Какой ученый открыл атмосферное давление

Вследствие чего создается атмосферное давление. История открытия атмосферного давления

Атмосферное давление – одна из важнейших климатических характеристик, оказывающих влияние на погодные условия и человека. Оно способствует формированию циклонов и антициклонов, провоцирует развитие сердечно-сосудистых заболеваний у людей. Доказательства, что воздух имеет вес, были получены еще в 17 веке, с тех пор процесс изучения его колебаний является одним из центральных для синоптиков.

Что такое атмосфера

Слово «атмосфера» имеет греческое происхождение, дословно оно переводится как «пар» и «шар». Это газовая оболочка вокруг планеты, которая вращается вместе с ней и образует единое целое космическое тело. Она простирается от земной коры, проникая в гидросферу, и заканчивается экзосферой, постепенно перетекая в межпланетное пространство.

Атмосфера планеты – это важнейший ее элемент, обеспечивающий возможность жизни на Земле. В ней содержится необходимый человеку кислород, от нее зависят показатели погоды. Границы атмосферы весьма условны. Принято считать, что они начинаются на расстоянии около 1000 километров от поверхности земли и затем на расстоянии еще 300 километров плавно переходят в межпланетное пространство. По теориям, которых придерживается NASA, эта газовая оболочка заканчивается на высоте около 100 километров.

Она возникла в результате извержения вулканов и испарения веществ в космических телах, падавших на планету. Сегодня атмосфера Земли состоит из азота, кислорода, аргона и других газов.

История открытия атмосферного давления

До 17 века человечество не задумывалось о том, имеет ли воздух массу. Не было и никаких представлений о том, что такое атмосферное давление. Однако, когда герцог Тосканский решил оборудовать знаменитые флорентийские сады фонтанами, его проект с треском провалился. Высота водяного столба не превышала 10 метров, что противоречило всем представлениям о закономерностях природы в то время. Именно здесь берет начало история открытия атмосферного давления.

Изучением этого феномена занялся ученик Галилея, итальянский физик и математик Эванджелиста Торричелли. С помощью опытов на более тяжелом элементе, ртути, спустя несколько лет ему удалось доказать наличие веса у воздуха. Он впервые создал вакуум в лаборатории и разработал первый барометр. Торричелли представлял стеклянную трубку, заполненную ртутью, в которой под воздействием давления оставалось такое количество вещества, которое уравнивало бы давление атмосферы. Для ртути высота столба равнялась 760 мм. Для воды – 10,3 метра, это именно та высота, на которую поднялись фонтаны в садах Флоренции. Именно он открыл для человечества, что такое атмосферное давление и как оно влияет на жизнь человека. Безвоздушное пространство в трубке было названо в его честь «торричеллиевой пустотой».

Почему и вследствие чего создается атмосферное давление

Один из ключевых инструментов метеорологии — изучение движения и перемещения воздушных масс. Благодаря этому можно получить представление о том, вследствие чего создается атмосферное давление. После того как было доказано, что воздух имеет вес, стало ясно, что на него, как и на любое другое тело на планете, действует сила притяжения. Именно этим обуславливается возникновение давления, когда под влиянием гравитации находится атмосфера. Атмосферное давление может колебаться из-за различий массы воздуха на разных участках.

Там, где воздуха становится больше, оно более высокое. В разреженном пространстве наблюдается снижение атмосферного давления. Причина изменения массы воздуха кроется в его температуре. Он нагревается не от лучей Солнца, а от поверхности Земли. Нагреваясь, воздух становится легче и поднимается вверх, в то время как охлажденные воздушные массы опускаются вниз, создавая постоянное, непрерывное движение воздушных масс. Каждый из этих потоков имеет разное атмосферное давление, что провоцирует появление ветров на поверхности нашей планеты.

Влияние на погоду

Атмосферное давление – один из ключевых терминов в метеорологии. Погода на Земле формируется из-за воздействия циклонов и антициклонов, которые образуются под воздействием перепадов давления в газовой оболочке планеты. Для антициклонов характерны высокие показатели (до 800 мм ртутного столба и выше) и низкая скорость движения, в то время как циклоны – это области с более низкими показателями и высокой скоростью. Смерчи, ураганы, торнадо также формируются из-за резких перепадов атмосферного давления – внутри смерча оно стремительно падает, достигая 560 мм ртутного столба.

