Торричелли что открыл в физике кратко

Обновлено: 08.07.2024

Эванджели́ста Торриче́лли (итал. Evangelista Torricelli ; 15 октября 1608 — 25 октября 1647) — итальянский математик и физик, ученик Галилея.

Содержание

Биография

Кроме изготовления зрительных труб и телескопов, занимался конструированием простых микроскопов, состоящих всего из одной крошечной линзы, которую он получал из капли стекла (расплавляя над пламенем свечи стеклянную палочку). Именно такие микроскопы получили затем широкое распространение.

Умер Торричелли во Флоренции 25 октября 1647 года.

В его честь названа единица давления торр (миллиметр ртутного столба).

Научные достижения

Атмосферное давление и первый барометр

Имя Торричелли навсегда вошло в историю физики как имя человека, впервые доказавшего существование атмосферного давления и сконструировавшего первый барометр.

В 1641 Торричелли сформулировал закон вытекания жидкости из отверстий в стенке открытого сосуда и вывел формулу для определения скорости вытекания (формула Торричелли).

Точка Торричелли

Точка Торричелли — это точка в плоскости треугольника, сумма расстояний от которой до вершин треугольника имеет наименьшее значение.

Вопрос о нахождении такой точки имеет давнюю историю. Им интересовались крупнейшие ученые эпохи Возрождения — Вивиани, Кавальери, Торричелли и др. Задача Торричелли об отыскании точки, сумма расстояний от которой до трех данных точек минимальна, имеет большое применение в решении различных технико-экономических задачах. Например, рассмотрим такую задачу: в местах Р1, Р2, Р3 добывается некоторые материалы, потребляемые на центральной станции Р. Где следует построить Р, чтобы стоимость доставки грузов из Р1, Р2, Р3 в пункт Р была наименьшей? Ответ: Р — точка Торричелли для треугольника Р1 Р2 Р3.

Эванджелиста Торричелли (15 октября 1608 г., Фаэнца — 25 октября 1647 г., Флоренция) — итальянский физик и математик, который сформулировал концепцию атмосферного давления.

Жизненный путь

Будущий великий ученый родился в небогатой семье. Огромную роль в его воспитании сыграл дядя, бенедиктинский монах. Базовое образование получил в иезуитском колледже. Рассмотрим основные события его жизни.

1627 г. – приехал в Рим, где начал изучать математику.

1641 г. – Эванджелиста Торричелли переехал к Галилео Галилею в Арчетри (поселок около Флоренции). Здесь он стал секретарем и учеником великого исследователя.

1642 – становится преемником Галилея на кафедре философии и математики Флорентийского университета.

1647 г. – скончался во Флоренции.

Научные достижения

Торричелли внес весомый вклад в механику, математику, гидравлику, баллистику и оптику.

Торричелли сформулировал главный принцип движения центров тяжести. Он впервые доказал существование атмосферного давления и сконструировал первый барометр. Ученый открыл закон вытекания жидкости из отверстий в стенке открытой посудины. Кроме того, он вывел формулу, определяющую скорость вытекания. Это исследование стало основой теории гидравлики.

Торричелли усовершенствовал артиллерийский угломер. Также он конструировал простые микроскопы, которые состояли из одной крошечной линзы. Вскоре именно они получили широкое распространение.

Интересные факты

В честь Эванджелиста Торричелли названы:

лунный кратер;
единица давления торр;
лицей в Фаэнце;
серия подводных лодок;
улица в Париже.

Торричелли всегда сам изготовлял линзы для своих оптических приборов. До нашего времени дошла одна из его линза, диаметр которой составляет 83 мм. Исследуя эту линзу, физики пришли к выводу, что она по некоторым качествам превосходит современные линзы. Сам Эваджелиста однажды заявил, что даже ангел не изготовил бы лучших сферических зеркал. После смерти ученого разгадка его удивительных линз хранилась в шкатулке, бродившей среди его друзей, но где она находится сейчас неизвестно.

