Наблюдатель, открывший атмосферное давление к 410-летию со дня рождения Э.Торричелли

Наблюдатель, открывший атмосферное давление к 410-летию со дня рождения Э.Торричелли Анемометр
  • Взрослым: Skillbox, Geekbrains, Хекслет, Eduson, XYZ, Яндекс.
  • 8-11 класс: Умскул, Лектариум, Годограф, Знанио.
  • До 7 класса: Алгоритмика, Кодланд, Реботика.
  • Английский: Инглекс, Puzzle, Novakid.

Атмосферное давление

У воздуха, как и у остальных предметов, есть определенная масса. Учитывая толщину атмосферы, можно представить, какое количество воздуха давит на земную поверхность и на все объекты Земли.

Специалистами были произведены расчеты, которые показали, что на 1 квадратный сантиметр Земли приходится более одного килограмма силы воздуха.

Понятие атмосферного давления

Атмосферное давление – это показатели силы воздуха, с которой он давит на все находящиеся на Земле объекты.

Традиционной единицей измерения атмосферного давления являются миллиметры ртутного столба. Современными единицами измерения являются гектопаскали и миллибары.

Первым атмосферное давление измерил в 17 веке ученый из Италии Э. Торричелли. Он соорудил прибор, в котором уровень давления показывал столбик с поднимающейся ртутью. Ртуть уравновешивалась столбиком воздуха в атмосфере. Эти измерения проводились в миллиметрах ртутного столба.

Оптимальным давление считается, когда его показатели равняются 760 миллиметрам ртутного столба (1013 гектопаскалей). При больших показателях атмосферное давление считается повышенным, а при меньших – пониженным.

Давление является важным показателем атмосферы. Если случаются резкие перепады давления, то это отражается на здоровье людей.

Факторы, влияющие на давление воздуха

Давление воздуха не имеет постоянной величины. Чем выше поднимается человек, тем сложнее ему становится дышать. Это происходит потому, что давление начинает понижаться с высотой. При подъеме на каждые 10,5 метров высоты давление понижается на 1 мм рт. ст. В легкие человека поступает меньше воздуха, и дышать приходится чаще.

Теплый воздух меньше давит на поверхность Земли. Он более легкий, его плотность меньше. Поэтому он стремится вверх. Когда воздух охлаждается, то его плотность и вес становятся больше. Холодный воздух устремляется вниз, и давление на земную поверхность становится больше.

Как правило, давление атмосферы соотносится с внутренним давлением человека. Поэтому люди почти не ощущают давления воздуха. Но если атмосферное давление отклоняется от нормы, то равновесие нарушается. И люди, особенно пожилого возраста, начинают ощущать, что на них давит воздух. Проявляется это давление в головокружениях, тошноте, слабости.

На показатели атмосферного давления влияют температура воздуха и уровень высоты территории над уровнем моря.

Приборы для измерения атмосферного давления

В Международной системе единиц давление атмосферы измеряется в Паскалях. В России, помимо Паскалей, применяются такие единицы измерения, как бары, миллиметры ртутного столба и производные от них.

Применение тех или иных единиц измерения обусловлено приборами, которые используются для определения уровня атмосферного давления. Измеряется давление атмосферы при помощи ртутных барометров. В них 1 миллиметр ртутного столба равняется 113 Паскалям.

Бывают следующие типы барометров:

  • Жидкостные. Они наполнены ртутью. При изменении давления ртуть то поднимается, то опускается в колбе. На ртутном барометре имеется разграничение на шкалы. Именно по ним определяется уровень давления. Такие барометры показывают высокую точность, но не очень удобны в использовании. Чаще всего их используют на метеорологических станциях.
  • Механические (барометры-анероиды). Являются наиболее распространенной моделью барометров. Прибор состоит из металлической коробки, внутри которой находится разреженный воздух. При понижении давления коробка начинает расширяться. Если давление повышается, то коробка сжимается и воздействует на прикрепленную пружину. Пружина действует на стрелки, и они приходят в движение. По указателям стрелок можно определить уровень давления.

Как и для других единиц измерения физических величин, существует эталон единицы давления. Первичный эталон отображает абсолютное давление максимально точно. Он находится во Всероссийском НИИ метрологии имени Менделеева в Санкт-Петербурге.

Изменение показателей атмосферного давления

Атмосферное давление изменяется несколько раз в течение суток. В утренние часы его показатели повышаются. После полуночи атмосферное давление становится ниже. Поскольку температура воздуха изменяется в разные часы и потоки воздуха перемещаются.

Зимой над материками атмосферное давление самое высокое. Так как температура воздуха низкая, а его плотность высокая. Летом наоборот. Температура высокая, а плотность воздуха низка. Поэтому атмосферное давление является минимальным.

Температура воздуха оказывает влияние на атмосферное давление и на уровне планеты. Земля прогревается неодинаково. На одних территориях тепла больше, чем на других. Поэтому атмосферное давление распределяется по планете зонально.

На экваторе самое низкое давление. Так как эта часть планеты прогревается лучше всего. На полюсах атмосферное давление высокое, поскольку холодный воздух опускается.

В течение года полушария Земли тоже прогреваются неодинаково. Что приводит к смещению поясов низкого и высокого давления. Летом пояса сдвигаются в северном направлении, а зимой — в южном.

Влияние атмосферного давления на погоду

Атмосферное давление по Земле распределяется неравномерно. Ведь воздух постоянно движется и создает барические вихри.

В Северном полушарии воздух вращается по часовой стрелке. Образуются нисходящие воздушные потоки. Их называют антициклонами. Перемещаясь, антициклоны приносят на территорию ясную или малооблачную погоду. При такой погоде нет ни дождя, ни ветра.

Когда воздух вращается против часовой стрелки, то создаются восходящие вихри. Они создают циклоны. Циклоны приносят сильные осадки, грозы, шквальные ветра.

