Номер 31, страница 64, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Материалы для повторения при подготовке к экзамену. 3. Давление. Закон Архимеда и плавание тел - номер 31, страница 64.

Условие.

31. Расскажите об опыте Торричелли. Почему в этом опыте он использовал ртуть? Что удалось измерить в этом опыте?

Решение.

Расскажите об опыте Торричелли.

Опыт Торричелли, проведенный в 1643 году итальянским ученым Эванджелистой Торричелли, является фундаментальным экспериментом в физике, доказавшим существование атмосферного давления и позволившим его измерить. Для опыта была использована стеклянная трубка длиной около 1 метра, запаянная с одного конца. Эту трубку полностью заполнили ртутью. Затем, закрыв открытый конец пальцем, трубку перевернули и опустили этим концом в широкую чашу, также наполненную ртутью. Когда палец убрали, часть ртути из трубки вылилась в чашу, но не вся. В трубке остался столб ртути, высота которого оказалась равной примерно 760 мм над уровнем ртути в чаше. Пространство над столбиком ртути в трубке оказалось пустым — это явление получило название «торричеллиева пустота». Торричелли пришел к выводу, что столб ртути в трубке удерживается давлением, которое оказывает воздух на открытую поверхность ртути в чаше. Таким образом, давление атмосферы уравновешивается гидростатическим давлением столба ртути.

Ответ: В опыте Торричелли стеклянная трубка, заполненная ртутью, переворачивается в чашу с ртутью, в результате чего в трубке остается столб ртути высотой около 760 мм, давление которого уравновешивается давлением атмосферы.

Почему в этом опыте он использовал ртуть?

Торричелли использовал ртуть по двум основным причинам:

1. Высокая плотность. Ртуть — одна из самых плотных жидкостей, её плотность ($\rho_{рт} \approx 13600$ кг/м³) примерно в 13,6 раз больше плотности воды ($\rho_{в} \approx 1000$ кг/м³). Благодаря этому столб ртути, уравновешивающий нормальное атмосферное давление, имеет удобную для измерений и работы в лаборатории высоту — около 76 см. Если бы в опыте использовалась вода, то для уравновешивания того же давления потребовался бы столб высотой $h_{в} = \frac{p_{атм}}{\rho_{в}g} \approx \frac{101325 \text{ Па}}{1000 \text{ кг/м}^3 \cdot 9,8 \text{ м/с}^2} \approx 10,3$ м. Создание и работа со стеклянной трубкой длиной более 10 метров были бы крайне затруднительными.
2. Низкое давление паров. Ртуть имеет очень низкое давление насыщенных паров при комнатной температуре. Это означает, что в «торричеллиевой пустоте» над столбиком жидкости содержится ничтожно малое количество паров ртути, и их давлением можно пренебречь. Это обеспечивает высокую точность измерения атмосферного давления. Вода же, наоборот, довольно активно испаряется, и давление её паров оказало бы существенное влияние на высоту столба жидкости, искажая результат.

Ответ: Ртуть была использована из-за её высокой плотности, что позволило получить столб жидкости удобной для измерений высоты (около 76 см), и из-за низкого давления паров, что обеспечило точность эксперимента.

Что удалось измерить в этом опыте?

Опыт Торричелли позволил впервые в истории науки:

• Измерить атмосферное давление. Эксперимент наглядно доказал, что воздух имеет вес и оказывает давление на земную поверхность и все находящиеся на ней тела. Высота ртутного столба стала первой количественной мерой этого давления.
• Создать первый барометр. Прибор, состоящий из трубки с ртутью и чаши, стал прообразом первого ртутного барометра — устройства для измерения атмосферного давления. Торричелли заметил, что высота столба ртути меняется со временем, и правильно связал это с изменением погоды.
• Получить вакуум. Пространство над ртутью в трубке («торричеллиева пустота») стало первым в истории устойчивым искусственным вакуумом. Это опровергло многовековую догму Аристотеля о том, что «природа боится пустоты» (*horror vacui*), и положило начало изучению свойств вакуума.

Ответ: В этом опыте удалось впервые измерить величину атмосферного давления, а также доказать его существование и создать первый в мире барометр и получить искусственный вакуум.