PERCUBAAN TORRICELLI: PENGUKURAN TEKANAN ATMOSFERA, KEPENTINGAN - FIZIKAL - 2026

The eksperimen Torricelli telah dijalankan oleh ahli matematik fizikal dan Itali Evangelista Torricelli pada 1644 dan mengakibatkan dalam ukuran pertama tekanan atmosfera.

Eksperimen ini timbul dari keperluan untuk meningkatkan bekalan air di bandar. Evangelista Torricelli (1608-1647), yang merupakan ahli matematik pengadilan dari Grand Duke of Tuscany Ferdinand II, telah mempelajari fenomena hidraulik dengan Galileo.

Gambar 1. Eksperimen Torricelli, di mana lajur merkuri naik 760 mm kerana tekanan atmosfera. Sumber: F. Zapata.

Percubaan

Pada tahun 1644, Torricelli membuat eksperimen berikut:

- Dia memasukkan merkuri ke dalam tiub sepanjang 1 m, terbuka di satu hujung dan ditutup di ujung yang lain.

- Apabila tiub penuh, dia membalikkannya dan membuangnya ke dalam bekas yang juga mengandungi merkuri.

- Torricelli memerhatikan bahawa tiang itu turun dan berhenti pada ketinggian sekitar 76 cm.

- Dia juga menyedari bahawa hampagas telah dihasilkan di ruang yang kosong, walaupun tidak sempurna.

Torricelli mengulangi eksperimen menggunakan tiub yang berbeza. Dia bahkan membuat variasi kecil: dia menambahkan air ke dalam baldi, yang, lebih ringan, melayang di merkuri. Kemudian dia perlahan-lahan mengangkat tiub yang mengandungi merkuri ke permukaan air.

Kemudian merkuri turun dan air naik. Kekosongan yang diperoleh, seperti yang telah kita katakan, tidak sempurna, kerana selalu ada sisa-sisa wap merkuri atau air.

Pengukuran tekanan atmosfera

Atmosfera adalah campuran gas di mana nitrogen dan oksigen mendominasi, dengan jejak gas lain seperti argon, karbon dioksida, hidrogen, metana, karbon monoksida, wap air dan ozon.

Daya tarikan graviti yang dilakukan oleh Bumi bertanggungjawab untuk menjaga keseluruhan planet ini.

Sudah tentu, komposisi tidak seragam, dan juga ketumpatannya, kerana bergantung pada suhu. Berhampiran permukaan terdapat sejumlah besar debu, pasir dan bahan pencemar dari kejadian semula jadi dan juga dari aktiviti manusia. Molekul yang lebih berat menghampiri tanah.

Oleh kerana terdapat banyak kebolehubahan, maka perlu memilih ketinggian rujukan untuk tekanan atmosfera, yang untuk kemudahan telah diambil sebagai permukaan laut.

Di sini bukan hanya permukaan laut, tetapi itu juga menunjukkan turun naik. Tahap atau datum dipilih dengan bantuan beberapa sistem rujukan geodetik yang ditetapkan dengan persetujuan bersama antara para pakar.

Berapakah nilai tekanan atmosfera berhampiran tanah? Torricelli menemui nilainya ketika dia mengukur ketinggian lajur: 760 mm merkuri.

Barometer Torricelli

Di bahagian atas tiub tekanan adalah 0, kerana vakum telah terbentuk di sana. Sementara itu, pada permukaan tong merkuri, tekanan P ₁ adalah tekanan atmosfera.

Mari pilih asal bingkai rujukan pada permukaan bebas merkuri, di bahagian atas tiub. Dari sana ke permukaan merkuri di dalam bekas, ukur H, ketinggian lajur.

Rajah 2. Barometer Torricelli. Sumber: Fizik Umum untuk Jurutera. J. Lay. PENGGUNAAN.