В Южном полушарии циклоны движутся в противоположном направлении – по часовой стрелке. А антициклоны – против часовой.

Влияние атмосферного давления на человека

На людей давит воздушный столб массой от 15 до 18 тонн. Такая масса любого другого предмета раздавила бы все живое. Но организм человека устроен таким образом, что его давление внутри равняется атмосферному снаружи.

Когда атмосферное давление отклоняется от нормы, то некоторые люди могут испытывать недомогание, головную боль, обострение хронических заболеваний.

Неприятные ощущения могут появиться у людей при нахождении на больших высотах. Особенно в горах. Так как на большой высоте давление воздуха ниже, чем над уровнем моря.

5. Атмосферное давление. Опыт Торричелли

Понятие атмосферного давления

Значение атмосферного давления впервые определил экспериментально в 1634 г. итальянский учёный Торричелли, создав простейший ртутный барометр. Опыт Торричелли состоит в следующем. Стеклянная трубка длиной около метра, запаянная с одного конца, заполняется полностью ртутью. Затем, закрыв отверстие трубки, её переворачивают и погружают открытым концом в чашу со ртутью (см. рис.).

Наблюдатель, открывший атмосферное давление к 410-летию со дня рождения Э.Торричелли

Поскольку плотность воздуха намного меньше плотности воды, изменением атмосферного давления, связанным с перепадом высоты в несколько метров, можно в ряде случаев пренебречь по сравнению с гидростатическим давлением воды, вызванным таким же перепадом высоты.

В сосуд налита вода (см. рис.).

Наблюдатель, открывший атмосферное давление к 410-летию со дня рождения Э.Торричелли

Расстояние от поверхности воды до дна H=0,5 мH=0,5\;\mathrm м. Площадь дна S=0,1 м2S=0,1\;\mathrm м^2. Найти гидростатическое давление `P_1` и полное давление `P_2` вблизи дна. Найти силу давления воды на дно.

На лёгкий поршень площадью `S`, касающийся поверхности воды, поставили гирю массой `m` (см. рис.).

Наблюдатель, открывший атмосферное давление к 410-летию со дня рождения Э.Торричелли

Высота слоя  воды в сосуде с вертикальными стенками  `H`. Определить давление в жидкости вблизи дна. Плотность воды `rho`.

Этот  результат можно писать и сразу, говоря, что давление под поршнем равно атмосферному `P_”атм”` и добавочному давлению  `mg//S`, создаваемому гирей.

Разность давлений в воде у дна и вблизи поршня: `P_2 – P_1 = rho gH`.

Отсюда  `P_2 = P_1 + rho gH`.  

Окончательно, давление у дна `P_2 = P_”атм” + (mg)/S + rho gH`.

Удивительно, но уже в V—III вв. до н. э. греческие мудрецы (в частности, Аристотель, Эпикур и Демокрит) догадывались о том, что вся материя — в том числе воздух — неоднородна: ее составляют крошечные, незаметные невооруженным глазом, круглые частицы-атомы. У Аристотеля даже возникла любопытная идея — якобы все предметы, и природные, и рукотворные, представляют собой соединение четырех элементов-стихий: земли, огня, воды и воздуха. Значит, воздух что-то да весит, думал философ; для проверки он брал кожаный мешок, взвешивал, затем надувал его и снова измерял массу. Впрочем, о способности воздуха оказывать давление Аристотель не подозревал. А про всасывающий эффект безвоздушного пространства (явление, на котором основано действие насоса) говорил, будто все это из-за страха природы перед пустотой.

Наблюдатель, открывший атмосферное давление к 410-летию со дня рождения Э.Торричелли

О тяжести воздуха говорилось и в трудах арабского ученого X—XI вв. Ал Хайсамы (Альгазена). Более того, ученый писал, что атмосферная рефракция — преломление солнечных лучей, подчас вызывающее миражи, — возникает из-за изменений плотности воздуха с высотой: чем выше, тем она меньше. Измеряя, под каким углом солнце заходит за горизонт, Альгазен рассчитал, что высота атмосферы составляет 52 000 шагов, или 40 км. Таким образом, уже в Средние века стало известно, что сумеречный свет — это лучи, преломленные в верхних слоях атмосферы, и от высоты последней зависит продолжительность сумерек. И все же большинство европейцев почему-то были уверены, будто насос качает воду не посредством воздушного давления, а из страха пустоты.

Когда итальянский астроном Галилео Галилей увидел, как поршневой насос высасывает из колодца воду, вместо того чтобы выталкивать ее снизу, ему тоже показалось, что пространство просто не хочет пустовать. Вычислять степень этого «нежелания» ученый предложил по максимальной высоте, на которую насос способен поднять воду. На такую мысль его навело наблюдение за поведением механизма в связи с уровнем жидкости: с 10-метровой глубины насос уже воду не качал. Поэтому Галилей рассудил так: поскольку вес меди, из которой сделан поршень, вдевятеро превышает вес воды,а высота водного столба во столько же раз больше высоты поршня — чтобы последний не был разорван пустотой, нужно противодействие, составляющее килограмм на квадратный сантиметр.

Несмотря на то, что теория Галилея выглядела несколько наивно, в целом его расчеты были верны, а уточнить эти данные смог ученик великого астронома — Эванджелиста Торричелли (1608—1647). Звание отца гидравлики он заслужил тогда, когда выяснил, что скорость вытекания жидкости из емкости через отверстие зависит от высоты отверстия. После этого открытия Торричелли решил узнать с помощью ртути, сколько весит воздух. Это было в 1643 г. По просьбе Эванджелисты его приятель Винченцо залил ртуть в метровую трубку из стекла, закрытую с одной стороны и открытую с другой, и погрузил отверстием в ртутную ванночку, предварительно заткнув его пальцем. Стоило убрать палец, как ртуть из трубки частично вышла, оставшаяся часть образовала 760-миллиметровый столбик (если мерить до уровня ртути в ванночке), а над ним возникла «торричеллиева пустота», лишенная воздуха. Далее ученый вставил первую трубку еще в одну, бóльшую, и все вместе снова-таки опустил в ртуть, только с водой на поверхности. Вытаскивая трубки, Винченцо и Эванджелиста заметили, что при прохождении через водный слой из внутреннего отверстия вылилась ртуть, а во внешнее попала вода.

