Choć rzadko o tym myślimy, powietrze otacza nas przez cały czas i wywiera siłę na każdy centymetr naszego ciała. Ta siła, znana jako ciśnienie powietrza, jest jednym z najważniejszych tematów w nauce, ponieważ wyjaśnia wzorce pogodowe, jak latają samoloty i wiele innych cudów. W przypadku, gdy planujesz uczyć dzieci o ciśnieniu powietrza, przedstawiamy wyjaśnienie podstaw oraz kilka prostych, zabawnych i wciągających eksperymentów demonstrujących siłę tego naturalnego zjawiska.

Co to jest ciśnienie powietrza?

Termin „ciśnienie powietrza” jest używany w odniesieniu do ciężaru cząsteczek powietrza naciskających na ziemię. Na poziomie morza, ciśnienie powietrza jest ogólnie 14,7 psi (funtów na cal kwadratowy), co oznacza, że 14,7 funtów są naciskając w dół na każdym calu kwadratowym naszych ciał. Powodem, dla którego wciąż możemy swobodnie poruszać naszymi ciałami, jest to, że powietrze wywiera na nas ciśnienie we wszystkich kierunkach, a powodem, dla którego nie jesteśmy zmiażdżeni, jest to, że ciśnienie powietrza wewnątrz naszych ciał jest takie samo.Ciśnienie powietrza zależy od następujących trzech czynników:

• Temperatura: Gdy powietrze staje się cieplejsze, rozszerza się. Rozszerzenie to powoduje zmniejszenie gęstości powietrza, co skutkuje obniżeniem ciśnienia. Kiedy powietrze staje się zimniejsze, z drugiej strony, kurczy się. Kurczenie się powoduje, że powietrze staje się gęstsze, co prowadzi do wzrostu ciśnienia. To zjawisko powoduje, że obszary w pobliżu równika, które są gorące, zazwyczaj mają niskie ciśnienie powietrza, a obszary w pobliżu bieguna północnego i południowego, które są zimne, mają wysokie ciśnienie powietrza.
• Wysokość: Im wyżej jesteś nad poziomem morza, tym mniej gęste jest powietrze. Ponieważ mniej gęste powietrze waży mniej, wytwarza niższe ciśnienie powietrza, dlatego może być trudno oddychać na szczycie wysokiej góry. Wyjaśnia to również, dlaczego Twoje uszy będą pękać, kiedy jedziesz samochodem w górę lub w dół góry – Twoje ucho wewnętrzne ma uwięzione w nim powietrze, a kiedy ciśnienie powietrza na zewnątrz spada, powietrze uwięzione w uchu powoduje wypychanie błon bębenkowych na zewnątrz. To rozszerzenie jest tym, co powoduje „pop.”
• Wilgotność: Ilość wilgoci w powietrzu wpływa również na gęstość powietrza, a zatem na ciśnienie powietrza. Para wodna jest lekkim gazem w porównaniu z gazami, które tworzą atmosferę, czyli przede wszystkim tlenem i azotem. Tak więc, gdy wilgotność w atmosferze wzrasta, ilość azotu i tlenu zmniejsza się na jednostkę objętości, co powoduje zmniejszenie gęstości powietrza.

Różnice w ciśnieniu powietrza powodują ruch

Jednym z najbardziej interesujących aspektów ciśnienia powietrza jest to, że gdy zmienia się kieszeń ciśnienia powietrza, rzeczy zaczynają się poruszać. Ta różnica ciśnień, która tworzy ruch, jest tym, co powoduje wiatr, tornada i wiele innych zjawisk pogodowych.

Gdy dyskutujesz o ruchu powietrza, pamiętaj, że naukowcy mówią w kategoriach wyższego ciśnienia „pchającego” rzeczy, a nie niższego ciśnienia „ciągnącego” rzeczy.

Jak zmierzyć ciśnienie powietrza

Ciśnienie powietrza jest powszechnie mierzone przy użyciu barometru rtęciowego. Barometr rtęciowy zawiera kolumnę wypełnioną rtęcią, a im wyższe jest ciśnienie powietrza, tym wyższa będzie kolumna rtęci. Mierząc wysokość kolumny, można określić ciśnienie powietrza.

W dzisiejszych czasach częściej używa się barometru cyfrowego, który jest przenośny i bardziej dokładny niż tradycyjny typ. To urządzenie wykorzystuje kondensator elektryczny do pomiaru ciśnienia powietrza.

Ciśnienie powietrza i pogoda

Obszary o niskim ciśnieniu są ogólnie związane ze złą pogodą. Jeśli obszar ma niskie ciśnienie powietrza, powietrze z sąsiednich obszarów, które mają wyższe ciśnienie powietrza, będzie poruszać się w. Ta zmiana z kolei spowoduje ruch powietrza w górę, ponieważ nie ma ono gdzie się podziać. Kiedy powietrze porusza się w górę, para wodna będzie się kondensować, co doprowadzi do powstania chmur i deszczu.

Obszary o wysokim ciśnieniu, z drugiej strony, są zazwyczaj związane z dobrą pogodą. W obszarach wysokiego ciśnienia, powietrze na niskim poziomie rozprzestrzenia się na zewnątrz, pozwalając powietrzu znajdującemu się powyżej na zejście w dół. Ten ruch w dół ogrzewa powietrze, powodując parowanie i prowadząc do ładnej, suchej pogody.

Ciśnienie powietrza i eksperymenty naukowe

Oto 10 prostych eksperymentów z ciśnieniem powietrza dla dzieci, które pomogą im lepiej zrozumieć jego skutki.

Wewnętrzny eksperyment z tornadem

Ten eksperyment pozwoli Ci stworzyć tornado w butelce. Potrzebne będą:

• Woda
• Przezroczysty słoik po majonezie
• Płynne mydło do naczyń
• Barwnik spożywczy
• O ocet

Aby przeprowadzić eksperyment, wykonaj poniższe kroki:

1. Wlej wodę do słoika, aż będzie wypełniony w około dwóch trzecich. Następnie dodaj kilka kropel barwnika spożywczego do wody. Każdy kolor jest w porządku.
2. Dodaj jedną łyżeczkę swojego płynnego mydła do naczyń i jedną łyżeczkę octu.
3. Załóż pokrywkę na słoik. Upewnij się, że jest założona tak szczelnie, jak to tylko możliwe, aby uniknąć wycieków i poważnego bałaganu.
4. Potrząśnij słoikiem, a następnie przekręć go, aby ciecz w środku zaczęła wirować.

To, co zaobserwujesz, to mały wir przypominający tornado.

Eksperyment z wodą nie do rozlania

W niektórych sytuacjach ciśnienie powietrza jest silniejsze niż grawitacja. Ten eksperyment demonstruje siłę ciśnienia powietrza, ponieważ utrzymuje ono wodę w szklance na miejscu – nawet gdy szklanka jest odwrócona do góry dnem.

Do przeprowadzenia tego eksperymentu potrzebne są:

• Szklanka do soków
• Woda
• Karta indeksowa (4 x 6 cali)

Kroki są następujące:

1. Wypełnij szklankę wodą aż do samej góry. Pozwól wodzie spłynąć tak, aby warga szklanki była mokra.
2. Połóż kartę indeksową nad pełną szklanką. Użyj dłoni, aby mocno docisnąć kartę, tworząc dobre uszczelnienie wokół mokrej wargi szklanki.
3. Pracując nad zlewem lub wanną, przytrzymaj kartę w miejscu jedną ręką i odwróć szklankę. Następnie ostrożnie puść kartę. Nie poruszy się ona, a woda pozostanie w szklance.

Doświadczenie to pokazuje, że siła, jaką ciśnienie powietrza wywiera na kartę indeksową, jest nawet silniejsza niż siła, jaką grawitacja wywiera na wodę w szklance. Ciśnienie powietrza powstrzymuje kartkę od poruszania się.

Doświadczenie z dmuchaniem książki

Doświadczenie z dmuchaniem książki demonstruje, jak potężne może być sprężone powietrze.

Do tego projektu potrzebne będą:

• Trzy książki
• Duży plastikowy worek, który jest szczelny

Aby wykonać ten eksperyment, wykonaj następujące cztery kroki:

1. Ułóż trzy książki jedna na drugiej.
2. Poproś ucznia, aby poruszył książkami, dmuchając w ich kierunku. Oczywiście, nie będą w stanie.
3. Połóż plastikową torbę na stole, a następnie umieść na niej trzy książki. Otwarty koniec torby powinien zwisać nad krawędzią stołu.
4. Pokaż, że jeśli dmuchniesz z odpowiednią siłą, książki zaczną unosić się ze stołu. To sprężone powietrze w torbie powoduje ruch.

Doświadczenie z puszką

Ten eksperyment polega na wykorzystaniu siły ciśnienia powietrza do zgniecenia puszki. Będziesz potrzebował:

• Wody
• Dużego pojemnika
• Kostek lodu
• Kubka do odmierzania
• Pustej puszki po napoju gazowanym
• Kuchenka
• Podkładki lub szczypce

Po zdobyciu materiałów wykonaj poniższe kroki:

1. Wypełnij pojemnik kostkami lodu i wodą. Ustaw ten pojemnik z boku, abyś mógł go użyć później.
2. Wlej 1/2 szklanki wody do pustej puszki po napoju gazowanym.
3. Postaw puszkę na palniku kuchenki. Jeśli twój uczeń wykonuje ten krok, upewnij się, że go nadzorujesz.
4. Kiedy para zacznie wydobywać się z otworu na górze, będziesz wiedział, że woda w środku zaczyna wrzeć. Wyłącz kuchenkę i użyj uchwytów lub szczypiec, aby zdjąć puszkę z palnika.
5. Szybko umieść puszkę w pojemniku z wodą z lodem, odwracając ją do góry nogami i opierając na jej wierzchu. Teraz możesz obserwować, jak puszka się zapada, gdy stygnie.

W tym eksperymencie, gdy woda została podgrzana w puszce, wytworzyła się para, która wypchnęła powietrze z puszki. Następnie, kiedy puszka została zanurzona w wodzie z lodem, temperatura pary obniżyła się, powodując jej kondensację z powrotem do wody. Ta zmiana z kolei spowodowała, że ciśnienie powietrza wewnątrz puszki było znacznie niższe niż ciśnienie powietrza na zewnątrz, a ciężar powietrza na zewnątrz zmiażdżył puszkę.

Magiczny Eksperyment z Jajkiem

Ten eksperyment polega na użyciu siły ciśnienia powietrza do przepchnięcia jajka przez szyjkę butelki. Zbierz następujące materiały do wykonania tego eksperymentu:

• Jajko na twardo
• Butelka z szyjką na tyle szeroką, aby jajko na twardo mogło się przez nią przecisnąć
• Zapałka

Ten eksperyment obejmuje następujące czynności:

1. Zdejmij skorupkę z jajka na twardo.
2. Zapal zapałkę i wrzuć ją do butelki.
3. Postaw obrane jajko na ustach butelki, małym końcem jajka w dół. Jajko wskoczy do butelki.

Gdy powietrze w butelce jest zużywane przez płomień zapalonej zapałki, powoduje to, że ciśnienie powietrza w butelce staje się niższe niż na zewnątrz butelki. Wyższe ciśnienie powietrza na zewnątrz wywiera siłę na jajko, wpychając je do środka butelki.

Doświadczenie z nurnikiem

Ten prosty eksperyment wymaga tylko dwóch czystych, staromodnych nurników z gumy i drewnianych patyczków. Aby przeprowadzić eksperyment:

1. Przyklej dwa tłoki do siebie. Być może trzeba będzie najpierw zamoczyć obręcze.
2. Spróbuj je rozdzielić.

Dokończenie rozdzielania jest znacznie trudniejsze, niż większość dzieci sobie wyobraża. Kiedy zgniatałeś dwa tłoki razem, wypychałeś powietrze z wgłębienia, które powstały po ich zepchnięciu. To wypchnięcie powietrza spowodowało, że ciśnienie powietrza wewnątrz było znacznie niższe niż na zewnątrz. Ponieważ wyższe ciśnienie powietrza zawsze pcha, utrzymywało dwa nurniki razem.

Doświadczenie z lejkiem pingpongowym

Doświadczenie z lejkiem pingpongowym polega na umieszczeniu piłeczki pingpongowej w misce lejka i dmuchaniu przez lejek. Piłeczka, zamiast zostać zdmuchnięta, jest mocno trzymana w misce. Aby wykonać eksperyment, wykonaj dwa kroki:

1. Włóż piłeczkę pingpongową do lejka i dmuchnij na nią mocno. Spróbuj odchylić głowę do tyłu tak, aby koniec z piłeczką był skierowany w stronę sufitu. Zobacz, czy możesz dmuchać wystarczająco mocno, aby po odwróceniu lejka piłeczka nie odleciała.
2. Zobacz, czy możesz podnieść piłeczkę ze stołu.

Gdy dmuchasz w lejek, powietrze w miejscu, gdzie znajduje się piłeczka, porusza się szybciej i wytwarza niższe ciśnienie powietrza niż reszta powietrza otaczającego piłeczkę. W rezultacie, ciśnienie powietrza pod piłką jest niższe niż otaczające powietrze, które jest wyższe ciśnienie. Powietrze o wyższym ciśnieniu wpycha piłkę z powrotem do miski lejka – niezależnie od tego, w którą stronę skierujesz lejek.

Doświadczenie z uszczelnieniem butelki fontanny

Doświadczenie z uszczelnieniem butelki fontanny demonstruje użycie ciśnienia powietrza do przepchnięcia wody przez słomkę. Zbierz następujące materiały:

• Butelka z wodą (2 litry)
• Groszek gliny
• Długa słomka
• Woda

Wykonaj te trzy proste kroki:

1. Wypełnij butelkę do połowy wodą.
2. Zamknij butelkę używając grudki gliny owiniętej wokół słomki tak, aby usta butelki były całkowicie zamknięte.
3. Dmuchnij w słomkę z dużą siłą. Zauważysz, że woda zaczyna wypływać ze słomki.

Gdy dmuchasz w butelkę, ciśnienie powietrza wewnątrz butelki wzrasta, co z kolei wywiera siłę na wodę, zmuszając ją do wypływania w górę słomki.

Doświadczenie z zakładem za milion dolarów

Do tego eksperymentu będziesz potrzebował:

• Butelkę z wodą lub napojem gazowanym
• Kartkę papieru

Aby przeprowadzić eksperyment, wykonaj następujące kroki:

1. Połóż butelkę poziomo na stole.
2. Zwiń kulkę z papieru i wetknij ją w usta butelki. Kulka powinna być mniej więcej w połowie wielkości otworu butelki.
3. Zaproś ucznia, aby zdmuchnął zwitek papieru do butelki, mówiąc: „Założę się o milion dolarów, że nie możesz zdmuchnąć papieru do butelki!”

Ci, którzy próbują przeprowadzić eksperyment, przekonają się, że bardzo trudno jest włożyć papier do butelki, ponieważ powietrze, które jest już w środku, nie ma innego wyjścia niż przez usta butelki, w którym to przypadku zabrałoby ze sobą papier.

Eksperyment z latającymi papierami

Do eksperymentu z latającymi papierami potrzebujesz tylko zwykłej kartki papieru. Przytrzymaj ją przy dolnej wardze, a następnie dmuchnij na nią. Zauważysz, że kartka leci w górę! To samo zjawisko wyjaśnia, jak samoloty mogą latać. Dmuchając w poprzek kartki, obniżasz ciśnienie powietrza, ponieważ powietrze porusza się szybciej. Ponieważ ciśnienie powietrza na spodniej stronie kartki jest teraz stosunkowo wyższe, popycha ono kartkę papieru w górę.

Learn More About All Of Our Science Programs

Jeśli jesteś mieszkańcem Pensylwanii, New Jersey, Maryland lub Delaware, spójrz na programy pozaszkolne Science Explorers i opcje programowe obozu letniego. Z dumą oferujemy również wycieczki naukowe na miejscu, rodzinne wieczory naukowe i zgromadzenia. Zapraszamy do kontaktu z nami online, aby dowiedzieć się więcej!