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WICHTIGSTEN WISSENSCHAFTLICHEN ENTDECKUNGEN
Atmosphärendruck. Geschichte und Wesen der wissenschaftlichen Entdeckung
Verzeichnis / Die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen Die Existenz von Luft ist dem Menschen seit der Antike bekannt. Griechischer Denker Anaximenes, der im XNUMX. Jahrhundert v. Chr. lebte. h., er betrachtete Luft als die Grundlage aller Dinge. Gleichzeitig ist Luft etwas Flüchtiges, wie Immaterielles – „Geist“. Die antiken Atomisten Demokrit, Epikur und Lucretius zweifelten nicht an der materiellen Natur der Luft, deren Atome ihrer Meinung nach beweglich und rund sind. Außerdem glaubten sie, dass die Seele selbst eine atomistische Natur hat, die Atome der Seele sind besonders leicht, klein und beweglich. Aristoteles, der Luft als eines der vier materiellen Elemente einordnete, glaubte, dass Luft Gewicht hat, und glaubte sogar, dies durch Experimente bestätigen zu können, indem er eine „leere“ und luftgefüllte Blase wiegte. Schon Aristoteles kannte die Sogwirkung des verdünnten Raumes und leitete daraus den Grundsatz „Die Natur duldet keine Leere“ ab. Eine große Anzahl pneumatischer Geräte wurde von Reron erfunden, der glaubte, dass Luft aus Partikeln besteht, die durch kleine Hohlräume getrennt sind. Er betrachtete jedoch die Existenz großer Hohlräume als widersprüchlich zur Natur und dies erklärte den Sog, die Wirkung von Pumpen, Siphons sowie andere Phänomene, die jetzt durch den atmosphärischen Druck erklärt werden. Im frühen Mittelalter wurde die Idee der Atmosphäre von dem ägyptischen Wissenschaftler Al Khaytama (Algazena) ausgedrückt, der im 40. Jahrhundert lebte. Er wusste nicht nur, dass Luft Gewicht hat, sondern dass die Dichte der Luft mit der Höhe abnimmt, und durch diese Abnahme erklärte er die atmosphärische Brechung. Alhazen beobachtete die Dauer der Dämmerung und schätzte die Höhe der Atmosphäre auf etwa XNUMX Kilometer. Das mittelalterliche Europa kehrte jedoch zum aristotelischen Konzept der vier Elemente und des Prinzips der "Angst vor der Leere" zurück und ließ lange Zeit das Studium der physikalischen Eigenschaften des Luftozeans zurück. Die ersten, die den Druck des Luftozeans praktisch maßen, waren italienische Brunnen. So wird diese Tatsache in den „Gesprächen“ von Galileo beschrieben: „Ich sah“, sagt einer von Sagredos Gesprächspartnern, „einst einen Brunnen, in dem eine Pumpe aufgestellt war, um Wasser zu pumpen, und zwar von jemandem, der auf diese Weise gedacht hatte, Wasser mit weniger Schwierigkeiten oder in größeren Mengen als nur mit Eimern zu bekommen. Diese Pumpe hatte einen Kolben.“ mit oberem Ventil, so dass das Wasser durch Ansaugen und nicht durch Druck anstieg, wie es bei Pumpen mit Bodenventil der Fall ist. Während der Brunnen bis zu einer bestimmten Höhe mit Wasser gefüllt war, saugte die Pumpe es an und lieferte es perfekt, aber schnell als das Wasser unter dieses Niveau fiel, funktionierte die Pumpe nicht mehr. Nachdem ich einen solchen Fall zum ersten Mal bemerkt hatte, dachte ich, dass die Pumpe beschädigt sei, und rief einen Mechaniker an; dieser sagte jedoch, dass alles in Ordnung sei, aber dass die Das Wasser war in eine Tiefe gesunken, aus der es mit der Pumpe nicht mehr angehoben werden konnte, und er fügte hinzu, dass es weder mit Pumpen noch mit anderen Maschinen, die Wasser durch Sog anheben, möglich sei, das Wasser um Haaresbreite über achtzehn Ellen zu heben Pumpen sind breit oder schmal, die maximale Höhe bleibt gleich.