Влияет ли состав воздуха на его вес. Есть ли у воздуха вес? Сколько весит воздух
Светлана Чебышева
Опыт №1. «Где спрятался воздух?»
Оборудование: целлофановые пакеты, зубочистки.
Скажите, вы видите воздух вокруг нас? (нет, не видим)
Значит, воздух, какой? (невидимый) .
Давайте поймаем воздух.
Возьмите со стола целлофановые пакеты и попробуйте поймать воздух.
Закрутите пакеты.
Что произошло с пакетами? (они надулись, приобрели форму)
Попробуйте сдавить пакет. Почему не получается? (внутри находится воздух)
Где можно использовать это свойство воздуха? (надувной матрац, спасательный круг).
Давайте сделаем вывод: Воздух не имеет формы, он приобретает форму того предмета в который он попадает.
А теперь посмотрите на свою руку через пакет. Вы видите руку? (видим) .
Значит, воздух, какой? (он прозрачный, бесцветный, невидимый).
Давайте проверим, действительно внутри находится воздух?
Возьмите острую палочку и осторожно проколите мешочек. Поднесите его к лицу и нажмите на него руками.
Что вы чувствуете? (шипение) .
Так выходит воздух. Мы его не видим, но чувствуем.
Какой сейчас можно сделать вывод? Воздух нельзя увидеть, но его можно почувствовать.
Вывод: Воздух прозрачный, невидимый, бесцветный, не имеет формы.
Опыт №2. «Как увидеть воздух?»
Оборудование: трубочки для коктейля, стаканы с водой.
Подуйте через трубочку на свою ладошку.
Что почувствовала ладошка? (движение воздуха – ветерок) .
Воздухом мы дышим через рот или через нос, а потом его выдыхаем.
Можно ли увидеть воздух, которым мы дышим?
Давайте попробуем. Погрузите трубочку в стакан с водой и подуйте.
На воде появились пузырьки.
Откуда взялись пузырьки? (Это воздух, который мы выдыхали) .
Куда плывут пузырьки – поднимаются вверх или опускаются на дно?
(Воздушные пузырьки поднимаются вверх) .
Потому что воздух легкий, он легче воды. Когда весь воздух выйдет, пузырьков не будет.
Вывод: Воздух легче воды.
Опыт №3. «Воздух - невидимка»
Оборудование: большая прозрачная ёмкость с водой, стакан, салфетка.
На дно стакана необходимо закрепить бумажную салфетку. Перевернуть стакан вверх дном и медленно опустить его в ёмкость с водой.
Обратить внимание детей на то, что стакан нужно держать очень ровно. Вынули стакан из воды и потрогали салфетку, она оказалась сухой.
Что получается? Попадает ли вода в стакан? Почему нет?
Это доказывает, что в стакане находился воздух, который не пустил воду в стакан. А раз воды нет, значит, она намочить салфетку не может.
Детям предлагается снова опустить стакан в банку с водой, но теперь предлагается держать стакан не прямо, а немного наклонив его.
Что появляется в воде? (Видны пузырьки воздуха) .
Откуда они взялись? Воздух выходит из стакана, и его место занимает вода.
Вывод: Воздух прозрачный, невидимый.
Опыт №4. «Движение воздуха»
Оборудование: Заранее сделанные из цветной бумаги веера.
Ребята, а мы можем почувствовать движение воздуха? А увидеть?
На прогулке мы часто наблюдаем движение воздуха (качаются деревья, бегут облака, крутится вертушка, пар изо рта) .
А в комнате мы можем почувствовать движение воздуха? Как? (вентилятор) .
Воздух не видим, зато мы его можем ощутить.
Возьмите веера и помашите им в лицо.
Что вы чувствуете? (Чувствуем, как воздух движется) .
Вывод: Воздух движется.
Опыт №5. «Имеет ли воздух вес?»
Оборудование: два одинаково надутых воздушных шарика, зубочистка, весы (можно заменить палкой длинной около 60-ти см. На её середине закрепите верёвочку, а на концах воздушные шары) .
