Евангелиста Торричелли ( / ˌ t ɒr i ˈ tʃ ɛ l i / TORR -ee- CHEL -ee ; [1] [2] итальянский: [evandʒeˈlista torriˈtʃɛlli] ⓘ ; 15 октября 1608 — 25 октября 1647) —итальянскийфизик и математик, ученикГалилея. Он наиболее известен своим изобретением барометра,но также известен своими достижениями воптикеи работой надметодом неделимых. Торрназван в его честь .
Торричелли родился 15 октября 1608 года в Риме и был первенцем Гаспаре Торричелли и Катерины Анжетти. [3] Его семья была из Фаэнцы в провинции Равенна , тогда входившей в состав Папской области . Его отец был текстильщиком, и семья была очень бедной. Видя его таланты, родители отправили его учиться в Фаэнцу под присмотр его дяди Джакомо (Джеймса), камальдольского монаха , который первым позаботился о том, чтобы его племянник получил хорошее базовое образование. Затем в 1624 году он поступил юного Торричелли в иезуитский колледж, возможно, в самой Фаэнце, где он изучал математику и философию до 1626 года, когда умер его отец Гаспаре. Затем дядя отправил Торричелли в Рим изучать науку под руководством бенедиктинского монаха Бенедетто Кастелли , профессора математики в Коллегио делла Сапиенца (ныне известном как Римский университет Сапиенца ). [4] [5] Кастелли был учеником Галилео Галилея . [6] «Бенедетто Кастелли проводил эксперименты с проточной водой (1628 г.), и Папа Урбан VIII поручил ему гидравлические работы». [7] Фактических доказательств того, что Торричелли был зачислен в университет, нет. Почти наверняка Торричелли обучал Кастелли. Взамен он работал у него секретарем с 1626 по 1632 год по частному договору. [8] Из-за этого Торричелли подвергался экспериментам, финансируемым Папой Урбаном VIII . Живя в Риме, Торричелли стал также учеником математика Бонавентуры Кавальери , с которым стал большими друзьями. [6] Именно в Риме Торричелли также подружился с двумя другими учениками Кастелли, Рафаэлло Маджотти и Антонио Нарди . Галилей ласково называл Торричелли, Маджотти и Нарди своим «триумвиратом» в Риме. [9]
В 1632 году , вскоре после публикации « Диалога Галилея о двух главных мировых системах» , Торричелли написал Галилею, что прочитал его «с восторгом… человека, который уже усердно практиковал всю геометрию… и изучал Птолемея и видел почти все у Тихо Браге , Кеплера и Лонгомонтана , наконец, вынужденный многими совпадениями, примкнул к Копернику и был галилеянином по профессии и секте». (Ватикан осудил Галилея в июне 1633 года, и это был единственный известный случай, когда Торричелли открыто заявил, что придерживается взглядов Коперника.)
За исключением нескольких писем, мало что известно о деятельности Торричелли в период между 1632 и 1641 годами, когда Кастелли отправил монографию Торричелли о траектории снарядов Галилею, тогда находившемуся в плену на его вилле в Арчетри . Хотя Галилей сразу же пригласил Торричелли в гости, Торричелли принял приглашение всего за три месяца до смерти Галилея. Причиной этого стала смерть матери Торричелли, Катерины Анжетти. [6] «(T)его короткое общение с великим математиком позволило Торричелли закончить пятый диалог под личным руководством его автора; он был опубликован Вивиани, другим учеником Галилея, в 1674 году». [7] После смерти Галилея 8 января 1642 года великий герцог Фердинандо II Медичи попросил Торричелли стать преемником Галилея на посту великого герцога-математика и заведующего кафедрой математики в Пизанском университете . Прямо перед назначением Торричелли подумывал о возвращении в Рим, поскольку во Флоренции, [6] где он изобрел барометр , ему уже ничего не оставалось . В этой новой роли он решил некоторые из величайших математических задач того времени, например, нахождение площади циклоиды и центра тяжести. В результате этого исследования он написал книгу « Геометрическая опера» , в которой описал свои наблюдения. Книга вышла в свет в 1644 году. [6]
Когда он занял почетную должность, о Торричелли было мало что известно в отношении его работ по геометрии, но после того, как два года спустя он опубликовал Opera Geometrica , он стал очень уважаемым в этой дисциплине. [10] «Он интересовался оптикой и изобрел метод, с помощью которого микроскопические линзы можно было сделать из стекла, которое можно было легко расплавить в лампе». [7] В результате он спроектировал и построил ряд телескопов и простых микроскопов; несколько больших линз, на которых выгравировано его имя, до сих пор сохранились во Флоренции . 11 июня 1644 года он написал знаменитое письмо Микеланджело Риччи :
