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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
Pression atmosphérique. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes L'existence de l'air est connue de l'homme depuis l'Antiquité. Le penseur grec Anaximenes, qui a vécu au VIe siècle av. e., considéré comme l'air à la base de toutes choses. En même temps, l'air est quelque chose d'insaisissable, comme s'il n'était pas substantiel - "l'esprit". Les anciens atomistes Démocrite, Épicure et Lucrèce ne doutaient pas de la nature matérielle de l'air, dont les atomes, à leur avis, ont une mobilité et une forme ronde. De plus, ils croyaient que l'âme elle-même a une nature atomistique, les atomes de l'âme sont particulièrement légers, petits et mobiles. Aristote, classant l'air comme l'un des quatre éléments matériels, croyait que l'air avait du poids, et pensait même pouvoir le confirmer par l'expérience, pesant une bulle "vide" et gonflée avec de l'air. Aristote était déjà bien conscient de l'effet de succion de l'espace raréfié et en déduit le principe « la nature ne tolère pas le vide ». Un grand nombre d'appareils pneumatiques ont été inventés par Reron, qui croyait que l'air était constitué de particules séparées par de petits vides. Cependant, il considérait l'existence de grands vides comme contraire à la nature, ce qui expliquait la succion, l'action des pompes, des siphons, ainsi que d'autres phénomènes aujourd'hui expliqués par la pression atmosphérique. À l'époque du haut Moyen Âge, le scientifique égyptien Al Haytama (Algazena), qui a vécu au XIe siècle, a exprimé l'idée de l'atmosphère. Il savait non seulement que l'air a un poids, mais que la densité de l'air diminue avec la hauteur, et par cette diminution il expliquait la réfraction atmosphérique. En observant la durée du crépuscule, Alhazen a estimé la hauteur de l'atmosphère à environ 40 kilomètres. Cependant, l'Europe médiévale est revenue à la conception aristotélicienne des quatre éléments et au principe de « peur du vide », abandonnant pour longtemps l'étude des propriétés physiques de l'océan d'air. Les premiers à mesurer pratiquement la pression de l'air océanique ont été les puits italiens. Voici comment ce fait est décrit dans les « Conversations » de Galilée : "J'ai vu", raconte un des interlocuteurs de Sagredo, "autrefois un puits dans lequel une pompe était placée pour pomper l'eau par quelqu'un qui pensait ainsi obtenir de l'eau avec moins de difficulté ou en plus grande quantité que de simples seaux. Cette pompe avait un piston avec clapet supérieur, pour que l'eau soit remontée par aspiration, et non par pression, comme cela se fait dans les pompes à clapet inférieur. Tant que le puits était rempli d'eau jusqu'à une certaine hauteur, la pompe aspirait et restituait parfaitement, mais dès que l'eau est descendue en dessous de ce niveau, la pompe a cessé de fonctionner La première fois que j'ai constaté un tel cas, j'ai pensé que la pompe était endommagée, et j'ai appelé le maître pour la réparer, ce dernier m'a cependant dit que tout était en ordre , mais que l'eau était descendue à la profondeur à partir de laquelle elle ne pouvait pas être soulevée par la pompe, tandis qu'il ajoutait que ni les pompes, ni les autres machines qui soulèvent l'eau par succion, ne peuvent soulever l'eau même d'un cheveu au-dessus de dix-huit coudées ; si la pompes sont larges ou étroites, la hauteur maximale reste la même. Galilée croyait que la hauteur maximale de la colonne d'eau de 18 coudées est une mesure de la "peur du vide". "Le cuivre étant neuf fois plus lourd que l'eau, la résistance à la rupture d'une tige de cuivre, due à la peur du vide, est égale au poids de deux coudées d'une tige de même épaisseur", écrit Galilée dans Conversations. Autrement dit, la "peur du vide" (c'est-à-dire la force de la pression atmosphérique) est contrebalancée soit par le poids d'une colonne d'eau de 10 mètres, soit par le poids d'une colonne de cuivre de 1,12 mètre de haut, soit, selon Galileo, à environ 1 kilogramme par centimètre carré. Ainsi, les praticiens ont estimé la force de la pression atmosphérique avec une précision suffisante, et les calculs de Galilée sont corrects, bien que l'interprétation de son observation faite par les maîtres italiens soit encore de nature scolastique. Une étape supplémentaire devait être franchie. Fabriqué