Jak odczytywać barometr ? - historia - pomiary

Barometr, który dopiero niedawno stał się popularny, został "wynaleziony" prawie trzysta lat temu. Historia prac w związku z tym wynalazkiem jest bardzo interesująca. Wydaje się, że Galileusz, włoski filozof i matematyk" (ur. 1564 r., zm. 1642 r.), został poproszony pod koniec swojego życia o wyjaśnienie, dlaczego woda nie może być podnoszona w pompie ssącej na więcej niż 32 stopy. Doprowadziło go to do przekonania, że podciśnienie nie przekracza ciśnienia słupa wody o wysokości 32 stóp, ale później opracował eksperyment mający na celu ustalenie mocy podciśnienia.

Samopiszący barometr braci Richard

Jego urządzenie, które zostało umieszczone w pozycji odwróconej, składało się z rury o bardzo gładkim wnętrzu, w którą ściśle wpasowany był tłok. Na tłok ten nakładane były obciążniki, aby sprawdzić, ile siły pociągowej potrzeba było do jego ściągnięcia w dół. Przed śmiercią polecił on swojemu uczniowi (Evangelista Torricelli), aby kontynuował te eksperymenty. Jego decydujący eksperyment polegał na ustaleniu długości kolumny rtęci podtrzymywanej przez tę samą przyczynę, bez względu na to, co to może być, która podtrzymywała kolumnę wody. Ponieważ waga rtęci jest około czternastokrotnie większa od wagi wody, uzasadnił on, że wysokości tych dwóch powinny być proporcjonalne do ich wagi.

Aby udowodnić swoje poglądy na ten temat, wziął on szklaną rurkę o długości około trzech stóp, zamykając ją na jednym końcu i napełnił ją rtęcią. Kładąc palec na otwartym końcu, odwrócił tą tubę w małej miseczce, również zawierającej rtęć, a kiedy usunął palec, stwierdził, że rtęć zatonęła w tubie, aż jej poziom w tubie był około 29 cali oddalony od poziomu rtęci w misce. Torricelli kontynuował swoje eksperymenty i stwierdził, że poziom rtęci w tubie oscylował jak zmiany pogody miały miejsce.

Już w 1645 roku opublikował on swoje obserwacje na temat tego zjawiska. Zmarł we Florencji, Włochy, 25 października 1647 roku, zanim jego wielkie odkrycie zostało w pełni zakończone. W tym czasie francuski autor, Blaise Pascal, zainteresował się odkryciem Torricellego. Jego ojciec wysłał go do Paryża do nauki języków, ale umysł chłopca biegł wzdłuż linii matematycznych i do czasu osiągnięcia wieku 12 lat miał reputację aż do 32. propozycji Euklidesa. Ojciec, odkrywając to, postanowił dać mu wykształcenie matematyczne. Wkrótce związał się z towarzystwami naukowymi i zadziwił się najbardziej poznaną wiedzą na temat problemów matematycznych.

W wieku 16 lat wynalazł maszynę liczącą, choć nigdy nie została ona wykorzystana w praktyce. Wynalazł też pierwsze krzesło z taczką, rodzaj drayny i prasę hydrauliczną. Kiedy 25 rozpoczął swoje eksperymenty barometryczne i potwierdził odkrycia Galileo, Torricelli, i innych, w odniesieniu do masy powietrza i jego elastyczność. Zdarzyło mu się, że jeśli ciśnienie atmosferyczne obsługiwane rtęci w rurze, jak pokazano w eksperymencie Torricelli, wysokość kolumny rtęci w rurze powinien zwiększyć lub zmniejszyć, jeśli ciśnienie wzrosła lub zmniejszyła.

Podjął swoje pomysły z Perierem, swoim szwagrem, który mieszkał w pobliżu wysokiej, stożkowej góry Puy-de-Dome, i poprosił o przetestowanie swojej teorii na tej górze. Zostało to osiągnięte dopiero jesienią 1648 roku. Perier wyprodukował dwie tuby, wypełnił je rtęcią i obserwował je, pozostawiając jedną w swoim ogrodzie w Clermont, wysokość rtęci w tubach wynosiła 26 cali francuskich i 3 % linii. Pozostawiając jedną z nich do zaobserwowania w czasie absencji, wziął drugą w górę Puy-de-D6me i na szczycie zaobserwował, że rtęć spadła w rurze do 23 cali i 2 linii. Zauważając tubę jak wracał, znalazł na niższych poziomach kropli rtęć nadal rosła, aż do czasu gdy przybył do swojego ogrodu w Clermont rtęć stała na swoim pierwotnym poziomie 26 cali i 3% linii. Był to pierwszy przypadek obserwacji ciśnienia powietrza w odniesieniu do wzniesień.

Zadowolony z sukcesu i przekonany o słuszności pomysłów Pascala, powtórzył eksperyment, udając się na najwyższą wieżę w Clermont. Wyniki swoich eksperymentów przekazał Blaise'owi Pascalowi, który sam dokonał podobnych obserwacji, zarówno z wysokiego domu, jak i dzwonnicy w Paryżu. Zadowolony ponad miarę z wyników, upozorował ten proces jako środek do wyznaczania wysokości jednego miejsca nad drugim. W ten sposób "barometr" narodził się i został wysłany w swoją karierę przez cywilizowany świat.

