nyckelbegrepp
fysik
väder
luft
atmosfärstryck

Inledning
har du någonsin tittat på en väderprognos på TV? Om så är fallet kanske du har märkt bokstäverna ”H” och ” L ” som rör sig på väderkartan. De kallas ofta zoner med” högt tryck ”(H) och” lågt tryck ” (L). Trycket de pratar om är atmosfärstrycket. Förändringar i lufttrycket kan förutsäga kortsiktiga förändringar i vädret. Men hur vet du om lufttrycket förändras-eller om det är högt eller lågt? Forskare har utvecklat ett instrument som kallas en barometer som kan mäta atmosfärstryck. I den här aktiviteten får du reda på hur en barometer fungerar genom att bygga en själv!

bakgrund
jorden är omgiven av ett lager av luft som kallas atmosfären. Atmosfären är cirka 300 miles tjock, och det mesta ligger inom 10 miles från jordens yta. Luften består av gasmolekyler som kväve, syre och koldioxid. Alla dessa molekyler pressar ner på jorden, och detta tryck kallas lufttryck eller atmosfärstryck.

Du kan bli förvånad över att lära dig att luft har en vikt, även om du inte känner det. Vi har utvecklats så att trycket inuti vår kropp matchar det yttre atmosfärstrycket. Du kan dock känna förändringar i atmosfärstrycket. Om du till exempel flyger i ett flygplan kan dina öron börja skada. Detta beror på att ditt inre tryck vid hög höjd är större än det yttre trycket. Först när du balanserar båda trycket genom att göra öronen ”pop” kommer de att sluta skada.

atmosfärstrycket är högst vid havsnivån och minskar när du flyttar upp i atmosfären. Vid havsnivå varierar normalt lufttryck från 800 till 1050 millibar. På toppen av Mount Everest är lufttrycket cirka 30 procent mindre! Lufttrycket ändras med höjd och temperatur. Varm luft, som är mindre tät, stiger och resulterar i lägre lufttryck. När den stiger svalnar den och blir till vattenånga, som sedan kondenseras till vätska. Detta leder till molnbildning och regn. Lågt tryck är därför generellt förknippat med molnigt och regnigt väder. Å andra sidan resulterar kall luft med hög densitet i ökat lufttryck. När kall luft sjunker torkar den, vilket orsakar varma och torra väderförhållanden i högtryckszoner.

Nu när vi vet hur lufttrycket kan hjälpa till att förutsäga vädret behöver vi fortfarande ta reda på hur man mäter lufttrycket. För att göra detta har forskare utvecklat barometern. Det finns många olika typer av barometrar. En av dem är den vattenbaserade barometern: vatten förseglas i en glasbehållare med en smal Pip som förbinder utsidan till insidan. När det yttre lufttrycket ökar trycker det på vattnet i pipen, vilket resulterar i en minskning av vattennivån. När mindre luft (lägre lufttryck) trycker på vattnet inuti pipen stiger vattennivån. I denna aktivitet kommer du att bygga en variation av denna barometer. Tror du att det kan förutsäga morgondagens väder?

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 handdukar

förberedelse

• klipp av och kassera ballongens öppning, sträck sedan den återstående ballongdelen runt glasburkens öppning och linda den tätt.
• fäst ballongen i burken med gummibandet.
• tejpa änden av träspetten platt på toppen av ballongen med den spetsiga spetsen som pekar bort från burken.
• fyll den första skålen med rumstemperaturvatten, den andra skålen med varmt kranvatten (var försiktig med varmt vatten och ha en vuxen hjälp om det behövs) och den tredje skålen med isvatten.
• placera din barometer nära en vägg med spett parallellt med väggen.
• tejpa ett papper bakom barometern på väggen.
• rita en linje på papperet som stämmer upp med spetsen på spett.
• markera positionen där barometern är placerad. Du måste placera den på samma plats senare under aktiviteten.

