Внутренняя энергия

Наряду с механической энергией тел и её разновидностями – кинетической и потенциальной энергией, в физике изучают и так называемую внутреннюю энергию тел.

Вы видите взлетающую ракету. Она совершает работу – поднимает необходимый груз. Кинетическая энергия ракеты возрастает, так как по мере подъёма ракета приобретает все большую скорость. Потенциальная энергия ракеты также возрастает, так как она всё выше поднимается над Землёй. Следовательно, сумма этих энергий, то есть механическая энергия ракеты, тоже увеличивается.

Мы помним, что при совершении телом работы его энергия уменьшается. Однако ракета совершает работу, а её энергия не уменьшается, а увеличивается! В чем же разгадка противоречия? Оказывается, что кроме механической энергии, существует ещё один вид энергии – внутренняя энергия. Именно за счет уменьшения внутренней энергии сгорающего ракетного топлива она совершает механическую работу и, кроме того, увеличивает свою механическую энергию.

Не только горючие, но и горячие тела обладают внутренней энергией, которую можно легко превратить в механическую работу. Проделаем опыт. Нагреем в кипятке гирю и поставим на жестяную коробочку, присоединенную к манометру. По мере того, как воздух в коробочке будет прогреваться, жидкость в манометре будет передвигаться.

Расширяющийся воздух совершает над жидкостью работу. За счёт какой энергии это происходит? Разумеется, за счёт внутренней энергии гири. Следовательно, в этом опыте мы наблюдаем превращение внутренней энергии тела в механическую работу. Заметим, что механическая энергия гири в этом опыте не менялась – она все время была равна нулю.

Итак: внутренняя энергия – это такая энергия тела, за счёт которой может совершаться механическая работа, не вызывая при этом убыли механической энергии этого тела.

Внутренняя энергия любого тела зависит от множества причин: рода и состояния его вещества, массы и температуры тела и многих других. Внутренней энергией обладают все тела: большие и маленькие, горячие и холодные, твёрдые, жидкие и газообразные.

Наиболее легко (при определенных условиях) на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь, образно говоря, «горячих» и «горючих» веществ и тел. Это нефть, уголь, геотермальные источники вблизи вулканов и так далее. Кроме того, в XX веке человек научился использовать и внутреннюю энергию так называемых радиоактивных веществ. Это, например, уран, плутоний и другие.

В технической и научно-популярной литературе упоминаются тепловая, химическая, электрическая, атомная (ядерная) и другие виды энергии. Они, как правило, являются условными разновидностями внутренней энергии. По мере дальнейшего изучения физики мы познакомимся и с другими видами энергии.

Механическая энергия

Механической энергией тела в физике называют сумму кинетической и потенциальной энергий этого тела. Познакомимся с этими видами энергии. Обратимся к рисункам.

Взгляните – катящийся шар сбивает кегли, и они разлетаются по сторонам. Только что выключенный вентилятор ещё некоторое время продолжает вращаться, создавая поток воздуха. Обладают ли эти тела энергией?

И шар, и лопасти вентилятора совершают механическую работу. Значит, обладают энергией. Они обладают энергией потому, что движутся. Энергию движущихся тел в физике называют кинетической энергией (греч. «кинема» – движение).

Кинетическая энергия зависит от массы тела и скорости его движения (перемещения в пространстве или вращения). Например, чем больше будет масса шара, тем больше энергии он передаст кеглям при ударе, тем дальше они разлетятся. Или, чем больше будет скорость вращения лопастей вентилятора, тем на большее расстояние он переместит струю воздуха.

Кинетическая энергия одного и того же тела может быть различной с точки зрения различных наблюдателей. Например, с точки зрения нас, читателей этой книги, кинетическая энергия пня на дороге равна нулю, так как пень не движется. Однако по отношению к велосипедисту пень обладает кинетической энергией, так как стремительно приближается. В случае столкновения он совершит очень неприятную механическую работу – погнёт детали велосипеда.

Энергию, которой тела или части одного тела обладают потому, что взаимодействуют с другими телами (или частями тела), называют потенциальной энергией (лат. «потенциа» – сила).

Обратимся к рисунку. При всплытии мяч может совершить механическую работу, например, вытолкнуть нашу ладонь из воды на поверхность. Расположенная на некоторой высоте гиря также может совершить работу – расколоть орех. И, наконец, натянутая тетива лука может вытолкнуть стрелу. Следовательно, рассмотренные тела обладают энергией. Все они обладают энергией потому, что взаимодействуют с другими телами (или частями тела).