Najwybitniejsi ludzie nauki pracowali nad rozwojem tego surowego, ale oryginalnego instrumentu sprzed trzystu lat, doskonałego instrumentu teraźniejszości, ale nowoczesny instrument jest niczym innym jak oryginalną "tubą odwróconą w kubku rtęci", z wieloma udoskonaleniami.

Wzorów i stylów było wiele, najbardziej genialny i wspólny wzór jest ten obsługiwany przez tubę rtęciową osadzoną z tyłu banjo-kształtnego ramka, do której przymocowana jest podzielona na cale tarcza, nosząca bardzo znajome, ale rażąco niedokładne legendy "Stormy", "Fair" i "Fine Weather", po których porusza się wskazująca ręka. W 1798 roku M. Comte, profesor aerostatyki w szkole w Meudon pod Paryżem, wynalazł "zegarkową, metaliczną, hermetyczną walizkę próżniową, której pokrywa, napięta wewnętrznymi sprężynami, podnosi się i opada pod zmiennym ciśnieniem".

Był to niewątpliwie pierwszy "aneroidowy" (grecki termin "bez płynu") barometr i został wykonany z tego powodu, że w jego balonie wznoszenia znalazł barometr rtęciowy bardzo był wrażliwy na gwałtowne drgania. M. Vidi następnie wykonał doświadczenie o innej formie. Skonstruował pudełko z fałdami na górze i na dole, aby uczynić je bardziej elastycznym w swoich ruchach. Po wyjęciu powietrza z pudełka w naturalny sposób zapadło się ono w środku. Za pomocą mechanicznego podważenia obie powierzchnie zostały ponownie otwarte poprzez przymocowanie kołków do górnego i dolnego środka każdej z nich, rozsunięcie ich i mechaniczne przytrzymanie w pozycji otwartej.

Każdy wzrost ciśnienia powietrza, oczywiście, ważył w dół na tym "pudełku" lub "komorze" i zamykał ją nieco: każdy spadek ciśnienia miał odwrotny efekt i pozwalał na jej otwarcie. Ruch ten przenoszony był na serię dźwigni kończących się na małym słupku lub trzpieniu, do którego przymocowana była wskazówka. Odpowiednio wygrawerowane lub wygrawerowane pokrętło umożliwiało dość dokładny i szybki odczyt wszystkich zmian ciśnienia. To, po ukończeniu, stało się bardzo przenośną instrukcją i od razu stało się popularne. Wygląda na to, że został on dalej rozwinięty przez angielskich producentów, w wyniku czego obecnie wykonywane są barometry aneroidowe skonstruowane w taki sposób, aby pokazywały zmiany rzędu zaledwie 1000 tyś cala ciśnienia.

Było to przyczyną wielu domysłów i sporej ilości zgadywanek ze strony ludzi, jak można wiedzieć, że pewne miejsce to pewna num- ber stóp nad poziomem morza. Pisarz usłyszał kiedyś uwagę: "Na pewno nie mogą używać taśm." Wynalezienie instrumentu typu aneroidowego miało ogromne znaczenie, ponieważ z ques- tionu byłoby przenoszenie na dowolną odległość dużego barometru rtęciowego, co najmniej 34 cale długości, zarówno uciążliwego, jak i nieporęcznego. Wykonane w rozmiarze od około dwóch cali dla turysty lub podróżnika do pięciu cali dla geodety, są nie tylko bardzo przenośne, ale również bardzo dokładne, pod warunkiem, że nie są nadużywane i są traktowane ze zwykłą ostrożnością.

Drobne instrumenty są wrażliwe na niemalże linię włosów i w związku z tym można uzyskać bardzo dokładne i dokładne odczyty, pod warunkiem, że aneroid jest prawidłowo i starannie skonstruowany. Pokrętła są podzielone na cale rtęci pres- pewny i kiedy mówimy, że barometr stoi na "29" mamy na myśli, że w tym punkcie obserwacji mer- rtęci będą obsługiwane na wysokości 29 cali w probówce, jak wyjaśniono w doświadczeniu Torricellian. Zanim zajmiemy się barometrem jako miarą wysokości, dobrze będzie dokładniej zrozumieć powietrze, którego głębokość lub wysokość staramy się zmierzyć.

Pierwszą rzeczą, o której należy pamiętać jest to, że ponieważ powietrze jest elastyczne, jest bardziej sprężone, a zatem waży ciężej na powierzchni ziemi niż w jakimkolwiek punkcie nad nią. Wysokość naszej atmosfery nie jest znana. Prawie wszystkie władze nie zgadzają się w tej kwestii. Nigdy nie będąc w stanie spojrzeć na to z góry, nie jesteśmy w stanie rozwiązać tego problemu. Jesteśmy uwięzieni na dole.

Pojawiła się opinia, że ten ocean powietrzny sięga na pewno na wysokość dwóch lub trzystu mil - być może czterech lub pięciuset - być może o wiele więcej. Zanim zajmiemy się barometrem jako miarą wysokości, dobrze będzie dokładniej zrozumieć powietrze, którego głębokość lub wysokość staramy się zmierzyć.

Naprawdę bardzo trudno sobie wyobrazić "szczyt" naszej atmosfery. Powietrze zacienia się bardzo powoli, aż stanie się próżnią przestrzeni. Tego żadna żywa dusza nie jest w stanie wyjaśnić, a nawet sobie wyobrazić. Myśl o tym jest niemożliwa. My, na dnie tego wielkiego oceanu powietrza, jesteśmy tak samo bezradni w poznawaniu czegokolwiek o jego powierzchni, jak płaska ryba na dnie oceanu wody w próbie poznania jego powierzchni.

