Η ιστορία του βαρόμετρου (και πώς λειτουργεί) - Ασάφ Μπαρ-Γιόσεφ

Δείτε το πλήρες μάθημα εδώ: http://ed.ted.com/lessons/the-history-of-the-barometer-and-how-it-works-asaf-bar-yosef

​Το βαρόμετρο είναι ένα όργανο που μετρά την πίεση του αέρα, επιτρέποντας σε μετεωρολόγους και άλλους επιστήμονες να προβλέψουν καλύτερα τα καιρικά φαινόμενα. Παρά την απίστευτη χρησιμότητά του, η εφεύρεση του βαρόμετρου δεν ήταν απλή διαδικασία. Ο Ασάφ Μπαρ-Γιόσεφ περιγράφει σε σειρά τους επιστήμονες και τα γεγονότα που συνέβαλαν στη γέννηση του βαρόμετρου -- και εξηγεί πώς πραγματικά λειτουργεί.

Μάθημα από τον Ασάφ Μπαρ-Γιόσεφ, ψηφιακή απεικόνιση από τη Reflective Films.

Η γνωστή ρήση του Αριστοτέλη:
«Η φύση φοβάται το κενό», προήλθε

από τον ισχυρισμό πως ένα πραγματικό κενό,
χώρος χωρίς ύλη, δεν μπορεί να υπάρξει

γιατί η περιβάλλουσα ύλη
θα το γέμιζε αμέσως.

Ευτυχώς όμως, η άποψη του
αποδείχθηκε ότι ήταν λάθος.

Ένα κενό είναι ένα βασικό
συστατικό του βαρόμετρου,

ενός οργάνου για τη μέτρηση
της πίεσης του αέρα.

Επειδή η πίεση του αέρα
σχετίζεται με τη θερμοκρασία,

και ραγδαίες μεταβολές της
μπορούν να συμβάλουν

σε τυφώνες, ανεμοστρόβιλους
και σε άλλα ακραία καιρικά φαινόμενα,

ένα βαρόμετρο είναι
ένα από τα πιο αναγκαία όργανα

τόσο για τους μετεωρολόγους
όσο και για άλλους επιστήμονες.

Πώς όμως δουλεύει ένα βαρόμετρο,
και πώς εφευρέθηκε;

Λοιπόν, πήρε κάμποσο καιρό.

Επειδή η θεωρία του Αριστοτέλη
και άλλων αρχαίων φιλόσοφων

σχετικά με την αδυναμία ύπαρξης του κενού
φαίνεται να ισχύει στην καθημερινή ζωή,

λίγοι σκέφτηκαν σοβαρά να την
αμφισβητήσουν για σχεδόν 2.000 χρόνια --

μέχρι που η αναγκαιότητα ανέγειρε το θέμα.

Στις αρχές του 17ου αιώνα,

οι Ιταλοί ανθρακωρύχοι
αντιμετώπιζαν ένα σοβαρό πρόβλημα

όταν ανακάλυψαν ότι οι αντλίες τους

δεν ανέβαζαν το νερό

πάνω από τα 10,3 μέτρα ύψος.

Κάποιοι επιστήμονες της εποχής,
συμπεριλαμβανομένου του Γαλιλέο Γαλιλέι,

πρότειναν ότι το να ρουφάς
αέρα από τον σωλήνα

ανεβάζει το νερό προκειμένου
να αντικαταστήσει το κενό.

Aλλά αυτή η δύναμη ήταν περιορισμένη

και δεν μπορoύσε να το ανεβάσει
πάνω από τα 10,3 μέτρα.

Ωστόσο, η ιδέα ότι το κενό όντως υπάρχει

ακόμη και τότε θεωρούνταν αμφιλεγόμενη.

Ο ενθουσιασμός πάνω
στην ανορθόδοξη θεωρία του Γαλιλαίου,

οδήγησε τον Γκασπάρο Μπέρτι στο
να διεξάγει ένα απλό, αλλά ευφυές πείραμα

για να αποδείξει ότι
η δημιουργία κενού ήταν δυνατή.

Ένας μακρύς σωλήνας γέμισε με νερό

και τοποθετήθηκε όρθιος σε μια ρηχή λεκάνη
με τις δύο άκρες κλεισμένες με πώματα.

Μετά το κάτω μέρος του σωλήνα ανοίχτηκε

και η στάθμη του νερού
μέσα στο σωλήνα κατέβηκε

μέχρι που το επίπεδο του νερού
μέσα στο σωλήνα έφτασε στα 10,3 μέτρα.

Με κενό να έχει δημιουργηθεί στην κορυφή,
χωρίς να έχει ειχωρήσει αέρας στο σωλήνα.

