Рассмотрите рисунок 130. Ответьте на вопросы. а) Почему для уравновешивания давления атмосферы, высота которой достигает десятков тысяч километров, достаточно столба ртути высотой около 760 мм? б) Сила атмосферного давления действует на ртуть, находящуюся в чашке, сверху вниз. Почему же атмосферное давление удерживает столб ртути в трубке? в) Как повлияло бы наличие воздуха в трубке над ртутью на показания ртутного барометра? г) Изменится ли показание барометра, если трубку наклонить; опустить глубже в чашку со ртутью?

Отвечая на вопросы по рисунку 130, разберем их подробно.

а) Почему для уравновешивания давления атмосферы, высота которой достигает десятков тысяч километров, достаточно столба ртути высотой около 760 мм?

Атмосферное давление на уровне моря составляет примерно 1013 гектопаскалей (гПа) или 760 мм ртутного столба. Давление атмосферы зависит не только от её высоты, но и от плотности воздуха. Хотя атмосфера простирается на десятки тысяч километров, её плотность убывает с высотой, поэтому основной вклад в давление оказывает слой воздуха в пределах нескольких километров от поверхности Земли. Ртуть — это жидкость с высокой плотностью (около 13,6 г/см³), поэтому для уравновешивания давления атмосферы столб ртути должен быть сравнительно невысоким, всего около 760 мм. Если бы использовалась жидкость с меньшей плотностью, например вода, то высота столба, уравновешивающего давление, была бы значительно больше.

б) Сила атмосферного давления действует на ртуть, находящуюся в чашке, сверху вниз. Почему же атмосферное давление удерживает столб ртути в трубке?

Атмосферное давление давит на поверхность ртути в чашке, что, в свою очередь, создает силу, поддерживающую столб ртути в трубке. Верхняя часть трубки — это вакуум (или область очень низкого давления), поэтому давление воздуха не действует на верхнюю часть ртутного столба. Сила атмосферного давления на поверхность ртути в чашке уравновешивается весом столба ртути в трубке. Именно разность давлений — атмосферного и почти отсутствующего давления в верхней части трубки — удерживает ртуть на месте, не позволяя столбу опуститься вниз.

в) Как повлияло бы наличие воздуха в трубке над ртутью на показания ртутного барометра?

Если бы в верхней части трубки над ртутным столбом был воздух, это создало бы дополнительное давление, действующее сверху на ртуть. Это давление частично уравновесило бы атмосферное давление, действующее на ртуть в чашке, и, как следствие, высота столба ртути уменьшилась бы. Барометр показал бы заниженное значение атмосферного давления по сравнению с реальным, поскольку дополнительное давление в трубке мешало бы ртути подниматься до необходимого уровня.

г) Изменится ли показание барометра, если трубку наклонить; опустить глубже в чашку со ртутью?

1. При наклоне трубки: Показания барометра останутся неизменными, поскольку высота столба ртути определяется вертикальным расстоянием от уровня ртути в чашке до верхнего уровня столба, а не наклоном трубки. Независимо от угла наклона трубки, высота, уравновешивающая атмосферное давление, останется такой же (около 760 мм).

2. При опускании трубки глубже в чашку: Это также не повлияет на показания барометра. Высота столба ртути в трубке относительно уровня ртути в чашке останется той же. Показания барометра зависят только от разности давления в верхней части трубки и атмосферного давления, воздействующего на ртуть в чашке, а не от глубины погружения трубки.