Огромная цистерна сплющивалась как алюминиевая банка из-под колы, но при этом на нее никто не воздействовал.https://www.youtube.com/watch?v=IVlbNkPI5XE

Подпись под видео: “семинар по технике безопасности для работников железной дороги. После пропарки котла (цистерну отмывали горячей водой от остатков ГСМ), не дали остыть воздуху внутри его и закрыли крышку. А остальное сплошная физика…” «Что за чудеса?»- подумал я. И моя любимая физика здесь замешана. Оказалось, что во всем виновато атмосферное давление. Значит нужно разобраться что такое атмосферное давление, откуда оно возникает и где еще может себя проявить. Захотелось самому провести какие-нибудь опыты по обнаружению атмосферного давления.

1.       Теоретическая часть.

1.       Что такое атмосфера.

Слово «атмосфера» имеет греческое происхождение, дословно оно переводится как «пар» и «шар». Это воздушная оболочка вокруг нашей планеты, которая вращается вместе с ней и образует единое целое космическое тело. Из географии я знаю, что основная масса земной атмосферы находится на высоте не более 10 км от Земли, т.к. за счет земного притяжения молекулы воздуха не могут улететь далеко от поверхности Земли. И состоит она из азота 78%, кислорода 21%, и 1% -водяной пар, инертные газы, углекислый газ, пыль

Резкой границы она не имеет, ее верхние слои очень разряжены и постепенно переходят в пустое межпланетное пространство.

По своему строению воздушный океан напоминает 5-этажный дом, он состоит из пяти слоев: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера. Правда, очень сложно сказать, на какой конкретной высоте начинается один слой и заканчивается другой. И мы живем на дне этого океана. Атмосфера планеты – это важнейший ее элемент, обеспечивающий возможность жизни на Земле.

1.2 Из истории атмосферного давления.

Т.к. на воздух действует гравитационное притяжение, значит воздух имеет вес, а это означает что он давит на Землю.

Атмосферное давление – это давление, оказываемое атмосферой Земли на земную поверхность и на все тела, находящиеся на ней.

Изучение атмосферного давления имеет большую и поучительную историю. Как и многие другие научные открытия, оно тесно связано с практическими потребностями людей.

Устройство насоса было известно еще в глубокой древности. Однако и древнегреческий ученый Аристотель, и его последователи объясняли движение воды за поршнем в трубе насоса тем, что «природа боится пустоты». Истинная же причина этого явления — давление атмосферы — им была неизвестна.

В конце первой половины XVII в. во Флоренции — богатом торговом городе Италии — строили так называемые всасывающие насосы. Устройство такого насоса несложно: он состоит из вертикально расположенной трубы, внутри которой имеется поршень. При подъеме поршня вверх за ним поднимается вода. При помощи этих насосов хотели поднимать воду на большую высоту, но насосы «отказывались» это делать. Обратились за советом к Галилею. Галилей исследовал насосы и нашел, что они исправны. Занявшись этим вопросом, он указал, что насосы не могут поднять воду выше, чем на 18 итальянских локтей (приблизительно 10 м). Но разрешить вопрос до конца он не успел.

С такой же проблемой столкнулся и герцог Тосканский, когда решил оборудовать знаменитые флорентийские сады фонтанами, его проект с треском провалился. Высота водяного столба не превышала 10 метров, что противоречило всем представлениям о закономерностях природы в то время.

После смерти Галилея эти научные исследования продолжил его ученик — Эванджелиста Торричелли. Торричелли занялся и изучением явления поднятия воды за поршнем в трубе насоса! Для опыта он предложил использовать длинную стеклянную трубку, а вместо воды взять ртуть. Впервые такой опыт был проделан его учеником Вивиани в 1643 г.

Раздумывая над этим опытом, Торричелли пришел к заключению, что истинной причиной поднятия в трубке ртути является давление воздуха, а не «боязнь пустоты». Это давление производит воздух своим весом. (А что воздух имеет вес — было уже доказано Галилеем.)

Об опытах Торричелли узнал французский ученый Паскаль. Он повторил опыт Торричелли с ртутью и водой. Однако Паскаль считал, что для окончательного доказательства факта существования атмосферного давления необходимо проделать опыт Торричелли один раз у подножия какой-нибудь горы, а другой раз на вершине ее и измерить в обоих случаях высоту ртутного столба в трубке. Если бы на вершине горы столб ртути оказался ниже, чем у подножия ее, то отсюда следовало бы заключить, что ртуть в трубке действительно поддерживается атмосферным давлением.

