МОУ ДОД Дворец детей и молодёжи Донская Академия Наук Юных Исследователей им. Ю.А. Жданова.

Физика

Исследовательская работа

Экспериментальная проверка существования  атмосферного давления.

Автор работы:

Руденко Дмитрий Александрович

7 класс МБОУ СОШ № 4

Руководитель:

Устинова Елена Александровна,

Учитель физики МБОУ СОШ № 4

г.Сальск

2015г

Оглавление

 Введение……………………………………………………………….3

 Основная часть…………………………………………………………

1. Что такое атмосфера ……………………………………………… .5

2. Давление атмосферы………………………………………………..5

3. Практические эксперименты…………………………………….....6

4. Роль  атмосферного давления в жизни Земли ………………….....8

Заключение…………………………………………………..................8

Список литературы…………………………………………. …………9

Приложения……………………………………………………………10                                                                                                

Введение

          Вокруг Земли есть воздушная оболочка- атмосфера, защищающая живые организмы от вредного воздействия космических излучений и резких колебаний температуры. Атмосфера оживляет Землю. Океаны, моря, реки, леса- всё живёт в атмосфере и благодаря ей. Несмотря на это она давит на нас с большой силой. До середины ХVII века люди не знали о существовании атмосферного давления, хотя с глубокой древности использовали « всасывающие насосы».

Факторов воздействия природы на человека и живые организмы много, к одному из них относится атмосферное давление. Связь между ним и человеком установлена давно, но это явление до сих пор слабо изучено. При изменении атмосферного давления у человека болит голова, наблюдается плохое самочувствие, сонливость и т.д. При изменении давления меняется растворимость газов в жидкостях (кессонная болезнь у водолазов). Давление на человека в горах зависит от высоты его месторасположения, например: концентрация кислорода в воздухе и соответственно в крови человека уменьшается (кислородное голодание) – это нежелательное явление.

Я захотел на опыте убедиться в справедливости суждений о  существовании атмосферного давления и рассчитать величину силы давления на тело.

Объект работы -  воздушная оболочка Земли.

Предметом исследования является опытная проверка существования  атмосферного давления на Земле.

Гипотеза: на все предметы на Земле давит атмосферный воздух с большой силой.

В своей работе я поставил следующие цели:

1. Изучить понятие - атмосферное давление.

2. Проанализировать исследования учёных.

3.Провести практические опыты по обнаружению существования атмосферного давления, измерить силу атмосферного давления в опыте с «Магдебургскими полушариями».

В основе работы лежат статистические и практические исследования по обнаружению атмосферного давления.

При написании своей работы я использовал следующие методы: проблемно-поисковый (выдвижение гипотезы и её доказательство); проблемно-исследовательский (теоретический анализ, наблюдения и опыты); работа с информацией (литературные и интернет-источники).

Для постановки и проведения исследования понадобилось оборудование: барометр-анероид, линейка, медицинский шприц, пипетка, металлические полушария, насос, стакан с водой.

Исходя из поставленной цели, намечаю следующие задачи:

1. Изучить литературу по теме «Атмосферное давление».
2. Выяснить, велико ли  атмосферное давление.
3. Провести практическое измерение силы атмосферного давления.
4. На основе полученных данных сделать выводы.

При написании своей работы я использовал следующие методы:

- проблемно-поисковый (выдвижение гипотезы и её доказательство);

- проблемно-исследовательский (теоретический анализ, наблюдения и опыты);

- работа с информацией (литературные и интернет-источники).

1. Что такое атмосфера.

Самый важный для нас газ – это воздух. Земля окружена атмосферой – слоем воздуха, представляющего собой смесь целого ряда газов (азота, кислорода, аргона, углекислого газа, пары воды и других газов).

           Атмосфера удерживается вблизи земной поверхности силой притяжения Земли. Если бы Земля не притягивала воздух, то вся атмосфера, расширяясь, рассеялась бы в окружающем Землю пространстве. Масса всей атмосферы равна примерно одной миллионной массы Земли.

 Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением которой  занимается метеорология.

Только советским космонавтам удалось посмотреть, как выглядит атмосфера Земли со стороны. Вот как поэтично описывал увиденное сквозь иллюминаторы космического корабля « Восток-2» лётчик-космонавт Герман Титов: « Горизонт Земли окружён ореолом нежно-голубого цвета, который постепенно темнеет, становится бирюзовым, синим, фиолетовым и, наконец, переходит в чёрный цвет…»

2. Давление атмосферы.

Все тела на Земле испытывают давление всей толщи воздуха над ними, т.е. атмосферное давление, изучением которого много и плодотворно занимался Отто фон Герике- бургомистр города Магдебурга в Германии.

Ученик Г.Галилея - Эванжелиста Торричелли - итальянский физик и математик измерил величину атмосферного давления и опроверг учение Аристотеля о том, что при выкачивании из трубки воздуха пустота заполняется водой.

Значение атмосферного давления самое большое у поверхности Земли, вследствии огромного притяжения со стороны нашей планеты. С высотой давление уменьшается, так как воздух становится разряжённым, т.е. его плотность уменьшается. И наконец, в самых верхних слоях атмосфера переходит в безвоздушное пространство, где давление приближается к нулю. Чёткой границы воздушная оболочка, окружающая Землю, не имеет.

Давление атмосферы Земли (атмосферное давление) рассматривается как вес столба воздуха высотой несколько сотен километров, действующий на единицу площади. Нормальное атмосферное давление составляет около 760 мм рт. ст. (101325 Па). Давление изменяется с высотой на каждые 12 метров на 1 мм.рт.ст.

Земная поверхность и тела, находящиеся на ней испытывают давление всей толщи воздуха. Меня всегда интересовал вопрос о том: Почему же его давление не раздавило все живые организмы? На уроках биологии и физики я узнал, что атмосферное давление и давление крови в сосудах одинаковое.

Имея нехитрые приспособления и приборы можно на опыте доказать существование атмосферного давления и рассчитать силу его действия на тела.

3. Практические эксперименты

Исследование №1. Нальём в стакан воду и накроем его листом бумаги, придерживая лист рукой. Не убирая руку с листа, перевернём стакан вверх дном. Уберём руку, прижимающую лист и увидим, что бумага не отпадает, а вода не выливается. Причина объясняется тем, что давление воды в стакане намного меньше давления наружного воздуха. Он и придавливает лист бумаги к краям стакана. Произведём сравнения вычислениями ( Приложение стр.10, рис.1)

Вывод: атмосферное давление намного больше, чем давление воды в стакане.

Исследование №2. Рассмотрим медицинскую пипетку. Она состоит из стеклянной колбочки и резинового колпачка. При нажатии на колпачок из него выходит воздух, значит в колпачке вакуум и давление равно нулю. Опустим колбочку в пузырёк с подкрашенной водой и перестанем сжимать колпачок. Вода поступает в пипетку, так как давление воздуха снаружи равно атмосферному, т.е. велико. Оно то и заставляет жидкости подниматься в пипетку(Приложение, рис.2).

Вывод: атмосферное давление действует на жидкость с определённой силой.

Исследование №3. Опыт с медицинскими банками.

Когда я заболел простудным заболеванием, доктор предложил моей маме использовать как дополнительное лечение, процедуру с постановкой медицинских банок на спину. Банка внутри пустая и открыта с одного конца. Чтобы провести процедуру лечения, мама взяла карандаш, намотала  вату, обмакнула в спирт и подожгла, затем она внесла эту лучину в банку и быстро перевернула её мне на спину. Через несколько секунд кожа на спине втянулась в банку. Я спросил себя: Почему? Ответ очень прост. Опять проявилось действие атмосферного давления. Внутреннее давление в банке и давление наружного воздуха существенно различаются.

Исследование №4. Опыт с яйцом.

