Научно-исследовательская работа «Существует ли атмосферное давление?»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Муниципального Образования город Нягань

«Начальная общеобразовательная школа №11»

Существует ли

атмосферное давление?

Исследовательская работа

Автор:

Синельников Игорь Александрович

4 «Б» класс

Руководитель работы:

Синельникова Елена Мансуровна

учитель географии МБОУ МО г.Нягань «СОШ №4»

Нягань

2013

Оглавление

Введение. 3 стр.

Глава 1. Теоретическая часть работы.

1. История знакомства человека с атмосферным давлением. 4 стр.

2. Влияние атмосферного давления на здоровье человека. 6 стр.

3. Использование давления на благо человека. 8 стр.

Глава 2. Экспериментальная часть работы.

1. Проведение опытов. 9 стр.

2. Вывод. 10 стр.

Заключение. 11 стр.

Список использованной литературы. 12 стр.

Приложение. 13 стр.

Введение

На зимних каникулах мы ездили в город Нижний Тагил и отдыхали на горнолыжном курорте «Гора Белая». Там мы поднимались на кресельном подъёмнике канатной дороги длиной 1500 м на высоту 246 метров. Когда мы поднялись достаточно высоко, я почувствовал пульсацию в висках. Родители объяснили, что так проявляется атмосферное давление, которое невидимо, но имеет большое значение для всего живого на Земле. Здоровье человека также зависит от силы атмосферного давления, поэтому каждому человеку необходимо знать величину атмосферного давления, чтобы поддерживать своё здоровье. Проблема, над которой я задумался: какими опытами можно подтвердить существование атмосферного давления? Цель моего исследования: подтвердить факт существования атмосферного давления с помощью физических методов. Задачи:

1. Изучить историю знакомства человека с атмосферным давлением.
2. Выяснить, как атмосферное давление влияет на здоровье человека.
3. Провести опыты, подтверждающие факт существования атмосферного давления.
4. Выяснить, как человек использует атмосферное давление.

2. Проведение физических опытов.
3. Теоретический анализ.

1. Знакомство с литературой.
2. Проведение и описание опытов.
3. Создание презентации.
4. Создание буклетов

История знакомства человека с атмосферным давлением

Наша планета окружена воздушным океаном - атмосферой. Эта воздушная оболочка Земли представляет собой смесь примерно из 20 газов. Основные газы - азот (78%) и кислород (21%). Оставшийся 1% составляют углекислый газ, водород, гелий, озон, водяной пар и другие газы. Газы, входящие в состав земной атмосферы, обладают определенной плотностью и оказывают на земную поверхность давление. Наличие атмосферного давления привело людей в замешательство в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами - вода не поднималась выше 10 метров. Люди задумались, а почему фонтан не поднялся выше 10 метров? Поиски причин этого и опыты с более тяжелым веществом - ртутью, предпринятые Эванджелистом Торричелли привели к тому, что в 1643 году он доказал, что воздух имеет вес. Взвешивая воздух, ученые установили, что он очень легкий. Его 1 м³ весит 1290 г. Воздух окружает нас везде, а значит, оказывает давление на все предметы на Земле. Атмосферное давление - давление воздуха на все находящиеся в нём предметы и Земную поверхность. Атмосферное давление создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле. «В 1643 году Э.Торричелли провел опыт, доказывающий существование атмосферного давления и смог определить его величину. Стеклянную трубку длиной около 1 м запаивали с одного конца и наполняли ртутью. Открытый конец трубки зажимали пальцем, после чего ее переворачивали, опускали зажатым концом в сосуд с ртутью, и палец убирали. Ртуть в трубке немного опускалась и устанавливалась на уровне около 760 мм» [5, C 76] Почему же ртуть полностью не вылилась из трубки? Оказывается, атмосферный воздух давит на ртуть в открытом сосуде и не дает ей полностью вылиться из трубки. Этим опытом Э.Торричелли точно определил величину атмосферного давления. Давление атмосферы измеряется барометром в миллиметрах ртутного столба (мм рт.ст.) Нормальное атмосферное давление на уровне моря (0 м) равно 760 мм рт.ст. «В 1654 году бургомистр города Магдебурга Отто фон Герике решил показать горожанам силу воздушного давления. Для опыта были изготовлены два металлических полушария. Плотно прилегая друг к другу они образовывали полый шар. В одном из полушарий находилось отверстие для откачивания воздуха, которое затем плотно закрывалось, чтобы воздух не мог проникнуть в шар. В опыте использовались две восьмерки лошадей, впряженных в упряжки. Каждая упряжка через прочный крюк соединялась с полушарием. После того, как насосом откачали воздух из шара, собранного из полушарий, лошади по команде тянули полушария в разные стороны, чтобы оторвать их друг от друга. Но шар только покачивался и оставался целым и невредимым. Когда внутрь шара впустили воздух, полушария сами распались» [5, C.73] Атмосферное давление - одно из важных условий для жизни человека.