Такой опыт был проведен, он показал, что давление воздуха на вершине той горы, где производились опыты, было почти на 100 мм рт. ст. меньше, чем у подножия горы. 

Опыты Паскаля окончательно опровергли теорию Аристотеля о «боязни пустоты» и убедительно подтвердили существование атмосферного давления.

1.3 Значение атмосферного давления.

Атмосферное давление на поверхности земли неравномерно и непостоянно. Величина его зависит от географических условий, времени года, суток и различных атмосферных явлений. По мере удаления от поверхности земли, наблюдается уменьшение давления, при опускании в глубокие земные недра — повышение.

Нормальным считают давление равное 1 атмосфере, способное уравновесить столб ртути высотой 760 мм при температуре 0°С на уровне моря и широте 45°.

Значение атмосферного давления состоит в том, что от его изменений зависят сила и направление ветра, частота и количество атмосферных осадков и колебания температуры. Это приводит к изменению погоды, оказывающей серьезное влияние на здоровье.

В обычных условиях на поверхности земли годовые колебания атмосферного воздуха не превышают 20—30 мм, а суточные составляют 4—5 мм. Здоровые люди переносят их легко и незаметно. Некоторые больные очень чувствительны даже к таким незначительным изменениям давления. Так, при понижении давления у лиц, страдающих ревматизмом, появляются боли в пораженных суставах, у больных гипертонической болезнью ухудшается самочувствие, наблюдаются приступы стенокардии. У людей с повышенной нервной возбудимостью резкие перемены давления вызывают появление чувства страха, ухудшение настроения и сна.

За понижением давления следует пасмурная, дождливая погода, за повышением — сухая погода, с сильным похолоданием зимой.

В горных районах, расположенных на высоте 2500—3000 м над уровнем моря и выше, значительно понижается атмосферное давление, а вслед за ним и давление кислорода в атмосфере и воздухе легких. В результате понижается насыщение гемоглобина крови кислородом и ухудшается окисление венозной крови, притекающей в легкие, появляется кислородное голодание — гипоксия. В нормальных условиях насыщение гемоглобина кислородом составляет 94—97%, на высоте 2 км оно равно 92%, 4 км —от 82 до 85%-и 6 км — падает до 70%. Из-за недостатка кислорода уменьшается поступление его в ткани, что нарушает окислительные процессы. На небольших высотах (1,5—3,5 км) кислородная недостаточность восполняется за счет усиления легочной вентиляции, сердечной деятельности, кровотока, повышения производства эритроцитов. На высоте более 4 км в условиях разреженной атмосферы восполнение становится недостаточным и создается угроза появления горной (высотной) болезни, для которой характерны определенные симптомы. Из-за разницы между атмосферным давлением и давлением внутри организма происходит расширение газов в желудке и кишечнике, которые подпирают диафрагму, затрудняя дыхание, а также вызывают боль в животе. Расширяются сосуды кожи и слизистых оболочек, что приводит к кровотечению из носа. Появляется боль в ушах вследствие выпячивания барабанной перепонки кнаружи, исчезающая после выравнивания давления с обеих сторон; этому способствуют зевание, глотание, создающие условия для сообщения среднего уха через евстахиеву трубу с наружным воздухом. В связи с недостатком кислорода возникают одышка, головокружение, сердцебиение, цианоз и бледность кожных покровов и слизистых оболочек, мышечная слабость, тошнота, рвота.

Повышенное барометрическое давление бывает в глубоких шахтах, при водолазных и кессонных работах.

Для здорового человека метеорологические колебания, как правило, не опасны. Тем не менее у людей, которые не чувствуют погоду, реакции на нее все же проявляются, хотя порой и не осознаются.

Известно, что погоду определяет множество факторов: атмосферное давление, температура, влажность, содержание в воздухе озона и кислорода, радиоактивность, магнитные бури. Доказано, что каждый из них оказывает прямое или косвенное воздействие на наше самочувствие и здоровье.

Чувствуют изменение погодных условий и многие животные. Это своеобразные живые барометры. При похолодании клубком сворачиваются кошки. Когда приближается дождь — поспешно прячутся муравьи. Задолго до надвигающегося шторма от берегов в море уплывают медузы.

2.       Практическая часть.

Мы на себе давление воздуха не ощущаем. Так существует ли оно?

Это можно проверить на опытах.

Опыт 1. Стакан с водой закрываем бумагой, стакан переворачиваем. Бумага удерживает воду в стакане.

Объяснение. В воздухе, как и в других газах, по закону Паскаля давление передаётся во все стороны одинаково на все окружающие тела, в том числе и на лист бумаги снизу вверх. Атмосферное давление действует на лист бумаги, который удерживает воду в перевёрнутом стакане.

