Chiar dacă ne gândim rar la asta, aerul ne înconjoară tot timpul și exercită o forță asupra fiecărui centimetru din corpul nostru. Această forță, cunoscută sub numele de presiunea aerului, este unul dintre cele mai importante subiecte din domeniul științei, deoarece explică modelele meteorologice, modul în care zboară avioanele și o serie de alte minuni. În cazul în care plănuiți să îi învățați pe copii despre presiunea aerului, v-am oferit o explicație a noțiunilor de bază și câteva experimente simple, distractive și captivante pentru a demonstra puterea acestui fenomen natural.

Ce este presiunea aerului?

Termenul „presiune atmosferică” este folosit cu referire la greutatea moleculelor de aer care apasă pe pământ. La nivelul mării, presiunea aerului este, în general, de 14,7 psi (pounds per square inch), ceea ce înseamnă că 14,7 pounds apasă pe fiecare centimetru pătrat al corpului nostru. Motivul pentru care încă ne putem mișca liber corpul este că aerul exercită presiune asupra noastră în toate direcțiile, iar motivul pentru care nu suntem striviți este că presiunea aerului din interiorul corpului nostru este aceeași.Presiunea aerului este determinată de următorii trei factori:

• Temperatura: Pe măsură ce aerul se încălzește, se dilată. Această expansiune face ca densitatea aerului să scadă, ceea ce duce la o presiune mai mică. Pe de altă parte, când aerul se răcește, el se micșorează. Această contracție face ca aerul să devină mai dens, ceea ce duce la o presiune mai mare. Acest fenomen este motivul pentru care zonele din apropierea ecuatorului, care sunt calde, au în general o presiune scăzută a aerului, iar zonele din apropierea polilor Nord și Sud, care sunt reci, au o presiune ridicată a aerului.
• Altitudine: Cu cât vă aflați mai sus de nivelul mării, cu atât aerul este mai puțin dens. Deoarece aerul mai puțin dens cântărește mai puțin, el produce o presiune a aerului mai mică, motiv pentru care poate fi dificil să respiri în vârful unui munte înalt. De asemenea, se explică de ce urechile tale vor pocni atunci când urci sau cobori un munte într-o mașină – urechea internă are aer blocat în ea și, pe măsură ce presiunea aerului de afară scade, aerul blocat în ureche va face ca timpanele să se împingă în afară. Această expansiune este cea care provoacă „pocnetul”.”
• Umiditate: Cantitatea de umiditate din aer afectează, de asemenea, densitatea aerului și, prin urmare, presiunea aerului. Vaporii de apă sunt un gaz ușor în comparație cu gazele care alcătuiesc atmosfera, care este formată în principal din oxigen și azot. Astfel, atunci când umiditatea din atmosferă crește, cantitatea de azot și oxigen scade pe unitate de volum, ceea ce face ca densitatea aerului să scadă.

Diferențele de presiune atmosferică provoacă mișcare

Unul dintre cele mai interesante aspecte ale presiunii atmosferice este că atunci când se schimbă un buzunar de presiune atmosferică, lucrurile încep să se miște. Această diferență de presiune care creează mișcare este cea care provoacă vântul, tornadele și multe alte fenomene meteorologice.

Când discutați despre mișcarea aerului, rețineți că oamenii de știință vorbesc în termeni de presiune mai mare care „împinge” lucrurile, nu de presiune mai mică care „trage” lucrurile.

Cum se măsoară presiunea aerului

Presiunea aerului se măsoară în mod obișnuit cu ajutorul unui barometru cu mercur. Un barometru cu mercur conține o coloană umplută cu mercur, iar cu cât presiunea aerului este mai mare, cu atât mai mare va fi coloana de mercur. Prin măsurarea înălțimii coloanei, puteți determina presiunea aerului.

În zilele noastre, este mai frecventă utilizarea unui barometru digital, care este portabil și mai precis decât tipul tradițional. Acest dispozitiv folosește un condensator electric pentru a măsura presiunea aerului.

Presiunea aerului și vremea

Zonele cu presiune scăzută sunt în general asociate cu vremea rea. Dacă o zonă are o presiune atmosferică scăzută, aerul din zonele învecinate, care au o presiune atmosferică mai mare, se va deplasa înăuntru. Această schimbare, la rândul său, va face ca aerul să se deplaseze în sus, deoarece nu mai are unde să se ducă. Atunci când aerul se deplasează în sus, vaporii de apă se vor condensa, ceea ce va duce la formarea norilor și a ploii.

Pe de altă parte, zonele cu presiune ridicată sunt asociate, de obicei, cu vreme bună. În zonele cu presiune ridicată, aerul de la joasă presiune se va răspândi spre exterior, permițând aerului de deasupra să coboare. Această mișcare descendentă încălzește aerul, provocând evaporarea și ducând la o vreme frumoasă și uscată.

Presiunea aerului și experimentele științifice

Iată 10 experimente simple despre presiunea aerului pentru copii, care îi pot ajuta să înțeleagă mai bine efectele acesteia.