“ Galilei glaubte, dass die maximale Höhe der Wassersäule von 18 Ellen ein Maß für „Angst vor der Leere“ sei. „Da Kupfer neunmal schwerer als Wasser ist, entspricht der Bruchwiderstand eines Kupferstabs aufgrund der Angst vor Leere dem Gewicht von zwei Ellen eines gleich dicken Stabs“, schrieb Galileo in Conversations. Mit anderen Worten, die „Angst vor dem Nichts“ (d.h. die Kraft des atmosphärischen Drucks) wird entweder durch das Gewicht einer Wassersäule von 10 Metern oder durch das Gewicht einer Kupfersäule von 1,12 Metern Höhe ausgeglichen, je nach Galileo, auf etwa 1 Kilogramm pro Quadratzentimeter. Daher schätzten die Praktiker die Stärke des atmosphärischen Drucks mit ausreichender Genauigkeit, und Galileos Berechnungen sind korrekt, obwohl die Interpretation seiner Beobachtung durch die italienischen Meister immer noch scholastischer Natur ist. Ein weiterer Schritt musste getan werden. Hergestellt von Torricelli. Evangelista Torricelli (1608–1647) wurde in Faenza in Italien in eine Adelsfamilie geboren. Nachdem er seinen Vater früh verloren hatte, wurde Torricelli von seinem Onkel, einem gelehrten Mönch, erzogen, der ihn auf eine Jesuitenschule schickte. Mit achtzehn Jahren wurde Torricelli nach Rom geschickt, um seine mathematische Ausbildung fortzusetzen. In Rom freundete sich Evangelista mit Galileis Schüler und Anhänger Bendetto Castelli (1577–1644) an. Castelli war ein dominikanischer Priester und Professor für Mathematik. Er schloss sich schon früh den Lehren Galileis an und wurde ein treuer Assistent und Freund des großen Wissenschaftlers. 1632 wurde Galileis berühmter „Dialogue Concerning the Two Systems of the World“ veröffentlicht, und 1638 erschien sein letztes und wichtigstes Werk „A Conversation Concerning the Two Sciences“. Dieser Aufsatz hatte einen starken Einfluss auf Torricelli, und unter seinem Einfluss schrieb er den Aufsatz „On Natural Accelerating Motion“, in dem er Galileos Ideen entwickelte. Torricellis Manuskript nahm sein Lehrer Castelli mit, der Rom nach Venedig verließ, und machte ihn unterwegs, nachdem er Galileo besucht hatte, mit ihr bekannt. Galileo mochte Torricellis Arbeit so sehr, dass er den jungen Wissenschaftler zu sich nach Hause einlud. Im Oktober 1641 kam Torricelli in Arcetri an und begann mit der Arbeit an der Vervollständigung der Gespräche, aber seine Zusammenarbeit mit Galileo dauerte nicht lange. Im Januar 1642 starb Galileo. Der Herzog der Toskana lud Torricelli ein, den Posten von Galileo zu übernehmen. Torricelli stimmte zu und verbrachte den Rest seines kurzen Lebens in dieser Position. Nach dem Tod von Galileo arbeiteten seine beiden Schüler Torricelli und Viviani eng zusammen. Nun bestand ihre Hauptaufgabe darin, die experimentelle Methode zu validieren. Mehrere andere Leute schlossen sich Torricelli und Viviani an. Aus diesem Kreis ging die berühmte Florentiner Erlebnisakademie hervor, die am 19. Juni 1657, zehn Jahre nach Torricellis Tod, ihre organisatorische Gestalt erhielt. Bereits in der römischen Zeit seines Lebens stand Torricelli an der Schwelle einer grundlegenden Entdeckung – der Entdeckung des Drucks des Luftozeans. Doch vorerst