Предложите детям подумать, что произойдёт, если вы проткнёте один из шаров острым предметом.
Проткните зубочисткой один из надутых шаров.
Из шарика выйдет воздух, а конец, к которому он привязан, поднимется вверх. Почему? (Шарик без воздуха стал легче) .
Что произойдёт, когда мы проткнём и второй шарик?
Проткните зубочисткой второй шарик.
У вас опять восстановится равновесие. Шарики без воздуха весят одинаково, так же, как и надутые.
Вывод: Воздух имеет вес.
Многих может удивить тот факт, что воздух имеет определенный ненулевой вес. Точное значение этого веса определить не так просто, поскольку на него сильно влияют такие факторы, как химический состав, влажность, температура и давление. Рассмотрим подробнее вопрос о том, сколько весит воздух.
Что такое воздух
Прежде чем отвечать на вопрос о том, сколько весит воздух, необходимо разобраться с тем, что представляет собой эта субстанция. Воздух - это газовая оболочка, которая существует вокруг нашей планеты, и которая представляет гомогенную смесь различных газов. В состав воздуха входят следующие газы:
- азот (78,08%);
- кислород (20,94%);
- аргон (0,93%);
- водяной пар (0,40%);
- углекислый газ (0,035%).
Помимо перечисленных выше газов, в воздухе также присутствуют в минимальных количествах неон (0,0018%), гелий (0,0005%), метан (0,00017%), криптон (0,00014%), водород (0,00005%), аммиак (0,0003%).
Интересно отметить, что разделить эти компоненты можно, если конденсировать воздух, то есть превратить его в жидкое состояние путем увеличения давления и уменьшения температуры. Поскольку каждый компонент воздуха обладает своей температурой конденсации, то таким способом удается выделить все компоненты из воздуха, что используется на практике.
Вес воздуха и факторы, которые на него влияют
Что мешает ответить точно на вопрос, сколько весит кубометр воздуха? Конечно же, ряд факторов, которые могут сильно влиять на этот вес.
Во-первых, это химический состав. Выше приведены данные для состава чистого воздуха, однако, в настоящее время этот воздух во многих местах планеты сильно загрязнен, соответственно, его состав будет другим. Так, вблизи больших городов в воздухе содержится больше углекислого газа, аммиака, метана, чем в воздухе сельской местности.
Во-вторых, влажность, то есть количество водяного пара, которое содержится в атмосфере. Чем более влажный воздух, тем меньше он весит при прочих равных условиях.
В-третьих, температура. Это один из важных факторов, чем меньше ее значение, тем выше плотность воздуха, и, соответственно, тем больше его вес.
В четвертых, атмосферное давление, которое непосредственно отражает количество молекул воздуха в определенном объеме, то есть его вес.
Чтобы понять, как совокупность этих факторов влияет на вес воздуха, приведем простой пример: масса одного метра кубического сухого воздуха при температуре 25°C, находящегося вблизи поверхности земли, составляет 1,205 кг, если же рассматривать аналогичный объем воздуха вблизи поверхности моря при температуре 0°C, то его масса уже будет равна 1,293 кг, то есть увеличится на 7,3%.
Изменение плотности воздуха с высотой
С увеличением высоты падает давление воздуха, соответственно, уменьшается его плотность и вес. Атмосферный воздух при давлениях, которые наблюдаются на Земле, можно в первом приближении считать идеальным газом. Это означает, что давление и плотность воздуха математически связываются друг с другом через уравнение состояния идеального газа: P = ρ*R*T/M, где P - давление, ρ - плотность, T - температура в кельвинах, M - молярная масса воздуха, R - универсальная газовая постоянная.
Из приведенной выше формулы можно получить формулу зависимости плотности воздуха от высоты, если учесть, что давление изменяется по закону P = P 0 +ρ*g*h, где P 0 - давление у поверхности земли, g - ускорение свободного падения, h - высота. Подставляя эту формулу для давления в предыдущее выражение, и выражая плотность, получаем: ρ(h) = P 0 *M/(R*T(h)+g(h)*M*h). С помощью этого выражения можно определить плотность воздуха на любой высоте. Соответственно вес воздуха (правильнее говорить масса) определяется по формуле m(h) = ρ(h)*V, где V - заданный объем.