Ο Μέρτι κατάφερε να δημιουργήσει κενό.

Αλλά ακόμα και αν η δυνατότητα ύπαρξης
κενού είχε αποδειχθεί χωρίς αμφισβήτηση

δεν ήταν όλοι ικανοποιημένοι
με την ιδέα του Γαλιλαίου

ότι το κενό ασκούσε κάποια μυστηριώδη,

αλλά πεπερασμένη δύναμη στο νερό.

Ο Ευαγγελίστα Τορικέλι,
νεαρός μαθητής και φίλος του Γαλιλαίου,

αποφάσισε να δει το πρόβλημα
από διαφορετική σκοπιά.

Αντί να συγκεντρωθεί
στο κενό χώρο μέσα στον σωλήνα,

αναρωτήθηκε, «Τι άλλο
μπορεί να επηρεάζει το νερό;»

Επειδή το μόνο πράγμα σε επαφή με το νερό
ήταν ο αέρας που περιέβαλε τη λεκάνη,

πίστεψε πως η πίεση του αέρα ήταν
το μόνο που θα μπορούσε να αποτρέψει

το επίπεδο του νερού μέσα στον σωλήνα
από το να πέσει χαμηλότερα.

Συνειδητοποίησε ότι το πείραμα δεν ήταν
μόνο ένα εργαλείο δημιουργίας του κενού,

αλλά λειτουργούσε και ως μια ισορροπία,

ανάμεσα στην ατμοσφαιρική πίεση
έξω από τον σωλήνα

και στην υδροστατική πίεση
από τη στήλη νερού μέσα στον σωλήνα.

Η στάθμη του νερού στο σωλήνα μειωνόταν
μέχρι οι δύο πιέσεις να ήταν ίσες,

το οποίο συνέβαινε μόλις
το νερό ήταν στα 10,3 μέτρα.

Η ιδέα αυτή έγινε δύσκολα αποδεκτή,

καθώς ο Γαλιλαίος και άλλοι,
σκεπτόμενοι παραδοσιακά

πίστευαν πως ο ατμοσφαιρικός αέρας
δεν έχει βάρος, επομένως δεν ασκεί πίεση.

Ο Τορικέλι αποφάσισε
να επαναλάβει το πείραμα του Μπέρτι

με υδράργυρο αντί για νερό.

Επειδή ο υδράργυρος είναι πυκνότερος,

η στάθμη του έπεφτε
πιο κάτω απ' ό,τι του νερού

και ισορροπούσε στα 76 εκατοστόμετρα μόνο.

Αυτό όχι μόνο επέτρεψε στον Τορικέλι
να φτιάξει ένα όργανο πολύ πιο μικρό,

αλλά υποστήριξε και την ιδέα ότι το βάρος
της στήλης είναι αποφασιστικός παράγοντας.

Μια διαφοροποίηση του πειράματος
έγινε με δύο σωλήνες

όπου η κορυφή του ενός
ήταν μια μεγάλη γυάλινη μπάλα.

Αν η ερμηνεία του Γαλιλαίου ήταν σωστή,
το μεγαλύτερο κενό στον δεύτερο σωλήνα

θα έπρεπε να ρουφά περισσότερο
και να σηκώνει τον υδράργυρο ψηλότερα.

Αλλά το επίπεδο και στους δύο
σωλήνες ήταν το ίδιο.

Η απόλυτη στήριξη στη θεωρία του Τορικέλι
ήρθε από τον Μπλεζ Πασκάλ

ο οποίος ανέβασε σε ένα βουνό
έναν παρόμοιο σωλήνα υδραργύρου

και έδειξε ότι το επίπεδο του υδραργύρου

έπεσε περισσότερο επειδή

η ατμοσφαιρική πίεση
μειώνεται με το υψόμετρο.

Το υδραργυρικό βαρόμετρο που βασίζεται
στο αρχικό μοντέλο του Τορικέλι

παρέμενε ένας από τους πιο κοινούς τρόπους

μέτρησης της ατμοσφαιρικής
πίεσης μέχρι το 2007,

όταν εφαρμόσθηκαν περιορισμοί στη χρήση
υδραργύρου εξαιτίας της τοξικότητάς του

και σταμάτησε η παράγωγή τους στην Ευρώπη.

Ωστόσο, η εφεύρεση του Τορικέλι,

γεννημένη από την προθυμία του
να αμφισβητήσει δόγματα πολλών ετών

σχετικά με το κενό και το βάρος του αέρα,
είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα

πως η σκέψη έξω από τα συνηθισμένα
-- ή έξω από τον σωλήνα --

μπορεί να έχει μεγάλες επιπτώσεις.