Увиденное ученые объяснили тем, что на ванночку давят целых 80 км воздуха, которые и не дают вылиться ртути из трубки, ведь давление ртутного столба должно сравняться с давлением атмосферы. Но вода в 13,6 раза легче ртути, поэтому не может удержать ее во внутренней трубке, зато сама поднимается во внешнюю, в 13,6 раза превышая ртутный столбик. Более того, Торричелли заметил, что в зависимости от температуры воздуха (а значит, и от его давления) высота ртутного столба меняется, то есть сила, удерживающая ртуть в трубке, действует не изнутри, а снаружи и к «пустоте» никакого отношения не имеет.

Про анемометры:  Термоанемометр RGK AM-20 - купить в Санкт-Петербурге: цены, технические характеристики, доставка

Одновременно с Торричелли и Паскалем (однако совершенно самостоятельно) исследованиями давления занимался немецкий физик Отто фон Герике (1602—1686). Сперва Отто взял шар из тонкого слоя металла и выкачал оттуда весь воздух, вследствие чего «подопытный» стал плоским. Ученый справедливо предположил, что виноват во всем внешний воздух, который своим давлением деформировал шар. Затем Герике продемонстрировал общественности еще одно «чудо» — «магдебургские полушария». В ходе эксперимента ученый соединил две металлические полусферы и изнутри образовавшегося шара принялся насосом откачивать воздух. В конце концов полусферы прижались одна к другой настолько крепко, что разорвать их не удалось даже нескольким парам грузовых коней. За процессом наблюдали все представители власти города Регенсбург, и результат их убедил: атмосфера имеет вес, которым и давит на Землю, — иначе что заставило бы полушария так сцепиться при выкачивании воздуха?

После этого Отто, будучи любителем разных изобретений, повесил на своем доме необычный барометр — в виде медно-стеклянной трубки, опущенной в бассейн с водой. Когда из трубки был откачан весь воздух, вода из бассейна поднялась и впоследствии меняла свой уровень только в зависимости от температуры извне.

Так в научном мире сформировалось представление о воздухе как об особом виде материи, которая давит на нас своим весом и сжимает предметы, в которых воздуха нет. Безвоздушное пространство получило название вакуума.

Наш канал в Телеграм

19 сентября 1648 года французский математик, механик, физик, литератор и философ Блез Паскаль, в ходе опытов в городе Руан (Франция) сумел экспериментально доказать существование атмосферного давления.

Наличие атмосферного давления стало для человечества настоящей сенсацией в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами — вода не поднималась выше 10,3 метров. Поиски причин этого и опыты с более тяжёлым веществом — ртутью, предпринятые Эванджелистой Торричелли, привели к тому, что в 1643 году он доказал, что воздух имеет вес.

В конце 1646 года весть об этих удивительных опытах докатилась до французского города Руана, где в то время жил Блез Паскаль. Этому знаменитому математику, физику и мыслителю — была присуща удивительная разносторонность, которая характерна для людей эпохи Возрождения.

Паскаль с увлечением стал повторять тосканские опыты, экспериментируя не только с ртутью (как Торричелли), но и с водой, маслом, красным вином. Для всего этого ему потребовались бочки вместо чашек и трубки длиной около 15 м. Эти эффектные опыты проводились прямо на улицах Руана, собирая толпы зевак.

Паскаль верил, что в трубке Торричелли действительно есть пустота, и упорно искал этому доказательство. Решающий эксперимент был проведен 19 сентября 1648 года. По просьбе ученого его зять Флорен Перье проделал опыт, доказавший существование атмосферного давления и опровергший утверждение Аристотеля о том, что «природа боится пустоты».

Стоит сказать, что для такого научного вывода нужно было обладать немалым гражданским мужеством. В те времена во Франции за выступление против учения Аристотеля вполне можно было заработать звание «еретика» и даже угодить на каторгу.

Суть опыта состояла в том, чтобы при помощи запаянной с одного конца стеклянной трубки, опрокинутой другим концом в чашечку с ртутью, определить на какую высоту поднимается в ней жидкий металл у подножия и на вершине горы Пюи-де-Дом (1647 метров) в Клермоне.

Как Паскаль и предполагал, на вершине столбик ртути остановился на более низкой отметке — ведь там толща земной атмосферы ровно на 1647 метров меньше. При такой высоте горы разница уровней ртути составила более 8 см, что по словам Перье «повергло свидетелей эксперимента в удивление и восхищение».

В честь этого открытия единицу измерения давления назвали «паскалем». А помощь зятя ученому понадобился потому, что сам он передвигался на костылях и подняться на гору был просто не в состоянии.

Также в этот день:

1888 год — состоялся первый конкурс красоты

1356 год — битва при Пуатье (Столетняя война)

15 октября 1608 года родился итальянский физик и математик Эванджелиста Торричелли.

Семья Эванджелисты была небогата, однако его родители смогли отправить мальчика к дяде, который, будучи монахом, мог дать ему хорошее образование. Торричелли учился в иезуитском колледже, потом в Риме. Проявив блестящие способности, юноша стал учеником Бенедетто Кастелли – преподавателя математики в Римском университете Ла Сапиенца и, в свою очередь, ученика и соратника Галилея. Эванджелиста стал секретарем Кастелли, заменяя его на занятиях на время поездок. Известно, что в этом качестве Торричелли переписывался с Галилеем, когда Кастелли не было в Риме. В одном из писем он рассказал Галилею, которым восхищался, о своем увлечении математикой и астрономией. Суд над Галилеем в 1633 году сильно повлиял на Торричелли, и он стал уделять больше внимания безопасной с политической точки зрения математике.

