Евангелиста Торричелли - Evangelista Torricelli

Евангелиста Торричелли
Евангелиста Торричелли - Лоренцо Липпи ( ок.  1647 )
Родился	( 1608-10-15 )15 октября 1608 г. Рим , Папская область
Умер	25 октября 1647 г. (1647-10-25)(39 лет) Флоренция , Великое Герцогство Тоскана
Национальность	Итальянский
Альма-матер	Римский университет Ла Сапиенца
Известен	Барометр Эксперимент Торричелли Уравнение Торричелли Закон Торричелли Точка Торричелли Труба Торричелли Торричеллиский вакуум
Научная карьера
Поля	Физика Математика
Учреждения	Пизанский университет
Академические консультанты	Бенедетто Кастелли
Известные студенты	Винченцо Вивиани
Влияния	Галилео Галилей
Под влиянием	Роберт Бойль Блез Паскаль

Торричелли ( / ˌ т ɔːr я tʃ ɛ л я / TORR -ee- ЧЕЛ -ее , также США : / ˌ т ɔːr - / TOR - , итальянский:  [evandʒelista torritʃɛlli] ( слушать ) ; 15 октября 1608 - 25 октября 1647) был итальянским физиком и математиком, учеником Галилея . Он наиболее известен своим изобретением барометра , но также известен своими достижениями в области оптики и работой над методом неделимых .

биография

Ранние годы

Евангелиста Торричелли родилась 15 октября 1608 года в Риме , первенец Гаспаре Торричелли и Катерины Анджетти. Его семья была из Фаэнцы в провинции Равенна , в то время входившей в состав Папской области . Его отец был текстильщиком, и семья была очень бедной. Видя его таланты, родители отправили его учиться в Фаэнцу под присмотром его дяди, Джакомо (Джеймса), камальдолского монаха , который первым позаботился о том, чтобы его племянник получил хорошее базовое образование. Затем он поступил в юного Торричелли в иезуитский колледж в 1624 году, возможно, в самой Фаэнце, чтобы изучать математику и философию до 1626 года, когда его отец Гаспаре умер. Затем дядя отправил Торричелли в Рим изучать естественные науки под руководством бенедиктинского монаха Бенедетто Кастелли , профессора математики в Collegio della Sapienza (ныне известный как Римский университет Ла Сапиенца ). Кастелли был учеником Галилео Галилея . «Бенедетто Кастелли проводил эксперименты с проточной водой (1628 г.), и папа Урбан VIII доверил ему гидравлические работы». Нет никаких фактических доказательств того, что Торричелли был зачислен в университет. Почти наверняка Торричелли учил Кастелли. Взамен он работал у него секретарем с 1626 по 1632 год в частном порядке. Из-за этого Торричелли подвергся экспериментам, финансируемым Папой Урбаном VIII . Живя в Риме, Торричелли стал также учеником математика Бонавентуры Кавальери , с которым он подружился. Именно в Риме Торричелли подружился с двумя другими учениками Кастелли, Рафаэлло Маджотти и Антонио Нарди . Галилей нежно называл Торричелли, Маджотти и Нарди своим «триумвиратом» в Риме.

Карьера

В 1632 году, вскоре после публикации Галилео «s Диалога о двух системах мира Chief , Торричелли писал Галилей читать его«с восторгом ... того, кто, уже практиковал все геометрии наиболее усердно ... и с изучал Птолемея и видел почти все , что касалось Тихо Браге , Кеплера и Лонгомонтана , наконец, вынужденный множеством совпадений, присоединился к Копернику и был галилеем 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 с 1632 по 1641 год, когда Кастелли послал монографию Торричелли о пути снарядов Галилею, который в то время находился в плену на своей вилле в Арчетри . Хотя Галилей сразу же пригласил Торричелли к себе в гости, Торричелли согласился только за три месяца до смерти Галилея. Причиной тому стала смерть матери Торричелли, Катерины Анджетти. «(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». После смерти Галилея 8 января 1642 года великий герцог Фердинандо II Медичи попросил Торричелли сменить Галилея на посту великокняжеского математика и заведующего кафедрой математики в Пизанском университете . Прямо перед назначением Торричелли подумывал вернуться в Рим, потому что во Флоренции, где он изобрел барометр, для него ничего не осталось . В этой новой роли он решил некоторые из великих математических задач того времени, такие как определение площади и центра тяжести циклоиды . В результате этого исследования он написал книгу Opera Geometrica, в которой описал свои наблюдения. Книга вышла в 1644 году.