Мяч взаимодействует с водой – архимедова сила выталкивает его на поверхность. Гиря взаимодействует с Землей – сила тяжести тянет гирю вниз. Тетива взаимодействует с другими частями лука – её натягивает сила упругости изогнутого древка. Следовательно, всплывающий мяч, поднятая гиря и натянутая тетива – примеры тел, обладающих потенциальной энергией.

Потенциальная энергия одного и того же тела может быть различной по отношению к различным телам. Взгляните на рисунок. При падении гири на каждый из орехов обнаружится, что осколки второго ореха разлетятся намного дальше, чем осколки первого. Следовательно, по отношению к ореху 1 гиря обладает меньшей энергией, чем по отношению к ореху 2.

Потенциальная энергия зависит от силы взаимодействия тел (или частей тела) и расстояния между ними. Например, чем большая сила упругости натягивает тетиву и чем дальше она оттянута от его концов, тем больше потенциальная энергия.

Энергия

Рассмотрим теперь несколько ситуаций, которые помогут нам ввести понятие «энергия».

Ситуация первая – грузчики поднимают кирпичи на второй этаж. Посмотрите на рисунок. Один из них может носить по десятку кирпичей, а другой – только по два кирпича. На бытовом языке говорят, что у толстячка больше энергии, так как он способен выполнить больше работы.

Ситуация вторая. Первобытный человек совершает механическую работу над камнем – поднимает его. В качестве рассматриваемого тела выберем камень. То есть теперь работу совершает не само тело, а кто-то над телом. В результате этого энергия тела увеличивается. Теперь камень может, например, упасть и разбить орех, то есть совершить работу, на выполнение которой прежней энергии камня было недостаточно.

Слово «энергия» мы часто используем в жизни. Под этим словом мы понимаем способность (возможность) совершать какую-то работу. При этом мы должны различать работу в бытовом понимании и работу в физическом понимании – механическую работу. Так, представим себе человека, пытающегося отодвинуть стену. Человек изо всех сил упирается в эту стену, вспотел, устал, изнемог, но стена не сдвинулась ни на миллиметр. В бытовом понимании человек затратил очень много энергии, очень сильно «поработал». Но с точки зрения физики никакая механическая работа не произведена, поскольку сила действовала, а перемещения не было. По формуле A = F•l механическая работа равна нулю.

Когда речь идет о машинах и механизмах, принято говорить, что для их работы постоянно требуется энергия. Так, для работы электродвигателей нужна электрическая энергия. Двигатели автомобилей работают, используя энергию, выделяющуюся при сгорании топлива. При работе гидроэлектростанций используется энергия падающей воды. На картинке, которой открывается данная тема, проиллюстрировано использование этой энергии для приведения в действие мельницы.

Под термином «энергия» в физике мы понимаем способность тела (или нескольких тел) совершать механическую работу.

Можно ли говорить о величине энергии, которую приобретает поднятый камень? Да, потому что при подъеме камня массой m_к на высоту h совершается работа.

Можно сказать, что при подъеме на высоту h камень «запас» энергию. Эта энергия расходуется на приобретение кинетической энергии и на совершение работы по раскалыванию ореха на рисунке, где первобытный человек разбивает орех камнем.

Итак, энергия – физическая величина, характеризующая способность тел совершать работу. Поэтому, как и работа, энергия измеряется джоулями. Чем больше работы может совершить тело, тем больше его энергия. И наоборот.

При совершении механической работы энергия тел обязательно изменяется: у одних тел она уменьшается, у других – увеличивается. Например, при раскалывании ореха энергия камня уменьшается, а энергия ореха (точнее, его осколков) увеличивается. Это подтверждается тем, что они, приобретая большую скорость, разлетаются далеко от того места, где лежал орех.

Мощность

Взгляните на рисунок – землекоп и экскаватор начали работать одновременно. При этом за одинаковое количество времени землекоп выполнил меньше работы. Поэтому говорят, что мощность экскаватора больше, чем мощность землекопа.

При качественном рассмотрении мы скажем, что мощность больше в той ситуации, где совершается больше работы за то же время. И наоборот: мощность меньше в той ситуации, где совершается меньше работы за то же время.

Перейдём теперь к количественному рассмотрению. Решим задачу. На стройке работают два подъёмных крана. Оба поднимают плиты на высоту 15 м. Первый поднимает плиты массой по 3 т и тратит на подъём каждой из них 1 минуту. Второй поднимает плиты массой по 5 т и тратит на подъем каждой плиты 2 минуты. Какой кран более мощный, то есть совершает больше работы за единицу времени, например, секунду?