Mówi się, że atmosfera Słońca rozciąga się na 500.000 mil - nawet ta odległość stanowi jedynie cząsteczkę przestrzeni, we wspaniałym Wszechświecie. Jakże bezradni jesteśmy. Przeciętny człowiek niewiele wie o powietrzu na odległość około mili nad jego głową, czy o jego stanie. Nawet jeśli na tej wysokości musi walczyć o oddech, to w razie gdyby w jakimkolwiek stopniu się wywarł.

Te mile, może setki mil powietrza, naciskają potężnie w dół, spakowując szczelnie dolne warstwy powietrza w pobliżu powierzchni ziemi. Tutaj żyjemy, na samym dole, i patrzymy z podziwem na te małe kopce i hałdy, które nazywamy górami. To prawda, mogą one mieć tysiące stóp wysokości, ale są bardzo małe w porównaniu z głębokością powietrza, w którym się znajdują. Górne warstwy tego powietrza muszą być lżejsze lub "luźniejsze" w swojej konstrukcji, ponieważ nie muszą podtrzymywać tak dużego ciężaru powyżej. Największe ciśnienie jest na dole.

Gdybyśmy mogli pociąć powietrze na plastry dowolnej wielkości, z których każdy jest równy pół cala ciśnienia, i spiętrzyć je tysiące i tysiące stóp w powietrze, to dolne byłyby tak zgniecione lub sprasowane, że nie mierzyłyby nigdzie wielkości tych powyżej. Te w kierunku wierzchołka byłyby bliżej ich pierwotnej grubości, a sam wierzchołek byłby dokładnie tej samej wielkości, jaka była przed umieszczeniem go w pozycji. Być może tę ilustrację można sobie lepiej wyobrazić, jeśli zamiast bloków powietrza użyjemy beli waty na pewno. Gdyby bale zawierały 100 funtów bawełny i były grube na dwie stopy, to i tak byłyby obkurczone o 100 funtów bawełny, gdyby ważyły tysiące sztuk powyżej i były obkurczone do grubości tylko jednej stopy.

Tak samo jest z powietrzem. Centymetr nacisku na poziomie morza może być tylko 900 stóp gruby, ale centymetr pres- pewnie, wysoko w powietrzu, może być 1.600 stóp gruby. Na tej prostej ilustracji dość łatwo zauważyć, że różnice pomiędzy każdym calem ciśnienia nie są równe. Tysiąc i stóp powietrza to zawsze tysiąc stóp powietrza, bez względu na to, czy jest ono pod naciskiem jednego cala czy trzydziestu cali. Reguła stopy jest zawsze taka sama, nawet jeżeli znajduje się ona na dnie morza lub na szczycie najwyższej góry. Doświadczenie Blaise'a Pascala dowiodło, że jeśli barometr zostanie zabrany na górę, wzgórze lub wieżę, albo w dowolne miejsce powyżej pewnego punktu, to będzie mierzył różnicę w ciśnieniu między pierwszym a ostatnim miejscem obserwacji.

Nacisk roboczy w calach, w stopach pomiaru, był niewygodny sposób osiągnięcia rezultatu, i pozostało Sir George'owi Biddellowi Airey'owi, K. C. B., Astronomowi Królewskiemu z Wielkiej Brytanii, opracować skalę stóp pomiaru (patrz poniżej), która dokładnie odpowiadała skali nacisków, aby umożliwić każdemu dostrzeżenie odległości w stopach, jaką przebył, poddając swój barometr aneroidowy naciskowi w określonym miejscu i ciśnieniu jednego z nich powyżej. W marcu 1867 roku przedstawił tę skalę "Royal Society of Ensrland", które ją przekazało, i wydaje się, że została ona natychmiast przyjęta przez angielskich producentów, będących w powszechnym użyciu do dnia dzisiejszego.Jako zero, czyli punkt wyjścia do określenia skali stóp, wybrał punkt trzydziestu jeden centymetrów, ponieważ barometr na poziomie morza nigdy, a przynajmniej bardzo rzadko, nie wskazywał na większe ciśnienie powietrza. W ten sposób założył, że ręka barometru będzie zawsze w pewnym momencie na nowej, opracowanej przez niego skali wysokości.

Często zastanawiano się, dlaczego wysokość zerowa nie zaczynała się od trzydziestu cali. Odpowiedź jest dość prosta, bo gdyby barometr stał w jakimś punkcie wyżej niż trzydzieści cali (a często tak jest), ręka byłaby poza skalą wysokości i w związku z tym nie byłoby możliwości odczytania jej.Skala ta musiała być uniwersalna i musiała być odwrócona na bok od najniższego punktu na lądzie, czyli od poziomu morza, ponieważ wysokość dowolnego miasta, rzeki lub góry jest rozumiana jako "tyle stóp nad poziomem morza".

