Звук за работой
Шрифт:
Так устроен колодец
Перебирая в памяти различные опыты, Торричелли вспомнил опыты Галилея, которые он производил с различными жидкостями, поднимая их поршнем в трубках. И у него жидкости, следуя за поршнем, всегда поднимались на различную, но вполне определенную высоту, а затем отрывались от него. Галилей объяснил это явление, полагая, что столб жидкости разрывается от собственной тяжести, как оборвался бы очень длинный, тяжелый
Размышляя об опытах Галилео Галилея, Торричелли пришел к заключению, что столб жидкости перестает следовать вверх за поршнем и отрывается от него не потому, что он достиг некоторого определенного веса. Если бы это было так, то в тонкой трубе можно было бы поднять жидкость выше, чем в широкой, чего, однако, не наблюдалось. Видимо, полагал Торричелли, столб жидкости перестает следовать вверх за поршнем и отрывается от него тогда, когда давление этого столба не уравновешивается давлением жидкости снизу. Но откуда возьмется давление жидкости снизу трубки? Если оно существует, то это может происходить лишь потому, что жидкость передает давление воздуха, находящегося над ее поверхностью. Ведь воздух, как доказал Галилео Галилей, обладает тяжестью — имеет вес. Он даже определил, что воздух в четыреста раз легче воды.
Воздух, заключил Торричелли, давит на поверхность воды, благодаря чему она и может подниматься вверх по трубе вслед за поршнем, который создает разреженное пространство над поверхностью жидкости.
Вода следует за поршнем при его подъеме только до тех пор, пока давление столба воды не уравновесит давление воздуха. После этого между столбом воды и поршнем, если его продолжать поднимать, остается пустота. И эту пустоту вода не может заполнить: ведь наступило равенство давления воздуха и поднявшегося столба воды.
Вот, оказывается, в чем заключалась странность флорентийского колодца. И Торричелли задумал опыт, который должен был доказать, что он прав.
Этот опыт спустя три года после неудачи с колодцем осуществил Вивиани — друг Торричелли. Длинная стеклянная трубка, запаянная с одной стороны, была наполнена ртутью и поставлена вертикально в сосуд с ртутью открытым концом. Для того чтобы предотвратить вытекание ртути из трубки при ее опрокидывании, открытый конец закрывался пальцем и открывался после погружения в ртуть, находящуюся в сосуде.
Столб ртути в трубке установился выше уровня ртути в сосуде на высоте 76 сантиметров. А так как длина трубки превышала 76 сантиметров, то внутри нее от поверхности ртути до запаянного конца образовывалось свободное пространство, которое назвали пустотой Торричелли. Значит, Торричелли был прав: ртуть в трубке уравновешивалась давлением воздуха.
Опыт Вивиани
Так было открыто атмосферное давление. А трубка Торричелли стала первым измерителем давления воздуха — барометром.
Всякий раз, когда ртуть в трубке понижалась, наступали дожди, а при очень сильном понижении — буря.
Это происходило потому, что переменам погоды предшествует изменение давления воздуха.
Слава о Торричелли распространилась за пределы Флоренции.
Французский ученый — математик, физик и философ Блез Паскаль устроил в городе Руане небывалый по своим размерам барометр.
Блез Паскаль
Вместо ртути трубка была наполнена водой. Небывалый барометр привлекал внимание горожан, вызывая изумление своими гигантскими размерами. Кроме того, всех удивляла вода, которая не выливалась из трубки без всяких видимых причин.
Блез Паскаль родился во Франции 19 июня 1623 года в городе Клермон-Ферране, а в 1631 году его увезли в Париж.
В дом к отцу приходили его друзья — физики и математики того времени. Среди них были Роберваль и Мерсенн, с которыми маленький общительный Паскаль быстро подружился. Общение повлекло за собой увлечение математикой. Отец, наблюдая пристрастие, с которым занимается сын, опасался, что он бросит изучение других предметов. Все старания отца отвлечь внимание мальчика от математики были напрасны. Когда отец отобрал у него книги по математике, маленький Блез сам стал изобретать геометрию. Заметив это, отец перестал запрещать ему заниматься любимой наукой, тем более что это совсем не мешало изучению языков и истории.
Шестнадцати лет Паскаль написал сочинение о конических сечениях, в котором разобрал свойства круга и более сложных кривых — эллипса, параболы и гиперболы. В 1647 году в Париже вышла книга Торричелли, из которой Паскаль узнал о давлении воздуха.
Размышляя о сущности атмосферного давления, Паскаль пришел к мысли, что высота подъема ртути в барометре должна уменьшиться на вершине горы, так как часть воздуха лежит ниже вершины и, естественно, не давит на поверхность ртути. Не имея возможности лично проверить эти предположения, Паскаль просит в письме своего родственника, который жил близ горы Пюи-де-Дом, повторить на вершине горы, возвышавшейся над уровнем моря более чем на 1000 метров, барометрический опыт Торричелли.
И вот Паскаль получил письмо, из которого узнал о результатах опыта. Высота столба ртути на вершине горы действительно оказалась меньше, чем у подошвы. Читая полученное об этом известие, молодой ученый заметил: «Не скрываю, что это доставило мне удовольствие». Не удовлетворись этими наблюдениями, Паскаль решил выяснить, возможно ли обнаружить различие в давлении на малых высотах.
С этой целью он поднялся на колокольню собора и повторил опыт Торричелли сам. Давление воздуха даже на высоте колокольни было меньше, чем на земле.
Память об этом опыте застыла в бронзе навеки. На колокольне благодарными потомками поставлена статуя Блеза Паскаля.
Очень много сделал Блез Паскаль для развития новой науки — физики.
Особенно заинтересовали его жидкости и газы. Он изучал давление в этих подвижных средах и открыл закон, носящий его имя, — закон Паскаля: «Жидкости и газы передают давление во все стороны одинаково».
При этом, однако, оставалось неясным одно — каким же образом способен передавать давление воздух. Жидкости почти несжимаемы. Поэтому они и передают давление. Но воздух, он так податлив, что трудно представить себе, что он обладает такими же свойствами. Для того чтобы воздух мог передавать давление во все стороны одинаково, он должен обладать упругостью.