Torricellis rør: å veie lufta

Et pedagogisk simuleringsspill. Forutsi hvor høy en væskesøyle lufta kan holde oppe, snu så røret og se søylen legge seg til ro.

LufttrykkBarometer

BAROMETERBENK

Kvikksølvbarometer

Klar
Slå på JavaScript for å snu rørene. Instruksjonene og det gjennomregnede eksemplet kan fortsatt leses.
VæskeLufttrykkForutsigelsen dinHøydeskala
Trykket fra søylenp = ρ·g·h

Tid

0.00 s

t

Søylehøyde

— m

h

Trykk fra søylen

— kPa

ρ·g·h

Rom over

— m

L − h

Lufttrykk

— kPa

p

Forutsi før du starter

Skriv forutsigelsen din for å gjøre røret klart. Start er av til det finnes et svar.

Forutsi hvor mye lufta kan holde oppe.

Oppdragspoeng—

En forutsigelse innenfor 2 % gir 100 poeng; en pumpehøyde må løfte vannet med høyst 2 % til gode. Riktig på første kjøring gir 50 til. En kjøring teller så snart den starter.

✓ Riktig svar① På første forsøk

Slik spiller du Torricellis rør

  1. Velg et rør og les tettheten til væsken, lufttrykket eller søylehøyden på kortet.
  2. Søylen legger seg der trykket er lik luftas: ρ·g·h = p, med p i pascal (1 kPa = 1000 Pa).
  3. Skriv forutsigelsen din og trykk på Start. Søylen synker, eller pumpen tømmer røret sitt, jevnt.
  4. Følg den oransje streken: den viser søylehøyden fra forutsigelsen din ved siden av den virkelige.

Hvordan kan luft holde oppe en væskesøyle?

Luft har tyngde, og hele atmosfæren over deg trykker på alt: omtrent 101 kPa ved havnivå, tyngden av 10 t på hver kvadratmeter. Du merker det ikke, fordi lufta i og rundt deg skyver like mye tilbake. I 1643 gjorde Torricelli det synlig. Han fylte et glassrør med kvikksølv, snudde det i en skål, og kvikksølvet sank til omtrent 760 mm med ingenting over. Søylen stopper der dens eget trykk nederst, ρ·g·h, er lik lufta som trykker på skålen: h = p ÷ (ρ·g). Det er et barometer: når lufta trykker mindre, på et fjell eller før et uvær, er søylen lavere. Vann har 13,6 ganger mindre tetthet enn kvikksølv, så et vannbarometer ville vært over 10 m høyt. Den samme grensen gjelder for en sugepumpe. Den trekker ikke vannet opp; den fjerner bare luft, og lufta utenfor skyver vannet opp i røret, aldri mer enn omtrent 10 m ved havnivå. Derfor trenger dype brønner en pumpe nede i bunnen.

En avgrenset læringsmodell

Røret er like vidt hele veien opp, og rommet over søylen er et perfekt vakuum (dampen fra væsken ses bort fra). Søylen synker jevnt i 2 s fra fullt rør til likevektshøyden h = p ÷ (ρ·g) uten å skvulpe; skålen er vid, så nivået i den endres ikke. Pumpen fjerner lufta fra røret sitt jevnt i løpet av 2 s, så vannet stiger jevnt til det når pumpen eller lufta utenfor ikke kan skyve det høyere; innenfor 0,05 % av grensen når det fortsatt fram. En pumpehøyde er riktig hvis vannet når pumpen med høyst 2 % til gode; alle andre forutsigelser innenfor 2 %. g = 9,8 m/s²; lufta ved havnivå trykker 101,3 kPa. Spilles i sanntid.

Når du bytter språk, beholdes røret, forutsigelsen, forsøkene og forløpet.