Здравствуйте, господин Ампер

Торричелли

единица давления. Была названа в честь итальянского физика Еванджелисты Торричелли.

1 торр — это гидростатическое давление 1 мм ртутного столба плотностью 13,595 г/см³ при 0 °C и нормальном ускорении свободного падения 980,665 см/с².

торр — запрещенная единица. В настоящее время применяется единица давления паскаль (Па).

1 Торр = 133,322 Па.

Еванджелиста Торричелли родился 15 октября 1608 г. в Фаэнце. Уже в раннем детстве он стал сиротой, и его воспитанием занялся дядя, ученый монах. Постепенно у него пробудился интерес к науке и страсть к экспериментированию.

Когда ему исполнилось восемнадцать лет, его взял к себе в обучение известный математик, ученик и друг Галилея — Бенедетто. Кастелли. Интересы молодого Торричелли были весьма разносторонними. Он занимался математикой, механикой, шлифовал линзы для биноклей, показал, как можно использовать маленькие стеклянные шарики для увеличения. Эти сильно увеличивающие лупы были даже сто лет спустя весьма популярны у естествоиспытателей и способствовали важным открытиям в мире микроорганизмов.

Еще у Кастелли Торричелли начал работать над статьей «О движении тяжелых тел», которая вышла на латинском языке во Флоренции в 1641 г. и была первой частью большого труда «Работы по геометрии», изданного тремя годами позже.

В своей первой работе Торричелли использовал законы Галилея о свободном падении для объяснения явления истечения жидкости из отверстия в тонкостенном сосуде. Он доказал, что скорость вытекания потока жидкости из отверстия равняется скорости свободного падения с высоты, на которой находится уровень жидкости в сосуде. Эта зависимость стала позже известна под названием формулы Торричелли. Он также обнаружил, что струя жидкости, вытекающей из бокового отверстия сосуда, имеет форму параболы. Этими открытиями он заложил основы гидродинамики.

В этом же 1641 г. Кастелли представил его тогда уже почти слепому Галилею. Он стал его прилежным учеником, а после смерти Галилея достойным последователем в должности придворного математика у герцога Тосканского во Флоренции.

Известность Торричелли принесло открытие им атмосферного давления. Еще Галилей обратил внимание на то, что насосом нельзя накачать воду до высоты более 10 м. Он правильно предположил, что «сила вакуума» ограничена и не может превысить величину массы столба воды высотой 10 м. Торричелли решил использовать вместо водного столба ртуть и посмотреть, на какой высоте установится ее уровень.

Эту идею осуществил в 1643 г. самый молодой ученик Галилея — Винченцо Вивиани. Он заполнил ртутью запаянную с одного конца стеклянную трубочку, перевернул ее и открытым концом погрузил в сосуд с ртутью. Ртуть в трубочке опустилась и установилась в таком положении, что разница между ее уровнями в сосуде и трубке составила приблизительно 76 см. Пустое пространство, которое образовалось над уровнем ртути в трубочке, было названо позже «Торричеллиевой пустотой».

Торричелли правильно объяснил этот опыт, отвергнув фантастический «horror vacui» (боязнь пустоты). Уже со времен Аристотеля существовало мнение о том, что природа боится пустоты. Доказывалось это, например, тем, что вода поднимается вслед за поршнем насоса, капиллярными явлениями и т. п. Торричелли доказал, что причиной этих явлений является атмосферное давление и что вакуум можно создать. Этот опыт он провел не раз и при этом обнаружил, что высота ртутного столба изменяется и что она всегда пропорциональна атмосферному давлению. Так он фактически изобрел устройство для измерения атмосферного давления, которое сегодня называется ртутным барометром.

Об открытии им атмосферного давления Торричелли сообщил лишь в письме. Его лекции в «Академии делла Круска» в Риме были изданы более чем полстолетия спустя после его смерти. Умер Торричелли 25 октября 1647 г. во Флоренции.

* * *

Похороны закончились. Люди начали расходиться. Торричелли и Вивиани возвращались в глубокой задумчивости. Ушел учитель, большой и близкий человек — мастер Галилео Галилей…

Казалось, это было лишь вчера, когда мастера Антонио постигла неудача с его новым, колодцем, самым глубоким, какой до сих пор был выкопан. Насос никак не мог поднять воду на поверхность. Галилей тогда сказал ему:

— Вода не поднимется выше, чем на двадцать локтей[28], а может быть, и меньше. Боязнь пустоты имеет свои границы…

Уже в древних книгах говорилось о том, что природа не выносит пустоты. Боязнь пустоты являлась причиной того, что везде, где могло возникнуть безвоздушное пространство, природа стремилась заполнить его. Этим объяснялась и возможность вытягивания насосом воды из глубин колодца. Когда поршень насоса поднимался вверх, он должен был тянуть за собой воду, чтобы под ним не образовывалось безвоздушное пространство — вакуум.

— Вы должны, обязательно должны в этом разобраться, — стояли в их ушах слова учителя. — Вода в трубах может подняться на высоту около восемнадцати локтей. Почему не выше?

— Действительно, почему? — рассуждал вслух Вивиани. — И если причиной этого является боязнь пустоты, то почему она действует лишь до этого предела?

— Вначале надо точно определить высоту столба воды, который можно втянуть в трубу передвижением поршня, — продолжил рассуждения Торричелли. — Для этого нужна прозрачная труба. Лучше всего стеклянная.

— Это будет сложно. Как изготовить такую длинную и совершенно ровную трубу, чтобы в ней мог передвигаться поршень?

— Нужно поговорить с каким-нибудь хорошим мастером-стеклодувом!

— А может, сделать в железных трубах стеклянные окошки?

