Experiência de Torricelli: medidas de pressão atmosférica, importância - Ciência - 2023

Contente

• O experimento
• A medição da pressão atmosférica
• O barômetro Torricelli
• Importância da pressão atmosférica para o clima
• o torr e outras unidades para pressão
• Altímetros
• Referências

oExperiência de Torricelli Foi realizada pelo físico e matemático italiano Evangelista Torricelli em 1644 e resultou na primeira medição da pressão atmosférica.

Esta experiência surgiu da necessidade de melhorar o abastecimento de água nas cidades. Evangelista Torricelli (1608-1647), que era um matemático da corte do grão-duque da Toscana Ferdinando II, havia estudado fenômenos hidráulicos junto com Galileu.

O experimento

Em 1644, Torricelli fez a seguinte experiência:

- O mercúrio foi introduzido em um tubo de 1 m de comprimento, aberto em uma extremidade e fechado na outra.

- Quando o tubo estava completamente cheio, ele inverteu e jogou em um recipiente que também continha mercúrio.

- Torricelli observou que a coluna desceu e parou a cerca de 76 cm de altura.

- Ele também percebeu que um vácuo foi gerado no espaço que sobrou, embora não perfeito.

Torricelli repetiu o experimento usando diferentes tubos. Ele até fez uma pequena variação: colocou água no balde, que, por ser mais leve, flutuou sobre o mercúrio. Em seguida, ele lentamente levantou o tubo contendo mercúrio até a superfície da água.

Então o mercúrio desceu e a água subiu. O vácuo obtido, como já dissemos, não foi perfeito, pois sempre houve resquícios de vapor de mercúrio ou água.

A medição da pressão atmosférica

A atmosfera é uma mistura de gases em que predominam o nitrogênio e o oxigênio, com vestígios de outros gases como argônio, dióxido de carbono, hidrogênio, metano, monóxido de carbono, vapor d'água e ozônio.

A atração gravitacional exercida pela Terra é responsável por manter todo o entorno do planeta.

É claro que a composição não é uniforme, nem a densidade, pois depende da temperatura. Perto da superfície existe uma boa quantidade de poeira, areia e poluentes de eventos naturais e também da atividade humana. As moléculas mais pesadas estão mais próximas do solo.

Como há tanta variabilidade, é necessário escolher uma altitude de referência para a pressão atmosférica, que por conveniência foi tomada como nível do mar.

Aqui não é qualquer nível do mar, porque também apresenta oscilações. O nível o dado algum sistema de referência geodésico é escolhido com a ajuda de comum acordo entre os especialistas.

Quanto vale a pressão atmosférica perto do solo? Torricelli encontrou seu valor ao medir a altura da coluna: 760 mm de mercúrio.

O barômetro Torricelli

No topo do tubo, a pressão é 0, pois o vácuo foi estabelecido ali. Enquanto isso, na superfície do tanque de mercúrio, a pressão P₁ é a pressão atmosférica.

Vamos escolher a origem do referencial na superfície livre do mercúrio, na parte superior do tubo. A partir daí até a superfície do mercúrio no recipiente ser medida H, a altura da coluna.

A pressão no ponto marcado em vermelho, na profundidade e₁ isto é:

P₁ = P_ou + ρ_Hg . g.y₁

Onde ρ_Hg é a densidade do mercúrio. Sendo que Y₁ = H Y Po = 0:

P₁ = ρ_Hg . g.H

H = P₁/ ρ_Hg.g

Uma vez que a densidade do mercúrio é constante e a gravidade é constante, verifica-se que a altura da coluna de mercúrio é proporcional aP_1, que é a pressão atmosférica. Substituindo valores conhecidos:

H = 760 mm = 760 x 10 ^-3 m

g = 9,8 m / s²

ρ_Hg = 13,6 g / cc = 13,6 x 10 ³ kg / m³

P₁ = 13,6 x 10 ³ kg / m³ x 9,8 m / s² x 760 x 10 ^-3 m = 101,293 N / m²= 101,3 kN / m²

A unidade de pressão no Sistema Internacional é o pascal, abreviado Pa. De acordo com o experimento de Torricelli, a pressão atmosférica é 101,3 kPa.

Importância da pressão atmosférica para o clima

Torricelli observou que o nível de mercúrio no tubo sofria pequenas variações a cada dia, então ele deduziu que a pressão atmosférica também deve mudar.

A pressão atmosférica é responsável por grande parte do clima, porém suas variações diárias passam despercebidas. É porque eles não são tão perceptíveis quanto tempestades ou frio, por exemplo.

No entanto, essas variações na pressão atmosférica são responsáveis ​​pelos ventos, que por sua vez influenciam a precipitação, temperatura e umidade relativa. Quando o solo se aquece, o ar se expande e tende a subir, fazendo com que a pressão caia.

Sempre que o barômetro indica altas pressões, pode-se esperar bom tempo, enquanto que com baixas pressões há possibilidade de tempestades. No entanto, para fazer previsões meteorológicas precisas, você precisa de mais informações sobre outros fatores.

o torr e outras unidades para pressão

Embora pareça estranho, visto que pressão é definida como força por unidade de área, em meteorologia é válido expressar a pressão atmosférica em milímetros de mercúrio, conforme estabelecido por Torricelli.

É porque o barômetro de mercúrio continua a ser usado hoje com pouca variação desde aquela época, de forma que em homenagem a Torricelli, 760 mm de Hg é igual a 1 torr. Em outras palavras:

1 torr = 760 mm Hg = 30 polegadas Hg = 1 pressão atmosférica = 101,3 kPa

Se Torricelli tivesse usado água em vez de mercúrio, a altura da coluna seria de 10,3 m. O barômetro de mercúrio é mais prático por ser mais compacto.

Outras unidades amplamente utilizadas são barras e milibares. Um milibar equivale a um hectopascal ou 10² pascals.

Altímetros

Um altímetro é um instrumento que indica a altura de um local, comparando a pressão atmosférica naquela altura com a do solo ou outro local de referência.

Se a altura não for muito grande, em princípio podemos supor que a densidade do ar permanece constante. Mas isso é uma aproximação, pois sabemos que a densidade da atmosfera diminui com a altura.

Usando a equação usada acima, a densidade do ar é usada em vez da do mercúrio:

P₁ = P_ou + ρ_ar . g.H

Nesta expressão P_oué tomada como a pressão atmosférica ao nível do solo e P1é aquele do lugar cuja altitude deve ser determinada:

H = (P₁ - P_ou) / ρ_ar . g

A equação altimétrica mostra que a pressão diminui exponencialmente com a altura: para H = 0, P₁= P_oue sim H → ∞, tãoP₁=0.

Referências

1. Figueroa, D. 2005. Série: Física para Ciências e Engenharia. Volume 5. Fluidos e termodinâmica. Editado por Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Physics: A Look at the World. 6ª edição resumida. Cengage Learning.
3. Lay, J. 2004. General Physics for Engineers. USACH.
4. Mott, R. 2006. Fluid Mechanics. 4º. Edição. Pearson Education.
5. Strangeways, I. 2003. Measuring the Natural Environment. 2ª Edição. Cambridge University Press.