Решение. Вычислим работу каждого крана по поднятию одной плиты. Воспользуемся формулой A = F•l = mg•h.

A₁ = F₁·l₁ = m₁g h = 3000 кг • 10 Н/кг • 15 м = 450 000 Дж

A₂ = F₂·l₂ = m₂g h = 5000 кг • 10 Н/кг • 15 м = 750 000 Дж

Для вычисления работы, совершаемой каждым краном за 1 секунду, нужно работу каждого крана разделить на время её выполнения, выраженное в секундах.

Сделаем это, обозначив результаты буквами N₁ и N₂.

Значения показывают, что первый кран выполняет больше килоджоулей работы за секунду, то есть быстрее совершает работу. Поэтому говорят, что мощность первого крана больше, чем второго. Задача решена.

Итак, обобщаем: мощность характеризует быстроту совершения работы и вычисляется по следующей формуле.

N – мощность, Вт. A – работа, Дж. t – время, с.

В честь английского ученого Д. Уатта единица мощности получила название 1 ватт. Согласно формуле 1 Вт = 1 Дж/с.

Из математики вы помните, что увеличение числителя дроби при неизменном знаменателе приводит к увеличению значения дроби. И наоборот: увеличение знаменателя дроби при неизменном числителе приводит к уменьшению значения дроби.

Посмотрите на формулу мощности. Она представляет собой дробь. Следовательно, увеличение совершённой работы при неизменном времени её выполнения говорит об увеличении мощности. И наоборот: увеличение времени выполнения одной и той же работы говорит об уменьшении мощности.

Это подтверждают «опыты», изображенные на рисунках в начале и в конце параграфа: с землекопом и экскаватором, а также трактористом и крестьянином.

Трактористу и крестьянину нужно выполнить одинаковую работу – вспахать равные наделы земли. Взгляните – крестьянин тратит на это больше времени, следовательно, развиваемая лошадью мощность меньше мощности трактора.

Коэффициент полезного действия

Допустим, мы отдыхаем на даче, и нам нужно принести из колодца воды. Мы опускаем в него ведро, зачёрпываем воду и начинаем поднимать. Не забыли, какова наша цель? Правильно: достать воду. Но взгляните: мы поднимаем не только воду, но и само ведро, а также тяжёлую цепь, на которой оно висит.

Двухцветная стрелка на рисунке символизирует, что наряду с полезной работой по подъему воды мы совершаем и другую работу – подъём ведра и цепи. Разумеется, без них мы не смогли бы достать воду, однако с точки зрения конечной цели их вес «вредит» нам. Если бы он был меньше, полная совершённая работа тоже была бы меньше.

Перейдём теперь к количественному изучению этих работ и введем физическую величину «коэффициент полезного действия». Для этого решим задачу. Яблоки, отобранные для переработки на сок, грузчик высыпает из корзин в кузов машины. Масса пустой корзины 2 кг, а яблок в ней – 18 кг. Чему равна доля полезной работы грузчика от его полной работы?

Решение. Полной работой грузчика является погрузка яблок. Она складывается из подъёма самих яблок и подъёма корзин. Поднятие яблок – полезная работа, а поднятие корзин – «бесполезная», потому что их нужно опускать или сбрасывать вниз.

Воспользовавшись формулой A = F·l , запишем равенства:

A_полезн = F_я • l_я = m_я g • h и A_{бесполезн} = F_к • l_к = m_к g • h

Здесь F_я – сила, с которой руки поднимают вверх яблоки, а F_к – сила, с которой руки поднимают вверх саму корзину. Эти силы равны силам, с которыми Земля притягивает эти тела.

Полная работа складывается из двух работ, поэтому равна сумме:

A_полн = A_полезн + A_{бесполезн} = m_яgh + m_кgh

В задаче нас просят вычислить долю полезной работы грузчика от его полной работы. Сделаем это.

В физике такие доли принято выражать в процентах и обозначать греческой буквой «h» (читается: «эта»). В итоге получим:

h = 0,9 или после выражения в процентах,

h = 0,9 • 100% = 90%

Это число показывает, что из 100% (полной работы грузчика) доля его полезной работы составляет 90%. Задача решена.

Величина, равная отношению полезной работы к полной совершенной работе, в физике имеет собственное название: КПД – коэффициент полезного действия.

h – коэффициент полезного действия. Aполезн – полезная работа, Дж. Aполн – полная работа, Дж.

