kulcsfogalmak
fizika
időjárás
levegő
légköri nyomás

Bevezetés
láttál már valaha időjárás-előrejelzést a tévében? Ha igen, akkor lehet, hogy észrevette, hogy a “H” és “L” betűk mozognak az időjárási térképen. Ezeket gyakran “nagynyomású” (H) és “alacsony nyomású” (L) zónáknak nevezik. A nyomás, amiről beszélnek, a légköri nyomás. A légnyomás változásai rövid távú időjárási változásokat jelezhetnek. De honnan tudod, hogy változik—e a légnyomás-vagy ha magas vagy alacsony? A tudósok kifejlesztettek egy barométer nevű eszközt, amely képes mérni a légköri nyomást. Ebben a tevékenységben megtudhatja, hogyan működik a barométer azáltal, hogy saját maga épít!

háttér
a Földet a légkörnek nevezett légréteg veszi körül. A légkör körülbelül 300 mérföld vastag, a legtöbb pedig a Föld felszínétől számított 10 mérföldön belül van. A levegő gázmolekulákból, például nitrogénből, oxigénből és szén-dioxidból áll. Mindezek a molekulák lenyomják a földet, ezt a nyomást légnyomásnak vagy légköri nyomásnak nevezik.

meglepődhet, ha megtudja, hogy a levegőnek súlya van, bár nem érzi. Úgy fejlődtünk, hogy a testünkben lévő nyomás megegyezzen a külső légköri nyomással. Ön azonban képes érezni a légköri nyomás változásait. Például, ha repül egy repülőgépen, a füle elkezd fájni. Ez azért van, mert nagy magasságban a belső nyomás nagyobb, mint a külső nyomás. Csak akkor, ha egyensúlyba hozza mindkét nyomást azáltal, hogy fülét “pop” – nak teszi, abbahagyják a fájdalmat.

a légköri nyomás a tengerszint felett a legmagasabb, és a légkörbe való belépéskor csökken. A tenger szintjén a normál Légnyomás 800-1050 millibar között mozog. A Mount Everest tetején a Légnyomás körülbelül 30 százalékkal kevesebb! A légnyomás a magassággal és a hőmérséklettel változik. A kevésbé sűrű meleg levegő emelkedik, ami alacsonyabb légnyomást eredményez. Amikor felemelkedik, lehűl, vízgőzré alakul, amely folyadékgá kondenzálódik. Ez felhőképződéshez és esőhöz vezet. Alacsony nyomású, ezért általában társított felhős, esős időjárás. Másrészt a nagy sűrűségű hideg levegő fokozott légnyomást eredményez. Ahogy hideg levegő süllyed szárad, ami meleg, száraz időjárási körülmények között nagynyomású zónák.

most, hogy tudjuk, hogyan segíthet a Légnyomás megjósolni az időjárást, még mindig meg kell tudnunk, hogyan kell mérni a légnyomást. Ehhez a tudósok kifejlesztették a barométert. Sok különböző típusú barométer létezik. Az egyik a vízbázisú barométer: a vizet egy üvegtartályban lezárják, keskeny kifolyóval, amely kívülről befelé csatlakozik. Amikor a külső Légnyomás növekszik, a kifolyóban lévő vízre nyomódik, ami a vízszint csökkenését eredményezi. Ha kevesebb levegő (alacsonyabb légnyomás) a kifolyó belsejében lévő vízre nyomódik, a vízszint emelkedik. Ebben a tevékenységben ennek a barométernek egy változatát fogja felépíteni. Gondolod, hogy meg tudja jósolni a holnap időjárását?

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 törölközők

előkészítés

• vágja le és dobja el a ballon nyílását, majd húzza meg a maradék ballondarabot az üvegedény nyílása körül, szorosan csomagolva.
• rögzítse a ballont az üveghez a gumiszalaggal.
• ragassza fel a fa ferde lap végét a ballon tetejére úgy, hogy a hegyes hegye az edénytől távol legyen.
• töltse fel az első tálat szobahőmérsékletű vízzel, a második tálat forró csapvízzel (legyen óvatos forró vízzel, szükség esetén felnőtt segítséggel), a harmadik tálat jeges vízzel.
• helyezze a barométert egy falhoz közel, a nyárssal párhuzamosan.
• ragasszon egy darab papírt a falon lévő barométer mögött.
• rajzoljon egy vonalat a papírra, amely a nyárs hegyével illeszkedik.
• jelölje meg a barométer helyét. A tevékenység során később ugyanazon a helyen kell elhelyeznie.

