ატმოსფერული წნევა. ტორიჩელის ცდა

უკვე მრავალჯერ ნათქვამს კიდევ ერთხელ ვიმეორებთ – სიმძიმის ძალა დედამიწაზე არსებულ ყველა სხეულზე მოქმედებს, მათ შორის დედამიწის გარშემო არსებულ აირად გარსზე – ჰაერზე, რაც იმას ნიშნავს, რომ ჰაერს წონა გააჩნია. ეს მტკიცება უძველესი დროის მეცნიერთათვის დავის საგანი იყო. სხვა მეცნიერებთან ერთად, არისტოტელეც ფიქრობდა, რომ ჰაერს წონა არ გააჩნია. დღეს ყველასათვის ცხადია, რომ ეს მტკიცება არასწორია. რასაკვირველია, ჰაერს აქვს წონა, რაც უმარტივესი ცდით დასტურდება. თუ შევადარებთ ცარიელ და ჰაერით სავსე ერთნაირი რეზინის ბუშტების მასებს, ჰაერით სავსე ბუშტის მასა მეტი აღმოჩნდება (სურ.1). მაშასადამე, ჰაერს აქვს წონა და გამოთვლებით დადგენილია, რომ 1მ³ მოცულობის ჰაერის მასა 1,3კგ-ია, ხოლო წონა

სურ.1

ნებისმიერი ციური სხეულის (ვარსკვლავის, პლანეტის, თანამგზავრის, კომეტის ა. შ.) აირად გარსს ატმოსფერო ეწოდება. ბერძნულად „ატმოს“ ორთქლს, ჰაერს ნიშნავს, „სფერა“ კი – სფეროს. დადგენილია, რომ დედამიწის ატმოსფეროს რთული შემადგენლობა აქვს, თუმცა თუ არ გავითვალისწინებთ სხვა აირების მცირე პროცენტულ შემადგენლობას, შეიძლება ჩაითვალოს, რომ დედამიწის ზედაპირის მახლობლად ჰაერის  78% აზოტია,  21% ჟანგბადი, % არგონი, % ნახშირორჟანგი.

ნახ.1 დედამიწის ხელოვნურ თანამგზავრებზე დაკვირვება გვიჩვენებს, რომ ატმოსფერო რამდენიმე ათასი კილომეტრის სიმაღლეზე ვრცელდება. ესე იგი ჩვენ, ჰაერის ოკეანის ფსკერზე, დედამიწაზე ვცხოვრობთ. ოკეანის წყლის მსგავსად, ჰაერის ზედა ფენები აწვება ქვედა ფენებს. ჰაერის ფენა, რომელიც უშუალოდ დედამიწას ეკვრის, ყველაზე მეტად არის შეკუმშული. დედამიწის ზედაპირი და მასზე მდებარე სხეულები, მათ შორის ჩვენც, ჰაერის უზარმაზარი ფენების ზეწოლას განვიცდით, ანუ, როგორც ამბობენ, განვიცდით ატმოსფერულ წნევას.

ბუნებრივად ჩნდება კითხვა: თუ დედამიწა იზიდავს ჰაერის შემადგენელ მოლეკულებსა და ატომებს, რატომ არ ეცემიან ჰაერის მოლეკულები დედამიწის ზედაპირზე? როგორ ინარჩუნებს დედამიწა თავის ატმოსფეროს? ამის მიზეზი ჰაერის მოლეკულების განუწყვეტელი და ქაოსური მოძრაობაა. მოლეკულები განუწყვეტლივ ქაოსურად მოძრაობენ, თუმცა დედამიწის ატმოსფეროს ვერ ტოვებენ, რადგან დედამიწის მიზიდულობა აკავებთ მათ.

ატმოსფერული წნევის არსებობის დამასაბუთებელი უამრავი ცდა არსებობს. ერთ-ერთი ცდა ასეთია: მინის მილი მჭიდროდ მორგებული დგუშით მეორე ღია ბოლოთი ჩავუშვათ წყალში (ნახ.2). ავწიოთ დგუში. დავაკვირდეთ, შევამჩნევთ, როგორ მიჰყვება დგუშს წყალი. ეს ხდება იმიტომ, რომ დგუშის აწევისას დგუშსა და წყალს შორის წარმოიქმნება უჰაერო სივრცე. გარე ატმოსფერული წნევით აწვება ჰაერი წყალს და უჰაერო სივრცეში დგუშის კვალდაკვალ შედის წყალი. ამ პრინციპით მუშაობს ტუმბო, რომელიც ჯერ კიდევ

ნახ.2

შორეულ წარსულში შეიქმნა, თუმცა მაშინ მიაჩნდათ, რომ „ბუნებას სიცარიელის ეშინია“ და ამიტომ მიჰყვება წყალი დგუშს. ეს მოსაზრება საუკუნეების განმავლობაში ბატონობდა. მაგრამ ერთხელ ფლორენციაში, როდესაც წყლის დიდ სიმაღლეზე აყვანა დასჭირდათ, აღმოაჩინეს, რომ 10,3მ-ზე მაღლა წყლის აყვანა არ ხერხდებოდა. გალილეო გალილეიმ შეამოწმა ტუმბოები. ისინი წესრიგში იყო, თუმცა წყალი მაღლა ვერ ადიოდა. რატომ? დიდმა მეცნიერმა ვერ მოასწრო კითხვაზე პასუხის გაცემა. ის გარდაიცვალა. ამ კითხვაზე პასუხი გასცა გალილეო გალილეის მოწაფემ ევანჯელისტა ტორიჩელიმ, უფრო მეტიც, მან პირველმა გაზომა ატმოსფერული წნევა, თუმცა ამ საკითხს მოგვიანებით დავუბრუნდებით.

