Atmosfer basıncı. Bilimsel keşfin tarihi ve özü

EN ÖNEMLİ BİLİMSEL KEŞİFLER
Ücretsiz kütüphane / Rehber / En önemli bilimsel keşifler

Atmosfer basıncı. Bilimsel keşfin tarihi ve özü

En önemli bilimsel keşifler

Существование воздуха известно человеку с древнейших времен. Греческий мыслитель Анаксимен, живший в VI веке до н. э., считал воздух основой всех вещей. Вместе с тем воздух представляет собой нечто неуловимое, как бы невещественное - "дух".

Древние атомисты Демокрит, Эпикур и Лукреций не сомневались в материальной природе воздуха, атомы которого, по их мнению, обладают подвижностью и круглой формой. Более того, они считали, что сама душа имеет атомистическую природу, атомы души особенно легки, малы и подвижны. Аристотель, причисляя воздух к одним из четырех материальных элементов, полагал, что воздух имеет вес, и даже думал, что ему удалось это подтвердить опытом, взвешивая "пустой" и надутый воздухом пузырь. Аристотель уже хорошо знал всасывающее действие разреженного пространства и вывел из этого факта принцип "природа не терпит пустоты".

Большое количество пневматических приборов было изобретено Рероном, считавшим, что воздух состоит из частиц, разделенных малыми пустотами. Однако существование больших пустот он считал противным природе и этим объяснял всасывание, действие насосов, сифонов, а также другие явления, ныне объясняемые атмосферным давлением.

В эпоху раннего средневековья представление об атмосфере высказал египетский ученый Ал Хайсама (Альгазена), живший в XI веке. Он не только знал, что воздух имеет вес, но что плотность воздуха уменьшается с высотой, и этим уменьшением объяснял атмосферную рефракцию. Наблюдая за продолжительностью сумерек, Альгазен оценивал высоту атмосферы примерно в 40 километров. Однако средневековая Европа вернулась к аристотелевской концепции четырех элементов и принципу "боязни пустоты", оставив надолго изучение физических свойств воздушного океана.

Первыми, кто практически измерил давление воздушного океана, были итальянские колодезники. Вот как об этом факте рассказывается в "Беседах" Галилея:

"Я видел, - говорит один из собеседников Сагредо, - однажды колодец, в который был помещен насос для накачивания воды кем-то, кто думал таким образом доставать воду с меньшим трудом или в большем количестве, нежели просто ведрами. Этот насос имел поршень с верхним клапаном, так что вода поднималась всасыванием, а не давлением, как то делается в насосах с нижним клапаном. Пока колодец был наполнен водою до определенной высоты, насос всасывал и подавал ее прекрасно, но как только вода опускалась ниже этого уровня - насос переставал работать. Заметив первый раз такой случай, я подумал, что насос испорчен, и позвал мастера для починки; последний заявил, однако, что все было исправно, но что вода опустилась до той глубины, с которой она не может быть поднята насосом вверх, при этом он прибавил, что ни насосами, ни другими машинами, поднимающими воду всасыванием, невозможно поднять воду и на волос выше восемнадцати локтей; будут ли насосы широкими или узкими - предельная высота остается той же самой".

Galileo считал, что предельная высота водяного столба 18 локтей является мерой "боязни пустоты". "Так как медь в девять раз тяжелее воды, то сопротивление разрыву медного стержня, обусловленное боязнью пустоты, равняется весу двух локтей стержня той же толщины", - писал Галилей в "Беседах".

Другими словами, "боязнь пустоты" (т. е. сила атмосферного давления) уравновешивается либо весом водяного столба в 10 метров, либо весом медного столба высотой в 1,12 метра, составляя, по оценке Галилея, около 1 килограмма на квадратный сантиметр. Таким образом, практики с достаточной точностью оценили силу атмосферного давления, и подсчеты Галилея правильны, хотя интерпретация его наблюдения, сделанного итальянскими мастерами, носит еще схоластический характер. Необходимо было сделать дальнейший шаг. Его сделал Торричелли.

Эванджелиста Торричелли (1608–1647) родился в Фаэнце в Италии, в знатной семье. Рано лишившись отца, Торричелли воспитывался своим дядей - ученым монахом, отдавшим его в иезуитскую школу.

В восемнадцать лет Торричелли отправили в Рим для продолжения математического образования. В Риме Эванджелиста сблизился с учеником и последователем Галилея - Бендетто Кастелли (1577–1644). Кастелли был доминиканским священником и профессором математики. Он рано примкнул к учению Галилея и сделался верным помощником и другом великого ученого.

