كيف تلعب أنبوب توريشيلي
- اختر أنبوبًا واقرأ كثافة السائل أو الضغط الجوي أو ارتفاع العمود في البطاقة.
- يستقر العمود حيث يطابق ضغطه ضغط الهواء: ρ·g·h = p، مع p بالباسكال (1 kPa = 1000 Pa).
- اكتب توقّعك واضغط ابدأ. ينخفض العمود، أو تفرغ المضخة أنبوبها، بانتظام.
- راقب الخط البرتقالي: يُظهر ارتفاع العمود الذي يعطيه توقّعك، بجانب الارتفاع الحقيقي.
كيف يستطيع الهواء حمل عمود من السائل؟
للهواء وزن، والغلاف الجوي كله فوقك يضغط على كل شيء: نحو 101 kPa عند مستوى البحر، أي وزن 10 t على كل متر مربع. لا تشعر به لأن الهواء داخلك وحولك يدفع في الاتجاه المعاكس بالقدر نفسه. في عام 1643 جعله توريشيلي مرئيًا. ملأ أنبوبًا زجاجيًا بالزئبق، وقلبه في حوض، فانخفض الزئبق إلى نحو 760 mm، تاركًا فوقه لا شيء على الإطلاق. يتوقف العمود حيث يطابق ضغطه عند القاعدة، ρ·g·h، الهواء الذي يضغط على الحوض: h = p ÷ (ρ·g). هذا هو البارومتر: حين يضغط الهواء أقل، على جبل أو قبل عاصفة، يكون العمود أقصر. الماء أقل كثافة من الزئبق بمقدار 13.6 مرة، لذا سيكون البارومتر المائي أطول من 10 m. والحد نفسه ينطبق على مضخة الشفط. إنها لا تسحب الماء إلى الأعلى؛ إنها تزيل الهواء فقط، والهواء الخارجي يدفع الماء في الأنبوب، ولا يتجاوز نحو 10 m أبدًا عند مستوى البحر. لهذا تحتاج الآبار العميقة إلى مضخة في قاعها.
نموذج تعليمي مركّز
عرض الأنبوب ثابت على طوله، والفراغ فوق العمود فراغ تام (يُهمل بخار السائل). ينخفض العمود بانتظام مدة 2 s من الأنبوب المملوء إلى ارتفاع الاتزان، h = p ÷ (ρ·g)، دون تموج؛ والحوض واسع، لذا لا يتغيّر مستواه. تزيل المضخة الهواء من أنبوبها بانتظام خلال 2 s، فيرتفع الماء بانتظام حتى يصل إلى المضخة أو حتى لا يستطيع الهواء الخارجي دفعه أعلى؛ وما يقع ضمن 0.05% من الحد يُعدّ واصلًا. يكون ارتفاع المضخة صحيحًا إذا وصل الماء إليها بفائض لا يزيد على 2%، وكل توقّع آخر صحيح ضمن 2%. g = 9.8 m/s²؛ ويضغط الهواء عند مستوى البحر 101.3 kPa. يجري في الزمن الحقيقي.