EKSPERIMEN TORRICELLI: PENGUKURAN TEKANAN ATMOSFER, PENTINGNYA - FISIK - 2025

The Percobaan Torricelli dilakukan oleh matematikawan fisik dan Italia Evangelista Torricelli tahun 1644 dan mengakibatkan di pengukuran pertama dari tekanan atmosfer.

Eksperimen ini muncul dari kebutuhan untuk meningkatkan pasokan air di perkotaan. Evangelista Torricelli (1608-1647), yang merupakan matematikawan istana dari Grand Duke of Tuscany Ferdinand II, telah mempelajari fenomena hidrolik bersama dengan Galileo.

Gambar 1. Percobaan Torricelli, di mana kolom merkuri naik 760 mm karena tekanan atmosfer. Sumber: F. Zapata.

Percobaan

Pada 1644, Torricelli melakukan percobaan berikut:

- Dia memasukkan merkuri ke dalam tabung sepanjang 1 m, dibuka di satu ujung dan ditutup di ujung lainnya.

- Setelah tabung benar-benar penuh, dia membalikkannya dan membuangnya ke dalam wadah yang juga berisi merkuri.

- Torricelli mengamati bahwa kolom turun dan berhenti di ketinggian sekitar 76 cm.

- Dia juga memperhatikan bahwa ruang hampa telah dihasilkan di ruang yang kosong, meskipun tidak sempurna.

Torricelli mengulangi percobaan menggunakan tabung yang berbeda. Dia bahkan membuat variasi kecil: dia menambahkan air ke ember, yang, lebih ringan, mengapung di atas merkuri. Kemudian dia perlahan mengangkat tabung yang berisi merkuri ke permukaan air.

Kemudian merkuri turun dan air naik. Vakum yang didapat, seperti yang sudah kami katakan, tidak sempurna, karena selalu ada sisa uap merkuri atau air.

Pengukuran tekanan atmosfer

Atmosfer adalah campuran gas yang didominasi nitrogen dan oksigen, dengan sisa gas lain seperti argon, karbon dioksida, hidrogen, metana, karbon monoksida, uap air, dan ozon.

Tarikan gravitasi yang diberikan oleh Bumi bertanggung jawab untuk menjaga seluruh planet di sekelilingnya.

Tentu saja, komposisinya tidak seragam, begitu pula densitasnya, karena bergantung pada suhu. Di dekat permukaan ada banyak debu, pasir dan polutan dari kejadian alam dan juga dari aktivitas manusia. Molekul yang lebih berat lebih dekat ke tanah.

Karena ada begitu banyak variabilitas, maka perlu untuk memilih ketinggian referensi untuk tekanan atmosfer, yang untuk kenyamanan dianggap sebagai permukaan laut.

Di sini bukan sembarang permukaan laut, karena itu juga menghadirkan fluktuasi. Tingkat atau datum dipilih dengan bantuan beberapa sistem referensi geodesi yang ditetapkan oleh kesepakatan bersama antara para ahli.

Berapa tekanan atmosfer di dekat permukaan tanah? Torricelli menemukan nilainya ketika dia mengukur tinggi kolom: 760 mm merkuri.

Barometer Torricelli

Di bagian atas tabung tekanannya 0, karena ruang hampa telah terbentuk di sana. Sedangkan pada permukaan tong merkuri, tekanan P ₁ adalah tekanan atmosfer.

Mari kita pilih asal kerangka acuan pada permukaan bebas merkuri, di atas tabung. Dari sana ke permukaan merkuri dalam wadah, ukur H, tinggi kolom.

Gambar 2. Barometer Torricelli. Sumber: Fisika Umum untuk Insinyur. J. Lay. USACH.

Tekanan di titik yang diberi warna merah, di kedalaman y ₁ adalah:

Dimana ρ _Hg adalah massa jenis merkuri. Karena y ₁ = H dan Po = 0:

Karena kepadatan merkuri adalah konstan dan gravitasi adalah konstan, ternyata bahwa tinggi kolom merkuri sebanding dengan P _{1 ,} yang merupakan tekanan atmosfer. Mengganti nilai yang diketahui:

Satuan tekanan dalam Sistem Internasional adalah pascal, disingkat Pa. Menurut percobaan Torricelli, tekanan atmosfir adalah 101,3 kPa.

Pentingnya tekanan atmosfer bagi iklim

Torricelli mengamati bahwa tingkat merkuri dalam tabung mengalami sedikit variasi setiap hari, jadi dia menyimpulkan bahwa tekanan atmosfer juga harus berubah.

Tekanan atmosfer bertanggung jawab atas sebagian besar iklim, namun variasi hariannya tidak diperhatikan. Itu karena mereka tidak terlihat seperti badai atau dingin, misalnya.

Namun, variasi tekanan atmosfer ini bertanggung jawab atas angin, yang pada gilirannya memengaruhi curah hujan, suhu, dan kelembapan relatif. Saat tanah memanas, udara mengembang dan cenderung naik, menyebabkan tekanan turun.

Kapanpun barometer menunjukkan tekanan tinggi, cuaca bagus bisa diharapkan, sedangkan dengan tekanan rendah ada kemungkinan badai. Namun, untuk membuat prediksi cuaca yang akurat, Anda memerlukan lebih banyak informasi tentang faktor lain.

Dia

Walaupun terdengar aneh, karena tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, dalam meteorologi itu valid untuk menyatakan tekanan atmosfer dalam milimeter air raksa, seperti yang ditetapkan oleh Torricelli.

Hal ini dikarenakan barometer merkuri terus digunakan hingga saat ini dengan sedikit variasi sejak saat itu, sehingga untuk menghormati Torricelli, 760 mm Hg sama dengan 1 torr. Dengan kata lain:

Jika Torricelli menggunakan air sebagai pengganti merkuri, ketinggian kolom akan menjadi 10,3 m. Barometer merkuri lebih praktis karena lebih kompak.

Satuan lain yang banyak digunakan adalah batang dan milibar. Satu milibar sama dengan satu hektopascal atau 10 ² pascal.

Altimeter

Altimeter adalah instrumen yang menunjukkan ketinggian suatu tempat, membandingkan tekanan atmosfer pada ketinggian tersebut dengan tekanan di tanah atau tempat referensi lainnya.

Jika tingginya tidak terlalu tinggi, pada prinsipnya kita dapat mengasumsikan bahwa massa jenis udara tetap konstan. Tetapi ini hanyalah perkiraan, karena kita tahu bahwa kepadatan atmosfer berkurang seiring dengan ketinggian.

Menggunakan persamaan yang digunakan di atas, massa jenis udara digunakan sebagai pengganti merkuri:

Dalam ungkapan ini P _o diambil sebagai tekanan atmosfer di permukaan tanah dan P1 adalah tekanan tempat yang ketinggiannya akan ditentukan:

Persamaan altimetrik menunjukkan bahwa tekanan menurun secara eksponensial dengan ketinggian: untuk H = 0, P ₁ = P _atau dan jika H → ∞, maka P ₁ = 0.

Referensi

1. Figueroa, D. 2005. Seri: Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 5. Cairan dan Termodinamika. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fisika: Pandangan di Dunia. Edisi ringkasan ke-6. Pembelajaran Cengage.
3. Lay, J. 2004. Fisika Umum untuk Insinyur. USACH.
4. Mott, R. 2006. Mekanika Fluida. 4th. Edisi. Pendidikan Pearson.
5. Strangeways, I. 2003. Mengukur Lingkungan Alam. 2nd. Edisi. Cambridge University Press.