Мы живем на дне воздушного океана. Окружающий нас воздух так прозрачен и легок, что до XVII в. в науке господствовало убеждение в его невесомости.
В 1640 г. в Италии герцог Тосканский решил устроить фонтан на террасе своего дворца. Для подачи воды из озера был построен насос большой длины, каких до этого еще не строили. Но оказалось, что насос не работает — вода в нем поднималась только до 10,3 м над уровнем водоема.
Никто не мог объяснить, в чем тут дело, пока ученик Галилея — Э. Торичелли не высказал мысль, что вода в насосе поднимается под действием тяжести атмосферы, которая давит на поверхность озера. Столб воды высотой в 10,3 м в точности уравновешивает это давление, и поэтому выше вода не поднимается. Торичелли взял стеклянную трубку с одним запаянным концом и другим открытым и заполнил ее ртутью. Потом он зажал отверстие пальцем и, перевернув трубку, опустил ее открытым концом в сосуд, наполненный ртутью. Ртуть не вылилась из трубки, а только немного опустилась.
Столб ртути в трубке установился на высоте 760 мм над поверхностью ртути в сосуде. Вес столба ртути сечением в 1 см2 равен 1,033 кГ, т. е. в точности равен весу столба воды такого же сечения высотой 10,3 м. Именно с такой силой атмосфера давит на каждый квадратный сантиметр любой поверхности, в том числе и на поверхность нашего тела.
Ладонь руки взрослого человека испытывает давление атмосферы примерно в 150 кГ, т. е. равное весу двух мужчин.
Так Торичелли создал барометр — первый в мире прибор, измеряющий атмосферное давление (от греческих слов «барос» — тяжесть, вес, «метрео» — измеряю). Долгое время атмосферное давление измеряли в миллиметрах высоты ртутного столба. Среднее давление на уровне моря равно 760 мм. Но такая единица оказалась неудобной для расчетов, и сейчас атмосферное давление выражают в миллибарах. Один миллибар почти точно равен той силе, с которой тело весом в 1 Г давит на поверхность в 1 см2, а среднее давление атмосферы равно 1013 мб. При помощи барометра было установлено, что атмосферное давление все время меняется и неодинаково в разных местах. Было обнаружено, что атмосферное давление понижается с подъемом в горы, так как уменьшается толщина слоя атмосферы над барометром.
Первый барометр Торичелли.
Распределение массы атмосферы по слоям.
Барометр, поднятый на одинаковую высоту с различных уровней, показывает неодинаковое изменение давления. Ведь самые нижние слои воздуха находятся под давлением всей толщи атмосферы, они особенно сильно сжаты и наиболее плотны.
Чем выше, тем давление слабее и тем меньше плотность воздуха.
Так, например, на уровне 5,5 км давление вдвое меньше, чем на уровне моря, т. е. в слое толщиной 5,5 км сосредоточена половина всей массы атмосферы. Но в следующем слое той же толщины, между уровнями 5,5 и 11 км, содержится всего лишь одна четверть массы атмосферы, а на высоте 11 км давление равно 1/4 приземного. Выше уменьшение давления с подъемом еще более замедляется. Если подняться еще выше, на следующие 11 км, до уровня 22 км, то и здесь давление не равно нулю, а составляет 1/25 от приземного давления. На долю вышележащих слоев остается только 1/25, или 4 %, общей массы атмосферы.
Еще выше признаки частиц воздуха прослеживаются над земной поверхностью до высот более 1000 км.