Turyści często są bardzo rozczarowani widokiem wysokich gór lub szczytów, aby zobaczyć je tak pozornie małe.Kiedy byłem w Kolorado, dobrze pamiętam, że po raz pierwszy usłyszałem syna na szczycie Pike's Peak, który wykrzyknął: "Dlaczego, powiedziano mi, że ten szczyt ma ponad 14.000 stóp wysokości!". Mało brakowało, by pomyślał, że sam szczyt wznosi się na wysokość 8000 stóp ponad Colorado Springs i że Colorado Springs znajduje się 6000 stóp nad poziomem morza. Najwyraźniej spodziewał się on, że zamiast 14 000 stóp od poziomu morza, znajdzie górę wznoszącą się na wysokość 14 000 stóp w powietrzu.

W obliczeniach w tej skali stwierdzono, że calowy nacisk pomiędzy "30" a "31" ma 890 stóp grubości - mały ponieważ jest skompresowany przez bardzo duży ciężar wszystkiego ponad nim. Pomiędzy centymetrami "17" i "18" znaleziono odległość 1.580 stóp, znacznie większą z powodu tej wysokości (około 14.000 stóp) powietrze jest znacznie lżejsze, ponieważ nie jest sprężone o tak wiele powyżej. W ten sposób opracowano skalę wysokościową, która została przyjęta jako poprawna w temperaturze 50° Fahrenheita.

W związku z tym, że powietrze może się rozszerzać lub kurczyć poprzez zwiększanie lub zmniejszanie jego temperatury. Jeśli temperatura zostanie obniżona, jeden centymetr ciśnienia skurczy się nieznacznie i jeśli temperatura b e l?" do IS" oznacza 1,6B0 stóp.zwiększyła się... jest trochę głębsza. Jeśli uszczelnimy puszkę i podgrzejemy ją, powietrze w jej wnętrzu rozpręży się i pęknie otwierając puszkę. Skale "wysokość" i "cale ciśnienia" nie pasują do siebie; to znaczy, że nie są równe, a ponieważ pierwotnie zostały obliczone z 31-calowym punktem jako zerem, stają się niepoprawne, gdy są używane w jakikolwiek inny sposób, chyba że skala wysokości jest manufak- wychowana w nowy i ulepszony sposób, czyli w równych dzielnikach, co sprawia, że jest poprawna, gdy jest obrócona do punktu ręki.

Wytwarzając mechanizm barometru aneroidowego i układając go tak, aby zgadzał się ze standardowym barometrem rtęciowym, naturalny porządek rzeczy był zazwyczaj odwrócony, to znaczy skala ciśnienia była podzielona na równe podziały, a nie na nierówne podziały jak w naturze, co w konsekwencji powoduje, że skala wysokości podziałów jest nierówna, które w rzeczywistości w naturze są Taki sam. Pod względem wartości są one dokładnie takie same, to znaczy, że nierówne podziały jednego odpowiadają dokładnie równym podziałom drugiego i są tak prawidłowe, jak byłyby, gdyby były wykonane i wygrawerowane zgodnie z naturą. Jak zauważono w poprzednim paragrafie, nowa metoda polega na wykonaniu skali wysokości w równych podziałach.

Stary typ aneroidy miał swoją skalę wysokościową wygrawerowaną kilka razy na tej samej płycie, na której pojawiła się skala ciśnienia lub cala. Innym razem skale te były robione tak, aby się obracały.Obrotowa skala tego typu jest oczywiście niepoprawna i może być rażąco myląca, gdy znajduje się w rękach nowicjusza, gdyż dla osoby nie znającej się na rzeczy naturalną rzeczą jest obracanie skali aż do momentu, gdy "'0" stóp na skali wysokości znajduje się w linii z i bezpośrednio pod punktem ręki, przed wyruszeniem w podróż na górę lub wzgórze, natur- sprzymierzeniec musiał zacząć od "'zero" lub "'0" stóp.W rezultacie ręka zaczęłaby się poruszać w tej części skali wysokości, która pokazał najszerszy podział.

Dla przykładu, wartość skali wysokości pomiędzy 28 a 27 cali wynosi około 1000 stóp, więc gdyby na początku obserwacji ręka stała na wysokości 28 cali (reprezentowana na skali wysokości przez 2750 stóp), a na końcu podjazdu na wysokości 27 cali (reprezentowana na skali alti- tude przez 3750 stóp), to wysokość pomiędzy tymi dwoma miejscami byłaby różnicą pomiędzy dwoma odczytami; tj. 3750 - 2750=1000.Teraz, gdyby skala była obracana aż do momentu, gdy "0" stóp na niej stanie bezpośrednio pod ręką na wysokości 28 cali, a ręka podróżowała podczas wchodzenia na wzgórze, aż wskazywała na punkt 27 cali, wysokość pokazana przez skalę wynosiłaby tylko 890 stóp, lub błędnie 110 stóp!

Przyczyną tego, jak już wcześniej wyjaśniono, jest to, że niewłaściwa część skali wysokości została użyta w połączeniu z pewnym naciskiem.0" stóp skali wysokości i "31 cali" punktu nacisku muszą być zawsze zbieżne, jeśli pożądane są poprawne odczyty na tym typie skali. Nie ma innego sposobu na prawidłowe zastosowanie tego barometru.

W nowym typie przyrządu obrotowa skala wysokości jest podzielona na równe podziały i można ustawić "0" stóp na dłoni, rozpocząć wznoszenie i w każdej chwili prawidłowo odczytać wysokość z tarczy, na życzenie użytkownika. Jest to duża wygoda i znaczne zaawansowanie w tworzeniu instrumentów.Powszechnie uważa się, że barometr wysokości dostarczy obserwatorowi informacji o wysokości, na jakiej znajduje się nad poziomem morza, po prostu obserwując jego tarczę. Tego nie może zrobić.

