Барометры и Владыкино
В 1723 году Прокопович пишет жалобное письмо русскому императору Петру I. Отношения у них были хорошие, ведь Феофан поддерживал церковные реформы Петра, а за это получал и определенные дивиденды в виде поста первого вице-президента Святейшего синода и куда более осязаемых подарков: Карповского подворья в Петербурге или целого села Владыкино. Он мог себе позволить жаловаться.
Предметом несчастья священника было устройство этого самого Владыкина. Ничего своего нет: дрова приходится покупать, сена тоже не наберешься. Кроме того, священник выражал желание варить собственное пиво. Сказано — сделано: во Владыкине появилась пивоварня, стали высаживать для продажи малину и ежевику — постепенно село стало приносить хозяину деньги. Открыли даже предприятие по производству барометров.
Что такое барометр и для чего он нужен?
До XVII века погоду определяли по приметам. Багровое небо на закате — к дождю, стрижи летают низко к земле — к скорому дождю. Выходит из-за темных туч сияющее солнце — к грозе. И так далее. Некоторые до сих пор покупают специальные календари и смотрят, индевеют ли стекла в определенное число сентября. Большинство, конечно, поддались соблазну и смотрят прогноз погоды. Раньше такой альтернативы не существовало.
Ученик Галилео Галилея Эванджелиста Торричелли представил в 1644 году диковинное устройство — барометр. Торричелли вообще принадлежит авторство самой теории атмосферного давления. Дело в том, что до этого этим вопросом занимался Аристотель, и многое из того, что он вывел, считалось чуть ли не истиной в последней инстанции. Однажды он объяснил движение воды за поршнем насоса тем, что пустоты в природе быть не может. В XVII веке строители фонтанов во Флоренции с удивлением обнаружили, что вода, поднимаемая насосом, останавливается на высоте около 10 метров. Галилей, к которому они обратились за разъяснениями, отшутился, что, вероятно, природа не терпит пустоты до высоты в 10 метров. Но его ученики стали этим серьезно заниматься.
Торричелли и Вивиани обнаружили, что высота, на которую поднимется жидкость, зависит от ее плотности. Плотность ртути выше плотности воды в 13 раз, высота ее подъема оказалась в 13 раз меньше. Вряд ли ученые сильно помогли строителям, но пришли к неожиданному открытию. На столе был сосуд с ртутью, в него вертикально погрузили запаянную сверху трубку с такой же ртутью. Часть ртути вылилась в сосуд, образовав в трубке безвоздушную пустоту (она получит название «торричеллиевой пустоты»), но часть оставалась в трубке. Значит, воздух давил на ртуть в сосуде, вталкивал ее в эту трубку или, если точнее, не давал ей выбраться.
Конечно, ученые долго не могли в это поверить, но Торричелли и Вивиани были уверены: воздух имеет вес и его можно измерить. На основе проведенного эксперимента создали прибор, который и был назван барометром. Данные, которые удавалось получить с его помощью, помогали в определении атмосферных явлений и, что самое важное, могли их предсказывать.
В 1648 году Флорен Перье взял торричеллиеву трубку с собой на гору Пюи-де-Дом. Он должен был проверить расчеты физика Блеза Паскаля. Тот страдал ревматизмом и не мог подняться на гору самостоятельно. По предположению Паскаля, на высоте атмосферное давление должно быть ниже. Замер на высоте 1647 метров это подтвердил — ртуть в торричеллиевой трубке поднялась на меньшую высоту, чем та же ртуть в той же трубке у самого подножия горы. Теория Паскаля подтвердилась, а единица давления в результате получила его имя.
Первые барометры были невероятно сложными в использовании и обслуживании. Положение чаши, в которую погружалась торричеллиева трубка, нужно было корректировать — уровень ртути в чаше должен был соответствовать началу шкалы. Работа явно не для простого смертного.
Без ртути
Эксперименты с определением веса воздуха продолжаются уже другими учеными. В 1657 году был представлен водяной прибор. Немецкий физик Отто фон Герике узнал об открытии Торричелли и решил попробовать рассчитать вес воздуха с помощью водяного устройства. Длинная медная трубка прикреплялась к стене трехэтажного дома самого ученого. Внизу она погружалась в сосуд с водой, а наверху эта трубка была оборудована насосом со специальным краном. Насос закачивал воду, а затем вся система закрывалась сверху краном и вода стекала по трубке до той высоты, до которой ей позволял течь давивший на поверхность воды в сосуде воздух. Герике выяснил, что высота воды в трубке не постоянная величина, она меняется, а значит — меняется атмосферное давление. В сосуд с водой он поместил поплавок в форме человечка, который рукой указывал на метки специальной шкалы. Отличие от ртутного механизма было, в общем, только в высоте трубки — она должна была быть выше как минимум в 13 раз. Ученый уже использовал устройство именно для определения погодных явлений. В 1660 году жители Магдебурга сильно удивились, когда за два часа до сильной бури Герике со знанием дела рассказывал о ее скором появлении.
Были и другие опыты, позволявшие не использовать в конструкции барометра ртуть и при этом обходиться без десятиметровых труб для водяного барометра. Другой немецкий физик Готфрид Вильгельм фон Лейбниц, работавший в том же веке, решил создать прибор, работающий без жидкости вообще. Так называемый анероидный (безжидкостный) барометр появится, правда, уже после его смерти, но идея все-таки принадлежит ему. Случилось это в середине XIX века благодаря французскому инженеру Люсьену Види. В его конструкции был запаянный металлический цилиндр с гофрированной поверхностью. Внутри него был разреженный воздух, в результате стенки цилиндра могли сжиматься, если давление было высоким, и расширяться, если давление понижалось.
В быту
В 1670 году английский ученый Роберт Гук создал специальный круглый барометр (хорошо знакомый нам сегодня — похожий на часы со стрелкой) и сделал специальную шкалу, по которой можно было определить погоду. Дело в том, что низкое атмосферное давление повышало вероятность сильного ветра и осадков. И чем ниже значение, тем сильнее будет шторм. Высокое давление, напротив, предвещало хорошую и спокойную погоду. С тех пор для удобства обывателя эти обозначения наносят на шкалы барометров. Особенной популярностью эти приборы пользовались у мореплавателей, которым важно было следить за изменениями погоды. Но на корабле обеспечить аккуратность наблюдений было еще сложнее: все-таки Торричелли опускал свою трубку в сосуд, стоящий на ровной поверхности и не работал в условиях качки или тем более шторма.
В XVIII–XIX веке, когда барометры стали понятнее и безопаснее, разворачивается их массовое производство. Особое место заняли интерьерные барометры. Они были не просто удобны, мастера начали создавать из них настоящие произведения искусства. А внешний вид позволил даже включать их в композицию с настенными часами.
