Фрэнк Форрестер - Тысяча и один вопрос о погоде

В 1592 году в Падуанском университете Галилей сконструировал первый воздушный термометр, основанный на принципе расширения воздуха при нагревании.

Благодаря Галилею и его ученикам, Северная Италия стала колыбелью инструментальной метеорологии и физики.

804. Какой вид имел воздушный термометр Галилея?Термометр Галилея был мало похож на современный. Он состоял из большой колбы, наполненной воздухом, и стеклянной трубки. Воздух в колбе при нагревании расширялся и оттеснял вниз воду в трубке, уровень которой и показывал температуру. Примерно в 1612 году Галилей создал термометр, устроенный в основном так же, как и термометр, которым мы пользуемся теперь. Круглый или цилиндрический резервуар заполнялся спиртом. При расширении спирт поступал в запаянную с одного конца трубку, которая другим концом соединялась с резервуаром. Температура определялась по положению уровня спирта в трубке. Ртутный термометр был создан в 1709 году жившим в Голландии немецким физиком Габриелем Даниелем Фаренгейтом.

805. Какие трудности встали перед первыми создателями термометров?Наиболее сложной проблемой явился выбор надежных реперных точек, необходимых для создания удобной для практических целей шкалы, а также определение цены деления шкалы. С этой целью было проведено множество экспериментов.

В 1688 году ученый Даленс в качестве нижней реперной точки выбрал температуру воздуха, при которой замерзает вода. Верхней реперной точкой была температура таяния сливочного масла. Другие для этой цели брали температуры воздуха в периоды летнего зноя и зимнего холода или температуру льда при. очень сильном морозе. Были попытки использовать температуру крови различных животных. Очевидный недостаток всех этих реперных точек заключается в том, что они изменяются с течением времени.

806. Что такое шкала Фаренгейта?Эту шкалу построил Габриель Даниель Фаренгейт в 1714 году. За нуль он принял уровень, до которого упала ртуть в его термометре в особенно холодный день в Данциге. Позднее точка нуль стала соответствовать температуре смеси хлористого аммония, поваренной соли и снега. Противоположная реперная точка соответствовала нормальной температуре тела человека. Интервал между реперными точками был разбит на 96 делений, называемых градусами.

807. Кем была создана стоградусная шкала?Стоградусная шкала была предложена в 1742 году шведским астрономом Андресом Цельсием. Нулевая реперная точка его шкалы соответствовала температуре смеси воды и льда. Точка 100 градусов соответствовала температуре кипящей воды [45] Температура кипения воды зависит от атмосферного давления. Чем ниже давление, тем ниже температура кипения воды. Реперная точка 100 градусов соответствует температуре кипения воды при нормальном атмосферном давлении. ( Прим. перев .) .

808. Кто построил абсолютную шкалу температуры?Абсолютную шкалу температуры, или шкалу Кельвина, создал около 1850 года английский ученый Уильям Томсон (лорд Кельвин). Его шкала является наиболее обоснованной. Нуль этой шкалы соответствует температуре, при которой прекращается тепловое движение молекул.

809. Что навело на мысль о существовании давления атмосферы?Естествоиспытатели средних веков, объясняя, почему насос выкачивает воду, говорили: «Природа не терпит пустоты». Однако правильность этого вывода однажды была поставлена под сомнение. Великий герцог Тосканы Фердинанд II, приказав в 1640 году вырыть вблизи Флоренции глубокий колодец, был очень удивлен тем, что с помощью насоса не удается выкачать воду из трубы колодца, который имел глубину 15 м, даже когда из нее был выкачан воздух, на высоту более 9,76 м. Рассказывают, что исследуя по приказу герцога этот вопрос, Галилей иронически заметил: «Кажется, природа терпит пустоту выше 32 футов». Перед смертью он высказал предположение, что жидкости, имеющие различные плотности, должны подниматься в трубе, из которой выкачан воздух, на разную высоту, поскольку жидкость поднимается под действием силы веса воздуха. Галилей посоветовал своему другу и ученику Эванжелисте Торричелли проверить его предположение о том, что воздух имеет вес.

810. Кто изобрел первый жидкостный барометр?Первый жидкостный барометр был сконструирован в 1643 году Эванжелистой Торричелли, профессором математики Флорентийской академии. К выводу о возможности создания прибора для измерения атмосферного давления он пришел после изучения проблемы, предложенной ему Галилеем. Вместо воды Торричелли для эксперимента взял наиболее тяжелую и, следовательно, наиболее удобную жидкость — ртуть. Он заметил, что ртуть поднялась в трубке, из которой был выкачан воздух, на 762 мм, и сделал вывод, что жидкость в трубке поднимается за счет давления атмосферы на поверхность жидкости, а не благодаря какой-то мистической всасывающей силе, создаваемой пустотой.

811. Как был устроен барометр Торричелли?Он состоял из стеклянной трубки длиной около 90 см, запаянной с одного конца и наполненной ртутью. Закрыв незапаянный конец пальцем, Торричелли медленно перевернул трубку и погрузил нижний конец ее в сосуд со ртутью. Когда он убрал палец с конца трубки, ртуть в ней опустилась, и уровень ее остановился на высоте около 75 см над уровнем ртути в сосуде. Поместив свой прибор в стеклянный колокол, Торричелли стал выкачивать из него воздух. Уровень ртути в трубке понизился. Так Торричелли доказал, что столбик ртути в трубке уравновешивается давлением атмосферы, и создал прибор, позволяющий измерять это давление. Барометр Торричелли, значительно усовершенствованный, применяется и в настоящее время для точных измерений давления воздуха.

812. Кто способствовал тому, что Италия стала колыбелью инструментальной метеорологии?Великий герцог Тосканы Фердинанд II не был ученым. Но несмотря на это, он с большой симпатией относился к работам ученых, особенно таких, как Галилей и Торричелли, которые играли выдающуюся роль в Падуанском университете и Флорентийской академии. Фердинанд II проявлял большой интерес к погоде и не жалел времени и средств на развитие метеорологии. В 1653 году он основал несколько станций для наблюдения за погодой в Северной Италии, создав, таким образом, первую в мире метеорологическую сеть. Она не получила развития, так как никто не знал, как нужно использовать и сделать сравнимой информацию, полученную с различных станций.

813. С помощью какого опыта было показано, что давление атмосферы уменьшается с высотой?В 1648 году молодой французский математик Блэз Паскаль выдвинул идею о том, что давление воздуха, как и других жидкостей, должно падать с уменьшением столба воздуха, т. е. с увеличением высоты над поверхностью Земли. Но проверить эту идею Паскаль не мог, так как в округе не было подходящих для этого возвышенностей. Тогда он попросил проделать этот опыт своего шурина Перье, который жил на юге Франции.