— Нет, нет, это все лишнее, — внезапно повернулся Торричелли к Вивиани. — Это неверный путь. Если вода входит в трубу благодаря «horror vacui», то, если один конец трубы запаять, она не вытечет из нее, чтобы не возникло безвоздушного пространства. Ведь если котелок, наполненный водой, перевернуть вверх дном и открытую часть оставить под водой, то вода не выльется из него.

Вивиани кивнул головой:

— Понятно! Вы хотите запаянную с одного конца трубу заполнить водой, а затем перевернуть ее, как котелок?

— Верно. Если природа не выносит пустоты, то вся вода должна удержаться в трубе. Если же вода опустится…

— Вы думаете, что она опустится?

— Ты слышал, как говорил мастер Галилей, что вода может подняться лишь на высоту восемнадцати локтей? Если она опустится до этой высоты и там удержится, то это будет явным признаком того, что «horror vacui» является законом лишь до этой границы, или же…

— Или же?

— Не боязнь пустоты, а что-то другое вгоняет воду в трубы.

Вивиани стукнул себя по лбу:

— Нужно перевернуть трубу! Но как вы это сделаете? Ведь труба должна быть длиной по крайней мере в двадцать локтей! Вам нужно будет вскарабкаться на церковную башню.

— Ну и что? Если Галилей мог в Пизе бросать с башни камни, то и мы можем взобраться на какую-нибудь из них и провести опыт с трубой.

Обсуждая эту проблему, они незаметно вернулись в город.

— Здравствуйте, — обратился к ним мастер Антонио. — Господь Бог призвал к себе вашего учителя. Уже никогда я не узнаю, почему не захотела вытекать вода из моего колодца!

— Не узнаете? Мы должны узнать это! — разволновался Вивиани. — Понимаете? Должны!

— Кто? — спросил удивленный Антонио.

— Кто? Кто? Мы, разумеется!

Торричелли включился в разговор, но в более спокойном тоне.

— Мастер Антонио, — сказал он решительно, смерть взяла ученого, но наука будет развиваться дальше. Может быть, мы совсем скоро узнаем, что держит воду на высоте восемнадцати локтей.

— Вы это узнаете? — спросил Антонио с почтением.

— Возможно… — Торричелли вдруг встрепенулся. — Дружище, нам не потребуется такая длинная труба. Мы можем гораздо проще провести этот опыт! Пошли, пошли!

И потянул стремительно Вивиани за собой так, как будто под ногами у него накалилась земля.

Антонио некоторое время смотрел им вслед, а затем, пожав плечами, тихо прошептал: «Сумасшедшие…»

Вивиани с любопытством посмотрел на своего старшего товарища, но Торричелли вдруг стремительно бросился в дом, уселся в кресло и погрузился в раздумья, подергивая себя за короткую, красиво подстриженную бородку.

— Так, — произнес он наконец.

— Что, мастер? — спросил Вивиани. Неосознанно он назвал его так, как до сих пор они обращались к Галилею.

— Вода удерживается в пустой трубе на высоте восемнадцати локтей. А что, если использовать более тяжелую жидкость?

— Более тяжелую?

— Например, живое серебро. Оно более чем в тринадцать раз тяжелее воды. Поэтому его столб мог бы быть в тринадцать раз низке. В этом случае нам хватило бы трубы длиной менее двух локтей.

— А почему вы предполагаете, что ртуть войдет в трубу гораздо ниже, чем вода?

Торричелли улыбнулся.

— Я так думаю, — ответил он. — Мы должны определить, как высоко поднимется ртуть. Потом я объясню тебе свою мысль. Посмотрим, является ли «horror vacua» непреложным законом.

Ловкие пальцы Вивиани осторожно держали хрупкое стекло. Одна, вторая, третья… Капли ртути заполняли трубочки. Вивиани переворачивал их вверх дном и укреплял в мисочках с ртутью.

Торричелли, вернувшегося после многодневного путешествия, он встретил с сияющим лицом и сообщил ему приятную новость.

— Ваше предположение, мастер, подтвердилось. Я взял, как вы сказали, трубку длиной в два локтя, заполнил ее ртутью и перевернул, опустив открытый конец ниже поверхности ртути в мисочке. Столбик ртути в трубочке опустился и остается все время на одной и той же высоте, равной двадцати восьми дюймам. Затем я заполнил ртутью другие трубочки — большие, меньшие, более толстые и более тонкие. Из коротких она вообще не вытекала, ну а в длинных, как я вам уже сказал, она остается на одной и той же высоте.

Он показал линии, которые были нанесены на трубочках на одной и той же высоте. Торричелли, подергивая бороду, внимательно все осмотрел.

— Итак, высота столбиков жидкости обратно пропорциональна их массе. Вода стоит на высоте восемнадцати локтей, а ртуть — двадцати восьми дюймов. Над столбиком, может быть, и действительно есть пустое пространство.

— A «horror vacui»… — начал Вивиани и, поддерживаемый взглядом Торричелли, закончил, — «horror vacui» не существует! Природа не боится пустоты! Но… — он замолчал, — Но что же тогда вгоняет воду в трубы?

Торричелли внимательно посмотрел на него.

— Воздух, — сказал он медленно и убежденно. — Воздух, который нас окружает, давит на поверхность воды с такой силой, что столб воды или другой жидкости такой же массой он может удержать на высоте восемнадцати локтей.

— Воздух! — воскликнул Вивиани. — Не «horror vacui» вгоняет жидкость в трубы, а давление воздуха на ее поверхность.

Торричелли стоял в задумчивости.

— Вы должны, обязательно должны в этом разобраться… — вспомнил он дрожащий старческий голос своего учителя.

— Да, мастер, — сказал он наконец, — мы разобрались в этом!