erregt eine neue Dynamik seine Aufmerksamkeit. In dem Werk „Über die natürliche Beschleunigungsbewegung“, das Castelli Galileo überreichte und 1641 in erweiterter Form in Florenz unter dem Titel „Abhandlung über die Bewegung schwerer Körper“ veröffentlichte (die lateinische Übersetzung der Abhandlung in zwei Teile). Bücher wurden 1644 veröffentlicht), Torricelli entwickelt die galiläische Mechanik. Torricelli löste als erster Wissenschaftler das ballistische Problem der Flugbahn eines geschleuderten Körpers in einem gleichförmigen Gravitationsfeld ohne Luftwiderstand. Das bemerkenswerteste Ergebnis von Torricellis Arbeiten zur Mechanik ist seine Entdeckung der Gesetze des Flüssigkeitsflusses aus einem Loch in einem Gefäß. Diese Entdeckung, neben der Forschung seines Lehrers Castelli, verschaffte ihm den Ruhm des Begründers der Hydraulik. Und schließlich macht Torricelli die größte Entdeckung. Er kommt auf die Idee, das Gewicht der Atmosphäre durch das Gewicht einer Quecksilbersäule zu messen. 1643 führte Torricellis Freund Vincenzo Viviani auf seine Anweisung hin ein Experiment durch. Das Experiment erfüllte alle Erwartungen, das Quecksilber stoppte auf einer bestimmten Höhe, und darüber bildete sich eine „torricellianische Leere“. Später wiederholte Torricelli das Experiment mit zwei Röhren, wie in einem Brief an den italienischen Mathematiker Ricci vom 11. Juni 1644 berichtet wird, der die einzige Veröffentlichung über die berühmten Experimente ist. Hier sind Auszüge aus diesem Brief. „...Viele argumentieren, dass Leere überhaupt nicht existiert; andere sagen, dass sie nur durch die Überwindung des Widerstands der Natur und unter großen Schwierigkeiten erreicht werden kann. Ich glaube, dass in allen Fällen, in denen bei der Erlangung der Leere ein Widerstand klar erkennbar ist, Es besteht keine Notwendigkeit, der Leere etwas zuzuschreiben, das offensichtlich auf einen ganz anderen Grund zurückzuführen ist. Ich sage das, weil einige Wissenschaftler die Tatsache des Widerstands, der aufgrund der Schwerkraft der Luft bei der Bildung der Leere entsteht, nicht leugnen können , führen diesen Widerstand nicht auf den Luftdruck zurück, sondern behaupten hartnäckig, dass die Natur die Bildung von Leere verhindert. Wir leben auf dem Grund des Ozeans der Luft, und Experimente beweisen zweifellos, dass Luft Gewicht hat ... Wir stellten viele Glasfläschchen mit einer Röhre von zwei Ellen Länge her; Wir füllten sie mit Quecksilber und hielten das Loch mit unserem Finger fest. Als die Röhrchen dann in einen Becher mit Quecksilber gekippt wurden, entleerten sie sich, allerdings nur teilweise: Jede Röhrchen blieb bis zur Höhe eines Ellenbogens und eines Fingers mit Quecksilber gefüllt. Um zu beweisen, dass die Flasche (im oberen Teil der Röhre) völlig leer war, wurde der Ersatzbecher mit Wasser gefüllt, und als die Röhre dann allmählich angehoben wurde, konnte man das sehen, sobald sich ihr Loch im Wasser befand , Quecksilber und die gesamte Flasche floss aus der Röhre, bis sie sich ganz oben schnell mit Wasser füllte. Die Flasche ist also leer, aber das Quecksilber bleibt in der Röhre. Bisher ging man davon aus, dass die Kraft, die Quecksilber von seiner natürlichen Neigung zum Fallen abhält, im oberen Teil der Röhre liegt – in Form von Hohlraum oder sehr verdünnter Materie. Ich behaupte nicht, dass der Grund außerhalb des Gefäßes liegt: Eine 50x3000 Schritte hohe Luftsäule drückt auf die Oberfläche der Flüssigkeit im Becher – es ist nicht verwunderlich, dass die Flüssigkeit in das Glasrohr gelangt (zu dem sie weder Anziehung noch Abstoßung hat). ) und steigt an, bis sie nicht mehr durch die Außenluft ausgeglichen wird. Wasser steigt in einem ähnlichen, aber viel längeren Rohr um ein Vielfaches höher, da Quecksilber schwerer als Wasser ist ...