Физика

История науки: природа терпит пустоту

408 лет со дня рождения изобретателя барометра
Статуя Эванджелисты Торричелли из Музея натуральной истории, Флоренция, Италия

Статуя Эванджелисты Торричелли из Музея натуральной истории, Флоренция, Италия

Wikimedia Commons

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).