PRESSIONE ATMOSFERICA.  

Intorno alla terra esiste un vasto strato di aria(atmosfera), che è un miscuglio di gas. La colonna d’aria che insiste sopra il punto considerato, come succede per i liquidi, ha un peso che dà luogo ad una certa pressione. Come per i liquidi potremo calcolare la pressione come d*g*h dove h è l’altezza della colonna d’aria sovrastante e d è la densità dell’aria. La grossa difficoltà consiste nel fatto che la densità dell’aria non è costante, ma cambia al cambiare dell’altezza, in quanto con essa varia la composizione dell’atmosfera. Un’altra grossa difficoltà per potere veder gli effetti di tale pressione e quindi poterne misurare il valore sta nel fatto che l’aria si infila facilmente dovunque e perciò sulle pareti di ogni recipiente agiranno due forze eguali e contrarie che si annullano, dovute una alla pressione dell’aria esterna e un’altra alla pressione dell’aria interna. Per vedere perciò gli effetti della pressione atmosferica e poterla quindi misurare dobbiamo eliminare o l’aria interna o quella esterna.

Emisferi di Magdeburgo.  

Si prendono due semisfere vuote di metallo e a perfetta tenuta. Dopo averle fatte combaciare, con una pompa pneumatica si toglie l’aria interna. Le sfere rimarranno sigillate e per poterle staccare ci vuole una forza molto elevata, che deve superare la forza di compressione che agisce sulle sue pareti esterne e che vale pa*S dove S è la superficie sferica e pa il valore della pressione atmosferica dovuta all’aria che sta all’esterno della sfera.  Questa esperienza venne per la prima volta condotta nel 1600 nella città tedesca di Magdeburgo con delle sfere di elevata superficie e si dimostrò che diverse coppie di cavalli non riuscivano a separarle. Se si fa rientrare l’aria interna le sfere si staccano senza nessuna forza in quanto le forze che dall’esterno spingono verso all’interno sono eguali a quelle che dall’interno spingono verso l’esterno.

Sullo stesso principio funzionano le ventose. Quando esse si premono contro una superficie liscia si caccia l’aria che sta sotto la ventosa. La forza, che dall’esterno spinge contro il muro, è maggiore di quella che dall’interno spinge verso l’esterno, pochè all’interno è rimasta poca aria, e perciò la ventosa resta appiccicata alla parete.

CREPA VESCIHE.

Si prende un cilindro di vetro privo di basi , si copre una delle due con un foglio di carta oleata, strettamente legato al recipiente cilindrico, l’altra base è messa su una superficie, perfettamente liscia e munita di un foro da cui si può estrarre l’aria. Quando si mette in azione la pompa pneumatica, estraendo così l’aria all’interno del cilindro, il foglio di carta comincia ad incurvarsi, fino a quando, raggiunto il limite di rottura, non crepa. Infatti, man mano che l’aria interna diminuisce il valore della pressione interna è minore di quella esterna e quindi la forza che agisce sul foglio di carta dal basso verso l’alto è minore di quella dovuta alla pressione esterna e che va dall’alto verso il basso. Originariamente al posto del foglio di carta oleata si usava una pelle di vescica, da cui il nome dell’esperienza.

PALLONCINO ALL’INTERNO DI UNA CAMPANA DI VETRO.

All’interno di una campana di vetro poggiata su una superficie liscia, in cui è praticato un foro, si mette un palloncino parzialmente gonfiato. Quando con una pompa pneumatica si estrae l’aria dalla campana, il palloncino comincia a gonfiarsi fino allo scoppio, che però non si sente. Quando estraiamo l’aria dalla campana la pressione all’esterno del palloncino è inferiore di quella interna(L’aria interna al palloncino resta costante) e perciò il palloncino si gonfia.

MISURA DELLA PRESSIONE ATMOSFERICA.

Tutti gli esperimenti che mettono in luce gli effetti della pressione atmosferica si basano sul fatto di creare uno squilibrio fra la pressione esterna e quella interna di un recipiente, tramite la sottrazione dell’aria. Per la misura della pressione atmosferica dobbiamo creare all’interno di un recipiente il vuoto assoluto, mancanza totale di aria, misurare la forza che dobbiamo esercitare per tener ferma una parete mobile, ad esempio uno stantuffo, e dividere tale forza per la superficie. Si immagini di avere una siringa il cui stantuffo scorre all’interno senza attrito. Spingendo a fondo lo stantuffo, l’aria è espulsa dalla siringa. Se chiudiamo perfettamente l’ugello della siringa, quando tiriamo lo stantuffo la pressione interna è zero (non vi è aria) e per tener fermo il già menzionato stantuffo dobbiamo esercitare una forza che è perfettamente eguale in valore alla forza che spinge lo stesso verso l’interno e dovuta alla pressione atmosferica. Se S è la superficie dello stantuffo,  F=pa*S  da cui pa= F/S. Misurando F in N e S in m2 la pressione sarà in pascal N/ m2 .

ESPERIENZA DI TORRICELLI.

Il primo a misurare la pressione atmosferica fu nel 1640 Torricelli, che si servì della pressione idrostatica e costruì il primo barometro(misuratore di pressione atmosferica). Egli riempì un tubo di vetro lungo un metro completamente di mercurio (il liquido più pesante, la cui densità è all’incirca 13600 Kg/m3). Il mercurio fa fuoriuscire tutta l’aria, presente nel tubo, creando praticamente il vuoto. Capovolse il tubo all’interno di una vaschetta di mercurio e notò che la colonnina di mercurio scendeva fino ad un certo livello rispetto al pelo libero di mercurio nella vaschetta. Infatti, il livello scende fino a quando la pressione atmosferica che agisce sul pelo libero del mercurio non è esattamente eguale alla pressione idrostatica esercitata dalla colonnina di mercurio, per cui se h è l’altezza della colonnina pa= pidr. = dhg*g*h. Esprimendo h in m d in kg/m3 e g in m/s2 la pressione sarà espressa in pascal. Da questa storica esperienza discese l’uso di misurare la pressione in mm di mercurio o tor , 1tor  o mm di Hg  equivale alla pressione idrostatica esercitata dal mercurio alla profondità di un mm. Per passare dai tor ai pascal basta moltiplicale i tor per 10-3 ( in modo da passare dai mm ai m), per la densità del mercurio espressa in Kg/m3  per g espressa in m/s2  

      1tor=10-3m*13,6*103 Kg/m3*9,81m/s2 =133 pascal.

Poiché 1 atm=760mm di hg= 760 tor=760*133pascal=101080 pascal.