Движение воздуха приводит к изменению погодных условий. Ветры, возникающие между областями с разными уровнями давления, перегоняют циклоны и антициклоны, вследствие чего создается атмосферное давление, формирующее те или иные погодные условия. Эти движения редко имеют систематический характер, и их очень трудно предугадать. В зонах, где повышенное и пониженное атмосферное давление сталкиваются, происходит изменение климатических условий.

Стандартные показатели

Средним показателем в идеальных условиях считается уровень 760 мм ртутного столба. Уровень давления изменяется с высотой: на низинах или территориях, расположенных ниже уровня моря, давление будет более высоким, на высоте, где воздух разреженный, напротив, его показатели снижаются на 1 мм ртутного столба с каждым километром.

Пониженное атмосферное давление

Оно понижается с увеличением высоты из-за удаления от поверхности Земли. В первом случае этот процесс объясняется снижением воздействия гравитационных сил.

Нагреваясь от Земли, газы, из которых состоит воздух, расширяются, их масса становится легче, и они поднимаются в более высокие слои атмосферы. Движение происходит до тех пор, пока соседние воздушные массы не окажутся менее плотными, тогда воздух распространяется по сторонам, а давление выравнивается.

Традиционными территориями с более низким атмосферным давлением считаются тропики. На экваториальных территориях всегда наблюдается пониженное давление. Однако зоны с повышенным и пониженным показателем распространены над Землей неравномерно: в одной географической широте могут присутствовать участки с разными уровнями.

Повышенное атмосферное давление

Самый высокий уровень на Земле наблюдается на Южном и Северном полюсах. Это объясняется тем, что воздух над холодной поверхностью становится холодным и плотным, его масса увеличивается, следовательно, его сильнее притягивает к поверхности гравитацией. Он опускается, а пространство над ним заполняется более теплыми воздушными массами, вследствие чего создается атмосферное давление с повышенным уровнем.

Влияние на человека

Нормальные показатели, характерные для местности проживания человека, не должны оказывать никакого воздействия на его самочувствие. Вместе с тем атмосферное давление и жизнь на Земле неразрывно связаны. Его изменение — повышение или понижение — может спровоцировать развитие сердечно-сосудистых заболеваний у людей с повышенным артериальным давлением. Человек может испытывать боли в области сердца, приступы беспричинной головной боли, снижается работоспособность.

Для людей, страдающих заболеваниями дыхательных путей, опасными могут стать антициклоны, приносящие повышенное давление. Воздух опускается и становится более плотным, увеличивается концентрация вредных веществ.

Во время колебаний атмосферного давления у людей снижается иммунитет, уровень лейкоцитов в крови, поэтому не рекомендуется в такие дни нагружать организм физически или интеллектуально.

Источник

Блез Паскаль открыл атмосферное давление

Знаменитый французский математик Блез Паскаль, 19 сентября 1648 года доказал существование атмосферного давления и опровергший утверждение Аристотеля о том, что «природа боится пустоты». Проделал опыт на горе Пюи-де-Дом в Клермоне, по просьбе ученого, его зять Флорен Перье, сам он передвигался на костылях и подняться на верх был просто не в состоянии. В честь этого открытия единицу измерения давления назвали «паскалем».

Традиционно считалось, что всасывающие насосы работают из-за того, что «природа боится пустоты». Но голландец Исаак Бекман в тезисах своей докторской диссертации, защищенной им в 1618 году, утверждал: «Вода, поднимаемая всасыванием, не притягивается силой пустоты, но гонима в пустое место налегающим воздухом».

В 1630 году физик Балиани написал письмо Галилею о неудачной попытке устроить сифон для подъема воды на холм высотой 21 метр. В другом письме Галилею от 24 октября 1630 года Балиани предположил, что подъем воды в трубе обусловлен давлением воздуха.

Наличие атмосферного давления привело людей в замешательство в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами — вода не поднималась выше 10,3 метров. Поиски причин этого и опыты с ртутью, предпринятые Эванджелистой Торричелли, привели к тому, что в 1643 году он доказал, что воздух имеет вес.