Experiment de tornadă în interior

Acest experiment vă va permite să creați o tornadă într-o sticlă. Veți avea nevoie de:

• Apă
• Un borcan transparent de maioneză
• Săpun lichid de vase
• Colorant alimentar
• Vinețar

Pentru a face experimentul, parcurgeți pașii de mai jos:

1. Vărsați apă în borcanul dvs. până când acesta este plin aproximativ două treimi. Apoi, adăugați câteva picături de colorant alimentar în apă. Orice culoare este bună.
2. Adaugați o linguriță din săpunul dvs. lichid de vase și o linguriță de oțet.
3. Puneți capacul pe borcan. Asigurați-vă că este cât mai strâns posibil pentru a evita scurgeri și mizerii serioase.
4. Scuturați borcanul, apoi dați-i o răsucire astfel încât lichidul din interior să înceapă să se învârtă.

Ce veți observa este un mic vârtej care seamănă cu o tornadă.

Experiment cu apă nedepășită

În unele situații, presiunea aerului este mai puternică decât gravitația. Acest experiment demonstrează puterea presiunii aerului, deoarece menține apa dintr-un pahar la locul ei – chiar și atunci când paharul este întors cu susul în jos.

Acest experiment necesită:

• Un pahar de suc
• Apă
• Un card de index (4 x 6 inci)

Etapele sunt următoarele:

1. Umpleți paharul cu apă până sus. Lăsați apa să curgă astfel încât buza paharului să fie umedă.
2. Puneți cartea de index peste paharul plin. Folosiți mâna pentru a apăsa ferm cardul, realizând o bună etanșare în jurul buzei umede a paharului.
3. În timp ce lucrați deasupra unei chiuvete sau a unei căzi, țineți cardul în poziție cu o mână și întoarceți paharul. Apoi, dați drumul la card cu grijă. Acesta nu se va mișca, iar apa va rămâne în interiorul paharului.

Acest experiment demonstrează că forța pe care presiunea aerului o exercită asupra cardului este chiar mai puternică decât forța pe care gravitația o exercită asupra apei din pahar. Presiunea aerului împiedică cardul să se miște.

Experiment de suflare a cărții

Experimentul de suflare a cărții demonstrează cât de puternic poate fi aerul comprimat.

Pentru acest proiect, veți avea nevoie de:

• Trei cărți
• O pungă mare de plastic care să fie etanșă

Pentru a realiza acest experiment, urmați acești patru pași:

1. Puneți trei cărți una deasupra celeilalte.
2. Solicitați elevului să miște cărțile suflând în direcția lor. Bineînțeles că nu va putea să o facă.
3. Puneți punga de plastic pe masă, apoi așezați cele trei cărți deasupra ei. Capătul deschis al pungii ar trebui să atârne peste marginea mesei.
4. Mostrați că, dacă suflați cu suficientă forță, cărțile vor începe să se ridice de pe masă. Aerul comprimat din pungă este cel care provoacă mișcarea.

Experiment cu o conservă zdrobită

Acest experiment presupune folosirea puterii presiunii aerului pentru a zdrobi o conservă. Veți avea nevoie de:

• Apă
• Un recipient mare
• Cuburi de gheață
• Un pahar de măsurat
• O cutie goală de sifon
• Un aragaz
• Cuțite sau clești

După ce ați achiziționat materialele, urmați pașii de mai jos:

1. Umpleți recipientul cu cuburi de gheață și apă. Așezați acest recipient într-o parte, astfel încât să îl puteți folosi mai târziu.
2. Vărsați 1/2 cană de apă în cutia de suc goală.
3. Puneți cutia pe focul unui aragaz. Dacă elevul dvs. face acest pas, asigurați-vă că îl supravegheați.
4. Când aburul începe să iasă din gaura din partea de sus, veți ști că apa din interior începe să fiarbă. Opriți aragazul și folosiți cizmele sau cleștele pentru a lua cutia de pe arzător.
5. Puneți rapid cutia în recipientul cu apă cu gheață, întorcând-o cu susul în jos și sprijinind-o pe partea de sus a acesteia. Acum puteți observa cum conserva se prăbușește pe măsură ce se răcește.

În acest experiment, când apa a fost încălzită în conservă, s-a produs abur, care a împins aerul afară din conservă. Apoi, când cutia a fost scufundată în apa cu gheață, temperatura aburului a scăzut, ceea ce a făcut ca acesta să se condenseze înapoi în apă. Această schimbare, la rândul ei, a făcut ca presiunea aerului din interiorul cutiei să fie mult mai mică decât presiunea aerului din exterior, iar greutatea aerului din exterior a zdrobit cutia.

Experimentul Oul magic

Acest experiment presupune folosirea forței presiunii aerului pentru a împinge un ou prin gâtul unei sticle. Adunați următoarele materiale pentru a realiza acest experiment:

• Un ou fiert tare
• O sticlă cu un gât suficient de larg pentru ca oul fiert tare să se poată strecura prin ea
• Un chibrit

Acest experiment presupune următorii pași:

1. Îndepărtați coaja oului fiert tare.
2. Aprindeți chibritul și aruncați-l în sticlă.
3. Puneți oul cojit pe gura sticlei, cu capătul mic al oului în jos. Oul va sări apoi în sticlă.

