Если два сосуда разной формы, но с одинаковыми уровнями воды в них соединить трубкой, то вода не будет переходить из одного сосуда в другой. Такой переход мог бы произойти в том случае, если бы давления в сосудах различались. Но этого нет, и в сообщающихся сосудах независимо от их формы жидкость всегда будет находиться на одном уровне.
Напротив, если уровни воды в сообщающихся сосудах различны, то вода начнет перемещаться, и уровни сравняются.
Давление воды много больше давления воздуха. На глубине 10 м вода давит на 1 см2 с дополнительной к атмосферному давлению силой в 1 кГ. На глубине в километр – с силой в 100 кГ на 1 см2.
Океан в некоторых местах имеет глубину более 10 км. Силы давления воды на таких глубинах исключительно велики. Куски дерева, опущенные на глубину 5 км, уплотняются этим огромным давлением настолько, что после такого «крещения» тонут в бочке с водой, как кирпичи.
Это огромное давление создает большие препятствия исследователям жизни моря. Глубоководные спуски производятся в стальных шарах – так называемых батисферах, или батискафах, которым приходится выдерживать давления выше 1 тонны на 1 см2.
Подводные же лодки могут опускаться лишь на глубину 100–200 м.
Давление атмосферы
Мы живем на дне воздушного океана – атмосферы. Каждое тело, любая песчинка, любой предмет, находящийся на Земле, подвержен давлению воздуха.
Атмосферное давление не такое маленькое. На каждый квадратный сантиметр поверхности тела действует сила около 1 кГ.
Причина атмосферного давления очевидна. Как и вода, воздух обладает весом, а значит, оказывает давление, равное (как и для воды) весу столба воздуха, находящегося над телом. Чем выше мы будем подниматься в гору, тем меньше воздуха будет над нами, а значит, тем меньше станет и атмосферное давление.
Для научных и житейских целей нужно уметь измерять давление. Для этого существуют специальные приборы – барометры.
Изготовить барометр нетрудно. В трубку, закрытую с одного конца, наливают ртуть. Зажав пальцем открытый конец, опрокидывают трубку и погружают ее открытым концом в чашечку с ртутью. При этом ртуть в трубке опускается, но не выливается. Пространство над ртутью в трубке несомненно безвоздушное. Ртуть поддерживается в трубке давлением наружного воздуха (рис. 78).
Каких бы размеров мы ни брали чашечку со ртутью, какого бы диаметра ни была трубка, ртуть всегда поднимется примерно на одну и ту же высоту – 76 см.
Если взять трубку короче 76 см, то она полностью заполнится ртутью, и мы не увидим пустоты. Столб ртути высотой 76 см давит на подставку с той же силой, что и атмосфера.
Столбик ртути высотой 76 см над площадью 1 см2 весит около одного килограмма, точнее – 1,033 кГ. Эту цифру составляет объем ртути 1×76 см3, умноженный на ее плотность – 13,6. Один килограмм на один квадратный сантиметр – это и есть величина нормального атмосферного давления.
Цифра 76 см означает, что таким столбиком ртути уравновешивается столб воздуха всей атмосферы, расположенной над такой же площадкой.
Вычислив величину земной поверхности по формуле 4πR2, найдем, что вес всей атмосферы выражается огромной цифрой 5·1018 кГ.
Барометрической трубке можно придать самые различные формы, важно лишь одно: один конец трубки должен быть закрыт так, чтобы над поверхностью ртути не было воздуха. На другой уровень ртути действует давление атмосферы.
Ртутным барометром можно измерить атмосферное давление с очень большой точностью. Разумеется, не обязательно брать ртуть, годится и любая другая жидкость. Но ртуть – наиболее тяжелая жидкость, и высота столба ртути при нормальном давлении будет наименьшей.
Для измерения давления пользуются различными единицами. Часто просто указывают высоту столба ртути в миллиметрах. Например, говорят, что сегодня давление выше нормы, оно равно 768 мм Hg (т.е. ртути).
Зная плотность ртути, всегда можно пересчитать давление на кГ/см2. Каждый миллиметр ртутного столба равен 1,36 Г/см2.
Давление в 760 мм Hg называют иногда физической атмосферой. Давление в 1 кГ/см2 называют технической атмосферой.
Физики часто пользуются также единицей давления бар. 1 бар = 106 дин/см2. Так как 1 Г = 981 дин, то 1 бар равен примерно одной атмосфере. Точнее, нормальное атмосферное давление равно примерно 1013 миллибар.