Совместно с Винченцо Вивиани, Торричелли провел первый опыт по измерению атмосферного давления, изобретя первый ртутный барометр — стеклянную трубку, в которой нет воздуха. В такой трубке ртуть поднимается на высоту около 760 миллиметров.

Блезу Паскалю — знаменитому математику, физику и мыслителю, была присуща удивительная разносторонность, характерная для людей эпохи Возрождения. В конце 1646 года до французского города Руана, где в то время жила семья Паскалей, докатилась молва об удивительных итальянских опытах с пустотой — опыты Торричелли.

Паскаль с увлечением их повторяет, экспериментируя не только с ртутью как Торричелли, но и с водой, маслом, красным вином, для чего ему потребовались бочки вместо чашек и трубки длиной около 15 метров. Эти эффектные опыты проводились прямо на улицах Руана, радуя его жителей. Паскаль верил, что в трубке Торричелли есть пустота, и упорно искал этому доказательство.

Решающий эксперимент был проведен 19 сентября 1648 года. В этот день было доказано существование атмосферного давления и опровергнуто утверждение Аристотеля о том, что «природа боится пустоты». Надо сказать, что в те времена во Франции за выступление против Аристотеля можно было попасть на каторгу.

При помощи запаянной с одного конца стеклянной трубки, опрокинутой другим концом в чашечку с ртутью, предстояло измерить, на какую высоту поднимается в ней жидкий металл у подножия и на вершине горы Пюи-де-Дом высотой 1647 метров в Клермоне.

Как Паскаль и предполагал, на вершине столбик ртути остановился на более низкой отметке — ведь там толща земной атмосферы ровно на 1647 метров меньше. При такой высоте горы разница уровней ртути составила более 8 сантиметров, что, по словам Перье, «повергло свидетелей эксперимента в удивление и восхищение». В честь этого открытия единицу измерения давления назвали «паскалем». А зять ученому понадобился потому, что сам он передвигался на костылях и подняться на гору просто не смог бы.

Источник

История открытия атмосферного давления

Удивительно, но уже в V—III вв. до н. э. греческие мудрецы (в частности, Аристотель, Эпикур и Демокрит) догадывались о том, что вся материя — в том числе воздух — неоднородна: ее составляют крошечные, незаметные невооруженным глазом, круглые частицы-атомы. У Аристотеля даже возникла любопытная идея — якобы все предметы, и природные, и рукотворные, представляют собой соединение четырех элементов-стихий: земли, огня, воды и воздуха. Значит, воздух что-то да весит, думал философ; для проверки он брал кожаный мешок, взвешивал, затем надувал его и снова измерял массу. Впрочем, о способности воздуха оказывать давление Аристотель не подозревал. А про всасывающий эффект безвоздушного пространства (явление, на котором основано действие насоса) говорил, будто все это из-за страха природы перед пустотой.

О тяжести воздуха говорилось и в трудах арабского ученого X—XI вв. Ал Хайсамы (Альгазена). Более того, ученый писал, что атмосферная рефракция — преломление солнечных лучей, подчас вызывающее миражи, — возникает из-за изменений плотности воздуха с высотой: чем выше, тем она меньше. Измеряя, под каким углом солнце заходит за горизонт, Альгазен рассчитал, что высота атмосферы составляет 52 000 шагов, или 40 км. Таким образом, уже в Средние века стало известно, что сумеречный свет — это лучи, преломленные в верхних слоях атмосферы, и от высоты последней зависит продолжительность сумерек. И все же большинство европейцев почему-то были уверены, будто насос качает воду не посредством воздушного давления, а из страха пустоты.

Когда итальянский астроном Галилео Галилей увидел, как поршневой насос высасывает из колодца воду, вместо того чтобы выталкивать ее снизу, ему тоже показалось, что пространство просто не хочет пустовать. Вычислять степень этого «нежелания» ученый предложил по максимальной высоте, на которую насос способен поднять воду. На такую мысль его навело наблюдение за поведением механизма в связи с уровнем жидкости: с 10-метровой глубины насос уже воду не качал. Поэтому Галилей рассудил так: поскольку вес меди, из которой сделан поршень, вдевятеро превышает вес воды,а высота водного столба во столько же раз больше высоты поршня — чтобы последний не был разорван пустотой, нужно противодействие, составляющее килограмм на квадратный сантиметр.