Barometry wysokościowe po prostu wskazują wysokość pomiędzy jednym miejscem obserwacji a drugim. Są to praktycznie zasady, lub miary, umieszczone w innej formie, ale zaprojektowane w tym samym celu. Zdajemy sobie sprawę z kompletnego absurdu, jakim jest dążenie do znalezienia wysokości miejsca, na którym możemy stanąć, poprzez konsultacje z władcą.

Równie absurdalne jest oczekiwanie, że uzyskamy tę informację, patrząc na tarczę aneroidalnego barometru - wiecznego.The Geological Sur- vey, U.S. Weather Bureau, U.S. Coast and Geodetic Survey, U.S.Geographic Survey, U. S.S. Engineer Corps, U.S.Lake Survey, U.S.Army, Geological Sur- veys of different States,Koleje, City En- gineers, kluby i wiele osób stworzyło w całym kraju jedenaście różnych punktów nad poziomem morza, a ich wyniki są rekordowe w ilości ponad tysiąca stron.

Jesli trzeba znalezc wzniesienie pewnego miejsca nad morzem. Oczywiście należy rozpocząć od jednego z tych "kanap" lub w jego pobliżu, najpierw odnotowując jego wysokość nad poziomem morza, a następnie określając barometrem aneroidowym różnicę wysokości między "kanapą" a drugim punktem obserwacji. Gdybyśmy, na przykład, byli w Helenie w Montanie, znaleźlibyśmy na ratuszu znak "4108 stóp nad poziomem morza". "Zakładając, że chcielibyśmy znaleźć różnicę na wysokości pomiędzy Heleną i Boulder w Montanie, obserwowaliśmy nasz barometr w Helenie przed rozpoczęciem... Może on odczytywać na powiedzmy 25,80 cala, co odpowiada znakowi 6000-ciu stóp na skali wysokości. Po przybyciu do Boulder (Northern Pacific Railway), wskazywałby on na około 25,03 cala, co odpowiada 5816 stopom w skali wysokości. Różnica pomiędzy tymi dwoma odczytami wynosi 5815 minus 5000 stóp, czyli 815 stóp. Przed rozpoczęciem stwierdziliśmy, że znak ławki w Helenie wynosi 4108 stóp nad poziomem morza, więc jeśli dodamy tę wartość do różnicy wysokości pomiędzy Heleną a Głazem, otrzymamy wysokość Głazu nad poziomem morza.

Nasz wynik to 4108 plus 815, czyli 4923 stopy.W poprzednim paragrafie była mowa o wpływie temperatury na powietrze. Korekta na ten temat znajduje się w dwóch tabelach (str. 46 i 47) zaczerpniętych z Kolekcji Różnych Smithsonian.Tabele te nie muszą być brane pod uwagę, chyba że wymagane są bardzo dokładne odczyty.

Dla przykładu, załóżmy, że na dole góry temperatura wynosiła 70° Fahrenheita, a ręka na barometrze wskazywała na 2000 stóp. Korekta odnotowana przy 70° Fahrenheita wynosi 82 stopy, którą należy dodać, podobnie jak wszystkie korekty temperatury powyżej 50° Fahrenheita, co daje wskazanie 2082 stóp. Jeśli na szczycie dłoń wskazuje na 6000 stóp, a temperatura wynosi 20° Fahrenheita, to korekta będzie wynosić 367 stóp, co daje naszą wysokość 5633 minus 2082, czyli 3551 stóp.Ta ilustracja pokazuje zakres 50° Fahrenheita w temperaturze na wysokości 4000 stóp, więc korekta jest oczywiście duża.

Skale wysokości są zazwyczaj wykonane tak, aby rejestrować od 3000 stóp do 25 000 stóp wokół ich obwodu. Oczywiście odczyty do 3000 stóp są podzielone na mniejsze podziały niż te o większej wysokości.

Niektóre barometry typu 0 f są skonstruowane tak, aby umożliwić bardzo dokładny podział ich skali wysokości. Aby to umożliwić, ich mechanizmy są zmieniane tak, że skala wysokości może być podzielona na równe części, a skala ciśnienia Noniusz obraca się wokół ich obwodu i za jego pomocą można odczytywać do pojedynczych stóp wysokości. Noniusz został wynaleziony przez brukselskiego inżyniera Petera Verniera w 1631 r. - na kilka lat przed powstaniem sakwy. barometr został wynaleziony. W rzeczywistości składa się on z ruchomej skali przymocowanej do stałej skali, służącej do pomiaru przestrzeni mniejszych niż te, na które stała skala jest podzielona.

Noniusz będzie łatwo zrozumiały, jeśli ilustrowany rysunek zostanie wyjaśniony. Skala na której pojawiają się liczby 2000 przedstawia część skali wysokości, podzieloną na dziesiąte części i podzieloną na setne, tak aby każda z mniejszych dywizji reprezentowała 10 stóp. Mniejsza skala powyżej, oznaczona jako "wznoszenie", reprezentuje noniusz i jest ruchoma wokół drugiej skali. Dziesięć linii na skali noniusza dokładnie pokrywa dwadzieścia jeden podziałów na skali wysokości, w związku z czym każdy podział noniusza pokrywa dwa 1-sze podziały skali wysokości.

