Материалы по истории изучения атмосферного давления.(Раздаточный материал)

История открытия атмосферного давления

Первым, кто доказал существование атмосферного давления был итальянский математик и физик Эванджелиста Торричелли (1608-1647). Его имя навсегда вошло в историю физики как имя человека, впервые доказавшего существование атмосферного давления и сконструировавшего первый барометр.

Ещё в глубокой древности человек замечал, что воздух оказывает давление на наземные предметы, заставляя двигаться парусные суда, вращать крылья ветряных мельниц. Однако долго не удавалось доказать, что воздух имеет вес. До середины XVII века считалось непререкаемым утверждение древнегреческого ученого Аристотеля (384-322 до н.э.) о том, что вода поднимается за поршнем насоса потому, что "природа не терпит пустоты".Только в XVII веке был поставлен опыт, доказавший весомость воздуха. В Италии в 1640 году герцог Тосканский задумал устроить фонтан на террасе своего дворца. Воду для этого фонтана должны были накачивать из соседнего озера, но вода не шла выше 10.3м. Недоумевающие строители обратились за помощью к Галилею,великий ученый не смог объяснить это явление и пошутил, что вероятно, природа действительно не любит пустоты, но до определенного предела. И только ученик Галилея, Торричелли после долгих опытов, доказал, что воздух имеет вес, и давление атмосферы уравновешивается столбом воды в 32 фута, или 10.3м. Он пошел в своих исследованиях ещё дальше и в 1643 году изобрел прибор для измерения атмосферного давления – барометр. Осмысливая результаты эксперимента, Торричелли делает два вывода: пространство над ртутью в трубке пусто (позже его назовут "торричеллиевой пустотой"), а ртуть не выливается из трубки обратно в сосуд потому, что атмосферный воздух давит на поверхность ртути в сосуде. Из этого следовало, что воздух имеет вес. Это утверждение казалось настолько невероятным, что не сразу было принято учеными того времени. Окончательное признание его выводы получили лишь благодаря опытам замечательного французского ученого Б. Паскаля.

В конце 1646 г. до французского г. 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 со ртутью, но и с водой, маслом, красным вином, для чего ему потребовались бочки вместо чашек и трубки длиной около 15 м. Эти эффектные опыты проводились прямо на улицах Руана, радуя его жителей.

Вы помните, что в то время считалось непререкаемым учение Аристотеля о том, что "природа боится пустоты". Добавим, что в те времена во Франции за выступление против Аристотеля можно было попасть на каторгу. Но Паскаль осмеливается верить, что в трубке Торричелли действительно есть пустота, и упорно ищет этому доказательство. Он отправляет письмо своей сестре Жильберте и ее мужу Флорену Перье, которые жили на родине Паскаля, в Клермоне. В письме он просит сравнить уровни ртути в трубке Торричелли у подножия и на вершине горы Пюи-де-Дом: "Вы понимаете, если бы высота столба ртути на вершине горы оказалась бы меньшей, чем у подошвы, то следовало бы, что единственная причина этого - вес воздуха, а не пресловутая "боязнь пустоты". Ясно, что внизу горы воздух должен быть сгущеннее, чем наверху, между тем как нелепо предполагать больший страх пустоты у подножия, нежели на вершине".

В 1654 г Отто Герике, гениальным физиком-экспериментатором, в г. Магдебурге, чтобы доказать существование атмосферного давления, произвел такой опыт. Он выкачал воздух из полости между двумя металлическими полушариями, сложенными вместе. Давление атмосферы так сильно прижало полушария друг к другу, что их не могли разорвать 8 пар лошадей. Кстати “Магдебургские полушария” есть у всех людей – это головки бедренных костей, которые удерживаются в тазовом суставе атмосферным давлением.

После этих опытов, представление об атмосферном давлении стало общепринятым. Однако природа атмосферного давления была не известна. В настоящее время, когда мы четко представляем себе Землю вместе с атмосферой, нелегко представить себе сложность проблемы для того времени. Герике заключил: «Так как нижние слои воздуха сжимаются сильнее, чем верхние,— причем эта разница наблюдается не, только на высоких горах, но и на башнях, то, отсюда следует, что воздух простирается недалеко от Земли и что высота его, по сравнению с огромными расстояниями до звезд, ничтожна».

Особое значение имело изобретение Герике водяного барометра, в котором деревянная фигурка, плавающая на поверхности воды в верхней части трубы, указывала на величину атмосферного давления.

Открыв атмосферное давление, Герике построил около фасада своего дома в г. Магдебурге водяной барометр, в котором на поверхности жидкости плавала фигурка в виде человечка, указывающего на деления, нанесенные на стекле.

Игра «Верите ли вы?...»

1. что на ваших плечах лежит груз массой 10 т?

2. что вес – это сила, с которой тело притягивается к Земле?

3. что воздух имеет вес?

4. что масса воздуха в классе может быть ≈ 150 кг?

5. что воздух нельзя взвесить, т к он не имеет формы и объема?

6. что мы живем на дне воздушного океана?

7. что в атмосфере среди других газов больше всего кислорода?

8. что нормальное атмосферное давление при 0̊ С равно 101300 Па?

Экспериментальная часть.(В пособиях для учащихся объяснения опытов не будут печататься.Они должны сами объяснять)

Опыт№1. Принцип действия медицинского шприца и пипетки.

Приборы и материалы: шприц, пипетка ,стакан с подкрашенной водой.

Ход опыта: опустить поршень шприца вниз, затем опустить в стакан с водой и поднять поршень. Вода войдет в шприц Надавливаем на резинку пипетки , жидкость поступает в стеклянную трубочку.

Объяснение опыта: при опускании поршня воздух выходит из шприца и давление воздуха в нем уменьшается. Наружный воздух под действием атмосферного давления вталкивает жидкость в шприц. По такому же принципу «работает» пипетка (Рис.10).

Опыт №2. Как достать монетку из воды не намочив рук?

Приборы и материалы: тарелка, свеча на подставке, сухой стакан.

Ход опыта: на тарелку кладем монетку, затем наливаем немного воды, ставим зажженную свечу. Накрываем свечу стаканом. Вода оказывается в стакане, а тарелка – сухая.

Объяснение опыта: свеча горит, и воздух под стаканом нагревается, расширяется и частично выходит, давление воздуха под стаканом уменьшается. Атмосферное давление снаружи загоняет воду под стакан.

Придумайте, как можно другим способом загнать воду под стакан, не используя свечку?
2 способ. Возьмите тонкий стакан, ополосните его изнутри кипятком и опрокиньте на тарелку рядом с монетой.

Физический комментарий. Воздух в стакане начнёт остывать и сжиматься. Стакан начнёт всасывать воду, и вскоре вся она соберется под ним. Теперь подождите, пока монета высохнет, и берите её, не боясь замочить пальцы!