Влияние атмосферного давления на здоровье человека

Атмосферное давление имеет большое значение при дыхании. Когда мы делаем вдох, грудная клетка поднимается и расширяется. Ее объем увеличивается, давление в легких становится ниже атмосферного и воздух засасывается в легкие. При выдохе грудная клетка опускается, объем ее уменьшается, давление воздуха в легких становится выше атмосферного и часть его вытесняется наружу. Воздух имеет вес и верхние слои воздуха давят на нижние, уплотняя их. Толщина атмосферы составляет более 1000 км, поэтому воздух оказывает большое давление на земную поверхность: на 1см² поверхности Земли он давит с силой 1 кг. Получается, что на человека давит 15 тонн воздуха! Однако человек его не ощущает. Объясняется это тем, что кровь, другие жидкости и газы в организме сжаты до такого же давления и, действуя изнутри, уравновешивают внешнее давление. Чем плотнее воздух, тем больше он оказывает давление на предметы, окружающие его. Выше над поверхностью Земли слои воздуха менее плотные, а это значит, что такой воздух оказывает давление на окружающие его предметы меньше, чем у поверхности Земли. Чем выше над Землей находиться воздух, тем меньше его давление. Я почувствовал давление воздуха, когда поднялся на смотровую площадку горы Белой на высоту 246 м. У меня запульсировало в висках. Если человек поднимется на высоту 3000 м у него появляется одышка, начинается головокружение. На высоте более 4000 м может пойти кровь из носа, так как сосуды разрываются, и человек может потерять сознание, потому что давление внутри организма сильнее, чем снаружи. Все это происходит, потому что воздух с высотой становится разряженным, в нем уменьшается количество кислорода и давление воздуха уменьшается, а внутреннее давление у человека не изменяется. При подъеме в горы на каждые 10,5 м давление уменьшается примерно на 1 мм рт.ст. Поэтому в самолетах на большой высоте кабины закрыты герметично, и в них искусственно поддерживается давление воздуха, как у поверхности земли. На поверхности земли колебания атмосферного давления связаны с погодными условиями и способны привести к неблагоприятным изменениям в организме у метеозависимых людей. Пониженное атмосферное давление способствует развитию у людей так называемой высотной болезни. Высотная болезнь возникает в результате понижения давления кислорода во вдыхаемом воздухе, что приводит к кислородному голоданию тканей. В эти дни необходимо поддерживать нормальное кровяное давление. Для этого нужен крепкий сон, большее количество выпиваемой жидкости, контрастный душ. Но есть народы, живущие в высокогорных районах Дагестана, Памира, Перу, где поселения располагаются на высоте 2500-4500 м над уровнем моря. Эти люди приспособились к низкому давлению воздуха. Высокое атмосферное давление приводит к головным болям, болям в области сердца, скачкам артериального давления, снижение иммунитета. Это объясняется тем, что повышение атмосферного давления, понижает количество лейкоцитов в крови, и организм становится более уязвимым, для различных инфекций. В это время следует ограничить свою физическую нагрузку, принять контрастный душ. Атмосферное давление обязательно называют в прогнозе погоды, но его можно определить и без барометра. Для этого надо просто посмотреть на дым, выходящий из трубы: если дым стоит столбом - давление низкое, если дым, как бы, прижимает к земле - давление высокое. Изменение атмосферного давления приводит к возникновению ветра.

