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.
Изучением упругости воздуха занимался известный английский физик и химик Роберт Бойль.
Роберт Бойль
Он опирался на открытия Торричелли и Паскаля.
Изучая упругость воздуха, Бойль видоизменил опыт Торричелли. Он взял трубку, согнутую в виде крючка. Заполнив ее ртутью, запаял короткий конец, в котором остался воздух. Воздух в колене над ртутью заменил собой атмосферу, так как в длинном колене ртуть не понизилась.
И этот малый объем воздуха продолжал давить так же, как давит весь столб земной атмосферы. Так Бойль доказал, что уменьшение объема газа влечет увеличение его давления: «Произведение давления газа на его объем при неизменной температуре есть величина постоянная».
Опыт Бойля
Знакомые Бойля шутя рассказывали друг другу, как произошло открытие этого закона.
Однажды Роберт Бойль отправился на прогулку, а своего ученика Рихарда Тоунли усадил в лаборатории производить измерения зависимости объема газа и давления.
Результаты измерений Бойль приказал тщательно записывать.
Производя измерения, Тоунли заметил, что произведение давления на объем остается постоянным…
Чтобы избавить себя от дальнейшей утомительной работы и самому вслед за Бойлем отправиться гулять, он оставшееся место в таблице заполнил цифрами, произведение которых давало одну и ту же величину.
На другой день, когда об этом узнал Бойль, он сформулировал соответствующий закон.
Но это, конечно, только шутка, которую до наших дней пересказывают «злые языки». Основанием этой шутки, видимо, и послужило высказывание самого Бойля, который говорил, что не сразу сам уловил этот закон, а помог ему его ученик Рихард Тоунли.
В наше время эту зависимость называют законом Бойля-Мариотта, так как они открыли ее независимо друг от друга.
В те далекие от нас времена ученые узнавали об открытиях, либо пересказывая их друг другу, либо сообщая письмом. Но почта пересылала письма медленно и не всегда аккуратно. Письма из Англии, где жил Бойль, шли не так скоро, как сейчас, и французский физик аббат Мариотт долгое время ничего не знал об открытии Бойля. Исследуя упругость воздуха, он пришел к тому же результату, что и Бойль, но несколько лет спустя.
Желая проверить эту закономерность и убедиться, что давление воздуха с течением времени не ослабевает, французский ученый Роберваль зарядил духовое ружье, а выстрел произвел спустя шестнадцать лет! Действие ружья было такое же, как если бы оно было только что заряжено.
Странный бургомистр
Более десяти лет спустя после событий на улице Флоренции, ранним утром 1654 года, в Германии, в окрестностях Регенсбурга, бургомистр города Магдебурга Отто Герике показал грандиозные опыты. Две упряжки лошадей, по восемь пар каждая, растягивали шар в противоположные стороны, стараясь его разорвать. Этот интереснейший опыт, на котором многие пожелали присутствовать, изображен на гравюре. Ее часто помещают на страницах учебников.
Подготовляя свои опыты, Отто Герике ничего не знал об опытах Торричелли. Герике хотел получить пустоту. Для этой цели он взял пустую винную бочку, наполнил ее водой и при помощи насоса стал выкачивать из нее воду. Когда воду выкачали, то сквозь щели внутрь бочки с шипением проник воздух и занял ее место. Эта неудача не остановила Герике. Он поместил бочку с водой в другую бочку, тоже наполненную водой, и снова повторил опыт. Результат был тот же: воздух опять проник внутрь бочки, хотя и не так быстро, как в первый раз, и занял место воды. Внутрь бочки проникал воздух, содержащийся в воде. Тогда упорный Герике взял медный сосуд из двух полушарий и стал откачивать воздух из него. Едва внутри сосуда наступило разрежение, как тонкие стенки полушарий были смяты.
Пришлось изготовить более прочные полушария, и тогда дело пошло на лад. Воздух был откачан! Два ничем не скрепленных полушария не могли оторвать друг от друга даже две упряжки по восьми пар лошадей. Необыкновенное зрелище! Толпа горожан и жителей окрестных сел с изумлением смотрели, как лошади пытаются разорвать пустоту. После этого Герике предложил двадцати взрослым мужчинам сместить поршень в цилиндре, из которого предварительно был выкачан воздух. Сколько ни трудились взрослые, сильные люди, поршень оставался на месте.
Если бы Герике знал об опытах Торричелли, об атмосферном давлении, то он мог бы легко объяснить эти опыты. Но, к сожалению, он этого не знал. А ведь объяснение было таким легким. Лошади не могли разъединить полушария, потому что они прижимались друг к другу силой внешнего давления атмосферы. Ведь внутри полушарий воздуха не было совсем.
Опыты Герике особенно наглядно показали, что воздух давит со всех сторон. Это и значит, что он обладает упругостью, благодаря которой атмосферное давление передается во все стороны одинаково.