ძალზე შთამბეჭდავია ისტორიაში ცნობილი გერიკეს ცდა. ოტო ფონ გერიკე გერმანიის ქალაქ მაგდებურგის მერი იყო (XVII საუკუნე). ის ამავე დროს შესანიშნავი ფიზიკოსი გახლდათ. გერიკემ გამოიგონა ტუმბო, რომლის საშუალებითაც ერთმანეთზე მჭიდროდ მორგებული ლითონის ნახევარსფეროებიდან გამოტუმბა ჰაერი. ნახევარსფეროების შიგნით შეიქმნა უჰაერო სივრცე და შესაბამისად, წნევა ნახევარსფეროების შიგნით გახდა ნულთან მიახლოებული (იმ პერიოდში აბსოლუტური ვაკუუმის შექმნა ტექნიკურად შეუძლებელი იყო). გარე ატმოსფერული წნევის მოქმედებით სფეროები ისე ძლიერად მიეკრა ერთმანეთს, რომ რვა წყვილმა ცხენმა ვერ შეძლო მათი დაშორება (ნახ.3).

სურ.3

მაშასადამე, არსებობს ატმოსფერული წნევა, მაგრამ შეიძლება თუ არა მისი გაზომვა? ამ შემთხვევაშიც ხომ არ ვისარგებლოთ სითხის წონით გამოწვეული ჩვენთვის ცნობილი ფორმულით? არა, რადგან ატმოსფეროს სიმაღლის ზუსტი საზღვარი ზემოთ არ გააჩნია, ამასთან ჰაერის ფენების სიმკვრივე ზუსტი არ არის. იგი სიმაღლის ზრდასთან ერთად მცირდება.

ატმოსფერული წნევა, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, პირველად გაზომა იტალიელმა ფიზიკოსმა ტორიჩელიმ (1608-1647). თავდაპირველად მან გამოთქვა ვარაუდი, რომ წყლის დგუშით აწევის ნამდვილი მიზეზი არის არა „ბუნების შიში სიცარიელისადმი“, არამედ ატმოსფერული წნევა.

მან ასევე ივარაუდა და ცდით დაასაბუთა, რომ უფრო მძიმე სითხე დგუშს 10,3მ-ზეც ვერ აჰყვება. ტორიჩელი მიხვდა, რომ ატმოსფერული წნევის გაწონასწორება შესაძლებელი იქნებოდა წყალზე მკვრივი სითხით, ვერცხლისწყლით და შესაბამისად, ვერცხლისწყლის სვეტის წნევის გაზომვით ატმოსფეროს წნევასაც გაზომავდა. მართლაც, ტორიჩელის მიერ ჩატარებული ცდა (ნახ.4), რომლის

ნახ.4

საშუალებითაც პირველად გაიზომა ატმოსფერული წნევა, მდგომარეობდა შემდეგში: ერთი მხრიდან დარჩილული 1მ. სიგრძის მილი აავსო ვერცხლისწყლით, მჭიდროდ დახურა მინის ღია ბოლო, გადმოაბრუნა, ჩაუშვა ვერცხლისწყლით სავსე ჯამში და მილის ღია ბოლო გაათავისუფლა. ვერცხლისწყლის ნაწილი ჯამში ჩაიღვარა. სვეტის სიმაღლე მხოლოდ 76სმ. შენარჩუნდა. ვერცხლისწყლის ჩაღვრა მაშინ შეწყდა, როცა სვეტის წნევა გაუტოლდა ვერცხლისწყლის ღია ზედაპირზე ატმოსფერულ წნევას. მილში ვერცხლისწყლის ზემოთ სივრცე ცარიელი აღმოჩნდა. ამ სივრცეს ტორიჩელის სიცარიელეს უწოდებენ.

ამგვარად, ვერცხლისწყლის სვეტის წნევა გაწონასწორებულია გარე ატმოსფერული წნევით და თუ გამოვთვლით სვეტის წნევას, გვეცოდინება ატმოსფერული წნევა.

ნახ.5

თუ ტორიჩელის მილს მივამაგრებთ სახაზავს, მივიღებთ ატმოსფერული წნევის გასაზომ ხელსაწყოს, რომელსაც ვერცხლისწყლიანი ბარომეტრი ეწოდება. ბერძნულად „ბაროს“ – სიმძიმეს აღნიშნავს, „მეტრეოს“ კი – ვზომავ. ასეთი ხელსაწყოს დაგრადუირება გაცილებით მოსახერხებელია ვერცხლისწყლის სვეტის მილიმეტრებით:

ამრიგად, ამ სტატიაში ჩვენ გავეცანით ატმოსფერულ წნევას, მისი ექსპერიმენტული გაზომვისთვის ჩატარებულ ტორიჩელის ცდას, გავაანალიზეთ გერიკეს ცდა და დავაკავშირეთ ერთმანეთთან ატმოსფერული წნევის საზომი ერთეულები.

ლიტერატურა:

1. ელენე სურგულაძე. მანანა კასრაძე. ფიზიკა VII კლასი. 2003 წ;
2. გიორგი გედენიძე, ეთერ ლაზარაშვილი, ფიზიკა VII კლასი. 2001 წ;
3. ილუსტრაციები აღებულია ვებგვერდებიდან:

https://magdeburg-deneyi.nedir.org/

https://www.nasa.gov/centers/langley/pdf/245898main_MeteorologyTeacherRes-Ch7.r3.pdf

https://www.pinterest.com/pin/90986854943969010/?lp=true