Фамилия Торричелли связана в первую очередь с доказательством существования атмосферного давления, а также с популяризированными явлением «торричеллиевой пустоты». Свое доказательство он осуществил экспериментальным путем, постановкой опыта.
По стопам учителя
Измерением атмосферного давления озадачились с тех пор, как Галилей доказал наличие у воздуха веса. Ведь вес – это сила, с которой объект с массой давит на другие предметы, а сила, отнесенная к площади действия, и есть давление.
Торричелли взялся за эту проблему и предложил провести эксперимент. Для этого была взята стеклянная трубка, которую с одной стороны запаяли. Длинная ее была порядка метра. В нее налили ртуть, а затем, перевернув, опустили в емкость, которая также была заполнена ртутью. Часть вещества из трубки перетекло в чашу. Высота ртути, оставшейся в трубке, была зафиксирована. С течением времени уровень менялся, но незначительно: то поднимался, то опускался, коррелируя с переменами погодных условий. При этом в верхней части трубки оставался вакуум, та самая «торричеллиева пустота». На самом деле, там был, конечно, не вакуум, а испарения ртути.
Резонным был вопрос: что влияло на уровень? То же, что не позволило ртути полностью вытечь из трубки, а именно давление атмосферы Земли, с силой действовавшей на поверхность вещества в емкости. При этом эта сила равна силе, с которой давит столб ртути, а значит рассчитывается по давно известной формуле: $P = rho gh$, где за $rho$ берется плотность ртути.
С тех пор атмосферное давление традиционно измеряется в миллиметрах ртутного столба, а установка, сконструированная для опыта Торричелли, получила название ртутного барометра.
Задачи
- Высота ртутного столба – 777 мм, какой будет высота водного столба?
Решение:
$P = {{101325 cdot 777} over 760} = 103592 Па$
Тогда из формулы для гидростатического давления высота равна:
$h = {P over rho g} = {103592 over {1000 cdot 9,8}} = 10,6 м$
- Определить давление атмосферы, если столб жидкостью с плотностью 2500 кг/м3 поднялся на высоту 6 м.
Решение:
Давление будем искать по следующей формуле:
$P = rho gh$
Тогда давление атмосферы равно:
$P = 2500 cdot 9,8 cdot 4 = 98 кПа$
Что мы узнали?
В ходе урока мы разобрали опыты, доказывающие существование веса воздуха, а также поговорили кратко об измерении атмосферного давления в опыте Торричелли. В завершении урока решили две элементарные задачи.
