§ 18. Вес воздуха и атмосферное давление
Имеет ли воздух вес? Не спешите сказать «да» или «нет», подумайте.
Давайте проделаем такой опыт.
Возьмем весы, такие, как показаны на рисунке 42. Положим на левую чашку весов детский воздушный шарик, а на правую небольшими порциями будем сыпать песок до тех пор, пока не наступит равновесие. Наполним воздушный шарик воздухом. Завяжем его, чтобы воздух не вышел, и положим на весы. Равновесие нарушилось – чашка с надутым шариком перевесила. Значит, воздух имеет вес.
Рис. 42. Этот опыт доказывает, что воздух имеет вес
Вес воздуха
Взвешивая воздух, ученые установили, что он очень легкий. Его 1 кубический метр (сокращенно 1 м3: 1 м в ширину, 1 м в длину и 1 м в высоту) весит 1290 г. Следует запомнить, что такой вес имеет воздух только у поверхности Земли. Если взвешивать воздух на различных расстояниях от Земли, то вес 1 м3 воздуха будет уменьшаться с высотой. Чем дальше от поверхности Земли, тем воздух более разрежен, менее плотен, а значит, меньше весит.
Давление воздуха
Поскольку толщина атмосферы составляет более 1000 км, воздух оказывает значительное давление на земную поверхность: на 1 см2 поверхности Земли он давит с силой в 1 кг. Подсчитаем, какое давление воздуха испытывает человек (поверхность его тела составляет в среднем 1,5 м2, или 15 тыс. см2).
Получается, что на человека давит 15 т воздуха! Такого огромного давления, казалось бы, он не выдержит. Однако человек его не ощущает. Объясняется это тем, что кровь, другие жидкости и газы в организме сжаты до такого же давления и, действуя изнутри, уравновешивают внешнее давление.
Воздух оказывает давление на все предметы, находящиеся на поверхности Земли.
Чтобы в этом убедиться, проделаем опыт.
На поверхность стола положим тонкую рейку так, чтобы половина ее выступала за край стола. Накроем рейку листом бумаги размером с газету (можно и самой газетой). Бумага должна плотно лежать на поверхности стола. Резким ударом руки по рейке постараемся сбросить бумагу со стола. Однако рейка сломалась – бумага осталась лежать на столе. Это объясняется тем, что на бумагу воздух давит практически с одной стороны, так как к поверхности стола она плотно прилегает.
Рис. 43. Опыт, доказывающий, что воздух оказывает давление на все предметы, находящиеся на Земле. Даже сильный удар по линейке не смог поднять газету
Воздух давит на все окружающие предметы со всех сторон.
В далеком 1654 г. бургомистр города Магдебурга Отто фон Герике решил показать горожанам силу воздушного давления. Для опыта были изготовлены два металлических полушария (их впоследствии назвали «магдебургскими»). Плотно прилегая друг к другу, они образовывали полый шар. В одном из полушарий находилось отверстие для откачивания воздуха, которое затем плотно закрывалось, чтобы воздух не мог проникнуть в шар. В опыте использовались две восьмерки лошадей, впряженных в упряжки. Каждая упряжка через прочный крюк соединялась с полушарием. После того, как насосом откачивали воздух из шара, собранного из полушарий, лошади по команде тянули полушария в разные стороны, чтобы оторвать их друг от друга. Но шар только покачивался и оставался целым и невредимым. Когда же внутрь шара впустили воздух, полушария сами распались (рис. 44).
Рис. 44. Опыт с магдебургскими полушариями
1. Что тяжелее, накачанный или ненакачанный футбольный мяч?
2. Рассчитайте вес воздуха в комнате, имеющей следующие размеры: длина 8 м, ширина 5 м и высота 3 м.
3. Как вы думаете, какая сила сдавливала «магдебургские полушария»?
4. Проделайте опыт, как показано на рисунке.
Налейте полный стакан воды, накройте его плотным листом бумаги. Поддерживая лист рукой, быстро переверните стакан вверх дном. Отнимите руку от листа бумаги. Почему вода не выливается?