Experimento Torricelli: medições de pressão atmosférica, importância

O Experimento de Torricelli é um dos experimentos fundamentais na história da física que permitiu medir a pressão atmosférica pela primeira vez. Realizado pelo físico italiano Evangelista Torricelli em 1643, o experimento consistiu em utilizar um tubo de vidro fechado, preenchido parcialmente com mercúrio, e invertê-lo em um recipiente com mercúrio. A coluna de mercúrio no tubo foi equilibrada pela pressão atmosférica, permitindo que Torricelli calculasse a pressão ao medir a altura da coluna de mercúrio. Essa medição foi crucial para a compreensão da atmosfera terrestre e contribuiu significativamente para o desenvolvimento da ciência e da meteorologia.

Importância da pesquisa de Torricelli na compreensão da pressão atmosférica e da física dos fluidos.

A pesquisa de Torricelli foi fundamental para a compreensão da pressão atmosférica e da física dos fluidos. Em seu experimento, ele utilizou um tubo de vidro fechado em uma extremidade e preenchido com mercúrio, que foi invertido dentro de um recipiente também contendo mercúrio. A diferença de altura entre o mercúrio no tubo e no recipiente mostrou que a pressão atmosférica suportava a coluna de mercúrio no tubo.

Essa descoberta foi crucial para entender que a pressão atmosférica varia com a altitude e que a pressão exercida por um fluido em repouso é proporcional à sua altura. Além disso, o experimento de Torricelli levou à criação do barômetro, um instrumento utilizado para medir a pressão atmosférica, que é essencial para previsões meteorológicas e para a compreensão do comportamento dos fluidos em diferentes condições.

Seu experimento revolucionou a forma como vemos o mundo ao nosso redor e abriu caminho para novas descobertas e avanços científicos.

Qual era a finalidade do experimento realizado por Torricelli para medir a pressão atmosférica?

A finalidade do experimento realizado por Torricelli para medir a pressão atmosférica era demonstrar que a pressão atmosférica exerce uma força sobre a superfície terrestre. Torricelli utilizou um tubo de vidro fechado em uma extremidade e preenchido com mercúrio, que ao ser invertido e mergulhado em um recipiente com mercúrio, formava uma coluna de mercúrio de aproximadamente 76 centímetros de altura.

Essa coluna de mercúrio equilibrava a pressão atmosférica que atuava sobre ela, criando um vácuo parcial no topo do tubo. Com base na altura da coluna de mercúrio, Torricelli conseguiu medir a pressão atmosférica ao nível do mar, estabelecendo assim a unidade de medida conhecida como atmosfera (atm).

O experimento de Torricelli foi de grande importância, pois permitiu a primeira medição precisa da pressão atmosférica e a compreensão de como a pressão atmosférica varia com a altitude. Além disso, essa descoberta contribuiu significativamente para o desenvolvimento da meteorologia e da física.

Qual foi a descoberta final de Torricelli sobre o vácuo e a pressão atmosférica?

A descoberta final de Torricelli sobre o vácuo e a pressão atmosférica foi que a pressão atmosférica é causada pelo peso do ar acima de nós. Ele conseguiu demonstrar isso através de seu experimento com um tubo de mercúrio fechado em uma extremidade e aberto na outra, mergulhado em um recipiente com mercúrio. Ao inverter o tubo no recipiente, ele observou que o mercúrio descia até atingir uma certa altura e se estabilizar, criando um vácuo parcial acima dele.

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Essa altura, que ficou conhecida como a altura da coluna de mercúrio, era diretamente proporcional à pressão atmosférica no local onde o experimento foi realizado. Com isso, Torricelli pôde concluir que a pressão atmosférica exerce uma força sobre a superfície da Terra e que essa força pode ser medida através da altura de uma coluna de mercúrio.

Essa descoberta foi fundamental para a compreensão da pressão atmosférica e do conceito de vácuo na época, contribuindo significativamente para o desenvolvimento da física e da meteorologia. O experimento de Torricelli é considerado um marco na história da ciência e sua importância perdura até os dias de hoje.

A experiência de Torricelli para comprovar a existência da pressão atmosférica.