procedur

• ta Barometern och placera glasburken i skålen med varmt vatten. Vattnet ska inte nå bortom gummibandet. Vad ser du om barometern? Märker du några ändringar? Om ja, vilken typ av förändringar?
• efter en minut ta barometern ur vattnet, torka snabbt av den och placera den på samma plats nära väggen där du har fäst papperet. Gör en annan linje på papperet så att den stämmer överens med spetsens spetsiga spets. Var pekar spetsen nu? Hur förändrades barometern?
• placera barometern i skålen med rumstemperaturvatten. Återigen observera vad som händer. Håll den i skålen i ca 10 minuter. Efter 10 minuter Hur ser barometern annorlunda ut än tidigare?
• efter 10 minuter sätta barometern tillbaka på sin plats vid väggen och gör en annan linje på papperet där spett pekar. Vad märker du den här gången?
• lägg sedan barometern i skålen med isvatten i ungefär en minut. Vad händer med Barometern i isvattnet? Vilka skillnader märker du?
• placera barometern igen framför pappersdiagrammet och gör en annan rad där spettspetsen pekar. Kan du förklara dina observationer?
• placera barometern i skålen med rumstemperaturvatten och upprepa stegen en gång till. Var pekar spettspetsen till den här tiden? Varför?
• Extra: Upprepa dina tester med olika vattentemperaturer. Hur förändras dina resultat med andra vattentemperaturer?
• Extra: Ta din barometer utanför för att mäta atmosfärstrycket. Rita en skala som ser ut som en linjal på ett annat papper. Placera sedan diagrammet bredvid barometern så att mittlinjen står i linje med spettspetsen. Lämna barometern ute i flera dagar, och varje dag markera var spett pekar. Vad betyder det när spetsen rör sig upp eller ner på din skala?

observationer och resultat
kunde du mäta förändringen i lufttrycket med din barometer? I denna aktivitet mätte du faktiskt lufttrycksförändringarna inuti glasburken-inte den yttre atmosfärstryckförändringen. Eftersom vi inte kan ändra det yttre atmosfärstrycket själva ändrade vi lufttrycket inuti glasburken för att visa hur ballongbarometern fungerar.

När du förseglar glasburken med ballongen finns det ett visst lufttryck inuti glasburken. Spetsen på träspetten ska vara ganska jämn med toppen av glasburken eftersom ballongytan är mycket platt. När du lägger glasburken i hett vatten värms luften inuti burken upp och expanderar. Eftersom burken är förseglad med ballongen har den ingenstans att fly—och ballongen börjar bukta. Detta beror på att lufttrycket inuti glaset ökar och pressar mot ballongen. Som ett resultat pekar träspetten nedåt. Linjen som du gjorde bör ligga under den ursprungliga linjen.

När du lägger ballongen i rumstemperaturvatten kyler luften tillbaka till rumstemperatur där den var tidigare, så din ballong ska bli platt igen. Samtidigt ska träspetten ligga i linje med din ursprungliga linje. Det motsatta händer när du lägger glasburken i isvatten. När luften inuti burken svalnar ännu mer dras den samman och drar ballongen i burken. Detta gör att träspetten pekar uppåt. Linjen som du gjorde för isvatten bör ligga över din ursprungliga linje. Tillbaka i rumstemperatur vatten ballongen och träspett bör komma tillbaka till sina ursprungliga positioner.

om du mäter externt lufttryck med din barometer kommer det omvända att hända: spett pekar uppåt med stigande atmosfärstryck när luften utanför burken trycker på ballongen. Med fallande atmosfärstryck pekar träspetten nedåt. Att markera platsen för träspetten varje dag kan berätta vilken typ av väder du kan förvänta dig!

mer att utforska
vad är atmosfärstryck?, från NASA
storleksförändrande vetenskap: Hur gaser kontrakt och expandera, från Scientific American
suga upp det—med kylluft!, från Scientific American
Science aktiviteter för alla åldrar!, från Science Buddies

denna aktivitet kom till dig i samarbete med Science Buddies