После вычисления значения КПД по этой формуле полученное знчение принято умножать на 100%. И наоборот: для подстановки значения КПД в эту формулу его значение нужно перевести из процентов в обычную десятичную дробь.

Механическая работа

В обыденной жизни словом «работа» мы называем всякое действие человека или устройства. Например, мы говорим: работает плотник, работает холодильник, работает компьютер. В физике же термин «работа» имеет иной смысл – более определённый. Рассмотрим пример. Взгляните на рисунок.

Лошадь, тянущая телегу, действует на нее с некоторой силой. Обозначим её F_тяги. Дедушка, сидящий на телеге, давит на нее с некоторой силой. Обозначим её F_давл. Телега движется вправо, то есть вдоль направления силы тяги лошади. А в направлении силы давления дедушки (то есть вниз) телега не перемещается. Поэтому в физике говорят, что F_тяги совершает над телегой механическую работу, а F_давл – не совершает.

Работой силы над телом или механической работой в физике называют величину, равную произведению силы на путь, пройденный телом вдоль направления этой силы.

A – механическая работа, Дж. F – действующая на тело сила, Н. l – пройденный телом путь, м.

В честь английского ученого Д. Джоуля единица работы получила название 1 джоуль. Согласно формуле 1 Дж = 1 Н·м.

Числовые значения силы и пути – всегда неотрицательные числа. В отличие от них, механическая работа может иметь как положительный, так и отрицательный знак. Если направление силы совпадает с направлением движения тела, то работу силы считают положительной (сила «разгоняет» тело). Если направление силы противоположно направлению движения тела, работу силы считают отрицательной (сила «тормозит» тело).

Если направление движения тела перпендикулярно направлению действия силы, то согласно определению, такая сила механическую работу не совершает.

Совершение работы может выглядеть по-разному с точки зрения различных наблюдателей. Рассмотрим пример – девочка едет в лифте вверх. Совершает ли она механическую работу? Девочка может совершать работу только над теми телами, на которые действует силой. Такое тело лишь одно – кабина лифта, так как девочка давит на её пол своим весом. Теперь выясним, проходит ли это тело некоторый путь. Рассмотрим два варианта: с неподвижным и движущимся наблюдателем.

Пусть мальчик-наблюдатель сидит на земле. По отношению к нему кабина лифта движется вверх, то есть проходит некоторый путь. Вес девочки направлен в противоположную сторону – вниз, следовательно, девочка совершает над кабиной отрицательную механическую работу: A_дев < 0.

Вообразим теперь, что наблюдатель пересел внутрь лифта. Девочка, как и прежде, давит на пол кабины. Однако в этом случае по отношению к наблюдателю кабина не движется (то есть не удаляется и не приближается, хотя лифт по-прежнему «едет» вверх). Следовательно, с точки зрения такого наблюдателя девочка не совершает механическую работу.

А знаете ли вы, что …

… сердце человека, перекачивая кровь, за одно сокращение совершает около 1 Дж работы. Этой работы будет достаточно для подъема гири массой 10 кг на высоту 1 см.

… мощность, развиваемая взрослым человеком при обычной ходьбе по ровной дороге равна 60–65 Вт. При быстрой же ходьбе уже требуется мощность 200 Вт. Для сравнения скажем, что мощность электродвигателя домашней кофемолки 100–200 Вт, а мясорубки – 500 Вт.

… пуля автомата Калашникова имеет массу 7,9 г и скорость при вылете из ствола 2600 км/ч. При этом кинетическая энергия пули составляет 4 кДж. Чтобы такую же энергию приобрела гиря массой 1 кг, она должна упасть с крыши 130-этажного дома.

… кинетическая энергия пули автомата Калашникова на расстоянии 100 м от стрелка все ещё достаточна, чтобы пробить сосновый брусок толщиной 25 см или кирпичную стену толщиной 10–15 см.

… торможение поезда происходит потому, что специальные бруски (говорят: тормозные колодки) прижимаются к колесам, замедляя их вращение. В результате колодки нагреваются настолько сильно, что при касании рукой можно получить ожог.

… при торможении поезда вся его кинетическая энергия превращается во внутреннюю энергию тормозных колодок, колес и окружающего воздуха.

… не следует думать, что холодные тела не обладают внутренней энергией. Например, кусок льда, вынутый из холодильника, будучи брошенным в термос, где находится сжиженный воздух (при –193 °С), вызовет такое бурное кипение, что пробка, которой мы попытаемся закрыть этот термос, будет выбита и высоко взлетит вверх. Работа по выталкиванию пробки будет произведена именно за счет внутренней энергии льда.