Когда он занял почетное положение, о Торричелли было мало что известно о его работах по геометрии, но после того, как два года спустя он опубликовал Opera Geometrica , он стал очень уважаемым в этой дисциплине. «Он интересовался оптикой и изобрел метод, с помощью которого микроскопические линзы можно было сделать из стекла, которое можно было легко расплавить в лампе». 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 :

Noi viviamo sommersi nel fondo d'un pelago d'aria. (Мы живем на дне воздушного океана.)

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 независимо, этот вопрос все еще обсуждался до его смерти.

Смерть

Торричелли умер от лихорадки, скорее всего от брюшного тифа , во Флоренции 25 октября 1647 года, 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 памфлеты о Solidi spherali, Contatti и большей части предложений и различных проблем, которые были собраны Вивиани после смерти Торричелли. Эта ранняя работа во многом обязана изучению классиков». Спустя шестьдесят восемь лет после смерти Торричелли его гений все еще восхищал современников, о чем свидетельствует анаграмма под фронтисписом Lezioni accademiche d'Evangelista Torricelli, опубликованная в 1715 году: En virescit Galileus alter, что означает «Здесь цветет другой Галилей».

В Фаэнце статуя Торричелли была создана в 1868 году в знак благодарности за все, что Торричелли сделал для развития науки за свою короткую жизнь. В его честь названы астероид 7437 Торричелли и кратер на Луне.

Работа Торричелли по физике

Прочтение « Двух новых наук» Галилея (1638 г.) вдохновило Торричелли на многие разработки изложенных в них механических принципов, которые он воплотил в трактате De motu (напечатанном среди его Opera geometrya , 1644 г.). Его сообщение Кастелли Галилею в 1641 году с предложением о том, чтобы Торричелли проживал с ним, привело к тому, что Торричелли отправился во Флоренцию , где он встретил Галилея, и действовал как его помощник в течение трех оставшихся месяцев его жизни.

Всасывающие насосы и изобретение барометра

Работа Торричелли привела к первым предположениям об атмосферном давлении и последующему изобретению ртутного барометра (от греческого слова baros, означающего вес) - принцип работы которого был описан еще в 1631 году Рене Декартом , хотя свидетельств этого нет. что Декарт когда-либо построил такой инструмент.

Барометр возник из-за необходимости решить теоретическую и практическую задачу: всасывающий насос мог поднимать воду только на высоту 10 метров (34 фута) (как описано в книге Галилея « Две новые науки» ). В начале 1600-х годов учитель Торричелли, Галилей, утверждал, что всасывающие насосы могут забирать воду из колодца благодаря «силе вакуума». Однако этот аргумент не объясняет того факта, что всасывающие насосы могут поднимать воду только на высоту 10 метров.

После смерти Галилея Торричелли предположил, что мы, скорее, живем в «воздушном море», которое оказывает давление, во многом аналогичное давлению воды на подводные объекты. Согласно этой гипотезе, на уровне моря воздух в атмосфере имеет вес, примерно равный весу 34-футового столба воды. Когда всасывающий насос создает вакуум внутри трубы, атмосфера больше не давит на столб воды под поршнем, но по-прежнему давит на поверхность воды снаружи, заставляя воду подниматься до тех пор, пока ее вес не уравновесит вес атмосферы. . Эта гипотеза могла привести его к поразительному предсказанию: всасывающий насос может поднимать ртуть, которая в 13 раз тяжелее воды, только до 1/13 высоты водяного столба (76 сантиметров) в аналогичном насосе. (Однако возможно, что Торричелли сначала провел эксперимент с ртутью, а затем сформулировал свою гипотезу о море воздуха).

В 1643 году Торричелли наполнил метровую трубку (с одним запаянным концом) ртутью - в тринадцать раз плотнее воды - и поместил ее вертикально в емкость с жидким металлом. Столб ртути упал примерно до 76 сантиметров (30 дюймов), создавая над ним торричеллический вакуум . Это также был первый зарегистрированный случай создания постоянного вакуума.

