Удельный вес (плотность) воздуха

Почему я считаю, что удельный вес воздуха равен нулю!

Рассмотрим интересную задачу из книги "Занимательная физика".

                                                          Естественная форма жидкости

Мы привыкли думать, что жидкости не имеют никакой собственной формы. Это неверно. Естественная форма всякой жидкости-шар. Обычно сила тяжести мешает жидкости принимать эту форму, и жидкость либо растекается тонким слоем, если разлита без сосуда, либо же принимает форму сосуда, если налита в него.

  Находясь внутри другой жидкости такого же удельного веса, жидкость по закону Архимеда "теряет" свой вес: она словно ничего не весит, тяжесть на нее не действует-и тогда жидкость принимает свою естественную, шарообразную форму.
   Прованское масло плавает в воде, но тонет в спирте. Можно поэтому приготовить такую смесь из воды и спирта, в которой масло не тонет и не всплывает. Введя в эту смесь немного масла посредством шприца, мы увидим странную вещь: масло собирается в большую круглую каплю, которая не вcплывает и не тонет, а висит неподвижно (Чтобы форма шара не казалась искаженной, нужно производить опыт в сосуде с плоскими стенками (или в сосуде любой формы, но поставленном внутри наполненного водой сосуда с плоскими стенками)) (рис. 13).

Рис. 13. Масло внутри сосуда с разбавленным спиртом собирается в шар, который не тонет и не всплывает (опыт Плато).

Рис. 14. Если масляный шар в спирте быстро вращать при помощи воткнутого в него стерженька, от шара отделяется кольцо.

Опыт надо проделывать терпеливо и осторожно, иначе получится не одна большая капля, а несколько шариков поменьше. Но и в таком виде опыт достаточно интересен.

Это, однако, еще не все. Пропустив через центр жидкого масляного шара длинный деревянный стерженек или проволоку, вращают их. Масляный шар принимает участие в этом вращении. (Опыт удается лучше, если насадить на ось небольшой смоченный маслом картонный кружочек, который весь оставался бы внутри шара.) Под влиянием вращения шар начинает сначала сплющиваться, а затем через несколько секунд отделяет от себя кольцо (рис. 14). Разрываясь на части, кольцо это образует не бесформенные куски, а новые шарообразные капли, которые продолжают кружиться около центрального шара.

Рис. 15. Упрощение опыта Плато.

  Впервые этот поучительный опыт произвел бельгийский физик Плато. Здесь описан опыт Плато в его классическом виде. Гораздо легче и не менее поучительно произвести его в ином виде.

   Маленький стакан споласкивают водой, наполняют прованским маслом и ставят на дно большого стакана; в последний наливают осторожно столько спирта, чтобы маленький стакан был весь в него погружен. Затем по стенке большого стакана из ложечки осторожно доливают понемногу воду. Поверхность масла в маленьком стакане становится выпуклой; выпуклость постепенно возрастает и при достаточном количестве подлитой воды поднимается из стакана, образуя шар довольно значительных размеров, висящий внутри смеси спирта и воды (рис. 15).
   За неимением спирта можно проделать этот опыт с анилином — жидкостью, которая при обыкновенной температуре тяжелее воды, а при 75-85^o C легче ее. Нагревая воду, мы можем, следовательно, заставить анилин плавать внутри нее, причем он принимает форму большой шарообразной капли. При комнатной температуре капля анилина уравновешивается в растворе соли [Из других жидкостей удобен ортотолуидин - темно-красная жидкость; при 24^o C она имеет такую же плотность, как и соленая вода, в которую и погружают ортотолуидин]
.......................................................................................................................................................

По закону Архимеда вес воды в воде равен нулю . Это подтверждают выше приведенные опыты.
Как известно закон Архимеда справедлив и для газов. Проведя анологичные рассуждения относительно веса воздуха в воздухе мы прийдем к выводу, что вес воздуха в воздухе тоже равен нулю.
Так как удельный вес всех веществ определялся в воздухе, при температуре 20 градусов Цельсия и давлении 760 мм ртутного столба, то удельный вес воздуха должен быть равен нулю, если вес его в воздухе равен нулю .
Однако из справочных таблиц по физике можно узнать, что удельный вес воздуха при температуре 20 градусов Цельсия и давлении 760 мм ртутного столба равна 1,205 кг/м³ .
Это абсолютно неверно! Удельный вес воздуха при указанных параметрах равен нулю !
Примеры решения задач (смотри "Примеры решения задач Nr 8") по выведенной мной формуле подтверждают справедливость данного утверждения !

Давайте рассуждать дальше.
Как и всякая сила, сила веса величина векторная. Значит кроме абсолютного значения она имеет еще и направление.

Сила тяжести направлена по оси, соединяющей центры Земли и исследуемого тела (вещества).
Поэтому, если принять силы веса в среде воздуха, направленные к центру земли, за положительные (например вес железного шара), то силы веса направленные от центра земли будут отрицательными (например вес шара из водорода).