… не следует думать, что негорючие при обычных условиях тела или вещества не обладают внутренней энергией. Если, например, обычную стальную проволоку раскалить докрасна и опустить в банку с кислородом, то она начнет гореть, раскаляясь все сильнее! При этом будет выделяться тепловая энергия, которую можно направить на совершение работы.

… обычный кусочек хлеба имеет энергетическую ценность (иногда говорят «калорийность») 400 кДж. Если бы вся эта энергия превращалась организмом человека в механическую работу с КПД = 100 %, то её хватило бы, чтобы подняться на лестницу в полкилометра высотой!

Пневматические и гидравлические механизмы

Газы и жидкости, находящиеся под давлением, нашли широкое применение в промышленной технике. Рассмотрим это.

На этом рисунке вы видите пневматический отбойный молоток (греч. «пневматикос» – воздушный). При помощи сжатого воздуха работают также двери в автобусах и метро, тормоза поездов и грузовых автомобилей.

Встречаются также механизмы, работающие при помощи сжатой жидкости. Они называются гидравлическими (греч. «гидор» – вода, жидкость).

Ниже показано устройство действующей модели гидравлического пресса. Он состоит из двух сообщающихся цилиндров, закрытых подвижными поршнями. Внутри цилиндры заполнены машинным маслом. Надавливая на рукоятку, мы сжимаем масло в малом цилиндре, левый клапан закрывается, и через открывшийся правый клапан масло перетекает в большой цилиндр.

При поднятии рукоятки правый клапан закрывается, левый открывается, и масло из левого резервуара перетекает в малый цилиндр. При опускании рукоятки всё повторяется. Постепенно давление масла в большом цилиндре возрастает, и правый поршень всё сильнее сдавливает (прессует) деталь.

Промышленные прессы позволяют получить выигрыш в силе более 1000 раз. С их помощью изготавливаются (прессуются) пластмассовые и металлические детали и заготовки, которые можно встретить в каждом доме, офисе, автомобиле.

Объясним, почему пресс позволяет получать выигрыш в силе. Изобразим схему устройства пресса (см. рисунок). Левый цилиндр – меньшего диаметра, правый – большего. F₁ и F₂ – силы, действующие на поршни, S₁ и S₂ – площади этих поршней. Рисунок иллюстрирует, что при равновесии поршней сила, действующая на поршень с большей площадью, всегда больше силы, действующей на поршень с меньшей площадью

Докажем эту закономерность. Поскольку масло – это жидкость, то, согласно закону Паскаля, давление масла под обоими поршнями одинаково. То есть:

Преобразовав это равенство по свойству пропорции, получим правило равновесия сил на прессе:

F1 и F2 – силы, действующие на поршни. S1 и S2 — площади этих поршней.

Словами его можно выразить так: большая сила должна быть больше меньшей во столько же раз, во сколько площадь большего поршня больше площади меньшего. Заметим, что отношение F₂ к F₁ – это выигрыш в силе. Он тем значительнее, чем сильнее отличаются площади поршней.

Правило равновесия сил на прессе справедливо как для гидравлических, так и для пневматических механизмов. Например, изображенный на рисунке отбойный молоток будет производить тем большее воздействие на добываемую руду, чем больше диаметр этого инструмента и площадь поршня внутри него.

Манометры жидкостные и деформационные

Барометры измеряют так называемое абсолютное давление атмосферного воздуха. Это значит, что в пространстве, где находится барометр, давление именно такое, какое показывает прибор. Однако часто бывает нужно знать и так называемое относительное давление (например, по сравнению с атмосферным давлением). Для его измерения служат манометры.

На рисунке вы видите U-образный манометр с подкрашенной водой. Правый его конец сообщается с атмосферой. При помощи шланга к манометру присоединен сосуд, который в начале опыта тоже сообщается с атмосферой. При этом уровни воды в манометре находятся у отметки 0 см. Затем, откачивая насосом воздух, уменьшают его давление в сосуде. При этом вода в манометре смещается влево. Выясним, почему это происходит.