В выражении зависимости плотности от высоты можно заметить, что от высоты также зависят температура и ускорение свободного падения. Последней зависимостью можно пренебречь, если речь идет о высотах не более 1-2 км. Что касается температуры, то ее зависимость от высоты хорошо описывается следующим эмпирическим выражением: T(h) = T 0 -0,65*h, где T 0 - температура воздуха вблизи поверхности земли.
Чтобы не вычислять постоянно плотность для каждой высоты, ниже приведем таблицу зависимости главных характеристик воздуха от высоты (до 10 км).
Какой воздух является самым тяжелым
Рассмотрев основные факторы, которые определяют ответ на вопрос о том, сколько весит воздух, можно понять, какой воздух будет самым тяжелым. Говоря кратко, холодный воздух весит всегда больше, чем теплый, поскольку плотность последнего ниже, и сухой воздух весит больше, чем влажный. Последнее утверждение легко понять, поскольку составляет 29 г/моль, а молярная масса молекулы воды равна 18 г/моль, то есть меньше в 1,6 раза.
Определение веса воздуха при заданных условиях
Теперь решим конкретную задачу. Ответим на вопрос о том, сколько весит воздух, занимающий объем 150 л, при температуре 288 К. Учтем, что 1 литр составляет тысячную часть от кубического метра, то есть 1 л = 0,001 м 3 . Что касается температуры 288 К, то она соответствует 15°C, то есть является типичной для многих районов нашей планеты. Далее нужно определить плотность воздуха. Сделать это можно двумя способами:
- Рассчитать по приведенной выше формуле для высоты 0 метров над уровнем моря. В этом случае получается значение ρ = 1,227 кг/м 3
- Посмотреть в приведенную выше таблицу, которая построена, исходя из T 0 = 288,15 К. В таблице стоит значение ρ = 1,225 кг/м 3 .
Таким образом, получилось два числа, которые хорошо согласуются друг с другом. Небольшое различие связано с погрешностью 0,15 К при определении температуры, а также с тем, что воздух является все же не идеальным, а реальным газом. Поэтому для дальнейших расчетов возьмем среднее из двух полученных значений, то есть ρ = 1,226 кг/м 3 .
Теперь, пользуясь формулой связи массы, плотности и объема, получаем: m = ρ*V = 1,226 кг/м 3 * 0,150 м 3 = 0,1839 кг или 183,9 грамма.
Также можно ответить, сколько весит литр воздуха при заданных условиях: m = 1,226 кг/м 3 * 0,001 м 3 = 0,001226 кг или приблизительно 1,2 грамма.
Почему мы не чувствуем, что воздух давит на нас
Сколько весит 1 м3 воздуха? Чуть больше 1 килограмма. Весь же атмосферный стол нашей планеты давит на человека своим весом в 200 кг! Это достаточно большая масса воздуха, которая могла бы доставить много неприятностей человеку. Почему же мы ее не чувствуем? Это объясняется двумя причинами: во-первых, внутри самого человека имеется также внутреннее давление, которое оказывает противодействие внешнему атмосферному давлению, во-вторых, воздух, будучи газом, оказывает давление во всех направлениях одинаково, то есть давления во всех направлениях уравновешивают друг друга.
Когда мы хотим подчеркнуть лёгкость, почти «невесомость» чего-то, мы обычно говорим «воздушный», тем самым подчёркивая, что воздух представляется нам чем-то, не имеющим веса. В этом люди были уверены на протяжении многих веков, и уверенность подкреплялась авторитетом такого уважаемого учёного, как Аристотель. Этот великий древнегреческий философ однажды задался вопросом, есть ли вес у воздуха. Как подобает учёному, он решил проверит это в эксперименте. На одну чашу весов он положил надутый воздухом кожаный бурдюк, на другую – точно такой же бурдюк, только пустой. Чаши весов уравновесились, следовательно, воздух ничего не весит!
