Читать книгу Фізика - Группа авторов - Страница 10

Ім’я Еванджелісти Торрічеллі (1608—1647) назавжди ввійшло в історію фізики як ім’я людини, що вперше довела існування атмосферного тиску і створила перший барометр.

До середини XVII ст. вважалося незаперечним твердження давньогрецького вченого Арістотеля про те, що вода піднімається за поршнем насоса тому, що «природа не терпить порожнечі». Однак при спорудженні фонтанів у Флоренції виявилося, що всмоктувана насосами вода не бажає підніматися вище 34 футів. Здивовані будівельники звернулися по допомогу до Галілея, який пожартував, що, ймовірно, природа перестає боятися порожнечі на висоті більше 34 футів, але все-таки запропонував розібратися в цьому своїм учням.

Важко сказати, хто першим здогадався, що висота підняття рідини за поршнем насоса повинна бути тим менше, чим більше її густина. Оскільки густина ртуті в 13 разів більша, ніж у води, висота її підняття за поршнем буде у стільки ж разів менша.

Подібний дослід, проведений Вівіані за ініціативою Торрічеллі, давав можливість «перейти» з вуличного майданчику до лабораторії, що й було зроблено.

Осмислюючи результати експерименту, Торрічеллі робить два висновки: простір над ртуттю в трубці є порожнім (пізніше його назвуть «торрічеллієвою порожнечею»), а ртуть не виливається з трубки назад у посудину тому, що атмосферне повітря тисне на поверхню ртуті в посудині.

З цього виходило, що повітря має вагу! Це твердження здавалося настільки неймовірним, що не відразу було прийнято вченими того часу.

Зауважимо, що про результати сво'іх дослідів Торрічеллі повідомив свого друга М. Річчі, який мешкав у Римі. Хоча цей лист не був надрукований, він розійшовся у списках по всій Європі й викликав появу робіт інших авторів (у тому числі Б. Паскаля, О. Геріке, Р. Бойля).

У своєму листі Торрічеллі розповідає: «…Я вже писав раніше, що займаюся розробкою певного філософського експерименту, що має відношення до порожнечі, не для того, щоб просто створити порожнечу, а для того, щоб зробити прилад, який показував би зміни в повітрі… »

Звідси легко побачити намагання створити те, що ми зараз називаємо барометром – приладом для вимірювання атмосферного тиску!

А далі Торрічеллі пише: «Ми живемо, занурені на дно океану повітряної стихії, про яку завдяки достовірним дослідам відомо, що повітря має вагу, причому найбільша його густина – поблизу земної поверхні, де повітря має вагу, яка становить приблизно 1/400 ваги води». (Зауважимо, що значення, яке навів Торрічеллі, зараз встановлено з більшою точністю).

Таким чином, саме Торрічеллі ми зобов’язані розумінням того, що повітря має певну масу та діє з певною силою – силою атмосферного тиску, як говорять зараз.

Відкриття атмосферного тиску і досліди з вакуумом сприяли руйнуванню однієї з оман – «страху порожнечі». Усунення цієї омани позитивно позначилося на проведенні подальших наукових досліджень.

У XVII—XVII ст. досліди з порожнечею викликають великий інтерес, поряд з ученими ними із захопленням займаються й дилетанти. З’являються різноманітні конструкції вакуумних поршневих насосів механічного та ртутного типів.

З досліду Торрічеллі пізніше народилася наукова метеорологія, однак остаточне визнання його висновки одержали лише завдяки дослідам чудового французького математика і фізика Блеза Паскаля.

Допитливий дослідник і за сумісництвом бургомістр Магдебурга Отто фон Геріке теж не залишився осторонь цікавих властивостей повітря.

Він вирішив на досліді перевірити можливість створення порожнечі (вакууму), що привело його до винаходу повітряного насоса (1650 р.).

У 1654 р. Геріке продемонстрував з його допомогою існування тиску повітря (знаменитий дослід з «магдебурзькими півкулями»), визначив його густину, показав, що звук не поширюється в порожнечі, що тварини в безповітряному просторі гинуть і т. ін.

Через свою зайнятість Геріке часто не встигав власноручно описати свої досліди, тому це робив за його дозволом професор математики К. Шотт. Саме з книг Шотта інші вчені дізналися про досліди Геріке. Тільки у 1672 р. вийшла з друку книга самого О.Геріке «Нові, так звані магдебурзькі, досліди про порожній простір». Ця праця стала одним із символів експериментальної науки того часу.

Ця книга містила кілька цікавих і дотепер розділів. Один із них – «Перший дослід створювання порожнечі шляхом відбирання води». Геріке так описував свій дослід. Пивна бочка спочатку заповнювалася водою та герметично закривалася. До нижньої частини бочки була прикріплена металева трубка, за допомогою якої можна було «відбирати» воду. Вода через свою вагу повинна опускатися і залишати над собою в бочці простір, вільний від повітря.

Геріке досить докладно описує перший невдалий дослід (лопнули залізні болти та обручі на бочці!) і ті вдосконалення, які довелося зробити.

Далі Геріке описує пристрій, який, за його словами, призначений для створювання порожнечі. Дослідник пояснює, чому це не дуже просто зробити:

«Оскільки повітря винятково тонке тіло, воно неймовірно швидко проходить через усі отвори й заповнює проміжки, хоч би якими малими вони були, завжди певна кількість повітря непомітно проходить повз краї поршнів та через клапани» .

Докладно описуючи свій пристрій – повітряний підкачувальний насос, – Ге-ріке завершує:

«З опису цієї машини чітко випливає, що з її допомогою створюється порожнеча, і ті труднощі, які зазвичай вважалися нездоланними, можна подолати».

Найбільш відомими вважаються досліди, які Геріке провів з так званими магдебурзькими півкулями. Відповідний розділ з його книги так і називається:

«Дослід, за допомогою якого показується, що через тиск повітря дві півкулі можуть так міцно з’єднатися, що їх не можуть відірвати одну від одної шістнадцять коней».

Геріке писав: «Я наказав виготовити дві півкулі (або чаші)… з міді. Вони добре припасовані одна до одної і мають кран (скоріше клапан), за допомогою якого відкачується повітря, яке знаходиться всередині, а доступ повітря ззовні неможливий… Крім того, чаші треба устаткувати залізними кільцями, щоб чіпляти до них коней…Далі я наказав зшити кільце зі шкіри та просочити його воском та скипидаром, щоб воно не пропускало повітря.

Після того як це кільце було прокладено між чашами, я притиснув їх одну до одної і швидко відкачав повітря… Я переконався, з якою силою були з’єднані чаші між якими знаходилося таке кільце.

Випадкові відкриття роблять тільки  підготовлені уми.

Блез Паскаль

Притиснуті навколишнім повітрям, вони з’єдналися так міцно, що шістнадцять коней або зовсім не в змозі були їх розірвати, або змогли це зробити з великим зусиллям. Коли, нарешті, завдяки напруженню всіх сил чаші вдалося роз’єднати, то виник шум, схожий на звук рушничного пострілу».

Цікавим і важливим з точки зору фізики є те, що Геріке на цьому не зупинився. Він показав, як можна виміряти сили, що притиснули чаші (півкулі) одну до одної! Замість коней він використовує вантажі, за допомогою яких можна роз’єднати чаші, повітря між якими немає. (При цьому, звісно, вся ця система розміщується вертикально).