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DESCOBERTAS CIENTÍFICAS MAIS IMPORTANTES
Pressão atmosférica. História e essência da descoberta científica
Diretório / As descobertas científicas mais importantes A existência do ar é conhecida pelo homem desde os tempos antigos. O pensador grego Anaxímenes, que viveu no século VI aC. e., considerava o ar a base de todas as coisas. Ao mesmo tempo, o ar é algo indescritível, como se fosse imaterial - “espírito”. Os antigos atomistas Demócrito, Epicuro e Lucrécio não duvidaram da natureza material do ar, cujos átomos, em sua opinião, têm mobilidade e forma redonda. Além disso, eles acreditavam que a própria alma tem uma natureza atomística, os átomos da alma são especialmente leves, pequenos e móveis. Aristóteles, classificando o ar como um dos quatro elementos materiais, acreditava que o ar tem peso, e até pensou que poderia confirmar isso por experimento, pesando uma bolha "vazia" e cheia de ar. Aristóteles já conhecia bem o efeito de sucção do espaço rarefeito e derivou desse fato o princípio "a natureza não tolera o vazio". Um grande número de dispositivos pneumáticos foi inventado por Reron, que acreditava que o ar consiste em partículas separadas por pequenos vazios. No entanto, considerou a existência de grandes vazios contrários à natureza e isso explicava a sucção, a ação de bombas, sifões, bem como outros fenômenos agora explicados pela pressão atmosférica. No início da Idade Média, a ideia da atmosfera foi expressa pelo cientista egípcio Al Haytama (Algazena), que viveu no século XI. Ele não só sabia que o ar tem peso, mas que a densidade do ar diminui com a altura, e por essa diminuição ele explicou a refração atmosférica. Observando a duração do crepúsculo, Alhazen estimou a altura da atmosfera em cerca de 40 quilômetros. No entanto, a Europa medieval voltou ao conceito aristotélico dos quatro elementos e ao princípio do "medo do vazio", deixando por muito tempo o estudo das propriedades físicas do ar oceânico. Os primeiros a medir praticamente a pressão do ar oceânico foram os poços italianos. Eis como este fato é descrito nas "Conversas" de Galileu: "Eu vi", diz um dos interlocutores de Sagredo, "uma vez um poço em que foi colocada uma bomba para bombear água por alguém que pensava desta forma obter água com menos dificuldade ou em maior quantidade do que apenas baldes. Esta bomba tinha um pistão com válvula superior, para que a água subisse por sucção, e não por pressão, como é feito nas bombas com válvula inferior. Enquanto o poço estava cheio de água até uma certa altura, a bomba sugava e abastecia perfeitamente, mas assim que como a água desceu abaixo deste nível, a bomba parou de funcionar. Tendo notado pela primeira vez tal caso, pensei que a bomba estava danificada, e chamei um reparador; este último afirmou, no entanto, que tudo estava em ordem, mas que o a água havia caído a uma profundidade da qual não poderia ser levantada pela bomba, enquanto acrescentava que nem com bombas nem com outras máquinas que elevam a água por sucção é possível elevar a água um fio de cabelo acima de dezoito côvados; se a água Se as bombas forem largas ou estreitas, a altura máxima permanece a mesma." Galileu acreditava que a altura máxima da coluna d'água de 18 côvados é uma medida de "medo do vazio". “Como o cobre é nove vezes mais pesado que a água, a resistência à ruptura de uma barra de cobre, devido ao medo do vazio, é igual ao peso de dois côvados de uma barra da mesma espessura”, escreveu Galileu em Conversas. Em outras palavras, o "medo do vazio" (ou seja, a força da pressão atmosférica) é equilibrado ou pelo peso de uma coluna de água de 10 metros, ou pelo peso de uma coluna de cobre de 1,12 metros de altura, totalizando, segundo Galileo, para cerca de 1 quilo por centímetro quadrado. Assim, os praticantes estimaram a força da pressão atmosférica com precisão suficiente, e os cálculos de Galileu estão corretos, embora a interpretação de sua observação feita pelos mestres italianos ainda seja de natureza escolástica. Mais