Опыт Торричелли

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.

О воздухе

Галилей, бывший учителем Торричелли, в годы своей научной деятельности сумел доказать, что воздух обладает массой. Сделал он это несколькими способами и даже определил, как плотность воздуха соотносится с плотностью воды.

Доказательство было проведено в серии опытов. Сначала он брал сосуд, нагнетал в нем воздух и погружал его в емкость с водой. После разрежал воздух и снова погружал. Результат убедил его в том, что воздух имеет массу. Затем, измерив объем закаченного воздуха и массу сосуда, он наполнял этот же сосуд водой и сравнивал показания. Так ему удалось соотнести плотности веществ.

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.

Вес тела

Рис. 1. Вес тела.

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.

Схема установки из опыта Торричелли

Рис. 2. Схема установки из опыта Торричелли.

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.

Барометр

Рис. 3. Барометр.

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.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.8. Всего получено оценок: 32.

Предметы