В 1632 году вышел знаменитый "Диалог о двух системах мира" Галилея, а в 1638 году было напечатано его последнее и наиболее важное сочинение "Беседа о двух науках". Это сочинение оказало сильное влияние на Торричелли, и под его впечатлением он написал сочинение "О естественном ускорительном движении", в котором развивал идеи Галилея.

Рукопись Торричелли его учитель Кастелли, уезжая из Рима в Венецию, захватил с собой и по дороге, побывав у Галилея, познакомил его с ней. Работа Торричелли настолько понравилась Галилею, что он пригласил к себе молодого ученого.

В октябре 1641 года Торричелли прибыл в Арчетри и начал работать над завершением "Бесед", однако его совместная работа с Галилеем продолжалась недолго. В январе 1642 года Галилей скончался.

Герцог Тосканский предложил Торричелли занять должность Галилея. Торричелли согласился и в этой должности провел остаток своей короткой жизни.

После смерти Галилея его два ученика - Торричелли и Вивиани - работали в тесном содружестве. Теперь их главной задачей было утверждение экспериментального метода. К Торричелли и Вивиани примкнуло еще несколько человек. Из этого кружка и родилась знаменитая Флорентийская академия опыта, получившая свое организационное оформление 19 июня 1657 года, спустя десять лет после смерти Торричелли.

Уже в римский период жизни Торричелли стоял на пороге фундаментального открытия - открытия давления воздушного океана. Однако пока его внимание привлекает новая динамика. В сочинении "О естественном ускорительном движении", которое было представлено Кастелли Галилею и издано в расширенном виде во Флоренции в 1641 году на итальянском языке под заглавием "Трактат о движении тяжелых тел" (латинский перевод трактата в двух книгах вышел в 1644 году), Торричелли развивает механику Галилея.

Торричелли стал первым ученым, решившим баллистическую задачу о траектории брошенного тела в однородном поле тяжести в отсутствии сопротивления воздуха.

Наиболее замечательным результатом работ Торричелли по механике является открытие им законов истечения жидкости из отверстия в сосуде. Это открытие, примыкающее к исследованиям его учителя Кастелли, создало ему славу основателя гидравлики.

И, наконец, Торричелли совершает величайшее открытие. Ему приходит в голову мысль измерить вес атмосферы весом ртутного столба. В 1643 году по его указанию эксперимент был произведен другом Торричелли Винченцо Вивиани. Опыт оправдал все ожидания, ртуть остановилась на заданной высоте, над нею образовалась "торричеллиева пустота".

Позже Торричелли повторил опыт с двумя трубками, о чем сообщает в письме к итальянскому математику Риччи от 11 июня 1644 года, которое является единственной публикацией о знаменитых опытах. Вот выдержки из этого письма.

"...Многие утверждают, что пустоты вообще не существует; другие же говорят, что получение ее достижимо лишь преодолением сопротивления природы и при том с большим трудом. Я полагаю, что во всех случаях, когда при получении пустоты явно обнаруживается противодействие, нет надобности приписывать пустоте то, что, очевидно, обусловлено совсем иной причиной. Говорю так потому, что некоторые ученые, видя невозможность отрицать факт противодействия, проявляющегося, вследствие тяжести воздуха, при образовании пустоты, не приписывают этого сопротивления давлению воздуха, а упорно утверждают, что сама природа препятствует образованию пустоты. Мы живем на дне воздушного океана, и опыты с несомненностью доказывают, что воздух имеет вес...

Нами было изготовлено много стеклянных пузырьков с трубкой длиною в два локтя; мы наполняли их ртутью, придерживая отверстие пальцем; когда затем трубки опрокидывали в чашку с ртутью, они опоражнивались, но лишь отчасти: каждая трубка оставалась наполненной ртутью до высоты локтя и одного пальца. Желая доказать, что пузырек (в верхней части трубки) совершенно пуст, подставленную чашку доливали водой, и тогда, при постепенном поднимании трубки, можно было видеть, что, как только ее отверстие оказывалось в воде, из трубки выливалась ртуть и весь пузырек, до самого верху, стремительно наполнялся водой. Итак, пузырек пуст, ртуть же держится в трубке. До сих пор принимали, что сила, удерживающая ртуть от естественного стремления опускаться, находится внутри верхней части трубки - в виде пустоты или весьма разреженной материи. Я не утверждаю, что причина лежит вне сосуда: на поверхность жидкости в чашке давит воздушный столб высотою 50x3000 шагов - не удивительно, что жидкость входит внутрь стеклянной трубки (к которой она не имеет ни влечения, ни отталкивания) и поднимается до тех пор, пока не уравновесится внешним воздухом. Вода же поднимается в подобной, но гораздо более длинной трубке во столько раз выше, во сколько раз ртуть тяжелее воды..."