um passo precisava ser dado. Feito por Torricelli. Evangelista Torricelli (1608–1647) nasceu em Faenza, na Itália, em uma família nobre. Tendo perdido o pai cedo, Torricelli foi criado por seu tio, um monge erudito, que o enviou para uma escola jesuíta. Aos dezoito anos, Torricelli foi enviado a Roma para continuar a sua educação matemática. Em Roma, Evangelista tornou-se próximo do aluno e seguidor de Galileu, Bendetto Castelli (1577–1644). Castelli era um padre dominicano e professor de matemática. Desde cedo aderiu aos ensinamentos de Galileu e tornou-se fiel assistente e amigo do grande cientista. Em 1632, o famoso "Diálogo sobre os dois sistemas do mundo" de Galileu foi publicado, e em 1638 seu último e mais importante trabalho, "Uma conversa sobre as duas ciências", foi publicado. Este ensaio teve uma forte influência sobre Torricelli, e sob sua influência ele escreveu o ensaio "On Natural Accelerating Motion", no qual desenvolveu as ideias de Galileu. O manuscrito de Torricelli, seu professor Castelli, partindo de Roma para Veneza, levou consigo e no caminho, tendo visitado Galileu, apresentou-o a ela. Galileu gostou tanto do trabalho de Torricelli que convidou o jovem cientista para sua casa. Em outubro de 1641, Torricelli chegou a Arcetri e começou a trabalhar na conclusão das Conversações, mas sua colaboração com Galileu não durou muito. Galileu morreu em janeiro de 1642. O duque da Toscana convidou Torricelli para assumir o posto de Galileu. Torricelli concordou e passou o resto de sua curta vida nesta posição. Após a morte de Galileu, seus dois alunos - Torricelli e Viviani - trabalharam em estreita colaboração. Agora, sua principal tarefa era validar o método experimental. Várias outras pessoas se juntaram a Torricelli e Viviani. Deste círculo nasceu a famosa Academia Florentina da Experiência, que recebeu seu desenho organizacional em 19 de junho de 1657, dez anos após a morte de Torricelli. Já no período romano de sua vida, Torricelli estava à beira de uma descoberta fundamental - a descoberta da pressão atmosférica do oceano. Por enquanto, porém, uma nova dinâmica chama sua atenção. Na obra “Sobre o Movimento de Aceleração Natural”, apresentada por Castelli a Galileu e publicada de forma ampliada em Florença em 1641, em italiano, sob o título “Tratado sobre o Movimento de Corpos Pesados” (a tradução latina do tratado em dois livros foram publicados em 1644), Torricelli desenvolve a mecânica galileana. Torricelli tornou-se o primeiro cientista a resolver o problema balístico da trajetória de um corpo lançado em um campo gravitacional uniforme na ausência de resistência do ar. O resultado mais notável do trabalho de Torricelli em mecânica é sua descoberta das leis do fluxo de fluido de um buraco em um vaso. Esta descoberta, adjacente à pesquisa de seu professor Castelli, deu-lhe a fama de fundador da hidráulica. E, finalmente, Torricelli faz a maior descoberta. Ele teve a ideia de medir o peso da atmosfera pelo peso de uma coluna de mercúrio. Em 1643, sob sua direção, um experimento foi realizado pelo amigo de Torricelli, Vincenzo Viviani. O experimento atendeu a todas as expectativas, o mercúrio parou em uma determinada altura e um "vazio torricelliano" se formou acima dele. Mais tarde, Torricelli repetiu o experimento com dois tubos, conforme relatado em uma carta ao matemático italiano Ricci datada de 11 de junho de 1644, que é a única publicação sobre os famosos experimentos. Aqui estão trechos dessa carta. "...Muitos argumentam que o vazio não existe; outros dizem que obtê-lo só é possível superando a resistência da natureza e com grande dificuldade. Acredito que em todos os casos em que, ao obter o vazio, a oposição é claramente detectada, não há necessidade de atribuir ao vazio algo que obviamente se deve a um motivo completamente diferente. Digo isso porque alguns cientistas, vendo a impossibilidade de negar o fato da resistência que surge devido à gravidade do ar durante a formação do vazio , não atribuem essa resistência à pressão do ar, mas afirmam teimosamente