Второе недвусмысленное предсказание гипотезы Торричелли о море воздуха было сделано Блезом Паскалем , который доказывал и доказывал, что ртутный столбик барометра должен опускаться на больших высотах. Действительно, он слегка опустился на 50-метровую колокольню, а тем более на вершину 1460-метровой горы.

Как мы теперь знаем, высота колонны 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 отметках, в свою очередь, лежат в основе принципа работы высотомера. Таким образом, эта работа заложила основы современной концепции атмосферного давления , первого барометра , прибора, который позже будет играть ключевую роль в прогнозировании погоды, и первого барометрического альтиметра , который измеряет высоту и часто используется в походах, скалолазании и т. Д. горные лыжи и авиация.

Решение загадки всасывающего насоса и открытие принципа работы барометра и альтиметра увековечили известность Торричелли с такими терминами, как «торричеллианская трубка» и «торричеллианский вакуум». В его честь назван торр - единица измерения давления, используемая в измерениях вакуума.

Закон Торричелли

Торричелли также открыл закон, касающийся скорости жидкости, вытекающей из отверстия, который, как позже было показано, является частным случаем принципа Бернулли . Он обнаружил, что вода просачивается через небольшое отверстие в дне контейнера со скоростью, пропорциональной квадратному корню из глубины воды. Итак, если контейнер представляет собой вертикальный цилиндр с небольшой протечкой на дне, а y - глубина воды в момент времени t , тогда

${\ displaystyle {\ frac {dy} {dt}} = - к {\ sqrt {u (y) y}}}$

для некоторой постоянной k > 0.

Исследование снарядов

Торричелли изучал снаряды и то, как они летают по воздуху. "Возможно, его самым заметным достижением в области снарядов было то, что он впервые установил идею оболочки : снаряды, летящие с одинаковой скоростью [...] во всех направлениях, очерчивают параболы, которые касаются общего параболоида. Эта оболочка стала известна как parabola di sicurezza ( парабола безопасности ) ».

Причина ветра

Торричелли дал первое научное описание причины ветра :

... ветры возникают из-за разницы в температуре и, следовательно, плотности воздуха между двумя регионами Земли.

Работа Торричелли по математике

Торричелли также известен открытием трубы Торричелли (также - возможно, более часто - известной как Рог Габриэля ), площадь поверхности которой бесконечна , но объем конечен. Многие в то время считали это «невероятным» парадоксом, включая самого Торричелли, и вызвали ожесточенные споры о природе бесконечности, в которых также участвовал философ Гоббс . Некоторые полагают, что это привело к идее «завершенной бесконечности». Торричелли попробовал несколько альтернативных доказательств, пытаясь доказать, что площадь его поверхности также конечна, но все они потерпели неудачу.

Торричелли также был пионером в области бесконечных серий. В своих параболах De Dimensione 1644 года Торричелли рассмотрел убывающую последовательность положительных членов и показал, что соответствующий телескопический ряд обязательно сходится к , где L - предел последовательности, и таким образом дает доказательство формулы для суммы геометрический ряд. ${\ displaystyle a_ {0}, a_ {1}, a_ {2}, \ ldots}$ ${\ Displaystyle (а_ {0} -а_ {1}) + (а_ {1} -а_ {2}) + \ cdots}$${\ displaystyle a_ {0} -L}$

Торричелли разработал далее метод неделимых из Кавальери . Многие математики 17 века узнали об этом методе через Торричелли, чей труд был более доступным, чем у Кавальери.

Итальянские подводные лодки

Несколько подводных лодок ВМС Италии были названы в честь Евангелисты Торричелли:

• Micca подводной лодки класса , построенный в 1918 году, пострадавших в 1930 году
• Архимед подводной лодка класса (1934), передан в Испанию в 1937 году и переименован в генерал Мол , пострадавшая в 1959 году
• Бенедетто Брин подводная лодка класса (1937), затонула в Красном море из - за британский военно - морской флот в 1940 году
• Evangelista Torricelli , бывший военный корабль США Lizardfish , переброшен в Италию в 1960 году и списан в 1976 году.