Таким образом все вещества, которые легче воздуха будут иметь знак минус. К ним нужно отнести такие газы, как Водород, Гелий, Метан, Неон, Азот. И соответственно удельные веса этих газов , при решении задач на определение веса вещества, нужно брать со знаком минус.

Изменения описанные выше я внес в значения удельных весов выше перечисленных газов (смотри раздел "Таблица Эксцентриситетов" ).(Я понимаю, что и абсолютные значения веса определены в классической физике неверно, но временно оставил их такими, как в справочнике по физике, так как у меня нет лаборатории для проведения опытов).

Прочитав выше написанное в этом разделе Вы согласитесь с моими выводами, однако задададите себе   вопрос. Если то, что я прочитал здесь верно, то в чем же ошибается классическая теория, говоря, что вес воздуха равен 1,205 кг/м³.

Если Вы откроете любой учебник физики, то найдете по этому вопросу следующее:

"Имеет ли воздух вес, мы можем решить,взвешивая литровую стеклянную колбу, закупоренную пробкой с краном.( Рис. 15а)

          Рис. 15а

Если затем выкачать из нее воздух при помощи воздушного насоса и закупорив кран снова взвесить колбу,то результат покажет, что пустая колба весит примерно на 1,205г меньше, чем колба с воздухом".

Где же здесь ошибка спросите Вы меня?

Ошибка заключается в следующем:

Вес воздуха при таком способе измерения зависит от того, в каком сосуде вы производите измерения. 

Когда вы откачивали из стеклянной колбы воздух (например вместо одной атмосферы сделали 0,5ат), изменилась плотность воздуха в сосуде, и изменилась плотность стекла колбы (сосуда).

Не стану вас убеждать, что объем стекла колбы, при уменьшении давления в сосуде, увеличиться на мизерную величину, которой в нашем случае можно принебречь. Следовательно удельный вес стекла колбы останется тем же самым.

Удельный же вес воздуха в колбе уменьшиться в несколько раз.

Если теперь подсчитать средний удельный вес колбы с воздухом, при давлениях 1атм и 05атм, то  вы убедитесь, что во втором случае удельный вес колбы с разряженным воздухом будет меньше. Следовательно меньше будет и вес колбы на 1,205г.

Вывод: Во всех справочниках по физике необходимо внести изменения

               связанные с ошибкой, допущенной при определении удельного веса

               газов.

               А в учебниках по физике и государственных стандартах, дать правильную

               методику для определения удельного веса (плотности) газов и жидкостей.

Кстати, тот кто считает, что этими ошибками можно принебречь, тот сильно заблуждается. 

Для физических процессов, этот вопрос является принципиальным.

Правильная методика для определения                удельного веса (плотности)газов

Для того, чтобы правильно определить удельный вес воздуха, а так же всех остальных газов, имеющихся в природе, предлагаю пользоваться следующей технологией:

В качестве сосуда, для измерения удельного веса, использовать обычный полиетиленовый мешок со встроенным патрубком для отсасывания газа, с краном.

 Причем давление в мешке, наполненном газом, должно быть равно атмосферному давлению воздуха.

Для удаления газа из полиэтиленового мешка, необходимо соеденить патрубок с вакуум насосом. После удаления газа из мешка, закрыть кран, отсоединить вакуумнасос и производить взвешивание мешка без газа.

Откачку воздуха из мешка производить до тех пор, пока стенки полиэтиленового мешка не соединятся ("склеятся") между собой, указывая на отсутствие газа в мешке.

Измерения должны производиться на уровне моря, при температуре 20^o C и давлении атмосферы 760мм ртутного столба.

Удельный вес газов, сила веса которых направлена вверх (например у водорода), должны быть внесены в таблицу удельных весов, со знаком минус.

Указанным методом можно пользоваться так же для определения удельного веса жидкостей.

При правильно проведенных измерениях, вес воздуха в воздухе будет равен нулю!

Для убедительности приведу выдержку из рукописей Леонардо да Винчи:

О ложных науках

  Отрывки из рукописей

                                                                                     46

  Из определения тяжести, гласящего: "Тяжесть есть акцидентальная сила, созданная одной из стихий, извлеченной или вытолкнутой в другую", - следует, что поскольку ни одна из стихий не имеет веса в стихии с ней тождественной и имеет вес в стихии вышележащей, более легкой, чем она сама, как, например, часть воды не обладает большей тяжестью или легкостью, чем остальная вода; но если извлечешь ее на воздух, тогда она приобретет вес, и если поместишь под нею воздух, то и тогда она приобретет вес, каковой сам удержаться не может, почему необходимо ему разрушиться, отчего и падает она сквозь воду в то место, которое свободно от воды. Это случилось бы и с духом, находящимся посреди стихий: он непрестанно рождал бы пустоту в той стихии, в которой находится, что вынуждало бы его постоянно стремиться к небу, - до тех пор, пока он из этих стихий не вышел.

А. Штумпф