Не будем судить строго: в то время физика только зарождалась, и Аристотель, как всякий первопроходец, не мог избежать ошибок. Чтобы понять, в чём была ошибка великого учёного, вспомним точное значение слова «вес»: сила, с которой тело действует на опору или подвес. То, что мы в быту называем весом и измеряем в килограммах – это масса, свойство тел изменять свою скорость при действии на них силы. Смешивать эти понятия не надо: в невесомости тела теряют именно вес, а не массу, так что в космическом корабле шкаф будет висеть в воздухе, но сдвинуть его с места будет не легче, чем на Земле. Так вот, с помощью весов измеряют именно вес, но вес этот соответствует определённой массе, а поскольку интересует нас при этом именно масса, для простоты мы говорим при этом о граммах и килограммах, а не о ньютонах, в которых измеряется сила, но измеряется-то именно сила, вот именно с силой и вышла ошибка. Когда кожаный бурдюк, надули, увеличился его объём, следовательно, изменилась действующая на него выталкивающая сила окружающего воздуха (закон Архимеда, который во времена Аристотеля ещё не был открыт), вот чаши весов и уравновесились.
Другим путём пошёл Г.Галилей. Он взвешивал не мешок, а полый медный шар, который свой объём изменять не может. Исследователь положил его на весы, а затем откачал воздух из шара. И что же? Шар стал легче! Это означало, что «невесомый» воздух весил!
По тем временам такое заявление могло выглядеть чрезвычайно смелым (шутка ли - спорить с самим Аристотелем, чьи взгляды «освящались» авторитетом католической церкви!), но сейчас мы понимаем, что это логично. Чтобы тело обладало весом (т.е. действовало на опору), нужно, в сущности, немного – чтобы на него действовала сила земного притяжения. На воздух она действует. Будь это не так, у нас бы и атмосферы не осталось, все атомы газов, составляющих её, разлетелись бы в космическом пространстве, следовательно, есть у воздуха и вес, который действует на земную поверхность и на всё, что на ней находится. Вес этот действительно невелик – напёрсток воды, например, весит больше, чем литр воздуха, но… его много! Если мы возьмём воздух от земной поверхности до верхней границы атмосферы на площади в один квадратный сантиметр – это будет вес, соответствующий одному килограмму. Площадь человеческой ладони – около 70 квадратных сантиметров, следовательно, воздух оказывает на неё такое воздействие, как если бы мы держали на ладони предмет массой в 70 кг! А на человеческое тело в целом воздух действует с силой, соответствующей 15 тоннам, это три грузовика-пятитонки!
Но мы этой тяжести не ощущаем по одной простой причине: внутри нашего тела тоже есть воздух, и действует он с такой же силой, уравновешивая вес воздуха снаружи. Иначе и быть не может, ведь наш биологический вид возник на этой планете, в условиях этой атмосферы. А вот атмосфера Венеры, например, раздавила бы нас в два счёта!
Физика на каждом шагу Перельман Яков Исидорович
Сколько весит воздух в комнате?
Можете ли вы хоть приблизительно сказать, какой груз представляет воздух, вмещаемый вашей комнатой? Несколько граммов или несколько килограммов? В силах ли вы поднять такой груз одним пальцем или же едва удержали бы его на плечах?
Теперь, пожалуй, не найдется уже людей, которые думают, как полагали древние, что воздух вовсе ничего не весит. Но сказать, сколько весит определенный объем воздуха, многие и сейчас не смогут.
Запомните же, что литровая кружка воздуха той плотности, какую он имеет близ земной поверхности при обычной комнатной температуре, весит около 1.2 г. Так как в кубическом метре содержится 1 тыс. л, то кубометр воздуха весит в тысячу раз больше, чем 1.2 г, а именно 1,2 кг. Теперь нетрудно уже ответить на поставленный раньше вопрос. Для этого нужно лишь узнать, сколько кубических метров в вашей комнате, и тогда определится вес содержащегося в ней воздуха.