Избранные работы

Его оригинальные рукописи хранятся во Флоренции, Италия. В печати появилось следующее:

• Trattato del moto (до 1641 г.)
• Геометрическая опера (1644)
• Lezioni accademiche (Флоренция, 1715 г.)
• Esperienza dell'argento vivo (Берлин, 1897 г.)

Смотрите также

• Геометрическая медиана
• Логарифмическая спираль
• Торричеллианская палата
• Вена контракта
• Гаспаро Берти
• Стефано дельи Анджели

Примечания

использованная литература

• Обер, Андре (1989). «Предыстория дзета-функции». В Обере - Карл Эгиль; Бомбьери, Энрико; Гольдфельд, Дориан (ред.). Теория чисел, формулы следов и дискретные группы . Академическая пресса . ISBN 978-1483216232.
• де Гандт, Франсуа, изд. (1987). L'Oeuvre de Torricelli: Science galiléene et nouvelle géométrie . Publications de la Faculté des Lettres et Sciences Humaines de Nice. 32 . Париж: Les Belles Lettres.
• Шампо, Массачусетс; Кайл, РА (март 1986). «Итальянский физик-математик изобретает барометр». Труды клиники Мэйо . 61 (3): 204. DOI : 10.1016 / s0025-6196 (12) 61850-3 . PMID  3511332 .
• Джервис-Смит, Фредерик Джон (1908). Евангелиста Торричелли . Издательство Оксфордского университета . п. 9. ISBN 9781286262184.
• Драйвер Р. (май 1998 г.). «Закон Торричелли: идеальный пример элементарного ODE». Американский математический ежемесячник . 105 (5): 454. DOI : 10,2307 / 3109809 . JSTOR  3109809 .
• Манкосу, Паоло; Эцио, Вайлати (1991). «Бесконечно длинное твердое тело Торричелли и его философский прием в семнадцатом веке». Исида . 82 (1): 50–70. DOI : 10.1086 / 355637 . S2CID  144679838 .
• Робинсон, Филип Дж. (1994). «Евангелиста Торричелли». Математический вестник . 78 (481): 37–47. DOI : 10.2307 / 3619429 . JSTOR  3619429 .
• Сегре, Майкл (1991). По следам Галилея . Нью-Брансуик: Издательство Университета Рутгерса .
• Тимбс, Джон (1868). Замечательные изобретения: от компаса моряка до электрического телеграфного кабеля . Лондон: Джордж Рутледж и сыновья . п. 41. ISBN 978-1172827800.

внешние ссылки

• Евангелиста Торричелли, Британская энциклопедия Евангелиста Торричелли | Итальянский физик и математик
• Евангелиста Торричелли, Treccani Enciclopedia Torricèlli, Evangelista nell'Enciclopedia Treccani
• Евангелиста Торричелли на проекте « Математическая генеалогия»

• Статья Университета Флоренции
• Заочный проект Галилео в Стэнфордском университете
• Ученый дня - Евангелиста Торричелли в библиотеке Линда Холл
• Робинсон, Филип Дж. (1994). «Евангелиста Торричелли». Математический вестник . 78 (481): 37–47. DOI : 10.2307 / 3619429 . JSTOR  3619429 .
• Сартон (1923). «Рецензируемые работы: Opere di Evangelista Torricelli, Gino Loria, Giuseppe Vassura». Исида . 5 (1): 151–154. DOI : 10.1086 / 358128 . JSTOR  223606 .
• Манкосу, Паоло; Вайлати, Эцио (1991). «Бесконечно длинное твердое тело Торричелли и его философский прием в семнадцатом веке». Исида . 82 (1): 50–70. DOI : 10.1086 / 355637 . JSTOR  233514 . S2CID  144679838 .
• «Классические изобретения: вакуум Торричелли». Научное информационное письмо . 16 (436): 97–99. 1929. DOI : 10,2307 / 3905198 . JSTOR  3905198 .
• Драйвер, RD (1998). «Закон Торричелли: идеальный пример элементарного ODE». Американский математический ежемесячник . 105 (5): 453–455. JSTOR  3109809 .