Однако общение с Галилеем на этом не прекратилось. Одна из работ Торричелли, Opera geometrica («Труды по геометрии»), настолько впечатлила Кастелли, что тот отослал копию Галилею и порекомендовал ему своего секретаря в качестве ассистента. Ученый согласился, и Торричелли прослужил у него несколько месяцев вплоть до смерти Галилея в январе 1642 года. После этого печального события Торричелли некоторое время преподавал математику и продолжал научные исследования.

В своей математической работе Торричелли опирался на идеи другого ученика Кастелли, Бонавентуры Кавальери. Много внимания ученый уделял геометрическим проблемам, вычислению площадей фигур. Интересовался он и оптикой (сконструировал несколько телескопов и несложных микроскопов), и механикой (принципами движения тел, вопросами из области баллистики).

Однако наибольшую известность Торричелли принесли опыты и теоретические работы, связанные с открытием атмосферного давления. Этой областью Торричелли заинтересовался с подачи Галилея и достиг в ней значительных успехов. В своем знаменитом опыте Торричелли использовал ртуть, запаянную с одного конца стеклянную трубку и чашу. Наполнив трубку ртутью, ученый перевернул ее и поставил открытым концом в посуду, наполненную той же жидкостью. При этом часть ртути вытекла, оставив вверху трубки незаполненное пространство (в опыте жидкость заполняла трубку примерно на 76 сантиметров). Это противоречило существовавшим с античности представлениям о том, что «природа не терпит пустоты». За опытом последовало и объяснение: сила тяжести, действующая на жидкость в трубке, уравновешивается давлением воздуха на ртуть в открытой чаше.

С помощью своего опыта Торричелли экспериментальным путем открыл атмосферное давление — давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и земную поверхность. В 1644 году в письме математику Микеланджело Риччи он написал: «Мы живем на дне воздушного океана».

Величина атмосферного давления зависит не только от погодных условий, но и от высоты места измерения над уровнем моря и его географической широты. В качестве нормального атмосферного давления принято давление воздуха на уровне моря на широте 45° и при температуре 0°С. Оно составляет 760 миллиметров ртутного столба — те самые 76 сантиметров трубки Торричелли.

Описания опыта быстро распространились по Европе, увековечив имя ученого в названиях: трубка Торричелли, Торричеллиева пустота, а также торр — единица измерения давления.

Опыт также послужил основой для создания нового прибора — ртутного барометра. Однако он был довольно неудобен в использовании и в быту быстро сменился барометром-анероидом, в котором не использовалась жидкость. Действие барометра-анероида основано на использовании металлической коробки с тонкими стенками, внутри которой создано разряжение. В зависимости от атмосферного давления стенки коробки могут изгибаться, изменяя объем коробки и положение прикрепленной к ним пружины, которая в итоге двигает стрелку барометра. Впрочем, ртутные барометры благодаря своей точности продолжают использоваться в научных целях (например, на метеостанциях).

Наблюдатель, открывший атмосферное давление к 410-летию со дня рождения Э.Торричелли

Эванджелиста Торричелли (Evangelista Torricelli) – итальянский математик и физик, ученик Галилея. Известен как автор концепции атмосферного давления и продолжатель дела Галилея в области разработки новой механики. Родился 15 октября 1608 года в Фаэнце на севере Италии. Его семья была не богатой. Отец – Гаспар Торричелли трудился на ткацкой фабрике, мать – Катерина Анжетти занималась домашним хозяйством, а в семье было еще двое детей, кроме Эванжелиста.

Он рано лишился отца. Его дядя, настоятель бенедиктинского монастыря, о. Иакопо, поместил мальчика в иезуитскую школу, незадолго до этого открытую в Фаэнце. Эванджелиста проявил в школе большие способности, и дядя решил, что племянник должен продолжать образование. В 1627 году он приехал в Рим, где изучал математику под руководством влиятельного аббата Бенедетто Кастелли, друга и ученика Галилео Галилея.

Кастелли в то время состоял при Ватиканском дворе папы Урбана VIII в должности воспитателя его племянника. Аббат Кастелли ещё в юности вступил в монашеский орден, но целиком посвятил себя научным исследованиям. Наряду с крупными открытиями в разных областях математики, Кастелли принадлежит заслуга первой формулировки научных основ гидравлики. Среди учеников Кастелли следует отметить сверстника Торричелли, выдающегося физика, астронома и физиолога Джованни Борелли и крупнейшего математика Бонавентуру Кавальери.

Кастелли сразу же высоко оценил способности молодого Торричелли, взял на себя руководство его образованием и материально обеспечил юношу, назначив его своим личным секретарем. Когда при дворе герцога Тосканского профессор – перипатетик Боскалья, при активной поддержке герцогини-матери, поднял вопрос о несовместимости открытий и утверждений Галилея с каноническими церковными положениями, именно Кастелли имел мужество вступить в полемику.

Наблюдатель, открывший атмосферное давление к 410-летию со дня рождения Э.Торричелли

Из всех учеников Кастелли больше всех увлекся трудами Галилея двадцатилетний Торричелли. Под впечатлением трудов Галилея о движении он написал собственное сочинение на ту же тему под названием «Трактат о движении». Торричелли препроводил своё сочинение Галилею. Кастелли предложил Галилею взять Торричелли к себе в дом в качестве помощника в подготовке исследований по механике. Галилей, тогда уже слепой, пригласил его для сотрудничества при обработке своего последнего сочинения «Беседы о механике».

В 1641 году Торричелли окончательно переехал к Галилею в Арчетри, где стал секретарём Галилея, а после смерти Галилея (1642) — его преемником на кафедре математики и философии Флорентийского университета.

Торричелли нередко называют последним учеником Галилея, хотя это вряд ли в данном случае уместно. Их личное знакомство состоялось за несколько месяцев до смерти Галилея, когда он уже фактически отошел от своих исследований и занимался преимущественно приведением в порядок своих бумаг.

