Условие
Стеклянную трубку длиной около метра заполнили ртутью и перевернули открытым концом в чашку с ртутью. Часть ртути вылилась в чашку, а в трубке её столбик остановился на высоте 760 мм над уровнем ртути в чашке. Объясни, почему столбик остановился, и почему в опыте используют ртуть, а не воду.
Что известно и что ищем
- Известно, что столбик ртути не выливается полностью, хотя трубка открыта снизу.
- Известно, что столбик удерживается на высоте 760 мм.
- Ищем объяснение этому явлению и сравниваем ртуть с водой как рабочие жидкости.
Ход решения
- Шаг 1. Ищем, что удерживает ртуть. Столбик не падает не сам по себе — на него снизу давит атмосфера через открытую поверхность ртути в чашке.
- Шаг 2. Устанавливаем равновесие. Столбик остановился там, где давление атмосферы сравнялось с давлением ртутного столба. Значит, высота этого столбика и показывает атмосферное давление.
- Шаг 3. Записываем результат. Атмосферное давление, при котором столбик стоит на 760 мм, так и называют: 760 миллиметров ртутного столба. В паскалях это примерно 101 300 Па.
- Шаг 4. Отвечаем про воду. Давление столба жидкости зависит от её плотности. Вода в тринадцать с лишним раз менее плотная, чем ртуть, поэтому столб воды, уравновешивающий то же атмосферное давление, был бы выше десяти метров — с такой трубкой работать неудобно.
- Шаг 5. Отмечаем практическую сторону. Ртуть ядовита, и в быту атмосферное давление измеряют безопасным барометром-анероидом, который просто проградуирован по опыту Торричелли.
Проверь себя
- Ответ: столбик удерживает атмосферное давление, равное давлению ртутного столба высотой 760 мм; ртуть выбрана потому, что её столб получается в разы короче водяного.
- Проверка вывода: если унести трубку в горы, столбик опустится — атмосферное давление там меньше. Так и работает прибор.
- Ловушка: считать, что ртуть удерживается «вакуумом» в трубке. Пустота над ртутью только не мешает измерению; держит столбик давление атмосферы.
Как объяснить ребёнку
«Воздух вокруг нас тяжёлый, он давит на ртуть в чашке и не даёт ей уйти из трубки. Столбик ртути стоит до тех пор, пока его давление не сравняется с давлением воздуха. Такой высоты столбик и стал меркой атмосферного давления».
Тема для отчёта родителю
«Атмосферное давление и опыт Торричелли».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.