Gdyby "0" zostało przesunięte dookoła, aż do momentu, w którym dokładnie pokrywa się z podziałem 2000 r., pierwsza linia na skali noniusza wskazywałaby na 2 1-litrowy podział, druga na 4 2-10, trzecia na 6 3-10, czwarta na 8 4-10, ósma na 16 8-10, dziewiąta na 18 9-10, a dziesiąta na 20 10-10 lub 21.Jest oczywiste, że ale jeden podział na noniusz może zbiegać się z podziałem na stałej skali, w jednym czasie. Linie, które dokładnie pokrywają się z podziałem zaznaczają podział.

Ilustracja przedstawia "0" w punkcie 1770 (wyobrażając sobie, że skala jest rozciągnięta w prawo tak, że można dostrzec 1000), podczas gdy siódma linia skali noniuszowej jest zgodna z linią na skali stałej, co daje prawdziwy odczyt 1777.WPŁYW ZMIAN POGODY NA SKALĘ WYSOKOŚCIOWĄ Ponieważ masa powietrza nie jest stała w żadnym miejscu, często zdarza się, że podczas długiego zjazdu z góry następuje zmiana pogody (wzrost lub spadek masy powietrza), co powoduje, że ręka barometru porusza się albo w dół, albo w górę skali wysokości.Tę zmianę ciśnienia powietrza można oczywiście łatwo pomylić ze wzrostem lub spadkiem wysokości pokonywanej przez obserwatora.

Załóżmy na przykład, że pozostaliśmy w pewnym momencie przez dwanaście godzin i po przybyciu barometr pokazał 1200 stóp w swojej skali wysokości, a po odlocie 1300 stóp. Jest pewne, że nie wznieśliśmy się na 100 stóp, bo pozostaliśmy w tym samym punkcie. Zmiana w odczytach skali spowodowana jest zmianą ciśnienia atmosferycznego, co prawdopodobnie wskazuje na zbliżenie się pogody.

Odchylenia o takim charakterze są zazwyczaj bardzo małe i trwają przez wiele godzin, więc do zwykłych celów można je pominąć, ale w podróży warto zwrócić uwagę na punkt, w którym barometr stoi w nocy, więc jeśli do rana nastąpiła jakakolwiek zmiana, można się nią zająć. Inżynierowie, geodeci i inne osoby, które muszą dokonywać bardzo dokładnych odczytów, zazwyczaj zatrudniają albo obserwatora w miejscu, z którego wychodzą, aby co godzinę odczytywał inny barometr i odnotowywał jego zmiany, albo używają "wykresu burzowego" (barometru rejestrującego), aby wszystkie zmiany były automatycznie odnotowywane na wykresie, zarówno jeśli chodzi o czas wystąpienia takich zmian, jak i ich wielkość.

Zapisują czas dotarcia do określonych punktów i odczytują barometr wraz z nimi, więc Po powrocie do punktu wyjścia lub bazy, korzystając z "Stormograph", mogą określić dokładną kwotę do odliczenia lub dodania do swojego odczytu. Oto prosty przykład. Załóżmy, że impreza rozpoczęła się w poniedziałek o 8 rano, a ich barometry odczytały 29,50 cala, co odpowiada 1350 stopom w skali wysokości. Do 22:00 osiągnięto szczyt góry, a ich barometr odczytywał 24,20 cala, czyli równowartość 6750 stóp w skali wysokości.

Naturalnie obliczaliby oni swoją wysokość w stopach jako 6750 minus 1350, co równa się 5400 stóp. Po odpoczynku w nocy, po około trzydziestu sześciu godzinach nieobecności, cofnęli się w czasie i dotarli do punktu wyjścia następnego wieczoru (we wtorek).Odnosząc się do swojego zapisu "Stormograph" stwierdzają, że o 22:00 w poniedziałek barometr stał na wysokości 29,70 cala. (Kiedy wyszli, odczytał 29,50 cala) .

Teraz widzimy, że u ich podstawy o 22:00 w poniedziałek barometr odczytał 29,70 cala, czyli 1150 stóp na skali wysokości, a na szczycie 24,20 cala, czyli 6750 stóp na skali wysokości, czyli 6750 minus 1150, czyli 5600 stóp wysokości.

Ciśnienie atmosferyczne pochodzi z ciężaru powietrza. W danym miejscu ciśnienie przedstawia ciężar słupa powietrza, którego podstawą jest centymetr kwadratowy powierzchni poziomej, wysokością zaś granica górna atmosfery. Ciężar ten zmienia się wraz z wysokością słupa i wraz ze stanem atmosfery

Czym jest właściwie ciśnienie atmosfery?

Można wyobrazić sobie łatwo w sposób następujący. Przypuśćmy, że mamy przekrój o 1 cm. kwadratowym otworu pompy; w otworze , wprawiony jest nieważki tłok P dokładnie przystający i poruszający się bez tarcia. Jeżeli w jakikolwiek sposób usuniemy z spod tłoka powietrze, to ten opuści się na dno pompy. Otóż siła, którą przyłożyć należy, aby przeciwdziałać spadnięciu tłoka na dno, przedstawia ciśnienie atmosfery. Siła ta jest ta sama, niezależnie od kierunku w jakim znajduje się otwór pompy; stąd też mówiąc o ciśnieniu nie wyszczególniamy kierunku w jakim je rozważamy.

1. Pomiar ciśnienia atmosferycznego.

Wielkość ciśnienia atmosferycznego i jego zmiany prowadzą do następstw tak dalece doniosłych, że wyznaczenie w każdej chwili ciśnienia należy umieć wykonać łatwo i dokładnie.

Pomiar ciśnienia wykonywa się przy pomocy narzędzia (barometru) dwojakiego rodzaju: barometru rtęciowego i barometru metalicznego.

Do pomiarów ciśnienia służy barometr rtęciowy ze skalą i noniuszem pozwalającym odczytywać wysokość słupa rtęci do 0,1 mm. Na barometrze umieszczony jest specjalny termometr, który odczytuje się bezpośrednio przed każdą obserwacją w tym celu, aby wysokość odczytana słupa rtęci mogła być sprowadzona do 0"C. Do tej redukcji na temperaturę służy specjalna tabelka

Do notowań stanu barometru (3 razy dziennie o 7J, 1J i 9J) najdogodniej jest używać barometru naczyniowego o dnie nieruchomym i o skali zredukowanej . W barometrze tym należy unikać starannie wszelkiej straty rtęci, a o wszelkich zmianach w tym względzie robić adnotacje w sprawozdaniach miesięcznych. Obserwacja barometryczna składa się z 3-ch części, a mianowicie:

a) z odczytania termometru na barometrze;

b) z nastawienia noniusza na koniec górny (kopułę) słupa rtęci;

c) z odczytania (na skali) wysokości słupa rtęciowego.

Przystępując do barometru, należy zaraz odczytać umieszczony na nim termometr; uczynić to należy dokładnie, ale mimo to możliwie prędko, z obawy, aby barometr nie ogrzał się zbytnio od ciepła ciała lub latarki. Termometry na barometrach mają zazwyczaj podziałki tylko co stopień; jest jednak rzeczą pożądaną oceniać na oko także i części dziesiąte. Następnie należy z lekka postukać palcem po oprawie barometru, a to dla usunięcia możliwego przylegania rtęci do szkła. Do nastawienia należy N - G przesuwać noniusz tak, aby jego punkt zero przypadał na jednej linii widzenia z wierzchołkiem wypukłej nieco górnej powierzchni rtęci w rurce.

Przy nastawianiu należy zwracać uwagę na to, aby koniec dolny noniusza był styczny do wierzchołka menisku rtęciowego; w tern miejscu, dla każdego położenia oka, przestrzeń powinna być ciemna, gdy po obu bokach menisku będą przeświecały trójkąty.

Jeżeli po takim nastawieniu, zero (koniec dolny) noniusza zgadza się ściśle z którą bądź podziałką skali barometru, np. 750-ą, to notujemy ciśnienie atmosfery = 750,0 mm; jeżeli zaś zero noniusza przypadnie między 750-ą

Nastawianie noniusza w rurce barometrycznej i 751-ą podziałką, to uważamy, która z rzędu podziałka noniusza zgadza się dokładnie (lub jest przynajmniej najbliższą) z jedną z podziałek na skali; jeżeli jest nią np. 3-a podziałka noniusza, to notujemy ciśnienie 750,3 mm i t. p. W niektórych barometrach (t. zw. naczyniowo-lewarowych) trzeba, przed przesunięciem noniusza, sprowadzić przede wszystkim poziom dolny rtęci do zera skali barometru, co się uskutecznia za pomocą dolnej śruby, dającej się wkręcać lub wykręcać. Wysokość barometryczną oblicza się w sposób następujący:

Temperatura odczytana na barometrze .... 28",5
Wysokość słupa rtęci odczytana 753,6 mm
Poprawka do 0"C. (według specyalnej tabelki) . —3,5 mm
Poprawka stała barometru wraz z poprawką na ciężkość normalną......................... +0,4Poprawki razem . —3,1 mm
Wysokość barometryczna zredukowana i poprawiona =750,5 mm.

Poprawki barometryczne. Przy pomocy barometru rtęciowego można z całą ścisłością wyznaczyć ciśnienie powietrza w danym czasie; wszelako do otrzymanych wskazań należy dołączyć następujące poprawki. I-o Poprawka na temperaturę. Skoro temperatura wzrasta gęstość rtęci zmniejsza się, słup zatem rtęci wskazujący ciśnienie. jest zbyt wysoki. Poza tym wskutek wzrostu temperatury podziałki na skali, które służą do wskazania wysokości słupa rtęci, wydłużają się, i skala nie jest już dokładna. Lecz można łatwo wyznaczyć, co narzędzie wskazywałoby przy temperaturze 0°.

2-o Stała poprawka narzędzia. Ta poprawka odejmuje się lub dodaje do wskazań narzędzia. Poprawkę wyznacza instytucja centralna meteorologiczna przez porównanie narzędzia z normalnym barometrem stacji centralnej. 3-o Poprawka na wysokość. Waga danego słupa rtęci zależy od natężenia siły przyciągania ziemi. Lecz przyciąganie ziemi zwiększa się w kierunku ku biegunom, zmniejsza zaś w miarę wznoszenia się nad poziom. Otóż zgodzono się wszystkie pomiary ciśnienia sprowadzać do jednakiego natężenia siły ciężkości, mianowicie do natężenia pod 45° szerokości na poziomie morza.