Великий герцог Тосканский, прибывший в Арчетри на похороны Галилея, назначил Торричелли на ставшую вакантной должность придворного математика.

Предшественником Торричелли на должности профессора математики Флорентийской Академии с 1610 г. был Галилей, лекции которого были прекращены согласно решению инквизиционного суда в 1633 г. Так Торричелли получил принадлежавший ранее Галилею титул «философа и первого математика Его Высочества Великого Герцога Тосканского» и одновременно должность лектора математики при Флоренгинской Академии опыта (Accademia del Gimento).

Наблюдатель, открывший атмосферное давление к 410-летию со дня рождения Э.Торричелли

Позднее к этому добавилось звание лектора по военной фортификации во Флорентийской Академии графики (Accademia del Disegno). Материальное положение 32-летнего Торричелли внезапно упрочилось. Если прежде скромный секретарь мог, да и то лишь в свободные часы, заниматься теоретическими исследованиями, то во Флоренции он получил наконец возможность осуществить и некоторые из своих замыслов в области эксперимента.

Здесь Торричелли закончил работу над дополнениями Галилея к его «Беседам» (Дни V и VI). Однако он не успел их опубликовать. «Пятый День» был опубликован Вивиани в 1674 г., а «Шестой день» лишь в 1718 г. Имя Торричелли в них не упоминается, и что в действительности внесено им, точно неизвестно.

Про анемометры:  Защита дыхательных путей от хлора - Всё о видеонаблюдении и сигнализациях

Придворный естествоиспытатель (философ) и математик Э. Торричелли поселился в аппартаментах старого дворца Медичи во Флоренции. У него стали встречаться выдающиеся деятели искусства и науки. Особенно сдружился Торричелли со знаменитым художником Сальватор-Роза. и с известным эллинистом Карло Датти.

Дошедший до нас каталог личной библиотеки Торричелли содержит, наряду с разнообразными трудами по математике, физике, астрономии, механике и военному делу, значительное число художественных литературных произведений. Биографы Торричелли подчеркивают, что он и сам не был чужд литературы и сочинял не дошедшие до нас острые эпиграммы и комедии. В одной из этих эпиграмм на латинском языке высмеивался некий строитель, построивший мост, который обрушился прежде, чем его открыли. Эпиграмма заканчивалась горькой жалобой на плохие времена, породившие дурных мостоделов ponti-fices (множественное число от ponti-fex). Однако тем, кто изучал латынь, было хорошо известно, что древнее латинское слово Pontifex (верховный жрец) официальный титул папы. Эпиграмма Торричелли стала весьма популярной в Италии как намек на папу Урбана VIII, тщетно стремившегося посредством преследований и репрессий спасти от упадка могущество церкви.

Следуя примеру Галилея, Торричелли не гнушался практической деятельности. Узнав от Галилея о значении линз, он с 1642 года стал упорно заниматься их изготовлением и вскоре превзошёл в этом знаменитых мастеров.

Наблюдатель, открывший атмосферное давление к 410-летию со дня рождения Э.Торричелли

Мы знаем, что воздушная оболочка Земли оказывает на все находящиеся в ней тела некоторое давление. Это давление называется атмосферным. Насколько оно велико? Как измерить давление атмосферы, впервые догадался Э. Торричелли.

В 1643г. он открыл атмосферное давление (опыт Торричелли), опровергнув тем самым мнение, что “природа боится пустоты”. Дело было так. До середины XVII века считалось непререкаемым утверждение древнегреческого учёного Аристотеля о том, что вода поднимается за поршнем насоса потому, что «природа не терпит пустоты». Однако при сооружении фонтанов во Флоренции обнаружилось, что засасываемая насосами вода не желает подниматься выше 34 футов (10 м). Недоумевающие строители обратились за помощью к престарелому Галилею, который сострил, что, вероятно, природа перестает бояться пустоты на высоте более 34 футов, но всё же предложил разобраться в этом своим ученикам — Торричелли и Вивиани.

На протяжении многих веков величайшие ученые утверждали, что вакуум принципиально невозможен. Ибн-Синна (Авиценна), например, утверждал, что если где-либо на земле образуется вакуум, то само Небо расколется и спустится на Землю, дабы заполнить этот вакуум. Так постеленно возникло убеждение в том, что природа испытывает своего рода ужас перед вакуумом (horror vacui). Под вакуумом понимали пространство, лишенное воздуха. Поэтому считалось аксиомой, что получить безвоздушное пространство принципиально невозможно. Этой точки зрения придерживался и Галилей.

Наблюдатель, открывший атмосферное давление к 410-летию со дня рождения Э.Торричелли

Трудно сказать, кто первым догадался, что высота поднятия жидкости за поршнем насоса должна быть тем меньше, чем больше её плотность. Так как ртуть в 13 раз плотнее воды, то высота её поднятия за поршнем будет во столько же раз меньше. Опыт был проведен В.Вивиани (1622–1703) по инициативе Торричелли. Стеклянная трубка длиной около 1 м, запаянная с одного конца, была заполнена ртутью. Отверстие трубки закрыли пальцем и опустили открытым концом вниз в просторный сосуд с ртутью. Оказалось, что если убрать палец, то столбик ртути в трубке опускается до высоты около 76 см, а над поверхностью ртути в трубке образуется разреженное пространство. Высота ртутного столба менялась в зависимости от погодных условий, и Торричелли заключил, что этой высотой измеряется давление воздуха (атмосферное давление). Построенный им агрегат был по существу первым барометром, и многие современные барометры по своей конструкции мало чем отличаются от трубки Торричелли.

Осмысливая результаты эксперимента, Торричелли делает два вывода: пространство над ртутью в трубке пусто (позже его назовут «торричеллиевой пустотой»), а ртуть не выливается из трубки обратно в сосуд потому, что атмосферный воздух давит на поверхность ртути в сосуде. Из этого следовало, что воздух имеет вес. Это утверждение казалось настолько невероятным, что не сразу было принято учёными того времени.