Для полной убедительности Торричелли поставил опыт с двумя трубками. Он хочет показать, что ртуть не удерживается никакими симпатиями или антипатиями, а форма пространства над ртутью не играет никакой роли и дело только во внешнем давлении воздуха.

"Это соображение, - продолжает он в том же письме, - подтвердилось опытом, поставленным одновременно с двумя трубками А и В, в которых ртуть всегда устанавливалась на одинаковом горизонте АВ, это вполне надежное указание на то, что сила не находится внутри (вакуума), так как большая сила должна быть внутри сосуда АВ, в котором находится более разреженное притягивающее нечто, и она должна быть много сильнее по причине более полного разрежения, чем в очень малом пространстве В".

Торричелли удалось найти еще более важное доказательство внешней причины образования ртутного столба. Ученый заметил, что высота столба испытывала колебания, то есть давление атмосферы менялось. Таким образом, трубка Торричелли стала первым барометром. Именно с этого опыта началось научное наблюдение за погодой, важнейшими характеристиками которой являются давление и температура.

Стоит заметить, что эксперимент Торричелли был не безупречен. Данная им высота ртутного столба, если принять во внимание высоту Флоренции над уровнем моря, соответствует 74,2 сантиметрам ртутного столба. Малое значение этой величины, по-видимому, можно объяснить тем, что в "торричеллиевой пустоте" оставалось еще некоторое количество воздуха.

Борьба против учения о боязни пустоты не закончилась опытом Торричелли. Гипотеза о силах, удерживающих ртутный столб, жила еще долго после смерти Торричелли. Знаменитые опыты paskal (1623–1662), доказавшего, что изменение высоты барометра связано с высотой и построившего водяной барометр, подтвердили выводы Торричелли. Но только изобретение воздушного насоса Бойлем и Герике, а также эффективные опыты по демонстрации силы атмосферного давления, произведенные последним, окончательно разбили концепцию боязни пустоты. Было окончательно похоронено представление о воздухе как о каком-то духовном начале. Герике доказал прямым опытом весомость воздуха, взвешивая откачанный сосуд и сосуд с воздухом. Этот опыт привел его к основному выводу: "Воздух несомненно является телесным нечто". Таким образом, в науке утвердилось представление о том, что воздух является одним из видов материи, которую можно удалить из занимаемого ею места и образовать "пустоту", "вакуум".

Yazar: Samin D.K.

İlginç makaleler öneriyoruz bölüm En önemli bilimsel keşifler:

▪ Elektron

▪ Cebirin temel teoremi

▪ Ekili bitkilerin coğrafi menşe merkezleri

Diğer makalelere bakın bölüm En önemli bilimsel keşifler.

Oku ve yaz yararlı bu makaleye yapılan yorumlar.

<< Geri

En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler:

Dokunma emülasyonu için suni deri 15.04.2024

Mesafenin giderek yaygınlaştığı modern teknoloji dünyasında, bağlantıyı ve yakınlık duygusunu sürdürmek önemlidir. Saarland Üniversitesi'nden Alman bilim adamlarının suni derideki son gelişmeleri, sanal etkileşimlerde yeni bir dönemi temsil ediyor. Saarland Üniversitesi'nden Alman araştırmacılar, dokunma hissini uzak mesafelere iletebilen ultra ince filmler geliştirdiler. Bu son teknoloji, özellikle sevdiklerinden uzakta kalanlar için sanal iletişim için yeni fırsatlar sunuyor. Araştırmacılar tarafından geliştirilen sadece 50 mikrometre kalınlığındaki ultra ince filmler tekstillere entegre edilebiliyor ve ikinci bir deri gibi giyilebiliyor. Bu filmler anne veya babadan gelen dokunsal sinyalleri tanıyan sensörler ve bu hareketleri bebeğe ileten aktüatörler gibi görev yapar. Ebeveynlerin kumaşa dokunması, basınca tepki veren ve ultra ince filmi deforme eden sensörleri etkinleştirir. Bu ... >>