Использование давления на благо человека

Человек научился использовать атмосферное давление в различных целях. Так появились приборы, помогающие человеку измерять высоту полета, высоту местности. В самолетах используют прибор - альтиметр (высотомер). Его используют для определения атмосферного давления за бортом самолета. Но шкала высотомера показывает высоту в метрах и километрах, а не в мм.рт.ст., так как высотомер сам высчитывает разность давлений между высотой его расположения и давлением у поверхности земли и переводит эти данные в метры и километры. Высотомер также используют альпинисты, для определения высоты гор. Спелеологи - для определения глубины пещеры. Метеорологи используют барометр для составления прогноза погоды . В технике есть приборы, работающие на атмосферном давлении: насосы для накачивания мячей, велосипедных и автомобильных камер. Пневматические тормоза для железнодорожного и автомобильного транспорта работают на сжатом воздухе. Работа шлюзов основана на законе сообщающихся сосудов и давлении воздуха на поверхность воды. Для накачивания сжатого воздуха в баллоны используют нагнетательный насос-компрессор. В медицине используются шприцы, пипетки, медицинские банки, прибор для измерения объема легких. Работа всех этих приборов основана на атмосферном давлении. И даже дома мы используем приборы, работающие на разности давления воздуха внутри и снаружи - например, пылесос. В щетке создается низкое давление, при этом наружное давление оказывается выше и заталкивает воздух с пылью в пылесос.

Экспериментальная часть работы

Цель опытов: доказать наличие атмосферного давления и увидеть результаты его действия на разные предметы и жидкости.

Опыт №1 Оборудование: металлическая банка, сухое горючее, спички, ёмкость с холодной водой. Налил в металлическую банку немного воды и поставил на огонь. Когда вода в банке какое-то время прокипела, осторожно и быстро переворачивая банку, опустил её в емкость с холодной водой. Металлическая банка с резким хлопком сплющилась. Вывод: Банка сминается из-за изменения давления воздуха. При нагревании воды в банке, водяные пары вытесняют из неё воздух. Холодная вода охлаждает пар и он превращается обратно в воду. При этом воздуха в банке практически нет, давление в ней понижается. Давление воздуха снаружи банки намного выше, чем внутри и банка сплющивается.

Опыт №2 Оборудование: тарелка с жидкостью, горящая свеча, стеклянная банка. На дно тарелки закрепил свечу и зажег её. Аккуратно в тарелку налил жидкость. Свечу накрыл стеклянной банкой. Вода начала втягиваться в банку. Вывод: горящая свеча поглощает кислород и количество воздуха под банкой уменьшается и давление внутри банки уменьшается. Атмосферное давление снаружи банки выше, чем внутри. Воздух давит на воду, заставляя её втягиваться в банку.

Опыт №3 Оборудование: стеклянная бутылка, бумага, спички, очищенное вареное яйцо. В стеклянную бутылку опускаю горящую бумагу и через 1-2 секунды кладу вареное яйцо на горлышко бутылки. Яйцо в бутылку не проваливается. Как только горение бумаги прекращается - яйцо втягивается в бутылку и падает на дно. Вывод: горящая бумага поглощает кислород. Количество воздуха внутри бутылки уменьшается, давление падает. Атмосферное давление снаружи бутылки давит на яйцо и оно проваливается внутрь бутылки.

Опыт №4 Оборудование: пластиковая бутылка с отверстием на дне и крышкой, подкрашенная вода. Отверстие на дне пластиковой бутылки закрываю пальцем. Наливаю воду и закручиваю пробку. Убираю палец. Вода через отверстие в дне бутылки не выливается. Слегка откручиваю пробку - вода начала вытекать. Вывод: вода через отверстие в дне бутылки при закрытой крышке не вытекает, так как воздуха внутри бутылки немного и он давит на воду слабо. Воздух снаружи бутылки давит сильнее и не позволяет воде вытекать. Откручивая пробку, я запустил внутрь бутылки воздух, его количество увеличилось. При этом давление воздуха внутри и снаружи бутылки уравновесилось, и сила тяжести воды заставила воду вытечь.

