Jak przewidzieć zmiany pogody? Niektórzy ludzie przewidują pogodę na podstawie "łamania w kościach". Ale nie wszyscy są meteopatami. Lepszym urządzeniem do przewidywania zmian pogody jest barometr. Widoczne na zdjęciu szklane naczynie służy do określania zmian ciśnienia atmosferycznego i nazywane jest barometrem Goethego. Przy dużym ciśnieniu atmosferycznym poziom cieczy widocznej w wąskim naczyniu obniża się, a przy małym ciśnieniu - podwyższy się.

Jak widać, barometr Goethego składa się z dwóch pojemników (są to naczynia połączone), które wypełnia się wodą (najlepiej zabarwioną) w taki sposób, by pomiędzy tymi naczyniami nie było przepływu powietrza, ale by tej wody było w miarę mało. Większy pojemnik jest szczelnie zamknięty od góry, w ten sposób wypełniające prawie w całości ten pojemnik powietrze jest zamknięte. Jeśli od momentu wlania wody do pojemniczka, ciśnienie atmosferyczne się zwiększy, to woda znajdująca się w wąskim naczynku zostaje "wepchnięta" do środka (ciśnienia muszą się wyrównać!) co będzie widoczne w postaci obniżonego poziomu wody w wąskim naczyniu. W drugim, szerokim naczyniu, podwyższenie poziomu cieczy będzie niezauważalne na wskutek tego, że przekrój tego naczynia jest dużo większy od pierwszego. I vice versa, gdy ciśnienie atmosferyczne obniży się, poziom cieczy w wąskim naczyniu podniesie się.

Tak więc, po wysokości słupa cieczy w wąskim naczyniu można spodziewać się określonej pogody: podwyższony poziom cieczy - niższe ciśnienie - zła pogoda (zdjęcie poniżej).

Z drugiej strony: niższy poziom cieczy - wyższe ciśnienie - dobra pogoda (zdjęcie poniżej).

Wyjaśnimy to nieco dokładniej. Oznaczmy przez p_a ciśnienie atmosferyczne w momencie napełniania barometru cieczą i przez V_a objętość zajętą przy tym ciśnieniu przez powietrze w dużym pojemniku. Po zmianie ciśnienia atmosferycznego do wartości p_x, objętość (przy założeniu stałości temperatury) V_x będzie równa:

Różnica objętości DV da nam objętość o jaką się zwiększy (zmniejszy) objętość cieczy w szerokim zbiorniczku, jest ona równa:

O taką samą objętość zmniejszy (zwiększy) się objętość cieczy w drugim naczynku. Stąd, łatwo już wyliczyć, że jeżeli pole powierzchni cieczy w szerokim zbiorniczku jest n-krotnie większe niż w wąskim, to poziom cieczy w wąskim naczyniu - przy zmianach ciśnienia - zmieni się n-krotnie w stosunku do poziomu cieczy w szerokim naczyniu. Dla przykładu: przyjmiemy pole powierzchni w dużym naczyniu 50 razy większe od pola w drugim naczyniu. Jeżeli przy tym poziom cieczy w tym węższym zbiorniczku zmieni się o n.p. 5 mm, to w szerokim zmieni się o 5/50 = 0,1 mm.

Z powyższego opisu widać, że budowa takiego barometru jest jest bardzo prosta. Przy odrobinie pomysłowości można "sklecić" taki barometr z odpowiednio cienkiej rurki szklanej i szerokiej butelki, łącząc te elementy odpowiednio sztywnymi przewodami gumowymi. Spróbuj to sam!

Wadą tego barometru jest, z kolei, jego niedokładność. Wprawdzie można wyskalować barometr wg innego lub korzystając chociażby z internetowej mapy pogody, ale na wskazania barometru wpływ maja tez inne czynniki. Po pierwsze, w odróżnieniu od barometru Toriccelliego, w zamkniętej części znajduje się gaz a nie próżnia. Jak wiadomo z równania Gay-Lussaca wzrost temperatury spowoduje rozszerzenie się gazu w części zamkniętej. To z kolei, przy niezmienionym ciśnieniu zewnętrznym, zmieni wskazania barometru. Zmiana temperatury gazu, np. z 20 °C do 26 °C zmieni objętość powietrza w zamkniętej części o około 2% (6/300), co odpowiada, przy wysokości słupa powietrza wewnątrz około 10 cm, zmianie zaledwie o 2 mm (stożkowy kształt czyni te zmianę nawet mniejsza).

Dla porównania, zmiana ciśnienia z 760 mm Hg na 750 mm Hg (1013 hPa na 1000 hPa) odpowiada zmianie wysokości słupa wody aż o 13 cm (Pascal pokazał, ze ciśnienie atmosferyczne odpowiada 10 metrom słupa). Z tego powodu, woda od czasu do czasu wycieka z barometru - przed kapaniem na podłogę zabezpiecza mały zbiorniczek pod barometrem.

Na błąd wskazań barometru nieco większy wpływ ma fakt, ze wewnątrz jest woda, a nie np. jakiś olej o niskiej prężności par. Zmiana temperatury o 6 o C zmienia prężność par wody aż o 6%. W 0 o C ciśnienie par wody wynosi w przybliżeniu 0, w 100 oC jest równe, z definicji skali Celsjusza ciśnieniu atmosferycznemu - woda wrze. Zmiana o 6% tez nie jest duża - zaledwie 6 mm wskazania.

A może inny płyn, np wino? Którego zresztą Goethe, spędziwszy ponad dwa lata incognito w Rzymie, był na pewno wielbicielem.

Bardziej dokładne barometry, jakie się buduje to barometry Torriciellego, które są mniej dostępne w sprzedaży (ze względu na wykorzystywaną w nim rtęć) i drogie oraz barometry mechaniczne (aneroidy) - te są dosyć powszechne w sprzedaży i tanie.