Petgugu Global kedi kumu 15.04.2024

Evcil hayvanların bakımı, özellikle evinizi temiz tutmak söz konusu olduğunda çoğu zaman zorlayıcı olabilir. Petgugu Global girişiminin, kedi sahiplerinin hayatını kolaylaştıracak ve evlerini mükemmel şekilde temiz ve düzenli tutmalarına yardımcı olacak yeni ve ilginç bir çözümü sunuldu. Startup Petgugu Global, dışkıyı otomatik olarak temizleyerek evinizi temiz ve ferah tutan benzersiz bir kedi tuvaletini tanıttı. Bu yenilikçi cihaz, evcil hayvanınızın tuvalet aktivitesini izleyen ve kullanımdan sonra otomatik olarak temizlemeyi etkinleştiren çeşitli akıllı sensörlerle donatılmıştır. Cihaz, kanalizasyon sistemine bağlanarak, sahibinin müdahalesine gerek kalmadan verimli atık uzaklaştırılmasını sağlar. Ek olarak, tuvaletin büyük bir sifonlu depolama kapasitesi vardır, bu da onu çok kedili evler için ideal kılar. Petgugu kedi kumu kabı, suda çözünebilen kumlarla kullanılmak üzere tasarlanmıştır ve çeşitli ek özellikler sunar. ... >>

Bakımlı erkeklerin çekiciliği 14.04.2024

Kadınların "kötü çocukları" tercih ettiği klişesi uzun zamandır yaygın. Ancak Monash Üniversitesi'nden İngiliz bilim adamlarının son zamanlarda yaptığı araştırmalar bu konuya yeni bir bakış açısı sunuyor. Kadınların, erkeklerin duygusal sorumluluklarına ve başkalarına yardım etme isteklerine nasıl tepki verdiklerini incelediler. Araştırmanın bulguları, erkekleri kadınlar için neyin çekici kıldığına dair anlayışımızı değiştirebilir. Monash Üniversitesi'nden bilim adamlarının yürüttüğü bir araştırma, erkeklerin kadınlara karşı çekiciliği hakkında yeni bulgulara yol açıyor. Deneyde kadınlara, evsiz bir kişiyle karşılaştıklarında verdikleri tepkiler de dahil olmak üzere çeşitli durumlardaki davranışları hakkında kısa öykülerin yer aldığı erkeklerin fotoğrafları gösterildi. Erkeklerden bazıları evsiz adamı görmezden gelirken, diğerleri ona yiyecek almak gibi yardımlarda bulundu. Bir araştırma, empati ve nezaket gösteren erkeklerin, kadınlar için empati ve nezaket gösteren erkeklere göre daha çekici olduğunu ortaya çıkardı. ... >>

Arşivden rastgele haberler

Asteroit bulundu 09.09.2000

Gökbilimciler, neredeyse 90 yıl önce keşfedilen ve o zamandan beri teleskoplarının görüş alanına girmeyen bir asteroidi yeniden keşfettiler.

Asteroit Albert, 3 Ekim 1911'de Avusturyalı gökbilimci Johann Palisa tarafından keşfedildi ve adını Viyana Gözlemevi'nin sponsoru Baron Albert Rothschild'den aldı. Ancak Palisa yörüngenin parametrelerini doğru bir şekilde belirleyemedi ve o zamandan beri Albert gözlemlenmedi.

Ancak 1 Mayıs 2000'de Amerikalı astronom Jeff Larsen, oldukça uzun ve eğimli bir yörüngede, Güneş'ten Dünya'dan biraz daha uzağa hareket eden, hafif parlak bir nesne keşfetti. Bir bilgisayar veri tabanı araştırması, yörüngenin 1911 gözlemleriyle mükemmel bir uyum içinde olduğunu gösterdi.

Albert'in Güneş'in çevresini 4,28 yılda dolaştığı ve her 30 yılda bir Dünya'ya nispeten yaklaştığı hesaplanmıştır - 40 milyon kilometre. Bir sonraki benzer olayın Eylül 2001'de gerçekleşmesi bekleniyor. Toplamda 14 asteroit biliniyor ve aralarında artık "kayıp" olan yok.

Diğer ilginç haberler:

▪ TLK1101E - 11,3Gbps EQ

▪ Hayali çoklu görev beyin fonksiyonunu iyileştirir

▪ Anne kahkahası ve çocuk sağlığı

▪ Seagate 4TB Taşınabilir Disk

▪ Balık pulu ekranları

Bilim ve teknolojinin haber akışı, yeni elektronik

Ücretsiz Teknik Kitaplığın ilginç malzemeleri:

▪ Sitenin yetişkinler ve çocuklar için bilmeceler bölümü. Makale seçimi

▪ makale Hangi sanatçı ölür! Popüler ifade

▪ makale Gözlükler görüşü nasıl düzeltir? ayrıntılı cevap

▪ Aronia chokeberry makalesi. Efsaneler, yetiştirme, uygulama yöntemleri