Klíčové pojmy
Fyzika
Počasí
Air
Atmosférický tlak

Úvod
Už jste někdy sledovali předpověď počasí v TELEVIZI? Pokud ano, možná jste si všimli, že se písmena “ H „A“ L “ pohybují na mapě počasí. Často se označují jako zóny „vysokého tlaku“ (H) a „nízkého tlaku“ (L). Tlak, o kterém mluví, je atmosférický tlak. Změny tlaku vzduchu mohou předpovídat krátkodobé změny počasí. Jak ale víte, zda se tlak vzduchu mění-nebo je vysoký nebo nízký? Vědci vyvinuli nástroj nazvaný barometr, který dokáže měřit atmosférický tlak. V této aktivitě zjistíte, jak barometr funguje tím, že si ho vytvoříte sami!

pozadí
Země je obklopena vrstvou vzduchu zvanou atmosféra. Atmosféra je asi 300 mil silná a většina z nich je v okruhu 10 mil od zemského povrchu. Vzduch je tvořen molekulami plynu, jako je dusík, kyslík a oxid uhličitý. Všechny tyto molekuly stiskněte dolů na zemi, a tento tlak se nazývá tlak vzduchu, nebo atmosférický tlak.

možná vás překvapí, když zjistíte, že vzduch má váhu, i když to necítíte. Vyvinuli jsme se tak, že tlak uvnitř našeho těla odpovídá vnějšímu atmosférickému tlaku. Jste však schopni cítit změny atmosférického tlaku. Například, pokud letíte v letadle, vaše uši by mohly začít bolet. Je to proto, že ve vysoké nadmořské výšce je váš vnitřní tlak větší než vnější tlak. Teprve když vyrovnáte oba tlaky tím, že vaše uši „pop“ přestanou bolet.

atmosférický tlak je nejvyšší na hladině moře a klesá, když se pohybujete nahoru do atmosféry. Na hladině moře se normální tlak vzduchu pohybuje od 800 do 1050 milibarů. Na vrcholu Mount Everestu je tlak vzduchu asi o 30 procent nižší! Tlak vzduchu se mění s nadmořskou výškou a teplotou. Teplý vzduch, který je méně hustý, stoupá a má za následek nižší tlak vzduchu. Když se zvedne, ochladí se a změní se na vodní páru, která pak kondenzuje na kapalinu. To vede k tvorbě oblačnosti a dešti. Nízký tlak je proto obecně spojen s oblačným a deštivým počasím. Na druhé straně studený vzduch s vysokou hustotou vede ke zvýšenému tlaku vzduchu. Jak studený vzduch klesá, vysychá, což způsobuje teplé a suché povětrnostní podmínky ve vysokotlakých zónách.

Nyní, když víme, jak může tlak vzduchu pomoci předpovědět počasí, musíme zjistit, jak měřit tlak vzduchu. K tomu vědci vyvinuli barometr. Existuje mnoho různých typů barometrů. Jedním z nich je barometr na bázi vody: voda je utěsněna ve skleněné nádobě s úzkým výtokem spojujícím vnější stranu s vnitřkem. Když se tlak vnějšího vzduchu zvyšuje, tlačí na vodu v hubici, což má za následek snížení hladiny vody. Když méně vzduchu (nižší tlak vzduchu) tlačí na vodu uvnitř hubice, hladina vody stoupá. V této činnosti vytvoříte variantu tohoto barometru. Myslíte, že dokáže předpovědět zítřejší počasí?

Materials

• Heat-resistant glass jar
• Rubber band that fits around the mouth of the glass jar
• Balloon
• Wooden skewer
• Scissors
• Tape
• Paper
• Pen
• Three bowls
• Tap water (hot and cold)
• Ice cubes
• Paper ručníky

Příprava

• Odříznout a zlikvidujte otevření balón, pak se natáhnout zbývající balón kus po otevření sklenice, balicí ji pevně.
• připevněte balónek k nádobě gumičkou.
• Páska konci dřevěné špíz byt na vrcholu balónu s špičatou špičkou směřující od jar.
• naplňte první misku vodou o pokojové teplotě, druhou misku horkou vodou z vodovodu (buďte opatrní s horkou vodou a v případě potřeby pomozte dospělému) a třetí misku s ledovou vodou.
• umístěte barometr blízko stěny se špízem rovnoběžně se stěnou.
• nalepte kus papíru za barometr na zeď.
• nakreslete čáru na papír, který se zarovnává se špičkou špízu.
• označte polohu, kde je barometr umístěn. Budete ji muset umístit na stejné místo později během aktivity.

Postup

• Vezměte barometr a místo sklenice v misce s horkou vodou. Voda by neměla přesahovat gumičku. Co pozorujete na barometru? Zaznamenáváte nějaké změny? Pokud ano, jaké změny?
• Po jedné minutě vzít barometr ven z vody, rychle oschnout, a umístěte ji na stejné místo, blízko ke zdi, kde máte přiložený papír. Vytvořte další řádek na papíře tak, aby se vyrovnal se špičatou špičkou špízu. Kam teď směřuje špička? Jak se změnil barometr?
• vložte barometr do misky s vodou o pokojové teplotě. Znovu sledujte, co se stane. Udržujte ji v misce asi 10 minut. Po 10 minutách vypadá barometr jinak než dříve?
• Po 10 minutách dát barometr zpět na své místo u zdi a udělat další čáru na papír, kde špíz ukazuje. Čeho si všimnete tentokrát?
• poté vložte barometr do misky s ledovou vodou asi na jednu minutu. Co se stane s barometrem v ledové vodě? Jaké rozdíly si všimnete?
• znovu umístěte barometr před papírový graf a vytvořte další řádek, kam směřuje špička špízu. Můžete vysvětlit své postřehy?
• vložte barometr do misky s vodou o pokojové teplotě a opakujte kroky ještě jednou. Kam ukazuje špička špízu tentokrát? Proč?
• Extra: Opakujte testy s různými teplotami vody. Jak se vaše výsledky mění s jinými teplotami vody?
• Extra: vezměte barometr ven a změřte atmosférický tlak. Nakreslete měřítko, které vypadá jako pravítko na jiný kus papíru. Poté umístěte graf vedle barometru tak, aby střední čára byla zarovnána se špičkou špízu. Nechte barometr několik dní venku a každý den Označte, kam směřuje špíz. Co to znamená, když se špička pohybuje nahoru nebo dolů na stupnici?

pozorování a výsledky
Byli jste schopni měřit změnu tlaku vzduchu pomocí barometru? V této činnosti jste skutečně změřili změny tlaku vzduchu uvnitř skleněné nádoby-nikoli změnu vnějšího atmosférického tlaku. Jako nemůžeme změnit vnější atmosférický tlak sami jsme změnili tlak vzduchu uvnitř sklenice prokázat, jak balón barometr funguje.

při utěsnění skleněné nádoby balónkem je uvnitř skleněné nádoby určitý tlak vzduchu. Špička dřevěného špízu by měla být docela vyrovnaná s horní částí skleněné nádoby, protože povrch balónku je velmi plochý. Když vložíte skleněnou nádobu do horké vody, vzduch uvnitř nádoby se zahřeje a expanduje. Když je nádoba utěsněna balónem, nemá kam uniknout—a balón se začne vyboulit. Je to proto, že tlak vzduchu uvnitř skla se zvyšuje a tlačí na balón. Výsledkem je, že dřevěný špíz směřuje dolů. Řádek, který jste vytvořili, by měl být pod původním řádkem.

Když vložíte balón do vody o pokojové teplotě, vzduch se ochladí zpět na pokojovou teplotu, kde byl předtím, takže by měl být balón znovu plochý. Současně by se dřevěný špíz měl vyrovnat s původní linií. Opak se stane, když vložíte skleněnou nádobu do ledové vody. Jak se vzduch uvnitř nádoby ochlazuje ještě více, Stahuje se a vtahuje balón do nádoby. Díky tomu dřevěný špíz směřuje nahoru. Linka, kterou jste vytvořili pro ledovou vodu, by měla být nad vaší původní linií. Zpět do vody při pokojové teplotě by se balón a dřevěný špíz měly vrátit do původní polohy.

Pokud pomocí barometru změříte vnější tlak vzduchu, dojde k opaku: špíz bude směřovat nahoru s rostoucím atmosférickým tlakem, když vzduch mimo nádobu tlačí na balón. Při klesajícím atmosférickém tlaku bude dřevěný špíz směřovat dolů. Označení umístění dřevěného špízu každý den vám může říci, jaké počasí můžete očekávat!

Více k prozkoumání
Co je atmosférický tlak?, z NASA
věda měnící Velikost: Jak se plyny stahují a expandují, od Scientific American
nasávají-chladicím vzduchem!, od Scientific American
vědecké aktivity pro všechny věkové kategorie!, od Science Buddies

tato aktivita vám přináší ve spolupráci s Science Buddies