В манометре на правую поверхность воды действует атмосферное давление, а на левую – меньшее давление. По причине неравенства давлений вода смещается в левую трубку. Сместившись, вода останавливается, значит давление слева от точки В равно давлению справа. Приравняем эти давления:

p_{в сосуде} + r g h_лев = r g h_прав. + p_атм

В левой части этого равенства записана сумма давления в сосуде и давления столба воды слева. В правой части равенства мы записали сумму атмосферного давления и давления столба воды справа. Подставим значения и упростим равенство:

p_{в сосуде} + 1000 кг/м³ • 10 Н/кг • 50 см = 1000 кг/м³ • 10 Н/кг • 10 см + p_атм

p_{в сосуде} = p_атм – 4 кПа

Равенство показывает, что относительно атмосферного давления, давление воздуха в сосуде на 4 кПа меньше. Это значение мы узнали именно благодаря манометру. Несложно подсчитать и полное, то есть абсолютное давление в сосуде:

p_{в сосуде} = 100 кПа – 4 кПа = 96 кПа

Жидкостный U-образный манометр неудобен для измерений, так как позволяет получать значение давления не сразу, а лишь после перевода «сантиметров водного столба» в паскали. По этой причине в технике широко распространились так называемые деформационные манометры, сразу показывающие измеряемое давление в паскалях (строго говоря, не само давление, а его превышение над атмосферным).

В основе работы деформационного манометра лежит деформация (изгиб) упругой дугообразной трубки 1. При помощи двух тяг 2 движение концов трубки передаётся стрелке 3, которая закреплена на оси 4. Конец стрелки передвигается по шкале 5. Трубка, стрелка и шкала помещены внутрь корпуса, закрытого стеклом, 6.

При увеличении давления газа внутри трубки её концы распрямляются и вызывают смещение стрелки вправо по шкале. При уменьшении давления стрелка сместится в обратном направлении под действием сил упругости, действующих в стенках трубки.

Барометр-анероид

Про массу или длину говорят, что они большие или маленькие, увеличиваются или уменьшаются. Про атмосферное давление говорят: оно высокое или низкое, повышается или понижается. Такая традиция установилась ещё с тех пор, когда атмосферное давление измеряли барометрами Торричелли, наблюдая за поднятием или опусканием ртутного столба. Сегодня чаще применяют безжидкостные барометры, так называемые анероиды (греч. «а» – отрицание, «нерос» – влажный).

Главная часть барометра-анероида – лёгкая, упругая, полая внутри металлическая коробочка 2 с гофрированной (волнистой) поверхностью. Воздух из коробочки откачан. Её стенки растягивает пружинящая металлическая пластина 5. К ней при помощи специального механизма прикреплена стрелка 6, которая насажена на ось 7 (см. рисунок ниже). Конец стрелки передвигается по шкале 4, размеченной в мм рт. ст. Все детали барометра помещены внутрь корпуса 1, закрытого спереди стеклом 3.

Согласно формуле F=pS, изменение атмосферного давления (то есть величины «p») будет приводить к изменению силы, сдавливающей стенки коробочки. Следовательно, будет изменяться и величина их прогиба. Возникающее движение стенок коробочки при помощи механизма передастся стрелке и вызовет её сдвиг к другому делению шкалы.

На рисунке – упрощенная схема соединения коробочки со стрелкой. В действительности этот механизм гораздо сложнее. В нём есть даже нить, наматывающаяся на колесо с жёлобом, прикрепленное к стрелке.

Барометр-анероид – очень чувствительный прибор. Например, с его помощью можно заметить изменение атмосферного давления даже при подъеме на лифте многоэтажного дома.

Барометр-анероид – очень чувствительный прибор. Например, с его помощью можно заметить изменение атмосферного давления даже при подъеме на лифте многоэтажного дома. Наблюдая за барометром, вы легко обнаружите, что его показания меняются при перемене погоды. Замечено, что перед ненастьем атмосферное давление падает, а перед ясной погодой – возрастает. Кроме того, показания барометра зависят от высоты места наблюдения над уровнем моря. Чем выше мы будем подниматься, тем меньшим будет становиться атмосферное давление. При небольших высотах подъема каждые 12 м атмосферное давление уменьшается на 1 мм рт. ст.

Как барометр-анероид, так и трубку Торричелли можно использовать не только как барометр, но и как вакуумметр. Так называется прибор, измеряющий давления газа, меньшие атмосферного.

На рисунке изогнутая трубка Торричелли помещена на тарелку воздушного насоса. Поскольку высота трубки гораздо меньше 76 см, то при атмосферном давлении ртуть заполняет трубку целиком (рис. «а»). Накрыв трубку колоколом и откачивая воздух насосом, мы будем понижать давление. Через некоторое время уровень ртути начнёт понижаться, показывая, что под колоколом постепенно создаётся вакуум (рис. «б»).