Мы живем летом в фонде пелаго д'Ария. (Мы живем на дне воздушного океана.) [11]
Однако его работа над циклоидой вовлекла его в полемику с Жилем де Робервалем , который обвинил его в плагиате его более раннего решения проблемы ее квадратуры . Хотя кажется, что Торричелли пришел к своему решению самостоятельно, вопрос оставался спорным вплоть до его смерти. [12]
Торричелли умер от лихорадки, скорее всего, брюшного тифа , [3] [13] во Флоренции 25 октября 1647 года, [14] через 10 дней после своего 39-летия, и был похоронен в базилике Сан-Лоренцо . Все свое имущество он оставил приемному сыну Алессандро. «К этому первому периоду относятся его брошюры о Solidi spherali, Contatti и большая часть положений и различных проблем, которые были собраны Вивиани после смерти Торричелли. Эта ранняя работа во многом обязана изучению классики». [6] Спустя шестьдесят восемь лет после смерти Торричелли, его гений все еще вызывал восхищение у современников, о чем свидетельствует анаграмма под фронтисписом книги «Лециони академика д'Евангелиста Торричелли», опубликованной в 1715 году: En virescit Galileus alter, что означает «Здесь цветет еще один Галилео."
В Фаэнце в 1868 году была установлена статуя Торричелли в знак благодарности за все, что Торричелли сделал для развития науки за свою короткую жизнь. [7]
В его честь названы астероид 7437 Торричелли и кратер на Луне.
Его имя носит горный массив Горы Торричелли на Новой Гвинее .
В 1830 году ботаник Огюстен Пирам де Кандоль опубликовал Torricellia , род цветковых растений из Азии, принадлежащих к семейству Torricelliaceae . Они были названы в честь Евангелисты Торричелли. [15]
Прочтение «Двух новых наук» Галилея (1638 г.) вдохновило Торричелли на множество разработок изложенных там механических принципов, которые он воплотил в трактате « De motu» (напечатанном среди его « Gгеометрической оперы» , 1644 г.). Сообщение Кастелли Галилею в 1641 году с предложением, чтобы Торричелли проживал с ним, привело к тому, что Торричелли отправился во Флоренцию , где он встретил Галилея и выступал в качестве его секретаря в течение трех оставшихся месяцев его жизни. [12]
Работа Торричелли привела к первым предположениям об атмосферном давлении и, как следствие, к изобретению ртутного барометра (от греческого слова baros, означающего вес [16] ), принцип которого был описан еще в 1631 году Рене Декартом , хотя существуют не является доказательством того, что Декарт когда-либо создавал такой инструмент. [17]
Барометр возник из-за необходимости решить теоретическую и практическую проблему: всасывающий насос мог поднимать воду только на высоту 10 метров (34 фута) (как описано в « Двух новых науках» Галилея ). В начале 1600-х годов учитель Торричелли, Галилей, утверждал, что всасывающие насосы способны забирать воду из колодца благодаря «силе вакуума». [16] Однако этот аргумент не смог объяснить тот факт, что всасывающие насосы могли поднимать воду только на высоту 10 метров.
После смерти Галилея Торричелли, скорее, предположил, что мы живем в «воздушном море», которое оказывает давление, во многом аналогичное давлению воды на затопленные объекты. [18] Согласно этой гипотезе, на уровне моря воздух в атмосфере имеет вес, примерно равный весу 10-метрового столба воды. [16] Когда всасывающий насос создает вакуум внутри трубки, атмосфера больше не давит на столб воды под поршнем, но все еще давит на поверхность воды снаружи, тем самым заставляя воду подниматься до тех пор, пока ее вес не уравновесит вес. атмосферы. Эта гипотеза могла привести его к поразительному предсказанию: всасывающий насос может поднять ртуть, которая в 13 раз тяжелее воды, только на 1/13 высоты водяного столба (76 сантиметров) в аналогичном насосе. (Вполне возможно, однако, что Торричелли сначала провел эксперимент с ртутью, а затем сформулировал свою гипотезу «моря воздуха» [18] ).