que a natureza impede a formação do vazio. Vivemos no fundo do oceano de ar e os experimentos provam, sem dúvida, que o ar tem peso... Fizemos muitos frascos de vidro com um tubo de dois côvados de comprimento; enchemos-nos de mercúrio, segurando o buraco com o dedo; quando os tubos foram colocados em um copo de mercúrio, eles se esvaziaram, mas apenas parcialmente: cada tubo permaneceu cheio de mercúrio até a altura de um cotovelo e um dedo. Querendo provar que a garrafa (na parte superior do tubo) estava completamente vazia, o copo substituído foi enchido com água, e então, quando o tubo foi levantado gradativamente, percebeu-se que assim que seu buraco estava na água , mercúrio e toda a garrafa foram despejados do tubo, até que no topo ele se encheu rapidamente de água. Então, a garrafa está vazia, mas o mercúrio fica guardado no tubo. Até agora, era aceito que a força que impede o mercúrio de sua tendência natural de cair está localizada na parte superior do tubo - na forma de vazio ou matéria muito rarefeita. Não afirmo que a razão esteja fora do recipiente: uma coluna de ar de 50x3000 degraus de altura pressiona a superfície do líquido no copo - não é surpreendente que o líquido entre no tubo de vidro (ao qual não tem atração nem repulsão ) e sobe até não ser equilibrado pelo ar externo. A água sobe em um tubo semelhante, mas muito mais longo, tantas vezes mais alto quanto o mercúrio é mais pesado que a água..." Para ser totalmente convincente, Torricelli montou um experimento com dois tubos. Ele quer mostrar que o mercúrio não é retido por nenhum gosto ou desgosto, e a forma do espaço acima do mercúrio não desempenha nenhum papel e é apenas uma questão de pressão externa do ar. “Esta consideração”, continua na mesma carta, “foi confirmada por experiência, colocada simultaneamente com dois tubos A e B, nos quais o mercúrio foi sempre instalado no mesmo horizonte AB, esta é uma indicação totalmente confiável de que a força não é dentro (vácuo), pois uma força maior deve estar dentro do vaso AB, no qual há algo mais rarefeito atraindo algo, e deve ser muito mais forte devido à rarefação mais completa do que em um espaço muito pequeno B. Torricelli conseguiu encontrar provas ainda mais importantes da causa externa da formação da coluna de mercúrio. O cientista notou que a altura da coluna flutuava, ou seja, a pressão da atmosfera mudava. Assim, o tubo Torricelli tornou-se o primeiro barômetro. Foi a partir dessa experiência que começou a observação científica do clima, cujas características mais importantes são a pressão e a temperatura. Vale a pena notar que o experimento de Torricelli não foi perfeito. A altura da coluna de mercúrio dada por ele, se levarmos em conta a altura de Florença acima do nível do mar, corresponde a 74,2 centímetros de mercúrio. O pequeno valor deste valor, aparentemente, pode ser explicado pelo fato de que alguma quantidade de ar ainda permaneceu no "vazio torricelliano". A luta contra a doutrina do medo do vazio não terminou com a experiência de Torricelli. A hipótese sobre as forças que sustentam a coluna de mercúrio sobreviveu muito depois da morte de Torricelli. Experiências famosas Pascal (1623-1662), que provou que a mudança na altura de um barômetro está relacionada à altura e construiu um barômetro de água, confirmou as conclusões de Torricelli. Mas só a invenção da bomba de ar por Boyle e Guericke, bem como os experimentos efetivos de demonstração da força da pressão atmosférica, feitos por este último, acabaram por desfazer o conceito de medo do vazio. A ideia do ar como algum tipo de princípio espiritual foi finalmente enterrada. Guericke provou por experiência direta o peso do ar pesando a embarcação evacuada e a embarcação com ar. Essa experiência o levou à conclusão principal: "O ar é, sem dúvida, algo corporal". Assim, a noção de que o ar é um dos tipos de matéria que podem ser removidos do lugar que ocupa e formar um "vazio", "vácuo" foi estabelecido na ciência. Autor: Samin D. K.
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