Опыт Торричелли для измерения атмосферного давления - доказательство и суть

Опыт Торричелли, доказывающий его существование, был максимально прост, но в то же время уникален и повлек за собой не только доказательство теории об атмосфере и ее давлении, но и изобретение барометра и открытие вакуума.

Достижения Торричелли

Эванджелиста Торричелли — ученый физик и математик, истинный энтузиаст, автор многочисленных трудов и открытий. Итальянец, родом из Флоренции. Был близок с Бенедетто Кастелли, который в свою очередь был другом и учеником Галилео Галилея. Под руководством Кастелли он начал изучать математику. Впоследствии, вдохновленный многими трудами Галилея и опираясь на содержание его многочисленных трактатов, он развивал свой гений и стал преемником Галилео.

Торричелли сделал много открытий в математике, механике и физике. Среди них:

• развил тему «метод неделимых»;
• открыл так называемую точку Торричелли в плоскости треугольника;
• описал принцип движения центров тяжести;
• проводил многочисленные исследования, которые заложили основу принципов гидравлики;
• изобретатель микроскопов, линз для телескопов;
• изобрел ртутный барометр;
• доказал существование атмосферного давления;
• открыл пустоту Торричелли, или вакуум.

Торричелли прожил интересную, полную профессиональных открытий жизнь и умер на родине, во Флоренции в 1647 году.

Атмосферное давление и его значимость

Атмосферное давление — невероятно важная и нужная человечеству величина. От показателей этого параметра зависят погодные условия: если давление увеличивается — это предвещает хорошую теплую погоду без осадков, низкую влажность, если понижается — высок процент того, что погода испортится, будет облачно и высока вероятность осадков.

Поэтому его показатели, дающие возможность прогнозировать погоду, так важны для работников науки и медицины, для летчиков и полярников.

Наука выделяет пять слоев атмосферы: стропо-, страто-, мезо-, термо-, экзосферы. Чем дальше от земли, тем менее изучен слой. По мере удаленности от земли температура в слоях снижается, однако далее начинает повышаться по мере приближения к солнцу.

Атмосфера состоит из воздуха. Ученый стремился доказать, что воздух оказывает давление на все предметы, какие оказываются под его воздействием, и на человека в том числе. И по мере изменения слоев воздуха меняется и его плотность, и, соответственно, само атмосферное давление. Опыт Торричелли, связанный с этим явлением, произвел революцию в мире науки.

Суть опыта ученого

Торричелли был вдохновлен своим видением того, что другие не замечали. Он отчаянно верил в теорию Галилео Галилея, что воздух весом и стремился выявить, что он оказывает прямое влияние на предметы. Для доказательства своей правоты в XVII веке он поставил опыт.

Для проведения опыта он взял стеклянную трубку (приблизительно метр длиной), с одной стороны она была запаяна. Торричелли наполнил трубку (которая впоследствии получила название трубки Торричелли) ртутью и, перевернув ее, опустил ее в чашу также со ртутью. Некоторая часть вещества перетекла в емкость, но большая часть оставалась в емкости. Что же не давало всему веществу перетечь в емкость? Давление атмосферы, которое воздействовало на ртуть в самой чаше, тем самым создавая отпор проникновению ртути из трубки.

Выходит, что атмосферное давление равно тому показателю, который показывает ртуть в столбце трубки, ведь именно с этой силой атмосфера давит на жидкость в емкости. Именно поэтому принято измерять атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба. Вот в чем заключался опыт Торричелли, кратко говоря. Таким образом, была выведена следующая краткая формула:

АД равно давлению столба ртути в трубке.

pатм=pртути=ρgh=13600 ⋅ 9.8 ⋅ 0.76=101293 (Па)

Этот же опыт простимулировал изобретение измерительного прибора — ртутного барометра. Сейчас существуют более современные и безопасные приборы для измерения давления атмосферы, так как пары ртути крайне опасны. Новые же изобретения пригодны к применению без последствий для человеческого здоровья и без вреда для окружающей среды.

В процессе своего эксперимента ученый неосознанно сделал еще одно открытие. Он открыл вакуум, который первоначально называли торричеллиевой пустотой. Та часть трубки, которая опустела, и была вакуумом. Хотя многие ученые придерживаются мнения о том, что на самом деле это был не вакуум, а пары ртути.

Подытоживая, можно выделить следующие достижения этого эксперимента:

• доказательство существования атмосферного давления;
• изобретение барометра;
• открытие «торричеллиевой пустоты», или вакуума.

Сообщение о таком результативном опыте, который принес не одно открытие, а сразу три, несомненно, разделил мир науки на до и после.

Все эти данные и приборы, теперь уже модифицированные, по сей день приносят ежедневную пользу человечеству.