История барометра (и как он работает) — Асаф Бар-Йосеф

Полная версия: http://ed.ted.com/lessons/the-history-of-the-barometer-and-how-it-works-asaf-bar-yosef

Барометр — инструмент для измерения атмосферного давления, позволяющий метеорологам и учёным прогнозировать экстремальные природные события. Несмотря на огромную от него пользу, изобрести барометр было не так-то просто. Асаф Бар-Йосеф рассказывает об учёных и их экспериментах, которые привели к созданию барометра. Также он объясняет, как прибор работает.

Урок — Асаф Бар-Йосеф, анимация — Reflective Films.

Известно, что Аристотель сказал:
«Природа не терпит пустоты», —

заявляя, что вакуум, т.е. пространство
без материи, не может существовать,

потому что окружающая материя
его мгновенно заполнит.

К счастью, оказалось, что он был неправ.

Вакуум — ключевой компонент барометра,

инструмента, измеряющего
атмосферное давление.

Так как атмосферное давление
связано с температурой,

и его быстрые перемены могут привести

к ураганам, торнадо и другим
экстремальным погодным явлениям,

барометр — один из важнейших инструментов

для метеорологов и учёных.

Как он был изобретён и как работает?

Понадобилось некоторое время.

Потому что теории Аристотеля
и других античных философов

о невозможности вакуума казались
верными в повседневной жизни.

В течение 2 000 лет
мало кто подвергал их сомнению —

пока не возникла необходимость.

В начале 17-го века итальянские рудокопы
столкнулись с серьёзной проблемой,

когда обнаружили, что их насосы
не могли поднять воду

больше, чем на 10,3 метра.

Некоторые учёные, среди них
некто Галилео Галилей, предположили,

что при выкачивании воздуха из трубы
вода поднималась, чтоб заполнить пустоту.

Но эта сила была ограничена и не могла
поднять воду более чем на 10,3 метра.

Однако идея о самом
существовании вакуума

была тогда спорной.

Воодушевлённый необычной теорией Галилея,

Гаспаро Берти провёл простой
и гениальный эксперимент,

чтобы её доказать.

Длинную трубу наполнили водой
и поставили в неглубокую посудину.

Оба конца трубы заткнули.

Нижний конец трубы открыли,

и вода полилась в резервуар,

пока уровень воды, оставшейся
в трубе, не составил 10,3 метра.

Пустота у верхнего конца трубы,
куда не попадал воздух,

была успешно созданным Берти
стабильным вакуумом.

Но хотя возможность существования
вакуума была продемонстрирована,

не все были убеждены
в идее Галилео о том,

что эта пустота оказывала
какое-то таинственное,

но ограниченное влияние на воду.

Эванджелиста Торричелли,
юный ученик и друг Галилео,

решил взглянуть на проблему
с другого ракурса.

Вместо того, чтобы думать
о пустоте внутри трубы,

он задал вопрос:
«Что ещё может влиять на воду?»

Так как единственным, что соприкасалось
с водой, был воздух вокруг,

он заключил, что только давление
этого воздуха препятствовало

дальнейшему падению уровня воды в трубе.

Он понял, что эксперимент —
не только средство получения вакуума,

а ещё и нахождение баланса между

атмосферным давлением на воду вне трубы

и давлением столба воды в трубе.

Уровень воды в трубе падает до тех пор,
пока эти давления не сравняются,

что происходит как раз
когда вода на высоте 10,3 метра.

Идею не сразу приняли,

так как Галилео и другие
привыкли думать,

что воздух не имеет веса
и не оказывает давления.

Торричелли решил
повторить эксперимент Берти

с ртутью вместо воды.

Так как ртуть плотнее,
она упала ниже, чем вода,

и столб ртути составлял всего 76 см.

Это не только позволило Торричелли
сделать инструмент компактнее,

но и доказало его предположение,
что вес был решающим фактором.

В варианте эксперимента использовали
2 трубы, одну с большим пузырём сверху.

Если гипотеза Галилея была верна,
то больший вакуум во второй трубе

выкачал бы наверх больше ртути.

Но уровень в обеих трубах был одинаковым.

Завершающее доказательство теории
Торричелли предоставил Блез Паскаль.

Он взял ртутную трубу в горы,

и показал, что уровень ртути упал,

так как на высоте
атмосферное давление ниже.

Ртутные барометры
по принципу Торричелли

оставались самым часто используемым
способом измерения давления до 2007 г.,

когда запрет на использование ртути
ввиду её токсичности

остановил их производство в Европе.

Тем не менее, изобретение Торричелли,

появившееся благодаря желанию
подвергнуть сомнению старые догмы

о вакууме и весе воздуха,
является ярким примером того,

как мышление вне
привычных рамок — или вне трубы —

может иметь большое воздействие.