ГЛАВА 18. ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ

На поршень действуют (рис. 18.1): силы тяжести m, сила со стороны газа , направленная вертикально вверх, и сила со стороны атмосферного воздуха , направленная вертикально вниз (см. рис. 18.1). Проецируя условие равновесия поршня

на вертикальную ось и выражая силы и через давление атмосферного воздуха и давление газа в сосуде p, получим

где S — площадь поперечного сечения сосуда. Теперь из уравнения Клапейрона-Менделеева можно найти температуру газа. Учитывая, что объем газа равен V = Sh и используя предыдущую формулу для давления, находим

Издревле для подъема воды использовались водяные насосы, в которых вода поднималась по трубе вслед за поршнем. Этот опыт легко проделать в домашних условиях. Надо полностью опустить в воду стакан, под водой выпустить из него весь воздух, затем расположить дном вверх и в таком положении вытаскивать из воды. Вода будет подниматься вместе со стаканом так, что под дном стакана не будет никакого пустого пространства. До середины XVII в. благодаря Аристотелю считалось, что подъем воды происходит потому, что «природа боится пустоты» (слова Аристотеля). Однако при сооружении фонтанов во Флоренции обнаружилось, что вода не поднимается выше 34 футов (10 метров). Строители обратились к Г. Галилею, который пошутил, что, по-видимому, природа перестает бояться пустоты на высоте более 34 футов, но поручил разобраться в этом вопросе своим ученикам — Э. Торричелли и В. Вивиани. Те провели опыт с запаянной с одной стороны трубкой и ртутью — ртуть поднималась в трубке до высоты около 76 см, а при дальнейшем вытягивании трубки из ртути ртуть оставалась на месте, что приводило к появлению пустоты между поверхностью ртути и дном трубки («Торричеллиевая пустота»). Осмысливая результаты эксперимента, Торричелли делает вывод, что атмосферный воздух имеет вес (совершенно неожиданный для того времени вывод) и удерживает ртуть в трубке давлением на свободную поверхность ртути в сосуде. Это давление называется атмосферным и составляет около 10⁵ Па.