В 1644г. Торричелли изобрёл ртутный барометр. Объяснил ветер изменениями атмосферного давления. Прибор, изобретенный Торричелли, лишь в 1676 г. получил от Мариотта название «барометр». Необходимо подчеркнуть, что изобретение барометра явилось далеко не случайным результатом работ Торричелли, а представляло собою последовательный и неизбежный вывод из его работ по физике атмосферы.

Наблюдатель, открывший атмосферное давление к 410-летию со дня рождения Э.Торричелли

Дальнейшие исследования подхватил француз Блез Паскаль, выразивший в числах зависимость высоты столба от тяжести воздуха в конкретный момент, таким образом дав человечеству возможность определять атмосферное давление.

Давление атмосферы можно измерять высотой соответствующего ртутного столба (выраженной обычно в миллиметрах). Если, например, говорят, что в каком-то месте атмосферное давление равно 760 мм рт. ст., то это означает, что воздух в данном месте производит такое же давление, какое производит вертикальный столб ртути высотой 760 мм. Большая высота ртутного столба соответствует и большему атмосферному давлению, меньшая — меньшему.

В настоящее время давление атмосферы, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °С, принято называть нормальным атмосферным давлением. Чтобы рассчитать это давление в паскалях, воспользуемся формулой гидростатического давления: p = ρgh Подставляя в эту формулу значения ρ = 13595,1 кг/м3 (плотность ртути при 0 °С), g = 9,80665 м/с2 (ускорение свободного падения) и h = 760 мм = 0,76 м (высота столба ртути, соответствующая нормальному атмосферному давлению), получим следующую величину: p = 101 325 Па. Это и есть нормальное атмосферное давление. Атмосферное давление, близкое к нормальному, наблюдается обычно в местностях, находящихся на уровне моря. С увеличением высоты над уровнем моря (например, в горах) давление уменьшается.

В 1648 г. по поручению Паскаля Ф. Перье измерил высоту столба ртути в барометре у подножия и на вершине горы Пюи-де-Дом и полностью подтвердил предположение Паскаля о том, что атмосферное давление зависит от высоты: на вершине горы столб ртути оказался меньше на 84,4 мм.

Наблюдатель, открывший атмосферное давление к 410-летию со дня рождения Э.Торричелли

Большую известность получили также опыты немецкого физика Отто фон Герике (1602—1686). К выводу о существовании атмосферного давления он пришел независимо от Торричелли (об опытах которого он узнал с опозданием на девять лет). Откачивая как-то воздух из тонкостенного металлического шара, Герике вдруг увидел, как этот шар сплющился. Размышляя над причиной аварии, он понял, что расплющивание шара произошло под действием давления окружающего воздуха.

В 1654 г. Герике, желая убедить всех в существовании атмосферного давления, произвел знаменитый опыт с «магдебургскими полушариями». На демонстрации опыта присутствовали император Фердинанд III и члены Регенсбургского рейхстага. В их присутствии из полости между двумя сложенными вместе металлическими полушариями выкачали воздух. При этом силы атмосферного давления так сильно прижали эти полушария друг к другу, что их не смогли разъединить несколько пар лошадей.

Э. Торричелли известен не только как физик, но и как математик. Его именем помимо “торричеллевой пустоты” названа одна из точек в треугольнике. Получается она так. Сначала на сторонах данного треугольника строятся равносторонние треугольники, потом вокруг каждого из них описывается окружность (она называется окружностью Торричелли). Оказывается, окружности Торричелли пересекаются в одной точке, которую называют точкой Торричелли.

В математике Торричелли развил «метод неделимых». Он применил его (хотя несколько позже Роберваля) для квадратуры циклоиды, а также для решения задач на проведение касательных. Вслед за Декартом он нашёл длину дуги логарифмической спирали. Обобщил правило квадратуры параболы на случай произвольного рационального показателя степени. При исследовании семейства парабол открыл понятие огибающей.

Наблюдатель, открывший атмосферное давление к 410-летию со дня рождения Э.Торричелли

Независимо от французского ученого Ж. Роберваля он предложил оригинальный метод построения касательных к данной кривой и определил квадратуру циклоиды. В 1644 году вышел в свет сборник статей Торричелли, объединенных заглавием «Геометрические работы». Часть этих работ посвящается исследованию свободного падения и параболического движения брошенного тела.

Точка Торричелли — это точка в плоскости треугольника, сумма расстояний от которой до вершин треугольника имеет наименьшее значение.

Вопрос о нахождении такой точки имеет давнюю историю. Пьер Ферма сформулировал задачу: “Для трёх заданных точек найти четвёртую, такую что если от неё провести прямые линии до данных точек, сумма расстояний будет наименьшей”.

Задачей интересовались крупнейшие ученые эпохи Возрождения — Вивиани, Кавальери, Торричелли и др. Задача Торричелли об отыскании точки, сумма расстояний от которой до трех данных точек минимальна, имеет большое применение в решении различных технико-экономических задачах. Например, рассмотрим такую задачу: в местах А, В, С добывается некоторые материалы, потребляемые на центральной станции Р. Где следует построить Р, чтобы стоимость доставки грузов из А, В, С в пункт Р была наименьшей? Ответ: Р — точка Торричелли для треугольника АВС. По этому принципу, например, размещён Череповецкий металлургический комбинат, проект которого разрабатывался учёными во главе с академиком И. П. Бардиным.

