Атмосферний тиск

Чи відчували ви коли-небудь, як закладає вуха, коли ви піднімаєтеся на крутий пагорб. Або дивувалися, яка магія змушує ваш улюблений напій підніматися по соломинці. Це я, тихо працюю на задньому плані. Я — величезна, невидима вага, постійна присутність, що тисне на все і всіх, завжди. Уявіть собі гігантську, затишну ковдру з повітря, яка щільно огортає всю Землю. Ця ковдра має товщину в багато кілометрів, і хоча ви не можете її побачити, ви можете відчути її вплив всюди. Саме вона утримує дорогоцінне повітря нашої планети від того, щоб воно не розсіялося в холодній, порожній безодні космосу. Я — причина, чому птахи можуть ширяти, а повітряні змії — танцювати на вітрі. Протягом століть я був загадкою, невидимою силою, яка керувала багатьма аспектами життя. Люди знали, що я існую, але не знали, що я таке і наскільки я могутній. У них не було для мене назви, поки вони не почали ставити запитання і шукати відповіді. Я — вага повітря навколо вас. Я — Атмосферний тиск.

Дуже довго найвидатніші уми вважали, що природа не терпить порожніх просторів. Давньогрецький філософ Арістотель висунув ідею під назвою «horror vacui», що з латини означає «природа боїться порожнечі». Він, як і багато інших після нього, був переконаний, що справжній вакуум неможливий; щось завжди поспішить заповнити будь-яку порожнечу. Ця ідея панувала майже дві тисячі років. Але в 1640-х роках практична проблема поставила це давнє вірування під сумнів. Шахтарі в Італії намагалися відкачати воду з глибоких шахт, але зіткнулися з дивним обмеженням. Незалежно від потужності їхніх насосів, вони не могли підняти воду вище, ніж приблизно на 10 метрів. Водяний стовп просто розривався, залишаючи простір нагорі. Ця загадка зацікавила кмітливого італійського вченого Еванджелісту Торрічеллі, який був учнем великого Галілея. Він запідозрив, що стара ідея була хибною. У 1643 році Торрічеллі розробив геніальний експеримент. Він узяв довгу скляну трубку, запаяну з одного кінця, і наповнив її доверху ртуттю — рідиною, набагато важчою за воду. Потім він обережно перевернув трубку догори дном у посудину, також наповнену ртуттю. Замість того, щоб уся ртуть вилилася, стовпчик лише трохи опустився, залишивши простір нагорі запаяної трубки. Цей порожній простір був першим стійким вакуумом, коли-небудь створеним людиною. Це довело, що справа не в «horror vacui». Це був я. Мій тиск, що діяв на ртуть у відкритій посудині, був достатньо сильним, щоб утримувати важкий стовп ртуті всередині трубки.

Відкриття Торрічеллі було революційним, і новина про нього поширилася по всій Європі, викликавши цікавість інших учених. Одним із них був французький математик і філософ Блез Паскаль. Він міркував, що якщо я дійсно є вагою повітряної ковдри, то я маю бути легшим — або чинити менший тиск — на більших висотах, де над нами менше повітря. Щоб перевірити це, він організував експеримент. 19-го вересня 1648 року він попросив свого зятя, Флорена Пер'є, виконати складне завдання. Пер'є взяв один із ртутних барометрів Торрічеллі й піднявся з ним на гору Пюї-де-Дом у центральній Франції, висота якої становить майже 1500 метрів. Як і передбачав Паскаль, стовп ртуті в трубці опускався все нижче і нижче, чим вище піднімався Пер'є. Коли він спустився, ртуть знову піднялася до початкового рівня. Експеримент мав повний успіх і довів, що моя сила змінюється з висотою. Але, мабуть, найдраматичніша демонстрація моєї сили відбулася кількома роками пізніше. У 1654 році німецький учений і мер міста Магдебург, Отто фон Ґеріке, захотів показати світові мою неймовірну силу. Він виготовив дві великі порожнисті мідні півкулі, які ідеально з'єднувалися, утворюючи сферу. Потім за допомогою винайденого ним насоса він відкачав повітря зсередини, створивши вакуум. Оскільки я тиснув на сферу ззовні з усіх боків, дві половини були щільно притиснуті одна до одної. Потім він запряг дві упряжки коней, по вісім коней у кожній, до півкуль і змусив їх тягнути щосили в протилежні боки. Коні напружувалися і тягнули, але не могли роз'єднати півкулі. Моя невидима хватка була надто сильною. Лише коли фон Ґеріке відкрив клапан, щоб впустити повітря назад, півкулі з легким брязкотом розпалися.

Ці ранні експерименти були лише початком. Сьогодні розуміння мене є надзвичайно важливою частиною вашого повсякденного життя. Коли синоптик у новинах говорить про «систему високого тиску», він говорить про те, що я трохи важчий, що зазвичай означає ясне небо та спокійну погоду. «Система низького тиску» означає, що я легший, що часто приносить хмари, вітер і шторми. Я також ваш партнер у подорожах. Крила літака мають спеціальну форму, щоб повітря рухалося швидше над верхньою частиною, ніж під нижньою. Це створює різницю тиску — нижчий тиск зверху і вищий знизу — що генерує підіймальну силу і дозволяє масивному літаку ширяти в небі. Навіть така проста річ, як присоска, що прилипає до вікна, працює завдяки мені. Коли ви притискаєте присоску, ви виштовхуєте повітря з-під неї. Потім я тисну на зовнішню сторону присоски, міцно утримуючи її на місці. Від прогнозування штормів до допомоги вам пити сік, я — постійний, корисний супутник. Розуміючи мене, люди навчилися безпечніше орієнтуватися у своєму світі, подорожувати швидше, ніж будь-коли, і навіть проєктувати космічні кораблі, які можуть залишити мою захисну ковдру, щоб досліджувати космос. Я — нагадування про те, що іноді найпотужніші сили — це ті, яких ми не бачимо, і що у нашому світі завжди є щось нове і дивовижне для відкриття.