Для проведения эксперимента возьмём бутылку и вареное куриное яйцо. По размерам яйцо больше, чем горлышко бутылки. Вопрос: как же заставить яйцо упасть внутрь бутылки.

Для этого надо взять поместить кусочек бумаги в бутылку и зажечь его, закрыв варёным яйцом. Горение вызывает сжигание кислорода из воздуха, поэтому давление внутри уменьшится на величину давления этого газа, а снаружи останется прежним, но теперь гораздо большим, чем внутри (Приложение рис.3).

Вывод: сила давления заставила яйцо провалиться в бутылку.

Исследование №5. Повторение опыта как с «Магдебургскими тарелками». Сложим тарелки вместе и с помощью ручного насоса откачаем из них воздух. Попробуем разнять из рывком в разные стороны. Ничего не получилось. В чём же дело? А дело в том, что давление наружного воздуха сильно прижимает их друг к другу, так как внутри осталось очень мало воздуха, который производит давление меньше наружного ( Приложение рис.4).

На этом принципе удержание на стене мыльниц на присосках.

Вывод: опыт Герике подтверждён и в наши дни. Ни восемь пар лошадей, ни человеческая сила не способны превозмочь силу атмосферного давления.

Исследование №6.

Рассчитаем силу, сжимающую полушария. Для этого с помощью барометра измерим атмосферное давление в Паскалях, линейкой диаметр полушария. Рассчитаем по формуле площадь каждого полушария и вычислим силу давления ( Приложение стр.12).

Вывод: предположение оказалось верным, сила давления  большая, но всё же она не деформирует металлические предметы.

4.Роль  атмосферного давления в жизни Земли.

Естественно, живые организмы могут отвечать на длительное изменение атмосферного давления адаптивными физиологическими перестройками организма.  

Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создается разрежение, и атмосферное давление удерживает присоску на стекле.

         Слон использует атмосферное давление всякий раз, когда хочет пить. Шея у него короткая, и он не может нагнуть голову в воду, а опускает только хобот и втягивает воздух. Под действием атмосферного давления хобот наполняется водой, тогда слон изгибает его и выливает воду в рот.

Люди старше 40 лет сильно подвержены изменениям окружающей среды, а более молодые люди менее чувствительны к перепадам атмосферного давления.

Заключение

В результате изучения данной темы я выяснил, что

-атмосферное давление играет огромную роль в жизни человека и животных;

- на опыте  убедился в существовании атмосферного давления и его проявлении;

- узнал, что многие устройства работают за счёт  его действия;

- происходящие явления в природе и технике можно объяснить существованием атмосферного давления.

Мои исследования могут быть использованы на уроках физики, биологии, географии или на факультативных занятиях по этим предметам при углубленном их изучении, т.к. они позволяют расширить спектр лабораторных экспериментов.

Список литературы

1.Соколова Е.Н. « Юному физику», Москва: «Просвещение», 1959.

1. А.Е. Гуревич. «Атмосфера и ее строение». Москва. 1986 г.

2. Д.А. Исаева. «Роль атмосферного давления на человека». Москва. 1989 г.

3. Г.С. Ландсберг. «Элементарный учебник по физике». Москва. «2009 г.

4. Кириллова И.Г. « Книга для чтения по физике  6-7 класс», Москва: « Просвещение», 1978.

5. Журнал «Физика в школе», №3 2014г.

6. Интернет-ресурсы

Приложение

Исследование №1. Рассчитаем давление воды в стакане и сравним его с атмосферным.

рводы=ρ= 1000 кг/м310 Н/кг0,1 м=1000 Па

ратм=101300 Па, что в 100 раз больше давления воды в стакане.

Рисунок 1.                                                                          

 Рисунок 2.                                      

Рисунок 3

Рисунок 4

Исследование №6.

Рассчитаем силу, сжимающую полушария.

F=pS,    S=πr2, отсюда получаем

F=pπr2= 101300 Па3.140,00275625м2=876 Н

На одно полушарие диаметром 10,5 см действует большая сила в 876 Н.