БАРОМЕТРИ

Розділ 3 ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА

& 45. БАРОМЕТРИ

Для вимірювання атмосферного тиску використовують барометри (від грец. baros – вага, metreo – вимірюю).

Фактично барометри є одним з типів манометрів. Як і манометри, їх поділяють на рідинні та деформаційні. Перший рідинний барометр – це трубка із ртуттю та чашка Торрічеллі, за допомогою яких вперше було виміряно атмосферний тиск. У 1665 р. англійський фізик Р. Бойль удосконалив трубку Торрічеллі, перетворивши її на досить зручний прилад, який назвав барометром (мал. 3.108). Ртутні барометри

і на сьогодні використовуються для вимірювання атмосферного тиску, зокрема як зразкові прилади. Однак їх застосування інколи є складним, наприклад на суднах під час подорожей, крім того, ртуть – отруйна речовина.

Найбільшого поширення набули деформаційні барометри-анероїди (від грец. анероїд – безводний). Зовнішній вигляд барометра показано на мал. 3.109, а його будову – на мал. 3.110.

Барометр показує тиск повітря, що діє на гофровану тонкостінну металеву коробочку 1, в якій створено розрідження (вакуум). Щоб атмосферний тиск не сплющив коробочку, її кришка розтягується пружиною 2. Коли тиск підвищується,

коробочка стискається і стискає пружину. Якщо атмосферний тиск зменшується, пружина розтягує коробочку. На практиці часто використовують декілька анероїдних коробок, з’єднаних послідовно. Рух пружини передається важелю 3, закріпленому на осі 4. До другого плеча важеля кріплять нитку (або ланцюжок) 5, яку кілька разів обмотують навколо шківа 6, розташованого на осі стрілки 7. За такої передачі стрілка може повертатися на значний кут навіть за малих деформацій коробочки, що виникають під час змін тиску. До осі стрілки прикріплено спіральну пружину 8, яка протидіє повороту стрілки й намагається повернути її в початковий стан. Стрілка вказує значення атмосферного тиску на круговій шкалі у міліметрах ртутного стовпика та у кіло – або гектопаскалях. Шкали барометрів-анероїдів градуюють за ртутним барометром. Барометрианероїди набагато компактніші й зручніші у використанні, ніж ртутні, їх покази легко зчитувати, ними можна користуватися в умовах експедицій, на морських суднах, літаках та ін.

Мал. 3.108

Мал. 3.109

Мал. 3.110

Якщо необхідно знати, як змінювався тиск протягом тривалого періоду (доби, місяця), використовують самописні прилади – барографи (від грец. baro – вага, grapho – пишу). Барографи використовуються на метеорологічних станціях, на літаках і аеростатах для реєстрації висоти підняття за зміною тиску. На мал. 3.111 показано будову поширеного анероїдного барографа. За принципом дії такий барограф не відрізняється від барометра. Чутливим елементом барографа є кілька з’єднаних послідовно анероїдних коробочок 1. Унаслідок зміни тиску коробочки стискаються або розтягуються, їх кришка переміщується вниз і вгору. Це переміщення важелями передається записувальному пристрою, перо 2 якого безперервно креслить лінію на спеціально розграфленій стрічці, закріпленій на барабані 3. Барабан обертається за допомогою годинникового механізму, який заводять ключем 4. Один повний оберт барабан робить за добу або тиждень. За часом запуску барографа та лініями на стрічці можна визначити, яким був тиск у той чи інший час доби (тижня).

Мал. 3.111

Барометри широко використовують і для вимірювання висоти. Такі барометри називають альтиметрами, або висотомірами. Пілот літака повинен знати, на якій висоті летить його літак. Альпіністи в горах мають орієнтуватися, на якій висоті вони знаходяться. (Вам уже відомо, що атмосферний тиск залежить від висоти підняття.) Альтиметри – це барометри, які проградуйовані в одиницях висоти (метрах, футах та ін.). Поширеними є альтиметри-анероїди, їх циферблат та внутрішню будову наведено на мал. 3.112.

Мал. 3.112

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1. Як називаються прилади для вимірювання атмосферного тиску?

2. Чому в рідинних барометрах використовують ртуть, а не воду чи інші рідини?

3. Які переваги барометра-анероїда порівняно із ртутним барометром?

4. Для чого використовують барографи?

5. Біля підніжжя гори барометр показує тиск 98 642 Па, а на вершині – 90 317 Па. Визначте за цими даними висоту гори.

6. Під час першого в світі виходу з космічного корабля у космічний простір тиск у скафандрі О. Леонова становив 0,4 нормального атмосферного тиску. Знайдіть числове значення цього тиску у паскалях.

7. Скляна банка (або пляшка) із вставленою в неї скляною або хлорвініловою трубочкою та дощечка – все, що потрібно для виготовлення найпростішого барометра. Банку заповнюють водою на одну чверть і щільно закривають пробкою із вставленою в неї трубкою. Нижній кінець трубки має бути зануреним у воду (мал. 3.113). Щоб у банку не проникало повітря, пробку необхідно загерметизувати пластиліном або замазкою. Перед тим як користуватися таким барометром, у трубку слід подути. При цьому повітря потрапить через воду в банку, і рівень води в трубці підніметься. Якщо банку добре загерметизовано, то тиск у ній залишатиметься постійним, і будь-які зміни атмосферного тиску спричинятимуть зміни рівня води в трубці. Залишиться лише проградуювати шкалу, і приладом можна користуватися. Правда, на точність показів такого барометра впливають зміни не лише тиску, а й температури. Адже тиск повітря в банці залежить від температури. Тому прилад необхідно розмістити подалі від джерел тепла, а банку помістити в ящичок і обкласти пінопластом.