Пусть комната имеет площадь в 10 м 2 , а высоту – 4 м. В такой комнате 40 кубометров воздуха, который весит, значит, сорок раз по 1,2 кг. Это составит 48 кг.
Итак, даже в столь небольшой комнате воздух весит немногим меньше, чем вы сами. Унести на плечах подобный груз вам удалось бы не без труда. А воздух вдвое более просторной комнаты, нагруженный на вашу спину, мог бы вас раздавить.
Из книги Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное] автора Кондрашов Анатолий Павлович Из книги История свечи автора Фарадей Майкл Из книги Пять нерешенных проблем науки автора Уиггинс Артур Из книги Физика на каждом шагу автора Перельман Яков Исидорович Из книги Движение. Теплота автора Китайгородский Александр Исаакович Из книги НИКОЛА ТЕСЛА. ЛЕКЦИИ. СТАТЬИ. автора Тесла Никола Из книги Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей автора Дмитриев Александр Станиславович Из книги Мария Кюри. Радиоактивность и элементы [Самый сокровенный секрет материи] автора Паес Адела Муньос Из книги автораЛЕКЦИЯ II СВЕЧА. ЯРКОСТЬ ПЛАМЕНИ. ДЛЯ ГОРЕНИЯ НЕОБХОДИМ ВОЗДУХ. ОБРАЗОВАНИЕ ВОДЫ На прошлой лекции мы рассмотрели общие свойства и расположение жидкой части свечи, а также и то, каким образом эта жидкость попадает туда, где происходит горение. Вы убедились, что когда свеча
Из книги автораВоздух местного производства Поскольку внутренние планеты - Меркурий, Венера, Земля и Марс - расположены близко к Солнцу (рис. 5.2), вполне разумно предположить, что и состоят они из одного сырья. Так и есть. Рис. 5.2. Орбиты планет Солнечной системыИзображения в масштабе
Из книги автораСколько воздуха вы вдыхаете? Интересно подсчитать также, сколько весит тот воздух, который мы вдыхаем и выдыхаем в течение одних суток. При каждом вдохе человек вводит в свои легкие около полулитра воздуха. Делаем же мы в минуту, средним числом, 18 вдыханий. Значит, за одну
Из книги автораСколько весит весь воздух на Земле? Опыты, сейчас описанные, показывают, что столб воды в 10 м высоты весит столько же, сколько столб воздуха от Земли до верхней границы атмосферы, – оттого они и уравновешивают друг друга. Нетрудно вычислить поэтому, сколько весит
Из книги автораЖелезный пар и твердый воздух Не правда ли – странное сочетание слов? Однако это вовсе не чепуха: и железный пар, и твердый воздух существуют в природе, но только не при обычных условиях.О каких же условиях идет речь? Состояние вещества определяется двумя
Из книги автораПЕРВЫЕ ПОПЫТКИ ПОЛУЧИТЬ САМО-ДЕИСТВУЮЩИИ ДВИГАТЕЛЬ - МЕХАНИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛЯТОР - РАБОТА ДЮАРА И ЛИНДЕ - ЖИДКИЙ ВОЗДУХ Осознав эту истину, я начал изыскивать пути выполнения моей идеи, и после длительных размышлений, я наконец придумал аппарат, который смог бы получать
Из книги автора51 Прирученная молния прямо в комнате – и безопасно! Для опыта нам потребуются: два воздушных шарика. Все видели молнию.Страшный электрический разряд бьет прямо из тучи, сжигая все, во что попадает. Зрелище это и страшно, и притягивает. Молния опасна, она убивает все живое.
Из книги автораСКОЛЬКО? Еще до начала изучения урановых лучей Мария уже решила, что оттиски на фотографических пленках были неточным методом анализа, а она хотела измерить интенсивность лучей и сравнить количество излучения, испускаемого различными веществами. Она знала: Беккерель