Сколько весит воздух?Воздушный океанПросмотров: 576Комментарии: 018 июня 2009 г.
Когда хотят указать малый вес какого-либо предмета, часто говорят: «он невесом, как воздух». Это выражение является примером незамечаемых и ставших привычными ошибок. Ещё древнегреческие философы — Платон, Аристотель и другие — предполагали, что воздух имеет вес, но они не нашли способа доказать это, и мнение о невесомости воздуха сохранилось до семнадцатого века.
Считая воздух невесомым, учёные прошлых веков не могли понять, почему работает насос и перекачивает воду на большую высоту. Чтобы объяснить это, они утверждали, что природа будто бы «боится пустоты», и как только такая пустота образуется, природа её сейчас же заполняет. Случайность помогла показать неверность этого забавного объяснения. Рассказывают, что один мастер построил для садов герцога Тосканского во Флоренции насос, поршень которого отстоял от поверхности воды больше чем на десять метров. Как ни старались насосом накачать воду, это не удавалось. Мастер обратился к знаменитому учёному Галилею с просьбой объяснить причину неудачи. Галилей, будто бы, смутился и ответил, что, по-видимому, природа боится пустоты только до известной высоты. Происшедший случай заставил Торричелли, ученика Галилея, серьёзно заняться этим вопросом и провести ряд опытов, которые и привели его к изобретению в 1643 г. прибора, известного теперь под названием барометра. Этот прибор служит для измерения атмосферного давления.
Торричелли наполнил ртутью закрытую с одного конца стеклянную трубку и погрузил её открытым концом в сосуд с ртутью. При этом ртуть в трубке опустилась, но не вылилась (рис. 1). Торричелли сделал отсюда совершенно правильный вывод, что ртуть поддерживается в трубке весом наружного воздуха, который давит на открытую поверхность ртути в чашке с такой же силой, с какой давит количество ртути, содержащейся в трубке.
Однако, в течение нескольких лет не было проведено решающего опыта, который окончательно подтвердил бы выводы Торричелли.
Наконец, в 1647 г. знаменитый французский учёный Паскаль задумал окончательно выяснить этот вопрос. Он обратился к своему родственнику Перье, жившему в городе Клермон у подножья горы Пью-де-Дом, с просьбой проделать необходимые наблюдения. Просьба Паскаля была выполнена 19 сентября 1648 г., и с этой даты вес воздуха был установлен окончательно.
Перье поступил так. Он заготовил две одинаковые трубки Торричелли и, измерив высоту ртутного столба в трубках внизу у подножья горы, оставил одну из них на месте, а с другой трубкой поднялся на вершину горы. На высоте 975 метров он опять измерил высоту ртути в трубке. Оказалось, что на вершине она была на 8 миллиметров ниже, чем у подножья горы. Изумлённый полученным результатом, Перье много раз тщательно повторил свои измерения и, только убедившись окончательно в их правильности, спустился вниз. В оставленной внизу трубке ртуть за всё это время нисколько не изменила своей высоты, оставаясь на прежнем уровне. На том же уровне ртуть остановилась и в принесённой сверху трубке.
Таким образом было доказано, что воздух имеет вес, и поэтому в нижних его слоях он давит с большей силой, чем вверху, где над головой остаётся меньшее его количество (рис. 2).
Воздух давит на поверхность Земли и на людей, находящихся на ней, с такой же силой, с какой давил бы слой воды толщиной в 10 метров. Вот почему насос герцога Тосканского, поднятый над водой выше 10 метров, не работал.
Мы не замечаем этого большого веса воздуха, так как человеческий организм приспособился к такому давлению и чувствует себя нормально именно в этих условиях. Поднимаясь в горы или на самолёте, человек сильно ощущает уменьшение веса воздуха и переносит происходящее при этом понижение давления только до известной величины, после чего он может умереть.
Один кубометр воздуха весит 1,3 килограмма. Но эту цифру мы получим тогда, когда взвесим воздух на уровне моря и при температуре нуль градусов. Чем выше, тем плотность воздуха становится меньше, и вес его уменьшается. Так, на высоте 12 километров кубометр воздуха весит всего 319 граммов, т. е. в четыре раза меньше, чем внизу; на высоте 25 километров — 43 грамма, а на высоте 40 километров — только около 4 граммов (рис. 3), т. е. в 325 раз меньше, чем внизу. Воздух вверху сильно разрежен.
Учёные подсчитали вес всей атмосферы, окружающей земной шар. Он оказался равным 5 300 000 000 000 000 тонн. Как мы видим, воздух весит очень и очень много. Не всякий даже может прочесть эту цифру. Если бы, например, потребовалось перевезти груз, равный весу всей земной атмосферы, из Москвы в Ленинград и если бы каждый поезд имел 100 вагонов и проходил весь путь в 10 часов, то надо было бы затратить на перевозку этого груза почти четыре миллиарда лет!
Изменение давления воздуха играет значительную роль в явлениях погоды. Но эта роль всё же не решающая. Поэтому и предсказывать погоду по одному изменению давления нельзя. Стало быть, не следует обращать внимания и на надписи, имеющиеся на некоторых барометрах: «дождь», «сухо» или «буря». Они неправильны. Мы легко согласимся с этим, если вспомним описанный выше опыт Перье: барометр меняет свои показания не только от состояния погоды, но и от той высоты, на которой он сейчас находится. Это его свойство широко используется в авиации, где по показаниям барометра определяют высоту самолёта.