История гидравлики как науки начинается с Архимеда (287 – 212 гг. до н. э.), который в своем трактате О плавании тел заложил основы гидростатики. Им был разработан механизм для подъема воды, названный архимедовым винтом . Его работы послужили толчком к появлению ряда замечательных гидравлических аппаратов поршневого насоса Ктезибия, сифона Герона и многого другого. Однако на протяжении последующих семнадцати веков гидравлика не получила сколько-нибудь существенного развития. Лишь с конца XVI века знания человечества по гидравлике начинают пополнять трудами такие ученые, как Леонардо да Винчи (1452 – 1519), Симон Стевин (1548 – 1620), Галилео Галилей (1564 – 1642), Эванджелиста Торричелли (1608 – 1647), Блез Паскаль (1623 – 1662), Исаак Ньютон (1643 – 1727) и др.

Наблюдатель, открывший атмосферное давление к 410-летию со дня рождения Э.Торричелли

В 1641г. он, независимо от Галилея, Торричелли доказал постулат о равенстве скоростей тяжёлых тел, падающих по наклонным плоскостям одинаковой высоты, установил параболический характер траектории движения тел, брошенных под произвольным углом к горизонту. В этом же году он сформулировал закон вытекания жидкости из отверстий сосуда и вывел формулу для определения скорости вытекания (формула Торричелли). Фактически это исследование заложило основу теоретического фундамента гидравлики, построение которого сто лет спустя завершил Даниил Бернулли.

Торричелли много занимался вопросами, касающимися вытекания струй жидкости из отверстий в стенках сосудов. Так, он установил, что эти струи имеют параболическую форму.

В его труде, посвященном движению жидкостей, можно прочитать: «Вырывающаяся из сосуда вода имеет в точке истечения ту же скорость, которую имело бы произвольное тяжелое тело, а значит, и отдельная капля той же воды, падая свободно с верхнего уровня этой воды до уровня отверстия».

Торричелли установил, что отношение скоростей, с которыми жидкости вытекают из отверстий, расположенных на разных расстояниях от поверхности жидкости, равно отношению корней квадратных от этих расстояний. Из этого следует, что количество жидкости, вытекающей за одинаковые времена из находящегося на горизонтальном дне сосуда отверстия, убывает в арифметической прогрессии, составленной из нечётных чисел.

Изготовив приспособление, позволявшее направлять вверх струю жидкости, вытекающей из сосуда, Торричелли убедился, что она поднимается ниже верхнего уровня жидкости в самом сосуде. Но он выдвинул и предположение, что дело здесь в сопротивлении, которое испытывает струя. Легко усмотреть в этом одну из самых первых догадок, относящихся к закону сохранения энергии.

Про анемометры:  Анемометры и термоанемометры купить в Москве

Крупнейшие ученые Италии и за её рубежами признали Торричелли первоклассным математиком. И литературные дарования Торричелли не остаются незамеченными. Академия делла-круска (Accademia delja Crusca) во Флоренции, учреждение специально призванное культивировать красоту и чистоту итальянской литературной речи, избирает Торричелли своим сочленом и приглашает его прочесть там серию лекций.

Математики Маджотти и Кавальери, узнав о чести, которой удостоился их друг, высказали в личных письмах к нему ряд весьма саркастических замечаний по адресу академиков делла-круска, совершенно не сведущих в математике и физических науках. Однако эти замечания не смутили Торричелли, и он прочитал в Академии делла-круска 12 популярных лекций на самые различные темы. В одной из этих лекций «Похвальном слове математике» Торричелли не постеснялся высмеять «философов, считающих себя рожденными для науки, для знания», но оказывающихся круглыми невеждами в отношении машин и орудий, в которых превосходно разбираются простые необразованные люди.

Эти лекции были опубликованы Академией лишь в 1715 г. Лекциям предпослан любопытный акт. В нем значится, что высокоавторитетные, уполномоченные Академией лица, ознакомившись с текстом «Лекций» Эванджелисты Торричелли», «не обнаружили в них никаких погрешностей в языке». Следовательно, эти лекции признаны образцом безукоризненно чистой итальянской речи». И в этом вопросе Торричелли оказался достойным приемником Галилея.

Диалоги считаются по наше время бессмертными памятниками не только науки, но и художественной прозы. «Академические лекции» Торричелли, к сожалению, не переведенные на другие языки, отличаются от «Диалогов» Галилея известной вычурностью стиля, но представляют собою подлинно художественные произведения. Шесть из этих 12 лекций посвящены физическим вопросам и заслуживают самого серьезного внимания как популярное изложение воззрений и важнейших физических исследований Торричелли. Вместе с тем, «Академические лекции» Торричелли проникнуты насквозь столь характерным для эпохи Возрождения смелым духом борьбы против «философов-перипатетиков», т. е. против сторонников устаревших представлений Аристотеля, официально признанных единственными и непогрешимыми, согласными с учением католической церкви. Хотя в лекциях нигде не упоминается ни о Копернике, ни о системе мира вообще, но зато в них многократно пламенно прославляются заслуги Галилея.

Лекции «О легкости» и «О ветре» непосредственно связаны со знаменитым опытом Торричелли, приведшим его в 1644 г. к изобретению барометра. Великий герцог Тосканский, лично присутствовавший на демонстрации этого опыта, издал по такому поводу специальный декрет, в котором говорится: «За то, что Эванджелиста Торричелли благодаря доблести и удаче успешно осуществил это дело; за то, что им была открыта истина; за то, что им был опровергнут страх перед вакуумом; за то, что он расширил границы науки, мы объявляем славу бессмертному богу, а Эванджелисте Торричелли триумф».

В 1657 г. по инициативе Э. Торричелли и других ученых во Флоренции     возникла Академия опыта ( A ademia del imento ), просуществовавшая около 10 лет. Деятельность этой академии получила широкую известность в ученом мире и вместе с тем привлекла пристальное внимание католического духовенства, обеспокоенного весьма быстрым распространением идей естественнонаучного материализма. Вследствие происков флорентийского духовенства Академия и была закрыта. В 1667 г. вышел в свет том трудов Академии опыта , содержащий описание различных физических приборов  и инструментов.