“ Um ganz überzeugend zu sein, hat Torricelli ein Experiment mit zwei Pfeifen aufgebaut. Er will zeigen, dass Quecksilber nicht von irgendwelchen Vorlieben oder Abneigungen gehalten wird, und die Form des Raumes über dem Quecksilber keine Rolle spielt und es nur eine Frage des äußeren Luftdrucks ist. „Diese Überlegung“, fährt er im selben Brief fort, „wurde experimentell bestätigt, gleichzeitig platziert mit zwei Röhren A und B, in denen Quecksilber immer auf dem gleichen Horizont AB installiert war, ist dies ein absolut zuverlässiger Hinweis darauf, dass die Kraft nicht vorhanden ist innen (Vakuum) , da innerhalb des Gefäßes AB, in dem etwas verdünnter etwas anzieht, eine größere Kraft vorhanden sein muss, und sie muss aufgrund der vollständigeren Verdünnung viel stärker sein als in einem sehr kleinen Raum B. Torricelli gelang es, einen noch wichtigeren Beweis für die äußere Ursache der Bildung der Quecksilbersäule zu finden. Der Wissenschaftler bemerkte, dass die Höhe der Säule schwankte, dh sich der Druck der Atmosphäre änderte. So wurde die Torricelli-Röhre zum ersten Barometer. Aus dieser Erfahrung heraus begann die wissenschaftliche Beobachtung des Wetters, dessen wichtigste Eigenschaften Druck und Temperatur sind. Es ist erwähnenswert, dass Torricellis Experiment nicht fehlerfrei war. Die von ihm angegebene Höhe der Quecksilbersäule, wenn wir die Höhe von Florenz über dem Meeresspiegel berücksichtigen, entspricht 74,2 Zentimetern Quecksilbersäule. Der geringe Wert dieses Wertes lässt sich offenbar damit erklären, dass noch etwas Luft in der „torricellianischen Leere“ verblieben ist. Der Kampf gegen die Doktrin der Angst vor dem Nichts endete nicht mit der Erfahrung Torricellis. Die Hypothese über die Kräfte, die die Quecksilbersäule halten, lebte lange nach Torricellis Tod weiter. Berühmte Erlebnisse Pascal (1623–1662), der bewies, dass die Höhenänderung eines Barometers mit der Höhe zusammenhängt, und ein Wasserbarometer baute, bestätigte Torricellis Schlussfolgerungen. Aber erst die Erfindung der Luftpumpe durch Boyle und Guericke sowie die wirkungsvollen Experimente letzterer zum Nachweis der atmosphärischen Druckkraft zerschmetterten das Konzept der Angst vor der Leere endgültig. Die Idee der Luft als eine Art spirituelles Prinzip wurde endgültig begraben. Guericke bewies durch direkte Erfahrung das Gewicht der Luft, indem er das evakuierte Gefäß und das Gefäß mit Luft wiegte. Diese Erfahrung führte ihn zu der Hauptschlussfolgerung: „Luft ist zweifellos etwas Körperliches.“ So hat sich in der Wissenschaft die Vorstellung etabliert, dass Luft eine der Arten von Materie ist, die von ihrem Platz entfernt werden kann und eine „Leere“, ein „Vakuum“ bildet. Autor: Samin D. K.
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Kommentare zum Artikel: Sasha Vielen Dank!
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