В 1643 году Торричелли наполнил метровую трубку (с одним запечатанным концом) ртутью — в тринадцать раз плотнее воды — и поместил открытый конец трубки в таз с жидким металлом и поднял запечатанный конец так, чтобы трубка стояла. вертикально. Уровень ртути в трубке падал до тех пор, пока не поднялся примерно на 76 сантиметров (30 дюймов) над поверхностью ртутного бассейна, создавая наверху торричелловский вакуум . [19] Это также был первый зарегистрированный случай создания постоянного вакуума.
Второе недвусмысленное предсказание гипотезы Торричелли о воздушном море было сделано Блезом Паскалем , который утверждал и доказал, что ртутный столбик барометра должен опускаться на больших высотах. Действительно, он слегка опускался на вершине 50-метровой колокольни и тем более на вершине 1460-метровой горы.
Как мы теперь знаем, высота столба колеблется в зависимости от атмосферного давления в одном и том же месте, и этот факт играет ключевую роль в прогнозировании погоды. Базовые изменения высоты колонны на разных высотах, в свою очередь, лежат в основе принципа работы высотомера. Таким образом, эта работа заложила основы современной концепции атмосферного давления , первого барометра , инструмента, который впоследствии сыграет ключевую роль в прогнозировании погоды, и первого барометра , измеряющего высоту и часто используемого в пеших походах, альпинизме, лыжный спорт и авиация.
Решение загадки всасывающего насоса и открытие принципа барометра и высотомера увековечили славу Торричелли благодаря таким терминам, как «трубка Торричелли» и «вакуум Торричелли». Торр — единица давления , используемая при измерениях вакуума, названа в его честь.
Торричелли также открыл закон скорости жидкости, вытекающей из отверстия, который, как позже было показано, является частным случаем принципа Бернулли . Он обнаружил, что вода вытекает из небольшого отверстия на дне контейнера со скоростью, пропорциональной квадратному корню из глубины воды. Итак, если контейнер представляет собой вертикальный цилиндр с небольшой утечкой внизу, а y — глубина воды в момент времени t , то
для некоторой константы k > 0. [20]
Понятие центра тяжести было открыто Архимедом. Торричелли, идя по его стопам, открыл важный новый принцип, принцип Торричелли, который гласит: если какое-либо количество тел связано так, что при их движении их центр тяжести не может ни подниматься, ни опускаться, то эти тела находятся в равновесии. [12] По сути, это вариант принципа виртуальной работы. Этот принцип позже был использован Христианом Гюйгенсом для изучения движения маятника.
Торричелли изучал снаряды и то, как они летают по воздуху. «Возможно, его самым заметным достижением в области снарядов было первое создание идеи оболочки : снаряды, выпущенные с одинаковой скоростью во всех направлениях, очерчивают параболы, которые все касаются общего параболоида. Эта оболочка стала известна как parabola di sicurezza ( парабола безопасности )». [6] [5]
Торричелли дал первое научное описание причины ветра :
... ветры возникают из-за разницы температуры воздуха и, следовательно, плотности в двух регионах Земли. [4]
Торричелли также известен открытием трубы Торричелли (также — возможно, чаще — известной как Рог Габриэля ), площадь поверхности которой бесконечна , но объём конечен. Многие в то время, включая самого Торричелли, считали это «невероятным» парадоксом и вызвали ожесточенные споры о природе бесконечности, в которых также участвовал философ Гоббс . Некоторые полагают, что это привело к идее «завершенной бесконечности». Торричелли предпринял несколько альтернативных доказательств, пытаясь доказать, что площадь его поверхности также конечна, но все они потерпели неудачу. [ нужна цитата ]
Торричелли также был пионером в области бесконечных рядов. В своих параболах De Dimensione 1644 года Торричелли рассмотрел убывающую последовательность положительных членов и показал, что соответствующая телескопическая серия обязательно сходится к , где L - предел последовательности, и таким образом дает доказательство формулы для суммы a геометрический ряд.
Торричелли развил далее метод неделимых Кавальери . Многие математики 17 века узнали об этом методе от Торричелли, чьи сочинения были более доступны, чем сочинения Кавальери. [21]
;0837310.jpg/1280px-Torricelli_(S-512);0837310.jpg)
Несколько подводных лодок ВМС Италии были названы в честь Евангелисты Торричелли:
Его оригинальные рукописи хранятся во Флоренции, Италия. В печати появились:
Торричелли умер в 1647 году.
