#Σανσημερα Φανταστείτε τη σκηνή: Ιταλία, μέσα του 17ου αιώνα. Σε μια επιστολή προς έναν φίλο του, ο Εβαντζελίστα Τορικέλι περιγράφει ένα πείραμα που θα γκρέμιζε δόγματα αιώνων. Παίρνει έναν διάφανο γυάλινο σωλήνα, μήκους ενός μέτρου, και τον γεμίζει μέχρι χείλους με τον βαρύ, υγρό άργυρο της εποχής —τον υδράργυρο. Τον σφραγίζει με το δάχτυλό του, τον αναποδογυρίζει και τον βυθίζει σε μια ανοιχτή λεκάνη, επίσης γεμάτη με υδράργυρο.
Καθώς απομακρύνει το δάχτυλό του, κάτι μαγικό και συνάμα αναμενόμενο συμβαίνει: η ασημένια στήλη αρχίζει να πέφτει, αδειάζοντας την κορυφή του σωλήνα. Όμως δεν αδειάζει τελείως. Σταματάει απότομα στα 76 εκατοστά. Πάντα στα 76 εκατοστά.
Αυτός ο κενός χώρος που απέμεινε στην κορυφή του γυαλιού δεν ήταν απλώς άδειος· ήταν το πρώτο τεχνητό κενό που αντίκρισε ποτέ η ανθρωπότητα. Ήταν η χειροπιαστή απόδειξη πως αυτό που ο μέγας Αριστοτέλης θεωρούσε αδύνατο, υπήρχε. Ο Τορικέλι μόλις είχε διατυπώσει έναν από τους πιο ποιητικούς, αλλά και απόλυτα ακριβείς, συλλογισμούς στην ιστορία της επιστήμης:
«Ζούμε βυθισμένοι στον πυθμένα ενός ωκεανού του στοιχείου του αέρα, ο οποίος, από αδιαμφισβήτητα πειράματα, είναι γνωστό ότι έχει βάρος.»
Ο υδράργυρος μέσα στον σωλήνα δεν «ρουφιέται» προς τα πάνω από κάποια μυστηριώδη δύναμη του κενού. Αντίθετα, πιέζεται βίαια από τα κάτω. Είναι το αόρατο βάρος ολόκληρου του ουρανού που σπρώχνει την επιφάνεια της λεκάνης.
Μέσα σε μία μόλις σελίδα, γεννήθηκαν δύο επιστημονικές επαναστάσεις: το απόλυτο κενό είναι υπαρκτό, και εμείς δεν περπατάμε απλώς στη γη, αλλά κολυμπάμε στον βυθό μιας θάλασσας από αέρα. Τέσσερα χρόνια αργότερα, ο Μπλεζ Πασκάλ έβαλε την τελική πινελιά. Ζήτησε να μεταφέρουν αυτόν τον περίεργο σωλήνα, το πρώτο βαρόμετρο, στην κορυφή ενός βουνού. Καθώς ανέβαιναν, η στήλη του υδραργύρου έπεφτε όλο και πιο χαμηλά. Ο ωκεανός του αέρα είχε πια μετρηθεί.
Η Αόρατη Ζυγαριά της Φύσης
Γιατί όμως ο υδράργυρος σταματάει ακριβώς στα 76 εκατοστά; Η απάντηση κρύβεται στην ισορροπία των πιέσεων. Φανταστείτε το σύστημα του Τορικέλι σαν μια τεράστια ζυγαριά:
1. Από τη μία πλευρά της ζυγαριάς (Ο Αέρας):
Ο αέρας της ατμόσφαιρας περιέχει αέρια (άζωτο, οξυγόνο κ.λπ.) τα οποία έχουν μάζα. Λόγω της βαρύτητας της Γης, αυτή η μάζα έχει βάρος. Ολόκληρη η στήλη αέρα που εκτείνεται από την επιφάνεια της λεκάνης μέχρι το διάστημα, πιέζει τον υδράργυρο της λεκάνης προς τα κάτω. Αυτή είναι η ατμοσφαιρική πίεση (Patm}.
2. Από την άλλη πλευρά της ζυγαριάς (Ο Υδράργυρος):
Μέσα στον γυάλινο σωλήνα, η στήλη του υδραργύρου τείνει να πέσει προς τα κάτω λόγω του δικού της βάρους. Η υδροστατική πίεση που ασκεί αυτή η στήλη στη βάση του σωλήνα εξαρτάται από το ύψος της και την πυκνότητα του υγρού, και περιγράφεται από τον θεμελιώδη νόμο της υδροστατικής:
PHg = ρgh
Όπου ρ η πυκνότητα του υδραργύρου, g η επιτάχυνση της βαρύτητας και h το ύψος της στήλης.
Η Στιγμή της Ισορροπίας:
Ο υδράργυρος θα χύνεται έξω από τον σωλήνα μέσα στη λεκάνη, μέχρι η πίεση που ασκεί η στήλη του PHg να γίνει ακριβώς ίση με την πίεση που ασκεί η ατμόσφαιρα Patm στην υπόλοιπη επιφάνεια της λεκάνης.
Patm = ρgh
Όταν η στήλη φτάσει στα 76 cm (στο επίπεδο της θάλασσας), το βάρος αυτού του υδραργύρου εξισορροπεί τέλεια το βάρος ολόκληρης της ατμόσφαιρας. Ο αέρας σπρώχνει προς τα κάτω την επιφάνεια της λεκάνης, αναγκάζοντας τον υδράργυρο να παραμείνει «σφηνωμένος» μέσα στον σωλήνα σε αυτό το ύψος. Το κενό στο πάνω μέρος του σωλήνα δεν ασκεί καμία πίεση προς τα κάτω (αφού δεν έχει ύλη), επιτρέποντας σε αυτή τη λεπτή ισορροπία να διατηρηθεί.
Τι απέδειξε ο Πασκάλ; Ανεβαίνοντας στο βουνό, η ποσότητα (το πάχος) της ατμόσφαιρας πάνω από τα κεφάλια τους μειώθηκε. Λιγότερος αέρας σημαίνει μικρότερο βάρος, άρα μικρότερη ατμοσφαιρική πίεση. Αφού η ατμόσφαιρα πίεζε πλέον τη λεκάνη με μικρότερη δύναμη, δεν μπορούσε να συγκρατήσει 76 εκατοστά υδραργύρου. Η ισορροπία χάλασε και η στήλη έπεσε πιο χαμηλά για να βρει το νέο σημείο ισορροπίας.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου