meccanica dei fluidi - gas | |
---|---|
Supporto teorico | |
Pressione atmosferica |
Galileo, cui venne sottoposto, nella speranza di una sua soluzione, l'inspiegabile problema della formazione del vuoto in corrispondenza della parte alta della condotta di aspirazione di alcune pompe aspiranti, continuò ad avere sulla questione negli ultimi anni della sua vita un vivo interesse. Tra le tante problematiche, egli si chiese se il limite di 10,33 metri sarebbe stato inferiore usando un liquido più denso dell'acqua, ma purtroppo morì prima di poter verificare questa ipotesi.
L'esperimento che portò all'invenzione del primo barometro e alla misurazione della pressione atmosferica fu effettuato nel 1644 da Evangelista Torricelli e Vincenzo Viviani. Se Torricelli riuscì a capire che i 76 centimetri di altezza della colonna di mercurio nel barometro equivalevano al limite di 10,33 metri di altezza incontrato nelle pompe aspiranti per un ipotetico barometro che utilizzasse al posto del mercurio l'acqua, Viviani intuì soprattutto che era il peso dell'aria a sostenere la colonna di liquido. Essi avevano insomma pesato l'aria dell'atmosfera terrestre. Per la prima volta si era dunque rilevata la pressione atmosferica e nello stesso tempo si era smentita la concezione aristotelica secondo la quale l'aria non aveva peso. Risultò infatti evidente invece che il peso della colonna di mercurio di 76 centimetri di altezza equivaleva al peso di una colonna d'aria di pari sezione che si elevasse fin dove giunge l'atmosfera. Inoltre la stessa pressione atmosferica era nello stesso modo in grado di sostenere una colonna d'acqua non superiore a 10,33 metri, perciò non si sarebbe mai riusciti a sollevare l'acqua ad un'altezza superiore con una sola pompa aspirante.
Difatti quando l'altezza della colonna di fluido entro la condotta di adduzione è tale che la pressione idrostatica alla base è uguale alla pressione atmosferica (pari a 76 cm di colonna di mercurio), la pompa non può che bloccarsi, visto che viene a mancare la spinta della pressione atmosferica che fa entrare l'acqua dentro al cilindro quando lo stantuffo è in fase d'aspirazione.
Un semplicissimo conto permette di confermare che l'altezza massima H è proprio di 10,33 m. Basta ricordare la legge idrostatica nel caso particolare di fluido incomprimibile: "la pressione alla base di una colonna di fluido incompressibile è pari al prodotto dell'altezza di tale colonna per il peso specifico g del fluido stesso". Ora, dato che il peso specifico del mercurio g Hg è 13,6 volte quello dell'acqua che è gacqua = 1 g/cm2, si ha allora la relazione 76 gHg = H gacqua che dà appunto il valore di H = 1033 cm = 10,33 m riportato poc'anzi.
Nei decenni che seguirono l'invenzione del barometro, si approfondirono lo studio del vuoto e dei gas. Tra i tanti esperimeenti, il più conosciuto e spettacolare fu sicuramente quello effettuato da Otto von Geuricke (Emisferi di Magdeburgo) nel 1654 nella città di Ratisbona.