На воздух действует сила тяжести. Следовательно, воздух обладает весом. Чтобы его вычислить, нужно узнать его массу.
Для этого возьмём колбу с пробкой, резиновую трубку и зажим.
Выкачаем из колбы воздух. Взвесим её на весах. Так мы узнаем массу самой колбы без воздуха. Она равна массе гирьки. Обозначим массу гирьки m1. Значит, масса колбы равна m1.
Теперь запустим в неё воздух и подберём гирьку, чтобы компенсировать массу закачанного воздуха. Обозначим массу этой гирьки m2. Соответственно масса воздуха внутри колбы будет равна m2.
Вес массы воздуха, заключённого в колбу равен силе тяжести, которая равна m2·g.
Из-за действия силы тяжести, верхние слои воздуха сжимают нижние слои.
Воздушный слой у поверхности Земли сжат больше всего. Согласно закону Паскаля, давление на этот слой передаётся по всем направлениям.
Это давление воздействует на саму поверхность Земли и на всё, что на ней находится. Это и есть атмосферное давление.
Благодаря атмосферному давлению можно наблюдать многие интересные явления.
Например, если мы опустим шприц в воду и начнём вытягивать поршень, то вода последует за поршнем. Объясняется это следующим. Наружный воздух давит на воду. По закону Паскаля это давление передаётся во всех направления без изменения. Значит, внутри трубки шприца также присутствует атмосферное давление.
Между водой и поршнем есть немножко воздуха. Но как только поршень начинает подниматься, воздух стремиться стать более разреженным из-за увеличения объёма ёмкости, в которой он находится. Вследствие этого его давление сильно уменьшается по сравнению с атмосферным давлением. Вода устремляется в сторону меньшего давления, то есть вверх за поршнем. Между поршнем и водой сохраняется всё та же небольшая часть воздуха. Его давление равно атмосферному, поэтому он не сжимается дальше под давлением воды.
Атмосферное давление нельзя измерить по формуле для давления столба жидкости, то есть p = ρ·g·h здесь не применимо. Для такого расчёта нужно было бы знать высоту атмосферы и плотность воздуха. Но определённой границы у атмосферы нет, а плотность воздуха на разной высоте сильно различается. В связи с этим, для измерения атмосферного давления требуется другой подход.
Другой подход в 17-м веке предложил итальянский учёный Эванджелиста Торричелли. Он провёл опыт, который заключается в следующем.
Стеклянная трубка длиной около 1 метра, запаянная с одного конца, заполняется ртутью до самого верха. Ртуть также заливается в чашу. Открытый конец трубки зажимается. Трубка переворачивается и опускается в чашу. Затем конец трубки открывается. Если бы не было атмосферного давления, то ртуть бы полностью вылилась из трубки в чашу. Однако выливается лишь её часть. В трубке же остаётся столб высотой около 760 мм. При этом в трубке над ртутью воздуха нет.
Дело в том, что атмосфера давит на ртуть в чаше. Это давление передаётся без изменений в часть трубки, отмеченной буквой А. И уравновешивается давлением столба жидкости, то есть ртути, высотой около 760 мм. Это значит, что давление столба жидкости равно атмосферному давлению.
Получается, подсчитав давление столба жидкости, можно узнать атмосферное давление.
Давление столба жидкости, как мы уже знаем, рассчитывается по этой формуле: p = ρ·g·h.
Плотность ртути приблизительно равна 13 600 кг/м3. Ускорение свободного падения примерно равно 9,8 Н/кг. Высота h = 760 мм = 0,76 м.
Подставим значения в формулу, округлим результат и получим давление 101 300 Н/м2 . Н/м2 – это Паскаль, поэтому можно переписать ответ в Паскалях. Но так как цифра очень большая, удобнее использовать килопаскали. В итоге получилось 101,3 кПа.
Однако традиционно атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба.
Устройство, представленное на рисунке, носит название ртутный барометр.