Опыт №5 Оборудование: вода, медицинская груша, три чаши, размещенные на разных уровнях. На верхних чашах закреплены трубочки для коктейля. В верхние чаши наливаю воду, чтобы концы трубочек были в воде. Медицинской грушей отсасываю воздух из трубочек - вода льётся из верхней чаши в среднюю и дальше в нижнюю. Если доливать воду в верхнюю чашу, вода по трубочкам будет литься непрерывно. Вывод: воздух давит на поверхность воды в чашах, заставляя её течь вниз через трубочки. Вывод: своими опытами я доказал, что атмосферное давление существует, и одинаково давит со всех сторон на все предметы на Земле. Изменяя количество воздуха, можно изменить его давление. Атмосферное давление очень сильное и может раздавить металл или заставить воду подниматься вверх или удержать воду, не давая ей вытекать.

Заключение

В ходе своих опытов я установил факт существования атмосферного давления. Атмосферный воздух давит на все предметы на Земле с одинаковой силой. Я доказал, что атмосферное давление очень сильное, но благодаря ему в организме человека протекают физиологические процессы: дыхание, глотание, движение суставов и другие. Многие физические явления можно объяснить существованием атмосферного давления. В настоящее время существуют специальные службы, которые следят за изменением атмосферного давления. Большое практическое значение имеет умение измерять атмосферное давление. Эти знания необходимы в прогнозировании погоды, в медицине, в технике и в технологических процессах, в жизнедеятельности живых организмов. Метеозависимым людям также необходимо знать атмосферное давление, чтобы поддерживать своё здоровье. Благодаря своей работе я доказал и сделал следующие выводы:

1. Атмосферное давление существует.
2. Атмосферное давление одинаково действует на жидкости, газы и твердые вещества.
3. Действие атмосферного давления можно увидеть и с помощью физических опытов, и в повседневной жизни.
4. Атмосферное давление изменяется с высотой местности.
5. Организм человека приспособился к нормальному атмосферному давлению (760 мм рт.ст) и любые изменения давления приводят к нарушению работы организма.

Список использованной литературы

1. Джон Фарндон, Ян Джеймс и др. Энциклопедия Вопросы и ответы - М: «Махаон». 2010. - 255с.: ил.
2. Исмаилова С.Т. Энциклопедия для детей: Т.3 (география) - М.: Аванта+, 1994. - 640с.: ил.
3. Кэрол Варли и Лайза Майлз, перевод с английского Викторовой И.И. География. Энциклопедия - М.: «Росмэн». 1996. - 127с.: ил.
4. Майорова Т.С. Справочник школьника. География - М.: Филолог. об-во «Слово», Центр гуманитар. наук при ф-те журналистики МГУ им. М. В. Ломоносова, ТКО "АСТ". 1996. - 576с.
5. Пакулова В.М. Природоведение. Природа. Неживая и живая. 5 класс: учебник для общеобразовательных учреждений.- М.: Дрофа, 2010. - 222с.
6. Пивоварова Г. П. За страницами учебника географии: 6 кл.: Кн. Для учащихся. М.: Просвещение: Учеб. лит., 1997. - 192с.: ил.
7. Сайт doctorhelp.ru/info/2809.html
8. Сайт files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b5256-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/4_14.swf
9. Сайт lmagic.info/rabota_pod_davleniem.html
10. Сайт infarkty.net/view_interesno.php?id=75

Приложение

Опыт №1 «Атмосферное давление и металл»

Опыт №2 «Атмосферное давление и жидкость»

Опыт №3 «Атмосферное давление и варёное яйцо»

Опыт № 4 «Атмосферное давление и сила притяжения»

Опыт № 5 «Атмосферное давление и сила притяжения»