Прогресс оптики начался в семнадцатом веке. Первый вопрос, который требовал ответа, состоял в том, как распространяется свет. Торричелли заметил, что поскольку можно видеть сквозь пустоту в верхней части его барометра, то свет может распространяться через вакуум и, следовательно, для передачи света не нужно никакой материальной среды. Это было очень загадочно, так как было известно, что звук, казавшийся подобным свету, передаётся через воздух. Загадка не была решена вплоть до середины девятнадцатого века.

Не следует забывать, что в XVII в. зрительные трубы имели первостепенное военное значение, ибо они позволяли заранее обнаружить врага и предупредить его внезапное нападение.

Кроме изготовления зрительных труб и телескопов, он занимался конструированием простых микроскопов, состоящих всего из одной крошечной линзы, которую он получал из капли стекла (расплавляя над пламенем свечи стеклянную палочку). Именно такие микроскопы получили затем широкое распространение.

У Торричелли было много учеников, он был широко известен не только в Италии, но и далеко за ее пределами.

Э. Торричелли, этот жуир и завсегдатай флорентийских погребов, исследовал центры тяжести тел вращения, усовершенствовал артиллерийский угломер. Он жил бурно тратил себя щедро и в трудах, и в досугах.

За пятилетний период пребывания во Флоренции Торричелли сумел развернуть кипучую деятельность в области физики и техники. Однако тяжелый недуг все сильнее подтачивал его организм. В октябре 1647 г. Торричелли слег, мучимый «лихорадкой» и страшными головными болями. Состояние больного ухудшалось, головные боли стали невыносимыми. Торричелли начал впадать.«в безумный яростный бред», как писал его друг Сиренаи, сообщая о надвигающейся катастрофе брату Торричелли. 24 октября 1647 г. Эванджелисты Торричелли не стало.

Торричелли умер в 39 лет, заразившись брюшным тифом. Всё своё имущество он оставил приёмному сыну Алессандро.

После смерти Торричелли разгадка его секрета хранилась в шкатулке, которая хранилась у его друзей. Через 300 лет его рукописи были опубликованы, но той, что была в шкатулке, не нашли. До сих пор никто не знает, где она, как и могила гениального флорентийца.

Сохранилась всего одна линза из множества, созданных Торричелли. Её диаметр – 83 мм, но по некоторым параметрам она превосходит качество самых современных линз.

В честь Торричелли названы: единица давления торр (миллиметр ртутного столба), крупный ударный кратер в Заливе Суровости на видимой стороне Луны (1935 г.), серия подводных лодок, лицей в Фаэнце, улица в Париже, астероид 7437.

Знаменитый французский математик Блез Паскаль, 19 сентября 1648 года доказал существование атмосферного давления и опровергший утверждение Аристотеля о том, что «природа боится пустоты». Проделал опыт на горе Пюи-де-Дом в Клермоне, по просьбе ученого, его зять Флорен Перье, сам он передвигался на костылях и подняться на верх был просто не в состоянии. В честь этого открытия единицу измерения давления назвали «паскалем».

Традиционно считалось, что всасывающие насосы работают из-за того, что «природа боится пустоты». Но голландец Исаак Бекман в тезисах своей докторской диссертации, защищенной им в 1618 году, утверждал: «Вода, поднимаемая всасыванием, не притягивается силой пустоты, но гонима в пустое место налегающим воздухом».

В 1630 году физик Балиани написал письмо Галилею о неудачной попытке устроить сифон для подъема воды на холм высотой 21 метр. В другом письме Галилею от 24 октября 1630 года Балиани предположил, что подъем воды в трубе обусловлен давлением воздуха.

Наличие атмосферного давления привело людей в замешательство в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами – вода не поднималась выше 10,3 метров. Поиски причин этого и опыты с ртутью, предпринятые Эванджелистой Торричелли, привели к тому, что в 1643 году он доказал, что воздух имеет вес.

Совместно с Винченцо Вивиани, Торричелли провел первый опыт по измерению атмосферного давления, изобретя первый ртутный барометр – стеклянную трубку, в которой нет воздуха. В такой трубке ртуть поднимается на высоту около 760 миллиметров.

Блезу Паскалю – знаменитому математику, физику и мыслителю, была присуща удивительная разносторонность, характерная для людей эпохи Возрождения. В конце 1646 года до французского города Руана, где в то время жила семья Паскалей, докатилась молва об удивительных итальянских опытах с пустотой – опыты Торричелли.

Паскаль с увлечением их повторяет, экспериментируя не только с ртутью как Торричелли, но и с водой, маслом, красным вином, для чего ему потребовались бочки вместо чашек и трубки длиной около 15 метров. Эти эффектные опыты проводились прямо на улицах Руана, радуя его жителей. Паскаль верил, что в трубке Торричелли есть пустота, и упорно искал этому доказательство.

Решающий эксперимент был проведен 19 сентября 1648 года. В этот день было доказано существование атмосферного давления и опровергнуто утверждение Аристотеля о том, что «природа боится пустоты». Надо сказать, что в те времена во Франции за выступление против Аристотеля можно было попасть на каторгу.

При помощи запаянной с одного конца стеклянной трубки, опрокинутой другим концом в чашечку с ртутью, предстояло измерить, на какую высоту поднимается в ней жидкий металл у подножия и на вершине горы Пюи-де-Дом высотой 1647 метров в Клермоне.

Как Паскаль и предполагал, на вершине столбик ртути остановился на более низкой отметке – ведь там толща земной атмосферы ровно на 1647 метров меньше. При такой высоте горы разница уровней ртути составила более 8 сантиметров, что, по словам Перье, «повергло свидетелей эксперимента в удивление и восхищение». В честь этого открытия единицу измерения давления назвали «паскалем». А зять ученому понадобился потому, что сам он передвигался на костылях и подняться на гору просто не смог бы.

Торричелли

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.

Опыт Торричелли

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.

История открытия атмосферного давления

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.

https://youtube.com/watch?v=0gzUysL2tzI

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий