Год открытия: 1640
Почему это одно из 100 величайших открытий?
Это простая, казалось бы, очевидная идея: воздух имеет вес, атмосфера давит на нас с реальной силой. Однако люди не ощущают этого веса. Вы не осознаёте этого, потому что это всегда было частью вашего мира. То же самое было верно и для ранних учёных, которые никогда не задумывались о весе воздуха и атмосферы.
Открытие Эванджело Торричелли положило начало серьёзному изучению погоды и атмосферы. Оно заложило основу для нашего понимания атмосферы. Это открытие помогло Ньютону и другим учёным заложить основу для развития понимания гравитации.
Это же открытие привело Торричелли к открытию концепции вакуума и изобретению
барометра — самого простого и фундаментального прибора для изучения погоды.
Как это было обнаружено?
Ясным октябрьским днём 1640 года Галилей провёл эксперимент с отсасывающим насосом в общественном колодце недалеко от рыночной площади во Флоренции, Италия. Знаменитый итальянский учёный опустил длинную трубку в мутную воду колодца. Из колодца трубка Галилея была перекинута через деревянную перекладину на высоте трёх метров над стеной колодца, а затем спускалась к ручному насосу, который держали два помощника: Эванджелиста Торричелли, 32-летний сын богатого купца и начинающий учёный, и Джованни Бальяни, ещё один итальянский физик.
Торричелли и Бальяни качали воду за деревянную рукоятку насоса, медленно откачивая воздух из трубки Галилея и поднимая воду всё выше. Они качали, пока трубка не сплющилась, словно соломинка, которую переехали. Но, как бы они ни старались, вода не поднималась более чем на 9,7 метра над уровнем воды в колодце. Результат был одинаковым во всех испытаниях.
Галилей предположил, что каким-то образом вес столба воды заставил его разрушиться обратно на эту высоту.
В 1643 году Торричелли вернулся к загадке всасывающего насоса. Если Галилей был прав, более тяжёлая жидкость должна была достичь того же критического веса и схлопнуться на меньшей высоте. Жидкая ртуть весила в 13,5 раза больше воды. Таким образом, столб ртути никогда не должен подниматься выше, чем на 1/13,5 высоты водяного столба, или примерно на 30 дюймов.
Торричелли наполнил стеклянную трубку длиной шесть футов жидкой ртутью и заткнул открытый конец пробкой. Затем он перевернул трубку и погрузил заткнутый конец в ванночку с жидкой ртутью, прежде чем вытащить пробку. Как он и ожидал, ртуть вытекла из трубки в ванночку. Но вытекла не вся ртуть.
Торричелли измерил высоту оставшегося столба ртути — 30 дюймов, как и
ожидалось. Однако Торричелли подозревал, что истинный ответ на загадку как-то связан с
вакуумом, который он создал над своим столбом ртути.
На следующий день, когда в окна хлестал ветер и холодный дождь, Торричелли повторил свой эксперимент, планируя изучить вакуум над ртутью. Однако в этот день столб ртути поднялся всего на 29 дюймов.
Торричелли был озадачен. Он ожидал, что ртутный столбик поднимется до той же высоты, что и вчера. Что же изменилось? Дождь стучал в окна, пока Торричелли размышлял об этой новой морщине.
Отличались атмосфера, погода. Торричелли загорелся новой революционной идеей. Воздух сам по себе имел вес. Истинный ответ на загадку всасывающего насоса заключался не в весе жидкости и не в вакууме над ней, а в весе атмосферы, давящей на неё.
Торричелли понял, что вес атмосферного воздуха давит на ртуть в ванне. Это давление выталкивало ртуть вверх в трубку. Вес ртути в трубке должен быть точно равен весу атмосферного воздуха, давящего на ртуть в ванне.
При изменении веса атмосферы она будет оказывать чуть большее или меньшее давление на ртуть в трубке, поднимая или опуская столбик ртути в трубке. Изменение погоды должно приводить к изменению веса атмосферы.
Торричелли открыл атмосферное давление и способ его измерения и изучения.
Интересные факты. Домашние барометры редко опускаются более чем на 0,5 дюйма ртутного столба при смене погоды с ясной на штормовую. Максимальное падение давления в истории составило 2,963 дюйма ртутного столба, зафиксированное внутри торнадо в Южной Дакоте в июне 2003 года.
Больше для изучения
Азимов, Айзек. Хронология науки и открытий Азимова. Нью-Йорк. Harper & Роу, 1989.
Кларк, Дональд. Энциклопедия великих изобретателей и открытий. Лондон. Маршалл Cavendish Books, 1991.
Хейвен, Кендалл. Чудеса науки. Энглвуд, Колорадо. Libraries Unlimited, 1994. Макус, Ребекка. Галилей и экспериментальная наука. Нью-Йорк. Франклин Уоттс, 1991. Миддлтон, У. В. Э. История барометра. Нью-Брансуик, Нью-Джерси. Университет Джонса Хопкинса Издательство университета, 2003.