eljárás

• vegye be a barométert, és helyezze az üvegedényt a tálba forró vízzel. A víz nem érheti el a gumiszalagot. Mit figyelsz meg a barométerről? Észrevesz valami változást? Ha igen, milyen változások?
• egy perc múlva vegye ki a barométert a vízből, gyorsan szárítsa le, majd helyezze ugyanazon a helyen, közel a falhoz, ahol a papírt csatolta. Készítsen egy másik sort a papírra úgy, hogy illeszkedjen a nyárs hegyes csúcsához. Hol van most a csúcspont? Hogyan változott a barométer?
• helyezze a barométert szobahőmérsékletű vízzel a tálba. Ismét figyelje meg, mi történik. Tartsa a tálban körülbelül 10 percig. 10 perc elteltével hogyan néz ki a barométer a korábbiaktól eltérően?
• 10 perc elteltével tegye vissza a barométert a helyére a fal mellett, majd készítsen egy másik sort a papírra, ahol a ferde mutat. Ezúttal mit vesz észre?
• Ezután helyezze a barométert a tálba jeges vízzel körülbelül egy percig. Mi történik a barométerrel a jeges vízben? Milyen különbségeket észlel?
• ismét helyezze a barométert a papírdiagram elé, majd készítsen egy másik sort, ahol a ferde hegy mutat. Meg tudja magyarázni a megfigyeléseit?
• helyezze a barométert szobahőmérsékletű vízzel a tálba, majd ismételje meg a lépéseket még egyszer. Hol mutat a nyárs csúcsa erre az időre? Miért?
• Extra: Ismételje meg a teszteket különböző vízhőmérsékletekkel. Hogyan változnak az eredmények más vízhőmérsékletekkel?
• Extra: vegye ki a barométert a légköri nyomás mérésére. Rajzoljon egy skálát, amely úgy néz ki, mint egy vonalzó egy másik papírlapra. Ezután helyezze a diagramot a barométer mellé úgy, hogy a középső vonal a nyárs hegyével illeszkedjen. Hagyja a barométert néhány napig kívül, minden nap Jelölje meg, hol mutat a nyárs. Mit jelent, ha a csúcs felfelé vagy lefelé mozog a skálán?

megfigyelések és eredmények
tudta mérni a Légnyomás változását a barométerével? Ebben a tevékenységben ténylegesen megmérte az üvegedényben lévő légnyomás változásait—nem a külső légköri nyomásváltozást. Mivel mi magunk nem tudjuk megváltoztatni a külső légköri nyomást, megváltoztattuk az üvegedényben lévő légnyomást, hogy bemutassuk, hogyan működik a ballon barométer.

amikor az üvegedényt lezárja a ballonnal, az üvegedényben bizonyos Légnyomás van. A fa nyárs hegyének elég szintűnek kell lennie az üvegedény tetejével, mivel a léggömb felülete nagyon lapos. Amikor az üvegedényt a forró vízbe helyezi, az edény belsejében lévő levegő felmelegszik, majd kitágul. Mivel az üveget a ballonnal lezárják, nincs hova menekülni—a ballon pedig elkezd duzzadni. Ez azért van, mert a légnyomás az üveg belsejében növekszik, majd nyomja ellen a ballon. Ennek eredményeként a fa nyárs lefelé mutat. Az Ön által készített vonalnak az eredeti vonal alatt kell lennie.

amikor a ballont szobahőmérsékletű vízbe helyezi, a levegő szobahőmérsékletre hűl vissza, ahol korábban volt, így a ballonnak újra laposnak kell lennie. Ugyanakkor a fából készült nyársnak összhangban kell lennie az eredeti vonallal. Az ellenkezője történik, amikor az üvegedényt jeges vízbe helyezi. Ahogy a jar belsejében lévő levegő még jobban lehűl, összehúzódik, majd a ballont az üvegbe húzza. Ez teszi a fa nyársat felfelé. A jeges vízhez készített vonalnak az eredeti vonal felett kell lennie. Szobahőmérsékletű vízben a léggömbnek és a fából készült nyársnak vissza kell térnie eredeti helyzetébe.

Ha a külső légnyomást méri a barométerrel, akkor fordított történik: a nyárs felfelé mutat az emelkedő légköri nyomással, amikor az edényen kívüli levegő a ballonra nyomódik. A csökkenő légköri nyomással a fa nyárs lefelé mutat. A fa nyárs helyének megjelölése minden nap elmondhatja, hogy milyen időjárásra számíthat!

tovább a felfedezéshez
Mi a légköri nyomás?, a NASA-tól
Méretváltó tudomány: Hogyan gázok összehúzódnak és bővülnek, a Scientific American
szívja fel-Hűtőlevegővel!, a Scientific American
tudományos tevékenységek minden korosztály számára!, a Science Buddies

Ez a tevékenység hozta neked együttműködve Science Buddies