ÁP SUẤT KHÔNG KHÍ
- Nội dung phát hiện: Không khí cũng có trọng lượng và luôn gây ra lực ép xuống chúng ta.
- Người phát hiện: Evangelista Torricelli.
Phát hiện áp suất không khí tại sao lại có tên trong danh sách 100 phát hiện vĩ đại nhất?
Không khí cũng có trọng lượng và luôn gây áp lực xuống chúng ta, đây là một hiện tượng dễ dàng có thể thấy được, thế nhưng con người lại không cảm nhận được nó. Áp suất không khí đã trở thành một phần tất yếu trong cuộc sống của con người nên bạn không nhận ra được nó. Các nhà khoa học trước đây cũng vậy, họ không bao giờ tính đến trọng lượng của không khí và bầu khí quyển.
Phát hiện của Torricelli chính thức mở ra khoa học nghiên cứu thời tiết và tầng khí quyển, là nền tảng cơ sở cho các nghiên cứu về trọng lực của Newton và các nhà khoa học sau này. Phát hiện này sau đó cũng giúp Torricelli nêu ra khái niệm về chân không, giúp ông phát minh ra máy đo nghiên cứu khí tượng cơ bản – Khí áp kế.
Áp suất không khí đã được phát hiện ra như thế nào?
Vào một ngày đẹp trời tháng 10 năm 1640, nhà bác học lỗi lạc người Italia Galileo đang tiến hành thực nghiệm bơm hút nước bên một miệng giếng cách trung tâm thương mại Florence Italia không xa. Ông lấy một đầu ống mềm nhúng xuống nước, sau đó treo ống mềm đó lên một xà gỗ ngang có độ cao cách thành giếng ba mét, đầu kia nối đến máy bơm nước bằng tay. Giúp Glileo giữ máy bơm nước là hai trợ thủ, một người là nhà bác học Torricelli, người kia là nhà vật lý học người Italia – Giovanni Baliani.
Torricelli và Giovanni Baliani lắc mạnh tay cầm bằng gỗ của máy bơm, không khí trong ống mềm dần bị rút ra, nước từ từ dâng lên trong ống. Chiếc máy bơm khiến cho ống mềm bị hút dẹt như ống hút nước ngọt. Lúc này, cho dù họ có lắc tay cầm mạnh như thế nào thì độ cao của nước so với mặt nước trong giếng không vượt quá 9,7m, và lần nào cũng lặp lại như vậy.
Galileo giải thích rằng, trọng lượng của một cột nước bằng một cách nào đó đã khiến nước trở về độ cao đó.
Năm 1643, Torricelli lại bắt đầu tiến hành nghiên cứu những bí mật của máy bơm nước. Trên cơ sở lý luận của Galileo, các chất lỏng nặng hơn cũng có thể đạt đến trọng lượng tới hạn tương tự và hạ xuống ở độ cao thấp hơn. Trọng lượng của thủy ngân bằng 13,5 lần trọng lượng của nước, do đó mà độ cao của một cột thủy ngân sẽ không vượt qua 1/13,5 độ cao của cột nước, tức là khoảng 30 inch.
Torricelli cho thủy ngân vào trong một ống thủy tinh có độ dài 6 foot và nút chặt chai đầu ống. Ông dốc ống thủy tinh lên, cho đầu đút vào trong bình chứa sẵn thủy ngân. Đúng như ông đã dự đoán, sau khi mở nút ra, thủy ngân lập tức chảy vào bình nhưng không chảy hết tất cả.
Torricelli đo độ cao của cột thủy ngân trong ống đúng như suy nghĩ của ông, độ cao của cột thủy ngân đo được là 30 inch. Thế nhưng ông vẫn nghi ngờ nguyên nhân của việc này có liên quan đến hiện tượng chân không trên cột thủy ngân.
Ngày hôm sau, trời đổ mưa lớn, nước mưa hắt cả vào trong cửa sổ, Torricelli vẫn tiến hành thí nghiệm nghiên cứu chân không trong cột thủy ngân. Thế nhưng hôm nay mực thủy ngân dâng lên trong cột chỉ đạt độ cao 29 inch. Torricelli cảm thấy vô cùng khó hiểu vì ông luôn nghĩ thủy ngân sẽ dâng lên đúng độ cao như ngày hôm qua. Hai thí nghiệm này có chỗ nào không giống nhau? Ngoài trời mưa vẫn không ngừng hắt vào cửa sổ, nhà bác trầm ngâm chìm vào trong suy ngẫm.
Một ý nghĩ chợt lóe lên trong đầu Torricelli, hai lần thí nghiệm cho kết quả không giống nhau là do chúng tiến hành trong các điều kiện thời tiết khác nhau, không khí chắc hẳn có trọng lượng. Câu trả lời cho bí mật của máy bơm nước không phải là do trọng lượng chất lỏng hay hiện tượng chân không mà do trọng lượng của không khí xung quanh.
Torricelli nhận ra: trọng lượng của không khí trong bầu khí quyển đã gây ra áp suất đối với thủy ngân ở trong bình thí nghiệm, áp suất đó đã đẩy thủy ngân ngược trở lại vào trong ống thủy tinh. Trọng lượng của thủy ngân chứa trong ống thủy tinh hoàn toàn phù hợp với trọng lượng do áp suất của khí quyển tác động đến lượng thủy ngân chứa trong bình.
Khi trọng lượng của khí quyển thay đổi, áp suất của nó đối với bình thủy ngân cũng tăng lên hoặc giảm đi, điều này dẫn đến sự dâng lên hay hạ xuống của thủy ngân chứa trong ống nghiệm. Thời tiết thay đổi cũng gây ra biến đổi về trọng lượng của khí quyển.
Torricelli không chỉ là người đã khám phá ra áp suất khí quyển, ông còn tìm ra phương pháp đo lường và nghiên cứu áp suất của khí quyển.
