Robert Boyle
(16271691)

Két új kísérlet az összenyomott és a kitágított levegõ rugóerejének mérését illetõen
Részlet

A Defense of the Doctrine Touching the Spring and Weight of the Air, 3. kiadás, 1682
(Elsõ kiadás: 1660, második kiadás, amelyben az alábbi beszámoló már szerepel: 1662)

(in: William Francis Magie: A Source Book in Physics, Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts, 1963)


A mai középiskolás
fizikában sokat sze-
replô "egyik végén
nyitott, másik végén
zárt U alakú csô".
Boyle Hooke asz-
szisztenciája mellett
kiterjedt kísérleteket
végzett vele

(Vákuum és légnyomás
Simonyi Károly 
"A fizika kultúrtörténete" 
címû könyvébôl) 

Vettünk egy hosszú üvegcsövet, amelyet lámpaláng segítségével oly módon görbítettünk meg az aljánál, hogy a felfelé hajló rész csaknem párhuzamos volt a csõ többi részével, és a szifon (ha nevezhetem így az eszközt) eme rövidebb szárának nyílását hermetikusan lezártuk, hosszát hüvelykekre osztottuk (ezek mindegyikét még nyolc részre osztottuk tovább) egy gondosan ráragasztott, egyenes papírcsíkkal, amely ezeket az osztásokat tartalmazta. Ezután annyi higanyt töltöttünk bele, hogy a szifon íve vagy hajlított része megteljen, és a higany az egyik szárban elérje az osztásokkal ellátott papír alját, s ugyanilyen magasságban vagy vízszintes vonalban legyen a másikban is; a csõ gyakori megdöntésével gondoskodtunk róla, hogy a levegõ a higany oldala mentén szabadon átáramoljon egyik szárból a másikba, s (mondom, gondoskodtunk róla) hogy a rövidebb hengerben bentmaradt levegõ ugyanolyan ernyedt legyen, mint a többi levegõ körülötte. Ezt elvégezvén a szifon hosszabbik szárába higanyt kezdtünk tölteni, amely súlyánál fogva fölfelé nyomta a rövidebb szárban levõ higanyt, s fokozatosan megfeszítette a bent maradt levegõt, majd addig folytattuk a higany töltését, amíg a rövidebb szárban a levegõ a kondenzáció révén a felét nem vette fel annak a térnek, amelyet korábban birtokolt (birtoklást mondtam, nem betöltést); szemünket az üveg hosszabb szárára tapasztottuk, amelyen ugyancsak hüvelykekre és kisebb részekre osztott papírcsík volt, és nem minden öröm és megelégedés nélkül tapasztaltuk, hogy a higany a csõ hosszabbik részében 29 hüvelykkel állt magasabban, mint a másikban. Miután ez az eredmény egyezik hipotézisünkkel és alátámasztja feltevésünket, könnyen érthetõvé válik annak számára, aki hallgat tanításunkra; Pascal úr és angol barátunk kísérletei azt bizonyítják, hogy minél nagyobb a levegõre nehezedõ súly, a levegõ annál inkább törekszik a tágulásra és annál nagyobb ellenállásának ereje (mint ahogy más rugók erõsebbek, ha nagyobb súlyokkal hajlítják õket össze). Ennek fényében úgy tûnik, ritka jó egyezést mutat a hipotézissel, hogy a kísérlet szerint a sûrûségnek azon a fokán, s így az ellenállásnak azon a mértékén, amelyet a környezõ légkör súlya elõidézett, a levegõ körülbelül 29 hüvelyknyi higanyoszlop nyomását tudta egyensúlyban tartani, ennek tudott ellenállni, amint a Torricelli-féle kísérletbõl tanultuk; és itt ugyanez a levegõ, sûrûségét a kezdetinek körülbelül a kétszeresére növelve, kétszer olyan erõs rugóra tett szert, mint amilyennel korábban rendelkezett. Úgy tûnhet, fenn tudta tartani a hosszabb csõben levõ 29 hüvelykes oszlopot, vagy ennek tudott ellenállni, valamint a légkör oszlopának súlyát, amely erre a 29 hüvelykes higanyra nehezedett; s amint a Torricelli-féle kísérlettel éppen most bizonyítottuk, ezekkel egyenlõ volt.

