§ 9. Давление, меньшее атмосферного. Барометр.

Если из сосуда, изображенного на рис. 11, выкачать немного воздуха, то давление в нем станет меньше атмосферного, вследствие чего уровень жидкости в колене А -образной трубки поднимется выше уровня жидкости в колене В. Произойдет, как говорят, всасывание жидкости на высоту. На рис. 17 изображен такой же опыт в несколько измененном виде.

Возникает вопрос, до какой высоты возможно всасывание жидкости. В старину всасывание объясняли тем, что жидкость «боится пустоты» и поэтому поднимается, если давление над нею уменьшается. В действительности эти слова, конечно, ничего не объясняли, а только устанавливали определенный факт. Является ли «боязнь пустоты» безграничной или же имеет какие-то пределы — об этом не знали. Этим вопросом впервые занялся Галилей (Galilei). К этому его побудила неудача флорентийских мастеров, поставивших в одном из водяных насосов всасывающий клапан на высоте свыше 10 м над уровнем воды.

Несмотря на все старания мастеров, насос не мог поднять воду на такую высоту. Причину этого впервые объяснил только ученик Галилея Торичелли (Toricelli) на основе опытов с ртутью, произведенных в 1643 г. по его побуждению его другом Вивиани (Viviani).

Рис. 17. Всасывание жидкости на высоту

Правильное объяснение всасывания в настоящее время не представляет никаких затруднений. Всасывание возникает всегда в том случае, когда на столб жидкости действует давление, меньшее атмосферного. Но давление в сосуде, изображенном на рис. 17, нельзя сделать меньше нулевого значения, которое получается при полном выкачивании воздуха. Следовательно, жидкость в трубке может подняться самое большее на такую высоту которая соответствует полному давлению воздухаро, т.е. на высоту, равную

Упомянутый выше опыт Вивиани состоял в следующем. Стеклянная трубка длиной в два локтя (120 см) со стеклянным шаром на одном конце целиком наполнялась через открытый конец до верху ртутью и закрывалась пальцем. Затем трубка перевертывалась шаром вверх и опускалась другим концом, оставаясь закрытой пальцем, в чашку со ртутью. Как только палец отнимался, ртуть сейчас же опускалась до высоты 1 1/4 локтя (75 см) над уровнем ртути в чашке. Торичелли правильно заключил отсюда, что получающийся столб ртути уравновешивается давлением наружного воздуха или, как можно сказать, весом столба воздуха, простирающегося до границ атмосферы и имеющего такое же поперечное сечение, как и столб ртути. Торичелли заметил также, что столб ртути имеет не всегда одинаковую высоту, и вывел отсюда, что давление воздуха подвержено определенным колебаниям. Этот факт оказался чрезвычайно важным для развития метеорологии. Наконец, Торичелли указал, что давление воздуха на вершине горы должно быть меньше, чем у подножия, и поэтому на вершине горы столб ртути должен быть ниже, чем у подножия. Это было доказано спустя несколько лет Перрье (Perrier), который по предложению Паскаля (Pascal) измерил высоту столба ртути у подножия и на вершине горы Пюи-де-Дом, имеющей высоту 975 м. Оказалось, что высота столба ртути на вершине горы была меньше, чем у подножия, на 3 дюйма. По предложению же Паскаля прибор, впервые примененный Вивиани, был назван барометром. Это название

(от греческого barus - тяжелый) означает, что прибор измеряет вес столба воздуха, расположенного над местом наблюдения.

На применении барометра основана единица давления, называемая физической атмосферой. Средняя высота столба ртути в барометре на уровне моря составляет круглым числом 760 мм. Давление воздуха, соответствующее этому показанию барометра при температуре ртути в условились считать нормальным и дали ему название физической атмосферы. Прилагательное «физическая» добавлено для того, чтобы устранить смешивание с технической атмосферой, равной и обычно применяемой в технике. Удельный вес ртути при 0°С равен следовательно, ртути весит Поэтому столбу ртути высотой 76 см соответствует давление воздуха, равное

Если наполнить барометр вместо ртути водой, то высота столба, уравновешивающего давление, равное т.е. одной физической атмосфере, будет составлять Следовательно, предельная высота, на которую может поднимать воду всасывающий насос, будет всегда меньше этого значения (практически вследствие наличия вредных пространств и зазоров она не превышает

Из определения физической атмосферы следует, что ее величина в известной мере зависит от притяжения Земли. Так как последнее не одинаково во всех местах земного шара, то необходимо условиться, какое значение ускорения свободного падения является нормальным при определении физической атмосферы. Таким значением принято считать значение , которое имеет место на широте 45° на уровне моря. При всяком другом значении ускорения свободного падения физическая атмосфера будет равна

причем, конечно, имеются в виду килограммы в рассматриваемом пункте наблюдения. Для того чтобы освободиться от этих несколько произвольных требований, в последнее время введена новая единица давления, связанная с системой единиц и равная . Эта единица давления получила название бар. Одному бару при нормальной тяжести соответствует ртутный столб высотой 750,06 мм. Миллибар, равный Уюоо бара, в настоящее время стал обычной единицей для измерения давления в метеорологии. Физическая атмосфера равна 1013,25 миллибара, а техническая атмосфера равна 980,66 миллибара.