Um dos experimentos mais importantes na história da ciência foi realizado por Evangelista Torricelli em 1643. Em sua experiência, Torricelli utilizou um tubo de vidro fechado em uma extremidade e cheio de mercúrio, um metal líquido. Ao inverter o tubo e mergulhá-lo em um recipiente com mercúrio, ele observou que o nível do mercúrio no tubo não caía completamente, deixando um espaço vazio no topo.

Este espaço vazio foi o resultado da pressão atmosférica exercida sobre o mercúrio no recipiente. Torricelli percebeu que a altura da coluna de mercúrio no tubo variava de acordo com as condições atmosféricas, demonstrando que a pressão atmosférica influencia diretamente a altura da coluna de mercúrio.

Com este experimento, Torricelli confirmou a existência da pressão atmosférica e desenvolveu o primeiro barômetro, um instrumento utilizado para medir a pressão atmosférica. Este foi um marco importante na história da ciência, pois trouxe uma nova compreensão sobre o comportamento dos gases e a influência da pressão atmosférica em diversos fenômenos naturais.

Experimento Torricelli: medições de pressão atmosférica, importância

O experimento Torricelli foi conduzida pelo físico e matemático italiano Evangelista Torricelli em 1644 e resultou na primeira medição da pressão atmosférica.

Esse experimento surgiu da necessidade de melhorar o suprimento de água nas cidades. O evangelista Torricelli (1608-1647), matemático da corte do grão-duque da Toscana, Fernando II, estudara fenômenos hidráulicos junto com Galileu.

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Figura 1. O experimento Torricelli, no qual a coluna de mercúrio sobe 760 mm devido à pressão atmosférica. Fonte: F. Zapata.

O experimento

Em 1644, Torricelli realizou a seguinte experiência:

– Introduziu mercúrio em um tubo de 1 m de comprimento, aberto em uma extremidade e fechado na outra.

– Quando o tubo estava completamente cheio, ele o inverteu e derramou em um recipiente que também continha mercúrio.

– Torricelli observou que a coluna desceu e parou cerca de 76 cm de altura.

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– Ele também percebeu que no espaço livre havia sido gerado um vácuo, embora não perfeito.

Torricelli repetiu o experimento usando tubos diferentes. Ele até executou uma pequena variante: acrescentou água ao balde que, sendo mais leve, flutuava com mercúrio. Então ele levantou lentamente o tubo contendo mercúrio para a superfície da água.

Então o mercúrio desceu e a água subiu. O vácuo obtido, como dissemos, não era perfeito, porque sempre havia restos de vapor de mercúrio ou água.

A medição da pressão atmosférica

A atmosfera é uma mistura de gases em que predominam nitrogênio e oxigênio, com traços de outros gases, como argônio, dióxido de carbono, hidrogênio, metano, monóxido de carbono, vapor de água e ozônio.

A atração gravitacional exercida pela Terra é responsável por manter o todo ao redor do planeta.

Obviamente, a composição não é uniforme, nem a densidade, pois depende da temperatura. Perto da superfície, há uma boa quantidade de poeira, areia e poluentes provenientes de eventos naturais e também da atividade humana. As moléculas mais pesadas estão mais próximas do solo.

Como existe muita variabilidade, é necessário escolher uma altitude de referência para a pressão atmosférica, que por conveniência foi considerada o nível do mar.

Não se trata de nenhum nível do mar, porque isso também apresenta flutuações. O nível ou dado é escolhido com a ajuda de um sistema de referência geodésico estabelecido de comum acordo entre os especialistas.

Quanto é a pressão atmosférica perto do solo? Torricelli encontrou seu valor ao medir a altura da coluna: 760 mm de mercúrio.

O barômetro Torricelli

No topo do tubo, a pressão é 0, pois o vácuo foi estabelecido lá. Enquanto, na superfície do banho de mercúrio de pressão P 1 é a pressão atmosférica.

Vamos escolher a origem do sistema de referência na superfície livre de mercúrio, na parte superior do tubo. A partir daí, até atingir a superfície do mercúrio no recipiente, H , a altura da coluna, é medida .