Akkor nem tudtuk végrehajtani a próbát, mert a csõ alkalmasint eltörött. De mert az ilyenfajta pontos kísérlet igen fontos lenne a levegõ rugójára vonatkozó elmélet szempontjából, és (tudomásom szerint) senki sem végezte még el, s mert kivitelezése sokkal körülményesebb, mint gondolnánk, úgy a célnak megfelelõ hajlított csõ elkészítése, mint a domborodó higanyfelület valódi helyének pontos becslése miatt, feltételezésem szerint nem az olvasó kedve ellen való, ha megtudja, hogy néhány próbálkozás után ... végül készítettünk egy jókora csövet, amelynek a rövidebbik szárára erõsített papírcsíkot elõzõleg 12 hüvelykre és a negyedeire osztottuk, a hosszabbik szárán pedig több láb hosszú, ugyanilyen módon beosztott papírcsík volt. Ezután az üveg hajlított részét annyira töltöttük meg higannyal, hogy a felszíne mindkét szárban ugyanaddig a vízszintes vonalig érjen, s amint tanultuk, egyre több higanyt töltöttünk a hosszabbik szárba; majd gondosan megfigyeltük, milyen magasra emelkedett a higany a hosszabb csõben, amikor a rövidebb csõben valamelyik osztáshoz ért; ily módon több egymást követõ észlelést végeztünk, és az eredményeket lejegyezve a következõ táblázatot kaptuk:

A levegõ kondenzációjának táblázata

A A B C D E
48 12 00 29 1/8  29 2/16  29 2/16
46 11 1/2 01 7/16  30 9/16  30 6/16
44 11 0213/16  3115/16  3112/16
42 10 1/2 04 6/16  33 8/16  33 1/7
40 10 06 3/16  35 5/16  35
... ... ... ... ... ...
16  4 58 2/16  8714/16  87 3/8
15  3 3/4 6315/16  93 1/16  93 1/5
14  3 1/2 71 5/16 100 7/16  99 6/7
13  3 1/4 7811/16 10713/16 1077/13
12  3 88 7/16 117 9/16 116 4/8
AA. Azoknak az egyenlõ tereknek a száma a rövidebbik szárban, amelyek ugyanannyi,  különbözõképpen kiterjedt levegõt tartalmaztak.
B. A hosszabbik szárban levõ higanyoszlop magassága, amely a levegõt az elõbbi méretre összenyomta.
C. Annak a higanyoszlopnak a magassága, amely a légkör nyomásával tartott egyensúlyt.
D. A B és C oszlop összege, amely a bezárt levegõ által elszenvedett nyomást mutatja.
E.  Ekkora nyomásnak kell lennie ama a hipotézis szerint, amely feltételezi, hogy a nyomás és a kiterjedés egymással fordított arányban áll.
...

Bemutatandó, hogy nem szándék nélkül említettük meg a környezõ légköri oszlop súlyát a bezárt levegõ által fenntartott súly részeként, itt fûzzük hozzá az elõzõekhez, hogy amikor a csõ hosszabbik szárában a higanyoszlop körülbelül száz hüvelyk magas volt, egyikünk megszívta a nyitott csõvéget; ennek következtében (amint vártuk) a higany észrevehetõen felemelkedett  a csõben. ... A környezõ levegõ nyomása részben csökkent, amint a levegõ a szívást végzõ kitágult mellkasába terjedt ki, ezért a bezárt levegõ szemmel láthatóan tágulhatott és a rá nehezedõ higanyt addig taszította, míg egyrészt az összenyomott levegõ erõs rugója, másrészt a magas higanyoszlop s a vele érintkezõ, kitágult levegõ közötti erõ egyenlõvé nem vált.

A levegõ összenyomására vonatkozó eredményeket a spontán kiterjedésére vonatkozó észlelésekkel egészítjük ki; így jobban kitûnik, hogy a higanyos kísérletek jelenségei milyen mértékben függenek a levegõ rugójának eltérõ erõsségétõl, amelyet a levegõ különbözõ fokú összenyomása és ernyedtsége szab meg.

A levegõ hígításának táblázata

A B C D E
1 00 29 3/4 29 3/4 29 3/4
1 1/2 10 5/8 19 1/8 19 5/6
2 15 3/8 14 3/8 14 7/8
3 20 2/8 9 4/8 915/12
4 22 5/8 7 1/8 7 7/16
... ... ... ... ...
18 27 7/8 1 7/8 147/72
20 28 0/0 1 6/8 1 9/80
24 28 2/8 1 4/8 123/96
28 28 3/8 1 3/8 1 1/16
32 28 4/8 1 2/8 0 119/128
A. Azoknak az egyenlõ tereknek a száma a csõ tetején, amelyek ugyanannyi levegõt tartalmaztak.
B. Annak a higanyoszlopnak a magassága, amely a bezárt levegõ rugójával együtt egyensúlyban tartotta a légkör nyomását.
C. A légkör nyomása.
D. C és B különbsége, amely a bezárt levegõ által elszenvedett nyomást mutatja.
E.  Ekkora nyomásnak kellene lennie a hipotézis szerint.

Vissza http://www.kfki.hu/chemonet/
http://www.ch.bme.hu/chemonet/