par Torricelli. Evangelista Torricelli (1608–1647) est né à Faenza, en Italie, dans une famille noble. Ayant perdu son père tôt, Torricelli fut élevé par son oncle, un moine érudit qui l'envoya dans une école jésuite. A dix-huit ans, Torricelli est envoyé à Rome pour poursuivre son éducation mathématique. A Rome, Evangelista est devenu proche d'un étudiant et disciple de Galilée - Bendetto Castelli (1577-1644). Castelli était un prêtre dominicain et professeur de mathématiques. Il rejoint très tôt les enseignements de Galilée et devient un fidèle assistant et ami du grand scientifique. En 1632, le célèbre "Dialogue concernant les deux systèmes du monde" de Galilée fut publié, et en 1638 son dernier et plus important ouvrage, "Une conversation concernant les deux sciences", fut publié. Cet essai a eu une forte influence sur Torricelli, et sous son influence, il a écrit l'essai "On Natural Accelerating Motion", dans lequel il a développé les idées de Galileo. Le manuscrit de Torricelli, son professeur Castelli, quittant Rome pour Venise, l'emporta avec lui et en chemin, après avoir visité Galilée, le lui présenta. Galileo a tellement aimé le travail de Torricelli qu'il a invité le jeune scientifique chez lui. En octobre 1641, Torricelli arriva à Arcetri et commença à travailler à l'achèvement des Conversations, mais sa collaboration avec Galilée ne dura pas longtemps. Galilée mourut en janvier 1642. Le duc de Toscane a invité Torricelli à prendre le poste de Galilée. Torricelli a accepté et a passé le reste de sa courte vie à ce poste. Après la mort de Galilée, ses deux élèves - Torricelli et Viviani - travaillèrent en étroite collaboration. Maintenant, leur tâche principale était de valider la méthode expérimentale. Plusieurs autres personnes ont rejoint Torricelli et Viviani. De ce cercle est née la célèbre Académie florentine de l'expérience, qui a reçu sa conception organisationnelle le 19 juin 1657, dix ans après la mort de Torricelli. Déjà à l'époque romaine de sa vie, Torricelli se tenait au seuil d'une découverte fondamentale - la découverte de la pression de l'air océanique. Pour l'instant, cependant, une nouvelle dynamique attire son attention. Dans l'ouvrage "On Natural Accelerating Motion", présenté par Castelli à Galilée et publié sous une forme développée à Florence en 1641 en italien sous le titre "Traité sur le mouvement des corps lourds" (une traduction latine du traité en deux livres parus en 1644), Torricelli développe la mécanique de Galilée. Torricelli est devenu le premier scientifique à résoudre le problème balistique de la trajectoire d'un corps projeté dans un champ gravitationnel uniforme en l'absence de résistance de l'air. Le résultat le plus remarquable des travaux de Torricelli sur la mécanique est sa découverte des lois de l'écoulement des fluides à partir d'un trou dans un récipient. Cette découverte, adjacente aux recherches de son professeur Castelli, lui a valu la renommée du fondateur de l'hydraulique. Et enfin, Torricelli fait la plus grande découverte. Il a l'idée de mesurer le poids de l'atmosphère par le poids d'une colonne de mercure. En 1643, sous sa direction, une expérience fut menée par l'ami de Torricelli, Vincenzo Viviani. L'expérience a répondu à toutes les attentes, le mercure s'est arrêté à une hauteur donnée et un "vide torricellien" s'est formé au-dessus. Plus tard, Torricelli a répété l'expérience avec deux tubes, comme indiqué dans une lettre au mathématicien italien Ricci datée du 11 juin 1644, qui est la seule publication sur les fameuses expériences. Voici des extraits de cette lettre. "... Beaucoup soutiennent que la vacuité n'existe pas du tout; d'autres disent que l'obtenir n'est réalisable qu'en surmontant la résistance de la nature et, de plus, avec beaucoup de difficulté. Je crois que dans tous les cas où l'opposition est clairement détectée lors de l'obtention de la vacuité , je n'ai pas besoin de le dire car certains scientifiques, voyant l'impossibilité de nier le fait de l'opposition qui se manifeste du fait de la gravité de l'air, lors de la formation du vide, n'attribuent pas cette résistance à la pression de l'air, mais affirment obstinément qu'elle-même la nature empêche la formation du vide Nous vivons au fond d'un océan d'air, et les expériences prouvent hors de tout doute que l'air a du poids... Nous avons fabriqué de nombreuses fioles en verre avec un tube de deux coudées de long ; nous les remplissions de mercure en tenant le trou avec notre doigt ; lorsque les tubes étaient ensuite renversés dans une coupelle de mercure, ils étaient vidés, mais seulement partiellement : chaque tube restait rempli de mercure à la hauteur d'un coude et d'un doigt. Voulant prouver que le flacon (dans la partie supérieure du tube) était complètement vide, la coupelle substituée a été remplie d'eau, puis, avec le soulèvement progressif du tube, on a pu voir que dès que son trou était dans l'eau, du mercure et toute la fiole se sont déversées du tube, jusqu'à tout en haut, rapidement remplies d'eau. Ainsi, le flacon est vide, mais le mercure est conservé dans le tube. Jusqu'à présent, on supposait que la force qui empêchait le mercure de sa tendance naturelle à descendre se situait à l'intérieur de la partie supérieure du tube - sous forme de vide ou de matière très raréfiée. Je ne prétends pas que la raison se trouve à l'extérieur du récipient : une colonne d'air de 50 x 3000 XNUMX marches hautes appuie sur la surface du liquide dans la tasse - il n'est pas surprenant que le liquide pénètre à l'intérieur du tube de verre (pour lequel il n'a aucune attirance ni répulsion) et monte jusqu'à ce qu'il ne soit plus équilibré par l'air extérieur. L'eau, cependant, monte dans un tube similaire, mais beaucoup plus long, autant de fois plus haut que combien de fois le mercure est plus lourd que l'eau ... " Pour être complètement convaincant, Torricelli a mis en place une expérience avec deux tuyaux. Il veut montrer que le mercure n'est pas retenu par des goûts ou des aversions, et la forme de l'espace au-dessus du mercure ne joue aucun rôle et ce n'est qu'une question de pression d'air externe. « Cette considération, poursuit-il dans la même lettre, a été confirmée par l'expérience, placée simultanément avec deux tubes A et B, dans lesquels le mercure était toujours installé sur le même horizon AB, c'est une indication tout à fait fiable que la force n'est pas à l'intérieur (vide) , car une plus grande force doit être à l'intérieur du vaisseau AB, dans lequel il y a quelque chose d'attirant plus raréfié, et elle doit être beaucoup plus forte en raison de la raréfaction plus complète que dans un très petit espace B. Torricelli a réussi à trouver des preuves encore plus importantes de la cause externe de la formation de la colonne de mercure. Le scientifique a remarqué que la hauteur de la colonne fluctuait, c'est-à-dire que la pression de l'atmosphère changeait. Ainsi, le tube de Torricelli est devenu le premier baromètre. C'est à partir de cette expérience qu'est née l'observation scientifique du temps, dont les caractéristiques les plus importantes sont la pression et la température. Il convient de noter que l'expérience de Torricelli n'était pas parfaite. La hauteur de la colonne de mercure donnée par lui, si l'on tient compte de la hauteur de Florence au-dessus du niveau de la mer, correspond à 74,2 centimètres de mercure. La faible valeur de cette valeur, apparemment, peut s'expliquer par le fait qu'une certaine quantité d'air restait encore dans le "vide torricellien". La lutte contre la doctrine de la peur du vide ne s'est pas arrêtée avec l'expérience de Torricelli. L'hypothèse sur les forces qui maintiennent la colonne de mercure a survécu longtemps après la mort de Torricelli. Expériences célèbres Pascal (1623-1662), qui a prouvé que le changement de hauteur d'un baromètre est lié à la hauteur et a construit un baromètre à eau, a confirmé les conclusions de Torricelli. Mais seule l'invention de la pompe à air par Boyle et Guericke, ainsi que les expériences efficaces sur la démonstration de la force de la pression atmosphérique, faites par ce dernier, ont finalement brisé le concept de peur du vide. L'idée de l'air comme une sorte de principe spirituel a finalement été enterrée. Guericke a prouvé par expérience directe le poids de l'air en pesant le vaisseau évacué et le vaisseau avec de l'air. Cette expérience l'a conduit à la conclusion principale : "L'air est sans aucun doute quelque chose de corporel." Ainsi, la notion a été établie en science que l'air est l'un des types de matière qui peut être retiré de la place qu'il occupe et former un "vide", un "vide". Auteur : Samin D.K.
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