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Figura 2. O barômetro Torricelli. Fonte: Física geral para engenheiros. J. Lay. USACH

A pressão no ponto marcado com vermelho, na profundidade e 1 é:

P 1 = P ou + ρ Hg . ge 1

Onde ρ Hg é a densidade do mercúrio. Como y 1 = H e Po = 0 :

P 1 = ρ Hg . g .H

H = P 1 / ρ Hg .g

Como a densidade do mercúrio é constante e a gravidade também, verifica-se que a altura da coluna de mercúrio é proporcional a P 1 , que é a pressão atmosférica. Substituindo valores conhecidos:

H = 760 mm = 760 x 10 -3 m

g = 9,8 m / s 2

ρ Hg = 13,6 g / cc = 13,6 x 10 3 kg / m 3

P 1 = 13,6 x 10 3 kg / m 3 x 9,8 m / s 2 x 760 x 10 -3 m = 101,293 N / m 2 = 101,3 kN / m 2

A unidade de pressão no Sistema Internacional é o Pascal, abreviado Pa. Segundo o experimento de Torricelli, a pressão atmosférica é de 101,3 kPa.

Importância da pressão atmosférica para o clima

Torricelli observou que o nível de mercúrio no tubo passava por pequenas variações todos os dias, e deduziu que a pressão atmosférica deveria mudar também.

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A pressão atmosférica é responsável por boa parte do clima, porém suas variações diárias passam despercebidas. É porque eles não são tão notáveis ​​quanto tempestades ou frio, por exemplo.

No entanto, essas variações na pressão atmosférica são responsáveis ​​pelos ventos, que por sua vez influenciam as chuvas, a temperatura e a umidade relativa. Quando o solo aquece, o ar se expande e tende a subir, fazendo com que a pressão diminua.

Sempre que o barômetro indicar altas pressões, pode-se esperar um bom tempo, enquanto com baixas pressões, existe a possibilidade de tempestades. No entanto, para fazer previsões meteorológicas precisas, é necessário obter mais informações sobre outros fatores.

O torr e outras unidades de pressão

Embora pareça estranho, uma vez que a pressão é definida como força por unidade de área, na meteorologia é válido expressar a pressão atmosférica em milímetros de mercúrio, conforme estabelecido por Torricelli.

É porque o barômetro de mercúrio ainda é usado hoje com poucas variações desde aquela época, de modo que, em homenagem a Torricelli, 760 mm de Hg são iguais a 1 torr. Em outras palavras:

1 torr = 760 mm Hg = 30 polegadas de Hg = 1 atmosfera de pressão = 101,3 kPa

Se Torricelli tivesse usado água em vez de mercúrio, a altura da coluna seria 10,3 m. O barômetro de mercúrio é mais prático, pois é mais compacto.

Outras unidades de uso estendido são barras e milibares. Um milibar equivale a um hectopascal ou 10 2 pascal.

Altímetros

Um altímetro é um instrumento que indica a altura de um local, comparando a pressão atmosférica nessa altura com a pressão no solo ou em outro local de referência.

Se a altura não for muito grande, em princípio podemos assumir que a densidade do ar permanece constante. Mas isso é uma aproximação, porque sabemos que a densidade da atmosfera diminui com a altura.

Usando a equação usada acima, a densidade do ar é usada em vez do mercúrio:

P 1 = P ou + ρ ar . gH

Nesta expressão, P o é considerado como a pressão atmosférica ao nível do solo e P 1 é o do local cuja altitude deve ser determinada:

H = (P 1 – P o ) / ρ ar . g

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A equação altimétrica mostra que a pressão diminui exponencialmente com a altura: para H = 0, P 1 = P ou se H → ∞ , então P 1 = 0.

Referências

  1. Figueroa, D. 2005. Série: Física para Ciências e Engenharia. Volume 5. Fluidos e Termodinâmica. Editado por Douglas Figueroa (USB).
  2. Kirkpatrick, L. 2007. Física: Um olhar sobre o mundo. 6 ta Abridged Edition. Cengage Learning
  3. Lay, J. 2004. Física geral para engenheiros. USACH
  4. Mott, R. 2006. Mecânica dos Fluidos. 4th. Edição Pearson Education.
  5. Estranhos, I. 2003. Medindo o ambiente natural. 2nd. Edição Cambridge University Press.

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