Ответьте на вопросы, страница 54 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Как измеряют атмосферное давление?

2. Чему равно нормальное атмосферное давление?

3. Как человек дышит?

4. Чему равна масса воздушной оболочки Земли?

1. Как измеряют атмосферное давление?
Атмосферное давление измеряют с помощью специальных приборов, называемых барометрами. Существует несколько видов барометров. Исторически первым был ртутный барометр, изобретенный Эванджелистой Торричелли. В нем давление атмосферы уравновешивается столбиком ртути в запаянной с одного конца трубке. Высота этого столбика, измеряемая в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), и показывает величину давления. Более современным и безопасным является барометр-анероид (от греч. «безжидкостный»). Его основной частью является герметичная металлическая коробка с гофрированными стенками, из которой откачан воздух. При изменении атмосферного давления коробка сжимается или расширяется, и это движение через систему рычагов передается на стрелку, указывающую давление на шкале. В современной метеорологии также широко используются цифровые барометры, которые измеряют давление с помощью электронных датчиков и выводят результат на дисплей. Давление измеряется в паскалях (Па), миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.) или атмосферах (атм).

Ответ: Атмосферное давление измеряют при помощи барометров (ртутных, анероидов, цифровых).

2. Чему равно нормальное атмосферное давление?
Нормальное атмосферное давление — это условная величина, принятая за стандарт для проведения физических и технических расчетов. Оно соответствует давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °C на уровне моря на широте 45°. Это значение было установлено на основе многолетних наблюдений и является средним значением атмосферного давления на уровне мирового океана. В Международной системе единиц (СИ) нормальное атмосферное давление выражается в паскалях.
Нормальное атмосферное давление равно:
• $760$ миллиметрам ртутного столба (мм рт. ст.).
• $101325$ паскалям (Па) или $101.325$ килопаскалям (кПа).
• $1.01325$ бар.
• $1$ стандартной атмосфере (атм).

Ответ: Нормальное атмосферное давление равно $760$ мм рт. ст. или $101325$ Па.

3. Как человек дышит?
Процесс дыхания человека основан на изменении объема грудной клетки и, как следствие, разницы давлений внутри легких и в окружающей атмосфере. Дыхание состоит из двух фаз: вдоха и выдоха.
Вдох: Межреберные мышцы сокращаются и приподнимают ребра. Одновременно сокращается и опускается диафрагма — куполообразная мышца, отделяющая грудную полость от брюшной. В результате этих действий объем грудной клетки увеличивается. Легкие, следуя за стенками грудной клетки, также расширяются. Увеличение объема легких приводит к понижению давления воздуха в них — оно становится ниже атмосферного. Из-за этой разницы давлений воздух устремляется из атмосферы в легкие.
Выдох: Происходит обратный процесс. Межреберные мышцы и диафрагма расслабляются, грудная клетка опускается под действием силы тяжести, а диафрагма поднимается. Объем грудной клетки и легких уменьшается. Это приводит к повышению давления воздуха в легких — оно становится выше атмосферного. В результате воздух выталкивается из легких наружу.

Ответ: Человек дышит за счет сокращения и расслабления дыхательных мышц (межреберных и диафрагмы), что изменяет объем грудной клетки и создает разность давлений между легкими и атмосферой, заставляя воздух входить при вдохе и выходить при выдохе.

4. Чему равна масса воздушной оболочки Земли?
Массу воздушной оболочки Земли (атмосферы) можно вычислить, зная среднее атмосферное давление на поверхности планеты, площадь ее поверхности и ускорение свободного падения.

Дано:

Среднее атмосферное давление у поверхности Земли $p_{атм} = 101325 \text{ Па}$
Средний радиус Земли $R_{З} = 6371 \text{ км}$
Ускорение свободного падения $g \approx 9.8 \text{ м/с}^2$

Перевод в систему СИ:
$R_{З} = 6371 \text{ км} = 6371 \cdot 10^3 \text{ м} = 6.371 \cdot 10^6 \text{ м}$

Найти:

Массу атмосферы $m_{атм}$.

Решение:

Атмосферное давление $p$ по определению равно силе $F$, действующей на единицу площади $S$: $p = \frac{F}{S}$.
Сила, с которой атмосфера давит на земную поверхность, — это ее вес $P$, который равен $P = F = m_{атм} \cdot g$.
Таким образом, $p_{атм} = \frac{m_{атм} \cdot g}{S_{З}}$, где $S_{З}$ — площадь поверхности Земли.
Отсюда можно выразить массу атмосферы: $m_{атм} = \frac{p_{атм} \cdot S_{З}}{g}$.
Площадь поверхности Земли, принимая ее за шар, вычисляется по формуле: $S_{З} = 4 \pi R_{З}^2$.
Вычислим площадь поверхности Земли:
$S_{З} = 4 \cdot 3.14159 \cdot (6.371 \cdot 10^6 \text{ м})^2 \approx 5.1 \cdot 10^{14} \text{ м}^2$.
Теперь подставим все значения в формулу для массы атмосферы:
$m_{атм} = \frac{101325 \text{ Па} \cdot 5.1 \cdot 10^{14} \text{ м}^2}{9.8 \text{ м/с}^2} \approx \frac{5.168 \cdot 10^{19} \text{ Н}}{9.8 \text{ м/с}^2} \approx 5.27 \cdot 10^{18} \text{ кг}$.
Полученное значение близко к общепринятой оценке массы атмосферы, которая составляет примерно $5.15 \cdot 10^{18}$ кг. Небольшое расхождение связано с использованием усредненных значений давления, радиуса и ускорения свободного падения.

Ответ: Масса воздушной оболочки Земли составляет примерно $5.27 \cdot 10^{18}$ кг.