Несмотря на то, что теория Галилея выглядела несколько наивно, в целом его расчеты были верны, а уточнить эти данные смог ученик великого астронома — Эванджелиста Торричелли (1608—1647). Звание отца гидравлики он заслужил тогда, когда выяснил, что скорость вытекания жидкости из емкости через отверстие зависит от высоты отверстия. После этого открытия Торричелли решил узнать с помощью ртути, сколько весит воздух. Это было в 1643 г. По просьбе Эванджелисты его приятель Винченцо залил ртуть в метровую трубку из стекла, закрытую с одной стороны и открытую с другой, и погрузил отверстием в ртутную ванночку, предварительно заткнув его пальцем. Стоило убрать палец, как ртуть из трубки частично вышла, оставшаяся часть образовала 760-миллиметровый столбик (если мерить до уровня ртути в ванночке), а над ним возникла «торричеллиева пустота», лишенная воздуха. Далее ученый вставил первую трубку еще в одну, бóльшую, и все вместе снова-таки опустил в ртуть, только с водой на поверхности. Вытаскивая трубки, Винченцо и Эванджелиста заметили, что при прохождении через водный слой из внутреннего отверстия вылилась ртуть, а во внешнее попала вода.

Увиденное ученые объяснили тем, что на ванночку давят целых 80 км воздуха, которые и не дают вылиться ртути из трубки, ведь давление ртутного столба должно сравняться с давлением атмосферы. Но вода в 13,6 раза легче ртути, поэтому не может удержать ее во внутренней трубке, зато сама поднимается во внешнюю, в 13,6 раза превышая ртутный столбик. Более того, Торричелли заметил, что в зависимости от температуры воздуха (а значит, и от его давления) высота ртутного столба меняется, то есть сила, удерживающая ртуть в трубке, действует не изнутри, а снаружи и к «пустоте» никакого отношения не имеет.

Очевидно, что трубка Торричелли сыграла роль примитивного барометра — прибора для измерения атмосферного давления, который впоследствии стал использоваться для точных наблюдений за состоянием погоды. Об этих экспериментах итальянских ученых узнал француз Блез Паскаль (1623—1662), и его заинтересовал вопрос: изменится ли высота ртути в трубке, если подняться на гору? А на крышу высокого здания? Чтобы узнать это, ученый измерил ртутный столбик под горой Пюи-де-Дом и на самом пике, у входа в собор Нотр-Дам и на крыше, на 1-й ступени лестницы и на 90-й… Ответ был однозначный: чем больше высота ― тем ниже давление атмосферы (так, на горе перепад составил 84 мм). Эти выводы Паскаль изложил в труде «Равновесия жидкостей».

Одновременно с Торричелли и Паскалем (однако совершенно самостоятельно) исследованиями давления занимался немецкий физик Отто фон Герике (1602—1686). Сперва Отто взял шар из тонкого слоя металла и выкачал оттуда весь воздух, вследствие чего «подопытный» стал плоским. Ученый справедливо предположил, что виноват во всем внешний воздух, который своим давлением деформировал шар. Затем Герике продемонстрировал общественности еще одно «чудо» — «магдебургские полушария». В ходе эксперимента ученый соединил две металлические полусферы и изнутри образовавшегося шара принялся насосом откачивать воздух. В конце концов полусферы прижались одна к другой настолько крепко, что разорвать их не удалось даже нескольким парам грузовых коней. За процессом наблюдали все представители власти города Регенсбург, и результат их убедил: атмосфера имеет вес, которым и давит на Землю, — иначе что заставило бы полушария так сцепиться при выкачивании воздуха?

После этого Отто, будучи любителем разных изобретений, повесил на своем доме необычный барометр — в виде медно-стеклянной трубки, опущенной в бассейн с водой. Когда из трубки был откачан весь воздух, вода из бассейна поднялась и впоследствии меняла свой уровень только в зависимости от температуры извне.

Так в научном мире сформировалось представление о воздухе как об особом виде материи, которая давит на нас своим весом и сжимает предметы, в которых воздуха нет. Безвоздушное пространство получило название вакуума.

Источник