Atmosférický tlak vzduchu

Atmosféra Země je přitahována tíhovou silou k povrchu Země a v důsledku tohoto silového působení vzniká atmosférická síla. Ta vyvolává atmosférický tlak, jehož hodnota je za běžných podmínek relativně velká (přibližně 100 kPa). To si uvědomovali přírodovědci už v antice (byť pojem tlak nezavedli) a řada z nich se pokoušela hodnotu tohoto tlaku (resp. atmosférické síly) naměřit. Jedním z prvních, kterému se to podařilo, byl italský fyzik Jan Evangelista Torricelli (1608 - 1647). Svůj slavný experiment prováděl se rtutí: do skleněné trubice, která byla z jedné strany zatavená, nalil rtuť a skleněnou trubici ponořil otevřeným koncem do nádoby se rtutí. Pak trubici postavil do svislé polohy. Rtuť z trubice nevytekla a její hladina se v ní ustálila ve výšce zhruba 75 cm nad hladinou rtuti v nádobě. Atmosférický tlak v prvních jednotkách byl naměřen: jeho hodnota odpovídala přibližně 750 mm rtuťového sloupce. (Dodnes se tyto jednotky používají v lékařství při měření tlaku krve pomocí tonometru.)

Nad volnou hladinou rtuti vzniklo vakuum, čímž Torricelli zavrhl aristotelovský pojem horror vacuí, kterým se označovalo „prázdno“ a z něhož měli fyzikové určité obavy a odmítali proto připouštět jeho existenci.

Popsaný experiment není ovšem možné provádět ve škole, neboť rtuť jakožto jedovatá kapalina se nesmí používat. Takže máme dvě možnosti: buď experiment vynechat a nebo místo rtuti použít jinou, výrazně bezpečnější a dostupnější kapalinu: vodu. Vzhledem k tomu, že voda má cca 13krát nižší hustotu než rtuť, bude vodní sloupec odpovídající atmosférickému tlaku vzduchu cca 13krát vyšší než sloupec rtuti (tedy asi 10 m). Proto je nutné experiment provést mimo učebnu.

Se třídou 09M jsme se tento experiment pokusili provést a skutečně se nám to podařilo. Do zahradní hadice jsme napustili v učebně vodu a hadici z obou stran uzavřeli. Pak žáci (vyjma dvou, kteří asistovali v učebně) odešli před školu a čekali, až spustíme z výšky cca 10 m dolů před školu jeden konec hadice. Podařilo se. Horní konce hadice zůstal uzavřen, spodní žáci otevřeli. Vyteklo takové množství vody (velmi málo), aby se vyrovnal hydrostatický tlak vodního sloupce v hadici s atmosférickým tlakem a dále voda nevytékala. Teprve až když jsme uvolnili horní konec hadice, vytekla všechna voda ven na chodník. Do té doby byla v hadici držena atmosférickou silou. Ještě, že jsou okna druhého patra budovy školy v Malé Štupartské ve správné výšce nad chodníkem.

Závislost atmosférického tlaku vzduchu na výšce nad povrchem Země jsme během spouštění hadice sledovali pomocí barometru systému Vernier.

Při fyzikálním bádání jsme našli i čas na pořízení dokumentačních fotografií.

Autorka fotografií: Kateřina Burešová, třída 09M

© Jaroslav Reichl, 7. 5. 2010