気圧計の歴史と科学

概要

本記事では、天気予報士や科学者にとって必要不可欠な気圧計の歴史と科学について探求します。真空の存在に関する論争と、それが気圧計の発明につながった経緯について深く掘り下げ、ガスパロ・ベルティとエヴァンジェリスタ・トリチェリが行った実験についても取り上げます。

真空の不可能性

アリストテレスは、周囲の物質がすぐに満たすため、物質のない空間である真空は存在しないと主張しました。しかし、気圧計の発明は彼の主張を覆しました。

水ポンプの問題

17世紀初頭、イタリアの鉱夫たちは、彼らのポンプが10.3メートル以上の高さまで水を上げることができないという問題に直面しました。ガリレオ・ガリレイを含む一部の科学者は、パイプから空気を吸い出すことが水を上昇させ、空洞を置き換える力になると提案しましたが、その力は限られており、水を10.3メートル以上持ち上げることはできませんでした。

ガスパロ・ベルティの実験

ガスパロ・ベルティは、安定した真空を作成することが可能であることを示すために、簡単ながらも優れた実験を行いました。水を入れた長い管を用意し、両端をふさぎ、浅いプールに立てかけました。その後、管の下部を開け、水が流れ出て、管内に残った水位が10.3メートルになるまで流れ出しました。上部に隙間があり、管内に空気が入っていない状態で、ベルティは直接安定した真空を作成することに成功しました。

エヴァンジェリスタ・トリチェリの理論

ガリレオの若い弟子であるエヴァンジェリスタ・トリチェリは、問題を異なる角度から見ることにしました。彼は、この実験が真空を作成するための道具であるだけでなく、管の内側の水柱の圧力と、管外の大気圧との間のバランスを取ることができることに気づきました。管内の水位は、両方の圧力が等しくなるまで減少し、ちょうど水位が10.3メートルになるということです。

水銀気圧計

トリチェリは、水の代わりに水銀を使用してベルティの実験を繰り返し、水銀柱は約76センチメートルしかなかったことから、彼は器具をよりコンパクトにすることができ、重量が決定的な要素であるという彼の考えを裏付けました。実験のバリエーションでは、2本の管を使用し、2番目の管に大きなバブルを作成しました。ガリレオの解釈が正しかった場合、2番目の管のより大きな真空はより多くの吸引力を発揮し、水銀をより高く持ち上げるはずでした。しかし、両方の管の水位は同じでした。

トリチェリの発明の遺産

トリチェリの元のモデルに基づく水銀気圧計は、水銀の毒性のため、2000年に欧州での生産が中止されるまで、大気圧を測定する最も一般的な方法の1つでした。それにもかかわらず、トリチェリの発明は、箱や管の外側に思考を広げることがどのように大きな影響を与えるかの優れた例です。

結論

気圧計は、天気予報士や科学者にとって重要なツールであり、長年にわたって信じられてきたことに疑問を投げかけ、箱の外側に思考を広げることの重要性を証明する発明です。ガスパロ・ベルティとエヴァンジェリスタ・トリチェリが行った実験のおかげで、大気圧と極端な天候の関係についてより深く理解することができるようになりました。