Опыт Торричелли, доказывающий его существование, был максимально прост, но в то же время уникален и повлек за собой не только доказательство теории об атмосфере и ее давлении, но и изобретение барометра и открытие вакуума.

Достижения Торричелли

Эванджелиста Торричелли — ученый физик и математик, истинный энтузиаст, автор многочисленных трудов и открытий. Итальянец, родом из Флоренции. Был близок с Бенедетто Кастелли, который в свою очередь был другом и учеником Галилео Галилея. Под руководством Кастелли он начал изучать математику. Впоследствии, вдохновленный многими трудами Галилея и опираясь на содержание его многочисленных трактатов, он развивал свой гений и стал преемником Галилео.

Торричелли сделал много открытий в математике, механике и физике. Среди них:

Торричелли прожил интересную, полную профессиональных открытий жизнь и умер на родине, во Флоренции в 1647 году.

Атмосферное давление и его значимость

Атмосферное давление — невероятно важная и нужная человечеству величина. От показателей этого параметра зависят погодные условия: если давление увеличивается — это предвещает хорошую теплую погоду без осадков, низкую влажность, если понижается — высок процент того, что погода испортится, будет облачно и высока вероятность осадков.

Поэтому его показатели, дающие возможность прогнозировать погоду, так важны для работников науки и медицины, для летчиков и полярников.

Наука выделяет пять слоев атмосферы: стропо-, страто-, мезо-, термо-, экзосферы. Чем дальше от земли, тем менее изучен слой. По мере удаленности от земли температура в слоях снижается, однако далее начинает повышаться по мере приближения к солнцу.

Атмосфера состоит из воздуха. Ученый стремился доказать, что воздух оказывает давление на все предметы, какие оказываются под его воздействием, и на человека в том числе. И по мере изменения слоев воздуха меняется и его плотность, и, соответственно, само атмосферное давление. Опыт Торричелли, связанный с этим явлением, произвел революцию в мире науки.

Суть опыта ученого

Торричелли был вдохновлен своим видением того, что другие не замечали. Он отчаянно верил в теорию Галилео Галилея, что воздух весом и стремился выявить, что он оказывает прямое влияние на предметы. Для доказательства своей правоты в XVII веке он поставил опыт.

Для проведения опыта он взял стеклянную трубку (приблизительно метр длиной), с одной стороны она была запаяна. Торричелли наполнил трубку (которая впоследствии получила название трубки Торричелли) ртутью и, перевернув ее, опустил ее в чашу также со ртутью. Некоторая часть вещества перетекла в емкость, но большая часть оставалась в емкости. Что же не давало всему веществу перетечь в емкость? Давление атмосферы, которое воздействовало на ртуть в самой чаше, тем самым создавая отпор проникновению ртути из трубки.

Выходит, что атмосферное давление равно тому показателю, который показывает ртуть в столбце трубки, ведь именно с этой силой атмосфера давит на жидкость в емкости. Именно поэтому принято измерять атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба. Вот в чем заключался опыт Торричелли, кратко говоря. Таким образом, была выведена следующая краткая формула:

АД равно давлению столба ртути в трубке.

pатм=pртути=ρgh=13600 ⋅ 9.8 ⋅ 0.76=101293 (Па)

Этот же опыт простимулировал изобретение измерительного прибора — ртутного барометра. Сейчас существуют более современные и безопасные приборы для измерения давления атмосферы, так как пары ртути крайне опасны. Новые же изобретения пригодны к применению без последствий для человеческого здоровья и без вреда для окружающей среды.

В процессе своего эксперимента ученый неосознанно сделал еще одно открытие. Он открыл вакуум, который первоначально называли торричеллиевой пустотой. Та часть трубки, которая опустела, и была вакуумом. Хотя многие ученые придерживаются мнения о том, что на самом деле это был не вакуум, а пары ртути.

Подытоживая, можно выделить следующие достижения этого эксперимента:

Все эти данные и приборы, теперь уже модифицированные, по сей день приносят ежедневную пользу человечеству.