Tekanan pada titik yang ditandai merah, pada kedalaman y ₁ adalah:

Di mana ρ _Hg adalah ketumpatan merkuri. Oleh kerana y ₁ = H dan Po = 0:

Oleh kerana ketumpatan merkuri adalah tetap dan graviti adalah tetap, ternyata ketinggian lajur merkuri sebanding dengan P _{1 ,} yang merupakan tekanan atmosfera. Mengganti nilai yang diketahui:

Unit tekanan dalam Sistem Antarabangsa adalah pascal, disingkat Pa. Menurut eksperimen Torricelli, tekanan atmosfera adalah 101.3 kPa.

Kepentingan tekanan atmosfera untuk iklim

Torricelli memerhatikan bahawa tahap merkuri dalam tiub mengalami sedikit perubahan setiap hari, jadi dia menyimpulkan bahawa tekanan atmosfera juga harus berubah.

Tekanan atmosfera bertanggungjawab terhadap banyak iklim, namun variasi hariannya tidak disedari. Ini kerana tidak begitu ketara seperti ribut atau sejuk, misalnya.

Walau bagaimanapun, variasi tekanan atmosfera ini menyebabkan angin, yang seterusnya mempengaruhi hujan, suhu dan kelembapan relatif. Ketika tanah memanas, udara mengembang dan cenderung naik, menyebabkan tekanan turun.

Setiap kali barometer menunjukkan tekanan tinggi, cuaca baik dapat diharapkan, sementara dengan tekanan rendah ada kemungkinan ribut. Walau bagaimanapun, untuk membuat ramalan cuaca yang tepat, anda memerlukan lebih banyak maklumat mengenai faktor lain.

Dia

Walaupun kedengarannya aneh, kerana tekanan didefinisikan sebagai kekuatan per unit luas, dalam meteorologi adalah sah untuk menyatakan tekanan atmosfera dalam milimeter merkuri, seperti yang ditentukan oleh Torricelli.

Ini kerana barometer merkuri terus digunakan hari ini dengan sedikit variasi sejak saat itu, sehingga untuk menghormati Torricelli, 760 mm Hg sama dengan 1 torr. Dalam kata lain:

Sekiranya Torricelli menggunakan air dan bukannya merkuri, ketinggian lajurnya adalah 10.3 m. Barometer merkuri lebih praktikal kerana lebih ringkas.

Unit lain yang digunakan secara meluas ialah bar dan bar mini. Satu millibar sama dengan satu hektopaskal atau 10 ² pascal.

Ketinggian

Altimeter adalah alat yang menunjukkan ketinggian suatu tempat, membandingkan tekanan atmosfera pada ketinggian itu dengan yang ada di tanah atau tempat rujukan lain.

Sekiranya ketinggiannya tidak terlalu besar, secara prinsipnya kita dapat menganggap bahawa ketumpatan udara tetap berterusan. Tetapi ini adalah perkiraan, kerana kita tahu bahawa ketumpatan atmosfer berkurang dengan ketinggian.

Dengan menggunakan persamaan yang digunakan di atas, ketumpatan udara digunakan dan bukannya merkuri:

Dalam ungkapan ini P _o diambil sebagai tekanan atmosfera di permukaan tanah dan P1 adalah dari tempat yang ketinggiannya akan ditentukan:

Persamaan altimetrik menunjukkan bahawa tekanan menurun secara eksponensial dengan ketinggian: untuk H = 0, P ₁ = P _atau dan jika H → ∞, maka P ₁ = 0.

Rujukan

1. Figueroa, D. 2005. Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 5. Cecair dan Termodinamik. Disunting oleh Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fizik: Pandangan Dunia. Edisi ringkasan ke-6. Pembelajaran Cengage.
3. Lay, J. 2004. Fizik Umum untuk Jurutera. PENGGUNAAN.
4. Mott, R. 2006. Mekanik Bendalir. Ke-4. Edisi. Pendidikan Pearson.
5. Strangeways, I. 2003. Mengukur Alam Sekitar Alam. Ke-2. Edisi. Akhbar Universiti Cambridge.