Урок 24. Атмосферное давление

Физика, 7 класс · Давление · ~45 минут

Прямо сейчас на тебя давит воздух с силой в несколько тонн! На твою ладонь — как будто положили большую гирю. Но ты этого совсем не чувствуешь и спокойно читаешь этот урок. Как такое возможно? И как однажды 16 лошадей не смогли разорвать два пустых металлических полушария? Сегодня ты познакомишься с невидимым океаном воздуха, на дне которого мы все живём, — с атмосферой.

🎯 Что ты узнаешь

• Что воздух имеет вес — и поэтому давит.
• Что такое атмосфера и атмосферное давление.
• Почему мы не замечаем такого огромного давления.
• Знаменитые опыты: магдебургские полушария и стакан с водой.

📖 Разбираемся в теме

У воздуха есть вес

Кажется, что воздух невесомый. Но это не так! Воздух состоит из молекул, у которых есть масса.

💡 Интересно: Воздух в комнате размером с класс весит около 200–300 кг — как несколько взрослых человек! Просто этот вес распределён по всему объёму, и мы его не замечаем.

Плотность воздуха у поверхности Земли примерно 1,29 кг/м³.

Что такое атмосфера

Землю окружает толстый слой воздуха — атмосфера. Её толщина — сотни километров. Этот воздух притягивается Землёй и не улетает в космос.

Как и любая жидкость или газ, воздух своим весом давит на всё, что находится внизу. Это давление называют атмосферным.

📌 Запомни: Атмосферное давление — это давление воздушной оболочки Земли (атмосферы) на все тела на её поверхности.

📌 Запомни: Нормальное атмосферное давление у поверхности моря ≈ 101 300 Па ≈ 101 кПа. Его также записывают как 760 мм ртутного столба.

Почему мы не замечаем атмосферное давление?

Если на ладонь давит сила в несколько тонн, почему её не расплющивает?

Потому что атмосферное давление действует со всех сторон одинаково (вспомни закон Паскаля для газов): снаружи и изнутри нашего тела. Внутри нас — кровь, жидкости, воздух в лёгких — давят наружу ровно с таким же давлением. Силы уравновешены, поэтому мы ничего не чувствуем.

⚠️ Частая ошибка: Не думай, что атмосфера давит только сверху вниз. Воздух — это газ, и он давит во все стороны: и снизу вверх, и вбок тоже.

🤔 А знаешь ли ты? Чем выше в горы, тем тоньше слой воздуха над тобой — и тем меньше атмосферное давление. На вершине Эвереста оно почти в 3 раза меньше, чем у моря, поэтому альпинистам не хватает кислорода и нужны баллоны.

Опыты, доказывающие атмосферное давление

Магдебургские полушария. В 1654 году бургомистр города Магдебурга Отто фон Герике сложил вместе два медных полушария и откачал из них воздух насосом. Снаружи на них давила атмосфера, а изнутри давить было нечему. Полушария так плотно прижались друг к другу, что их не смогли разорвать 16 лошадей (по 8 с каждой стороны)! Стоило впустить внутрь воздух — и полушария легко распадались.

Стакан с водой. Налей стакан водой до краёв, накрой листом бумаги, прижми ладонью и переверни. Убери ладонь — и вода не выливается, а бумага держится! Снизу на бумагу давит атмосферный воздух, и этого давления хватает, чтобы удержать столб воды в стакане.

💡 Интересно: Когда ты пьёшь сок через трубочку, ты не «всасываешь» жидкость, а уменьшаешь давление воздуха во рту. Тогда атмосферное давление снаружи продавливает сок вверх по трубочке. Без атмосферы трубочка бы не работала!

⏱ Прикинь сам: Почему присоска прилипает к гладкой стене и держится? (Подсказка: что находится под присоской и что давит на неё снаружи?)

✍️ Разбор задач

Пример 1 (качественная). Почему мы не ощущаем атмосферное давление, хотя оно очень велико?

Решение: Атмосфера давит на нас со всех сторон одинаково, а изнутри тело давит наружу с таким же давлением. Силы уравновешены, поэтому мы давления не чувствуем.

Пример 2 (качественная). Почему в перевёрнутом стакане, накрытом бумагой, вода не выливается?

Решение: Снизу на лист бумаги действует атмосферное давление (≈ 101 кПа). Оно больше давления столбика воды в стакане, поэтому удерживает воду и бумагу.

Пример 3 (расчётная). С какой силой атмосфера давит на лист стола площадью 0,5 м²? Атмосферное давление 100 000 Па.

Дано: S = 0,5 м² p = 100 000 Па

Найти: F — ?

Решение: F = p · S = 100 000 · 0,5 = 50 000 Н

Ответ: F = 50 000 Н (это вес примерно 5-тонного груза!). Стол не ломается, потому что снизу воздух давит вверх с такой же силой.

Пример 4 (расчётная). Магдебургские полушария разделены, площадь круга соприкосновения 0,02 м². С какой силой атмосфера прижимает полушария друг к другу, если внутри вакуум? Атмосферное давление 100 000 Па.

Дано: S = 0,02 м² p = 100 000 Па

Найти: F — ?

Решение: F = p · S = 100 000 · 0,02 = 2000 Н

Ответ: F = 2000 Н. Чтобы оторвать полушария, нужно тянуть с силой больше 2000 Н с каждой стороны — вот почему понадобилось столько лошадей.

💡 Запомни главное

📌 У воздуха есть вес, поэтому атмосфера давит на все тела — это атмосферное давление.

📌 Нормальное атмосферное давление ≈ 101 300 Па ≈ 101 кПа (760 мм рт. ст.).

📌 Мы его не замечаем, потому что оно действует на нас со всех сторон одинаково и уравновешено давлением внутри тела.

⚡ Сила давления воздуха: F = p · S, где p — атмосферное давление (Па), S — площадь (м²), F — сила (Н).

• С высотой атмосферное давление уменьшается.
• Опыты-доказательства: магдебургские полушария, стакан с бумагой, присоска, трубочка для сока.

📝 Домашнее задание

1. Докажи, что у воздуха есть вес. Приведи пример.
2. Что такое атмосфера и атмосферное давление?
3. Чему примерно равно нормальное атмосферное давление (в Па и в мм рт. ст.)?
4. Почему мы не чувствуем атмосферного давления, хотя оно огромно?
5. Опиши опыт с магдебургскими полушариями и объясни, почему лошади не смогли их разорвать.
6. Объясни, почему вода не выливается из перевёрнутого стакана, накрытого бумагой.
7. С какой силой атмосфера давит на оконное стекло площадью 1,5 м²? (p = 100 000 Па)
8. Как меняется атмосферное давление с высотой? Почему альпинистам тяжело дышать в горах?
9. ⭐ Площадь присоски 0,001 м². Под присоской создан вакуум. С какой силой атмосферное давление прижимает её к стене? (p = 100 000 Па) Объясни, что произойдёт, если в присоску попадёт воздух.