Опыт 2.Бутылка-шутка. В пластиковой бутылке с закрытой пробкой находится вода. Если пробку открыть, из отверстий, проделанных внизу бутылки, начнёт вытекать вода.

Объяснение: если пробка закрывает бутылку, давление в бутылке меньше атмосферного – вода не выливается. Бутылка открыта, сумма давления атмосферы и жидкости больше атмосферного – вода выливается.

Опыт 3. На дно бутылки опускаю зажженную бумагу, сверху на горлышко кладу варенное яйцо. Через несколько секунд яйцо оказывается в бутылке.

Объяснение .Воздух при нагревании расширяется, часть выходит из бутылки. Внутри бутылки воздух остывает, давление уменьшается и под действием атмосферного давления яйцо входит в бутылку.

Опыт 4. Достать из воды монету, не намочив пальцев.
 Положил монету на большую тарелку. Налил воды, чтобы она покрыла монету. Поджег бумагу, бросил ее в стакан и быстро поставил перевернутый стакан в середину тарелки, не захватив при этом монетки. Стакан наполнится белым дымом, а затем под ним сама собой соберется вся вода из тарелки. Монета останется на месте, и мы можем взять ее, не намочив пальцев.

Объяснение. Сила, вогнавшая воду под стакан и удерживающая ее там на определенной высоте, - атмосферное давление. Горящая бумага нагрела в стакане воздух, давление его возросло, часть газа вышла наружу. Когда огонь погас, воздух снова остыл, но при охлаждении его давление уменьшилось, под стакан вошла вода, вгоняемая туда давлением наружного воздуха.

Самое интересное, что атмосферное давление являет одну из важнейших ролей в нашем организме. Есть такой аппарат Модель Дондерса который демонстрирует, как дышат наши лёгкие.

Модель представляет собой стеклянный сосуд с резиновой мембраной вместо дна. В пробирку сосуда вставляется канюля, на которой укрепляется препарат изолированных лёгких лабораторного животного. Сосуд с резиновым дном имитирует герметически замкнутую плевральную полость. Резиновое дно позволяет изменять объём этой полости. Лёгкие через канюлю могут сообщаться с атмосферным воздухом, как это имеет место в организме животных. Оттягивая или продавливая резиновое дно модели можно имитировать процесс воздухообмена в лёгких.

Вывод: все эти опыты доказывают существование атмосферного давления. Атмосферное давление проявляет себя и в шутку и всерьёз.

Вернемся в начало работы и вспомним с чего все началось. Что же произошло с цистерной и почему это показывают на лекциях по технике безопасности? Оказалось, что В 1967 г. в журнале "Наука и жизнь" была опубликована заметка, которую прислал инженер П. Фейет.

Он писал: «В цистерне был мазут. Чтобы опорожнить цистерну, мазут нужно было разогреть. Разогревали горячим паром, который подавался прямо в цистерну. Когда мазут слили, люк цистерны закрыли, не дав ей как следует охладиться. Пар в цистерне сконденсировался, давление в ней резко понизилось, и атмосферный воздух раздавил цистерну». Вот так обычный наружный воздух может с легкостью смять целую железнодорожную цистерну!

Заключение.

В процессе работы над темой я узнал много нового, интересного, расширил свой кругозор. Изучил атмосферу Земли, атмосферное давление и его историю. Самостоятельно провел опыты, подтверждающие существование атмосферного давления. Выяснил, что атмосферное давление является важнейшей характеристикой состояния атмосферы. Оно оказывает большое влияние на процессы, происходящие на нашей планете, и, конечно, оно влияет на организм человека, поэтому нам просто необходимо знать об атмосферном давлении и его измерении. На протяжения многих лет человечество приумножало знания о нём.

К работе над этим проектом меня побудило увиденное видео о силе действия атмосферного давления. И я решил сделать небольшое видео опытов, которое можно будет использовать на уроках физики или как дополнительный материал к теме « Атмосферное давление».

Список использованных источников

1.       Я. И. Перельман "Занимательная физика" кн.1

2.       https://ru.wikipedia.org/wiki/Атмосферное_давление

3.       А. В. Перышкин "Физика 7"

4.       http://o-planete.ru/obolotchki-zemli/atmosfera/atmosfernoe-davlenie.html

5.       https://сезоны-года.рф/атмосферное%20давление.htm

6.       https://www.youtube.com/watch?v=IVlbNkPI5XE

7.       https://www.poznovatelno.ru/opit/for_fusics/page/3/

Скачано с www.znanio.ru