Масса и плотность воздуха

Уравновесим на весах колбу и поставим под нее зажженную спиртовку. При этом чашка весов с грузом опустится вниз, а колба поднимется вверх. Погасим спиртовку, и вскоре колба и груз снова уравновесятся. Из проведенного опыта следует, что воздух обладает массой и при одинаковом его объеме масса нагретого воздуха меньше массы охлажденного воздуха.

При нагревании плотность воздуха уменьшается
При нагревании плотность воздуха уменьшается

При нагревании воздух в колбе расширился и часть его вышла в окружающее пространство. Воздух в колбе приобрел меньшую плотность. При охлаждении воздух в колбе сжимался, пополнялся из окружающего пространства и плотность его стала прежней.

На уровне земли масса 1м3 воздуха при 0 градусов равна 1,293 кг. Следовательно, воздух значительно (более чем в 770 раз) легче воды. Масса одного литра воздуха примерно такая же, как масса наперстка воды.

Воздух, как и другие тела, обладает и весом, то есть определенной силой притяжения к Земле. Именно поэтому большая часть воздуха (более 80% массы) приходится в нижние слои атмосферы — в тропосфере.

У поверхности Земли, до высоты 2–3 км, воздух имеет наибольшую плотность. На высоте 8-10 км он уже настолько разрежен, что люди, поднимающиеся на такую высоту на воздушном шаре, начинают задыхаться.

Несмотря на то что по сравнению с плотностью воды плотность воздуха очень мала, она достаточна, чтобы воздух служил опорой при полете многим обитателям наземно-воздушной среды (насекомым, птицам, некоторым зверям).

Плотность воздуха, как и любого газа, можно увеличить путем его сжатия (сближения молекул). При этом он обнаруживает и еще одно свойство — упругость, то есть стремление занять прежний объем. Убедиться в этом можно на опыте. Возьмем стеклянную трубку, отрежем ломтик сырого картофеля, вдавим в него конец трубки, и он будет закрыт картофельной пробкой. Зажмем свободный конец трубки пальцем и будем продвигать карандашом картофельную пробку внутрь трубки. При этом пальцем мы почувствуем напор воздуха. Теперь вынем карандаш из трубки, не отнимая от нее палец. Пробка продвинется на прежнее место.

Свойство упругости сжатого воздуха люди широко используют в быту и хозяйстве. Воздухом накачивают мячи, велосипедные и автомобильные камеры. Упругие мячи во время игры в волейбол или футбол далеко летят при ударе, а велосипедные или автомобильные камеры смягчают толчки во время езды. Воздухом наполняют надувные матрацы, подушки, резиновые лодки, детские игрушки, понтоны мостов.

Понтонный мост
Понтонный мост

При помощи сжатого воздуха опрыскивают деревья и кустарники от болезней и вредителей, белят потолки и стены, красят масляной краской вагоны поездов, кузова автомобилей, холодильники. Сжатым воздухом приводят в движение тормоза трамваев и поездов, открывают и закрывают двери в электропоездах. Сжатый воздух используют в отбойных молотках, при тушении пожаров.

  1. Как можно доказать, что воздух обладает массой?
  2. Почему колба с воздухом до ее нагревания была тяжелее?
  3. Во сколько раз масса воздуха меньше массы воды?
  4. Как меняется плотность воздуха с изменением высоты и почему?
  5. Какими свойствами обладает сжатый воздух?

Колесо автомобиля наехало на гвоздь и быстро потеряло свою упругость. Объясните такое явление.