فروشگاه اینترنتی پاسارگاد آریان

آزمایش توریچلی و ویوانی

توریچلی (1608-1647) ویوانی (1622-1703)

مقدمه:

فضای خالی مطلق نمی تواند وجود داشته باشد: برای ارسطو این مطرح بود"طبیعت از خلأ بیم دارد".

تلمبه ی بالابر که توسط پیشینیان به کار برده می شد در جهت اثبات این نظریه بود.

حرکت تلمبه به طرف بالا باعث ایجاد خلأ در زیر پیستون آن می شد. اما از آن جایی که در این دیدگاه، خلأ وجود ندارد، آب به سمت بالا می آید تا فضا را پر کند. وقتی ارتفاعی که آب لازم دارد، از 9 متر کم تر باشد، تمامی این اتفاقات عادی اند؛ اما مشکل وقتی شروع می شود که ارتفاع از 9 متر بالاتر رود!

گالیله برای حل این معما تلاش بسیاری کرد اما قبل از آن که بتواند پاسخ آن را کشف کند، از دنیا رفت.

این مشکل در سال 1643 حل شد.

توریچلی و ویوانی، به تقلید از گالیله به دنبال کشف معمای تلمبه ی بالابر بودند. آن ها با آزمایش معروف خود، این معما را حل کردند:

توریچلی و ویوانی چنین استدلال کردند :

زمانی که با تلمبه خلأ در حال بالا آوردن آب باشیم، وزن هوا برای بالا بردن ارتفاع آب از 9 متر، کافی نیست.

و اما آزمایش اصلی توریچلی

به تفاوت حالتی که هوا در محفظه وجود دارد و وقتی که هوای محفظه مکیده می شود، دقت کنید...

حال، انگشت خود را از انتهای لوله بردارید.

جیوه از داخل لوله به درون ظرف می ریزد تا آن جا که وزن ستون جیوه در لوله دقیقا با فشار هوای بیرون یکی شود.

وقتی فشار هوا زیاد می شود، جیوه در لوله بالا می آید و وقتی فشار هوا کاهش پیدا می کند، سطح جیوه نیز پایین می آید.

اندازه واقعی فشار هوا در هر لحظه، بالاترین ارتفاع جیوه در لوله در بالای سطح جیوه ی موجود در ظرف است. تحت شرایط استاندارد در سطح دریا، ارتفاع 29.92 یا 76 سانتی متر خواهد بود.

ویوانی اولین کسی بود که فرض کرد که پایین آمدن جیوه در لوله با وزن هوا (فشار هوا) متوقف می شود.

زمانی که آزمایش تمام می شود، در بالای لوله شیشه ای، هیچ چیزی به چشم نمی خورد!!!

پس معمای تلمبه ی بالابر حل شد!

آب با فشار هوای موجود در لوله به بالا می رود. ارتفاع مکش به طور نظری، 10.33 متر است؛ زیرا وزن هوا در سطح 1.033 Kg/cm2دریا است. اما به طور عملی، ارتفاع 9 متری قبلا استثنا شده است.

این آزمایش، اولین گام به سوی اختراع ماشین بخار بود. اولین ماشین های بخار، " ماشین های هوایی" نام داشتند؛ زیرا حرکت مؤثر آن ها با فشار هوا تأمین می شد.

^{طرح ماشین بخار پیشرفته تری توسط نیو کامن}

گفتیم که در آزمایش توریچلی و ویوانی، از جیوه استفاده شد، جیوه 13 بار سنگین تر از آب است.

حال ببینیم علت استفاده از جیوه چیست؟

فشارسنج آبی به آب و لوله ای با طول بیش تر از 30 cm نیاز دارد؛

البته در فصل زمستان ممکن است یخ بزند.

به علاوه،

در حالی که جیوه ی سرد، بخار بسیار کمی آزاد می کند و اندازه گیری با خطای کم تری انجام می شود.

سؤال

با استفاده از اطلاعات مربوط به فشار مایعات به این سؤال پاسخ دهید:

در آزمایش توریچلی، فشار هوا معادل فشار 76 cm Hg اندازه گیری شده است. اگر g=9.8 m/s2 و چگالی جیوه باشد، 13/6 gr/cm3فشار هوا بر حسب پاسکال تقریبا چه قدر است؟

(الف) 102 (ب) 103 (ج) 104 (د) 105

نکته

76 cm Hg= 105 Pa