Jeżeli miejscowość jest na znacznej wysokości, to jeszcze do powyższej dołącza się drobną poprawkę zawsze odjemną: tak przy wysokości 1000 m., należy odjąć 0,13 mm.-, dla 2000 m 0.23 w/rc.

Barometr metaliczny (aneroid). Zasadniczą częścią narzędzia jest najczęściej pudło Vidi’ego o kształcie cylindrycznym (rys. 32), którego wierzch i dół mają powierzchnię falistą; wnętrze pudła zawiera nader rozrzedzone powietrze. Falistość obu powierzchni ma na celu ułatwienie od kształtowań pod wpływem ciśnienia. Ciśnienie stara się zbliżyć wzajemnie obie powierzchnie, górną do dolnej, lecz przeciwdziała temu spłaszczaniu sprężyna R, równoważąc ciśnienie. Pod wpływem zmian ciśnienia, aby je zrównoważyć, sprężyna kołysze się. Przy pomocy układu drążków kołysanie przenosi się na igłę ruchomą na tarczy z podziałką, wykonaną według wskazań barometru rtęciowego.

Istnieją jednak przyczyny, wskutek których wskazania aneroidów mogą być niedokładne:

1. Powolne zmiany sprężyny. Dokładność aneroidu uwarunkowana jest stałością stanu elastyczności sprężyny. Po pewnym wszelako czasie sprężyna się osłabia; pudło spłaszcza się więcej niż powinno przy tern samem ciśnieniu, i narzędzie daje zbyt wielkie wskazania.

2. Temperatura. Elastyczność sprężyny zależy również od temperatury; wyrabiają wszelako aneroidy kompensowane, w których pewna odpowiednio obliczona ilość powietrza, pozostawionego w pudle Vidi’ego, równoważy wpływ zmian temperatury na sprężynę własnym od kształtowaniem.

3. Tarcie utrudnia wolne działanie drążków. Z powyższego wynika, że aneroidy nie należą bynajmniej do narzędzi, którym ufać można bezwzględnie; trzeba zatem sprawdzać je od czasu do czasu. Mają one wszelako ważne zalety mianowicie: niewielkie rozmiary, trwałość, łatwość przenoszenia; łatwo również dają się odczytywać, co w połączeniu z taniością narzędzia sprawia, że warto zadać sobie pracę dla usunięcia błędów. W tym celu należy od czasu do czasu porównywać wskazania aneroidu ze wskazaniami barometru rtęciowego, po czym odpowiednio nastawia się wskazówkę, nieco obracając ją dokoła osi, tak, aby zgoda z barometrem rtęciowym była dostateczna. Źródło błędu powstające z tarcia usuwa się przez lekkie potrząsanie narzędzia przed odczytaniem. Trwale spostrzeżenia zmian ciśnienia najlepiej wykonywać przy pomocy samopiszącego przyrządu, barografu.

Barograf czyli barometr samopiszący (rys. 34) składa się z ośmiu aneroidów, umieszczonych jeden nad drugim, skutkiem czego kołysania ich sumują się i nadają ruch dostatecznie znaczny krótszemu ramieniu drążka, które się wspiera na środku wierzchniej pokrywy aneroidu górnego. Ruchy tego drążka przenoszą się na ramię krótsze innego drążka złamanego, którego ramię dłuższe ma postać wydłużonego pręta i stanowi wskazówkę. Wymiary różnych części przyrządu są takie, że przesuwanie się pióra odpowiada dokładnie ruchom rtęci w barometrze zwyczajnym; jeden milimetr zatem na karcie papieru przedstawia także jeden milimetr barometrycznego słupa rtęci. Koniec pióra naciska lekko papier pokrywający całkowicie powierzchnię boczną walca, do której jest naciśnięty sprężyną mosiężną. Obrót całkowity dokonywał walec w ciągu tygodnia; raz nałożona karta służy przez to na cały tydzień; w ciągu doby każdy punkt papieru przesuwa się o 4 centymetry. Przyrząd zegarowy, poruszający walec, nakręca się również raz na tydzień za pomocą klucza, który służy zarazem i do regulowania aneroidów, aby notowania ich były zgodne ze stanem barometru rtęciowego.

Karta papieru oznaczona jest liniami poziomymi i pionowymi. Linie poziome poprowadzone są w odstępach jednego milimetra, a liczby na nich wypisane wyrażają odpowiednie wysokości barometru. Linie pionowe mają postać łuków kołowych, odpowiednio do ruchów końca pióra; służą one do oznaczania czasu, a odległość pomiędzy dwiema następującymi po sobie liniami jest taka, że pióro przebiega ją w ciągu dwu godzin. Przy odpowiednich liniach u góry karty wypisane są dnie tygodnia i godziny.

2. Zmiany ciśnienia atmosferycznego wraz z wysokością.

Ciśnienie atmosferyczne w danym punkcie jest, jak widzieliśmy wyżej, ciężarem słupa powietrza, który opiera się o centymetr kwadratowy powierzchni poziomej i sięga ostatnich najwyższych warstw atmosfery. A więc słup staje się mniejszym, jeżeli granicę dolną umieścimy na wyższym poziomie. Z tego wynika, że ciśnienie atmosfery musi się zmniejszać w miarę, jak wznosimy się na coraz wyższy poziom; różnica ciśnień w dwóch punktach na tej samej pionowej linii równa się ciężarowi słupa powietrza, zawartego pomiędzy tymi dwoma punktami.