Când aerul din sticlă este consumat de flacăra chibritului aprins, aceasta face ca presiunea aerului din sticlă să devină mai mică decât cea din afara sticlei. Presiunea mai mare a aerului din exterior exercită o forță asupra oului, împingându-l în interiorul sticlei.

Experiment cu plonjorul

Acest experiment simplu necesită doar două plonjoane curate, de modă veche, din cauciuc și bețișoare de lemn. Pentru a realiza experimentul:

1. Înfigeți cele două plonjoane împreună. S-ar putea să fie nevoie să udați mai întâi jantele.
2. Încercați să le separați.

Finalizarea separării este mult mai dificilă decât își imaginează majoritatea copiilor. Când ați izbit cele două plonjoane împreună, ați forțat aerul din cavitatea pe care au făcut-o interioarele când au fost împinse împreună. Acest aer fiind forțat să iasă a făcut ca presiunea aerului din interior să fie mult mai mică decât cea din exterior. Cum o presiune mai mare a aerului împinge întotdeauna, aceasta a ținut cele două plonjoane împreună.

Experiment cu pâlnia de ping pong

Experimentul cu pâlnia de ping pong presupune să ai o minge de ping pong în bolul unei pâlnii și să sufli prin pâlnie. Mingea, în loc să fie spulberată, este ținută strâns în bol. Pentru a finaliza experimentul, urmați doi pași:

1. Introduceți mingea de ping-pong în pâlnie și suflați puternic în ea. Încercați să vă înclinați capul pe spate astfel încât capătul cu mingea să fie îndreptat spre tavan. Vedeți dacă puteți sufla suficient de tare pentru ca, atunci când răsturnați pâlnia, mingea să nu zboare.
2. Vezi dacă poți ridica mingea de pe masă.

Când suflați în pâlnie, aerul în care se află mingea se mișcă mai repede și creează o presiune a aerului mai mică decât restul aerului care înconjoară mingea. Ca urmare, presiunea aerului de sub minge este mai mică decât cea a aerului din jur, care are o presiune mai mare. Aerul cu presiune mai mare împinge bila înapoi în bolul pâlniei – indiferent de direcția în care îndreptați pâlnia.

Experiment de etanșare a sticlei de fântână

Experimentul de etanșare a sticlei de fântână demonstrează folosirea presiunii aerului pentru a împinge apa printr-un pai. Adunați următoarele materiale:

• O sticlă de apă (2 litri)
• O bucată de lut
• Un pai lung
• Apă

Să urmați acești trei pași simpli:

1. Umpleți sticla de apă până la jumătate cu apă.
2. Sigilați sticla folosind bucata de lut înfășurată în jurul paiului, astfel încât gura sticlei să fie complet sigilată.
3. Suflați în pai cu putere. Veți observa că apa începe să iasă din pai.

Când suflați în sticlă, presiunea aerului din interiorul sticlei crește, ceea ce, la rândul său, exercită o forță asupra apei, forțând-o să urce prin pai.

Experimentul pariului de un milion de dolari

Pentru acest experiment, veți avea nevoie de:

• O sticlă de apă sau de sifon
• O bucată de hârtie

Pentru a face experimentul, urmați acești pași:

1. Așezați sticla orizontal pe o masă.
2. Înfășurați ghemul de hârtie și băgați-l în gura sticlei. Mingea ar trebui să fie aproximativ jumătate din dimensiunea deschiderii sticlei.
3. Să-l provoace pe elev să sufle sulul de hârtie în sticlă, spunând: „Pun pariu pe un milion de dolari că nu poți sufla hârtia în sticlă!”

Cei care vor încerca experimentul vor întâmpina mari dificultăți în a face ca hârtia să intre în sticlă, deoarece aerul care este deja înăuntru nu are unde să iasă decât prin gura sticlei, caz în care ar lua hârtia cu el.

Experiment cu hârtii zburătoare

Pentru experimentul cu hârtii zburătoare, tot ce ai nevoie este o foaie de hârtie normală. Țineți foaia pe buza de jos și apoi suflați peste foaie. Veți observa că foaia zboară în sus! Același fenomen explică cum pot zbura avioanele. Suflând peste foaie, reduceți presiunea aerului, deoarece aerul se mișcă mai repede. Deoarece presiunea aerului de pe partea inferioară a foii este acum relativ mai mare, aceasta împinge foaia de hârtie în sus.

Aflați mai multe despre toate programele noastre de știință

Dacă sunteți rezident în Pennsylvania, New Jersey, Maryland sau Delaware, aruncați o privire la programele after-school și la opțiunile de programe de tabără de vară ale Science Explorers. De asemenea, oferim cu mândrie excursii de o zi de știință la fața locului, seri de știință pentru familii și adunări. Nu ezitați să ne contactați online pentru a afla mai multe!