Физика

Каждый школьник старших классов, который интересуется физикой, может рассказать кратко об опыте Торричелли. Этот несложный эксперимент был поставлен итальянским ученым в эпоху, когда современная наука только зарождалась, и человечество еще не имело четких представлений о законах механики.

Биография ученого

Прежде чем говорить о сути эксперимента Торричелли, любопытно познакомиться с биографией этого известного ученого. Родился он в Италии в городе Флоренция в 1608 году. Родители возлагали с самого рождения большие надежды на их одаренного сына, поэтому назвали его именем с библейскими корнями — Эванджелиста.

В 1627 году в возрасте 19 лет он отправляется в Рим с целью изучения наук. В столице в течение 5 лет он был учеником Бенедетто Кателли (Benedetto Castelli). В 1632 году по просьбе своего учителя Торричелли берет сам Галилео Галилей в качестве своего помощника при выполнении различных научных экспериментов. Однако, с Галилеем Торричелли поработал немного, поскольку его новый учитель скончался, спустя 3 месяца, в 1633 году.

После смерти Галилея ученого приглашает герцог Фердинандо II Медичи в его родной город Флоренцию в качестве философа и математика Флоренской академии. Торричелли с радостью принял это предложение. Умер Эванджелиста в возрасте 39 лет (в 1647 году) от брюшного тифа.

Знаменитый эксперимент

Эванджелиста Торричелли вошел в историю как первый ученый, который получил математическое выражение для атмосферного давления. Измерения в опыте Торричелли привели к следующим результатам:

Было доказано, что воздух создает давление на поверхность абсолютно любых предметов.
Была измерена величина этого давления при помощи ртути.
Создан первый прибор для измерения давления — ртутный барометр.
Продемонстрирована простая возможность создания вакуума.

Описать эксперимент Торричелли легко.

Суть опыта

В 1643 году, работая в академии Флоренции, ученый поставил следующий опыт: он взял пустую стеклянную трубку длиной 1 метр, которая была запаяна лишь с одной стороны. Затем ученый заполнил ее ртутью и закрыл пальцем открытый конец. После этого он перевернул трубку, погрузил ее в сосуд, содержащий жидкую ртуть, и убрал палец. В этот момент Торричелли наблюдал, как столб жидкости уменьшается. К удивлению многих, и несмотря на то что один конец стеклянной трубки был погружен в жидкость и являлся открытым, вся ртуть не вытекла, а выставился определенный ее уровень.

Эксперимент итальянец проводил на высоте уровня моря, поэтому измеренная им высота столба ртути в трубке составила 76 см или 760 мм. Причем эта величина не изменялась, если наклоняли трубку под разными углами или использовали приборы разного диаметра. До настоящего времени значение 760 мм ртутного столба считается нормальным давлением.

Физические процессы

Для большинства людей остается непонятным, почему вся ртуть не вытекла из стеклянной трубки. Для того чтобы понять, в чем заключается опыт, с точки зрения физики, необходимо вспомнить принцип, что все текущие субстанции (жидкости и газы) передают оказываемое на них давление по всем направлениям одинаково. Причем жидкости не изменяют величину внешнего давления, поскольку являются несжимаемыми.

В опыте Торричелли со ртутью столб этой жидкости имеет некоторый вес, который создает давление на ограниченную диаметром трубки площадку. Это давление точно уравновешивается той же самой величиной, которую создает вся масса воздуха. Следует заметить, что уравновешиваются именно давления, а не веса, как иногда ошибочно говорят. Это умозаключение теоретически можно доказать, если провести следующую последовательность физико-математических рассуждений:

Согласно определению, давление — это действующая на площадку сила. Для удобства использования всех формул следует физические величины представлять в единицах измерения международной системы СИ. Давление рассчитывается по следующей простой формуле: p = m*g/S. Здесь произведение массы тела m на ускорение свободного падения g является весом, S — площадь, на которую опирается тело.
Объем ртути, которая заполняет стеклянную трубку, может быть вычислен таким образом: V = S*h, где h — высота столба, которая составляет 0,76 метра. Формула для V является типичной для цилиндра. Тогда давление ртути на дно сосуда может быть вычислено так: p = ρ*g*h*S/S = ρ*g*h, где ρ — плотность жидкости. Если обратиться к справочнику, то можно выписать ρ = 13534 кг/м 3 , g = 9,80665 м/с 2 . Теперь известны все величины, и можно рассчитать давление: p = ρ*g*h = 100869 Па. Уточнение плотности ртути для температуры +20 °C приводит к точной величине p = 101325 Па. Это давление равно одной атмосфере (1 атм.).
Опустившись на некоторую величину относительно запаянного конца трубки, ртуть оставляет над собой свободное от воздуха пространство — это торричеллиева пустота, которая характеризуется достаточно высоким уровнем вакуума (определенная доля паров ртути и некоторых других газов в ней все же присутствует).

Величины измерения и изменение давления

Физическая величина, которая измеряется в ньютонах на квадратный метр, называется давлением. В системе СИ 1 Н/м 2 = 1 Па (Паскаль). Значение 1 Па является настолько маленьким, что в повседневной жизни оно практически не используется. Для этого применяются следующие единицы измерения:

1 мм рт. ст. (миллиметр ртутного столба), который равен 1/760 атмосферы;
1 тор = 1 мм рт. ст. — эта единица получила свое название в честь Торричелли;
1 атм. = 101325 Па — нормальное давление атмосферы на поверхности планеты вблизи уровня моря;
1 бар приблизительно равен 1 атм. — величина часто используется в технике.

Изменение атмосферного давления в опыте Торричелли можно обнаружить, если его провести ярким солнечным днем и в дождливую погоду. В первом случае оно будет выше 760 мм рт. ст., во втором — ниже этого значения. Этот факт послужил отправной точкой для развития измеряющих давление приборов (барометров) и метеорологии в целом.

Давление зависит не только от погоды, но и от высоты над поверхностью нашей планеты. Чем она выше, тем меньше рассматриваемая величина. Почему это происходит, понять несложно, если учесть, что создаваемое воздухом давление связано исключительно с весом, с которым верхние слои давят на нижние. Чем выше поднимается человек, тем меньше воздушный столб над ним, и, соответственно, меньше будет давление. Приблизительно на высоте 5000 метров изучаемая величина составляет 0,5 атм.

По причине уменьшения давления люди, которые поднимаются в горы, испытывают трудности при дыхании. Процентный состав воздуха остается тот же самый, что и на поверхности земли, однако сокращается число молекул, которые попадают в легкие во время вдоха. Кроме того, путешественники также замечают, что начинают надуваться герметично закрытые сумки из мягкого материала. Происходит это потому, что внутри этих сумок давление оказывается больше (равное 1 атм.), чем снаружи.

Помимо высоты, температура и влажность — это еще два фактора, которые влияют на значение давления в атмосфере.

Виды барометров

Токсичность жидкой ртути, по этой причине такой тип барометров в настоящее время редко используется.
Температурное расширение и изменение плотности ртути, хотя последняя величина для 0 °C и +40 °C отличается всего на 0,7%.
Громоздкость прибора, имеющего почти 1 метр в длину.

По этим причинам сейчас широкое распространение получили анероиды. Эти барометры представляют собой небольшой металлический корпус, в котором находится рабочая капсула. Она, как правило, изготовлена из сплава бериллия и меди, который испытывает заметные упругие деформации при изменении внешнего давления. Капсула соединяется со стрелкой, которая указывает на определенное деление шкалы.

Анероидные барометры являются более безопасными, удобными и пригодными для использования, если их сравнивать со ртутными. Однако, они менее точные, поскольку рабочая капсула имеет линейное упругое поведение во время деформации лишь в очень узких пределах.

Таким образом, опыт итальянского ученого Торричелли доказывает существование веса у воздуха и измеряет оказываемое им давление. Также в процессе эксперимента был создан первый в мире барометр, отличающийся высокой точностью показаний.

Читайте также: