Евангелиста Торричелли

Евангелиста Торричелли
Евангелиста Торричелли работы Лоренцо Липпи ( ок. 1647 г. )
Рожденный	( 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 Сапиенца
Известный	Барометр Эксперимент Торричелли Уравнение Торричелли Закон Торричелли Точка Торричелли Труба Торричелли Торричеллиан вакуум
Научная карьера
Поля	Физика Математика
Учреждения	Пизанский университет
Научные консультанты	Бенедетто Кастелли
Известные студенты	Винченцо Вивиани
Подпись

Evangelista Torricelli ( / ˌ t ɒr i ˈ tʃ ɛ l i / TORR -ee- CHEL -ee ; Итальянский: [evandʒeˈlista torriˈtʃɛlli] ; 15 октября 1608 — 25 октября 1647) — итальянский физик и математик, ученик Галилея . Он наиболее известен своим изобретением барометра , но также известен своими достижениями в оптике и работой над методом неделимых . Торр . назван в его честь

Биография

Ранняя жизнь

Торричелли родился 15 октября 1608 года в Риме и был первенцем Гаспаре Торричелли и Катерины Анжетти. Его семья была родом 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 ). Кастелли был учеником Галилео Галилея . поручил ему «Бенедетто Кастелли проводил эксперименты с проточной водой (1628 г.), и папа Урбан VIII гидравлические работы». 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. 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. Именно в Риме Торричелли подружился также с двумя другими учениками Кастелли, Рафаэлло Маджотти и Антонио Нарди . Галилей ласково называл Торричелли, Маджотти и Нарди своим «триумвиратом» в Риме.

Карьера

Статуя Торричелли в Музее естественной истории Флоренции.

В 1632 году, вскоре после публикации « Галилея Диалога о двух главных мировых системах », Торричелли написал Галилею, что прочитал его «с восторгом… человека, который, уже усерднейшим образом практиковав всю геометрию… и имея 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 заключении на своей 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. «(Т) 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 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 ему уже нечего было делать. где он изобрел барометр . 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 была издана в 1644 году.

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. «Он интересовался оптикой и изобрел метод, с помощью которого микроскопические линзы можно было делать 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 :

Мы живем на дне воздушного океана. (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 самостоятельно, вопрос оставался спорным вплоть до его смерти.

Смерть

Евангелиста Торричелли изображена на первой полосе Lezioni d'Evangelista Torricelli.

Эксперимент Торричелли

Карта лунного кратера Торричелли

Торричелли умер от лихорадки, скорее всего, брюшного тифа . во Флоренции 25 октября 1647 г. Через 10 дней после своего 39-летия он 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». Спустя шестьдесят восемь лет после смерти Торричелли его гений все еще вызывал восхищение у современников, о чем свидетельствует анаграмма под фронтисписом «Lezioni academiche d'Evangelista Torricelli», опубликованной в 1715 году: En virescit Galileus alter, что означает «Здесь цветет еще один Галилей».

Почести

В Фаэнце в 1868 году была установлена ​​статуя Торричелли в знак благодарности за все, что Торричелли сделал для развития науки за свою короткую жизнь.

7437 В его честь названы астероид Торричелли и кратер на Луне.

Его имя носит горный массив Горы Торричелли на Новой Гвинее .

В 1830 году ботаник Огюстен Пирам де Кандоль опубликовал статью Torricellia — род цветковых растений из Азии, принадлежащих к семейству Torricelliaceae . Они были названы в честь Евангелисты Торричелли.

Торричелли

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.

изобретение

Основная статья: Барометр

Работа Торричелли привела к первым предположениям об атмосферном давлении и, как следствие, к изобретению ртутного барометра (от греческого слова baros, что означает вес). ) — принцип которого был описан ещё в 1631 году Рене Декартом , хотя нет никаких свидетельств того, что Декарт когда-либо построил такой инструмент.

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». 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. Согласно этой гипотезе, на уровне моря воздух в атмосфере имеет вес, примерно равный весу 10-метрового столба воды. Когда всасывающий насос создает вакуум внутри трубки, атмосфера больше не давит на столб воды под поршнем, а все еще 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 поднять ртуть, которая в 13 раз тяжелее воды, только на 1/13 высоты водяного столба (76 сантиметров) в аналогичном насосе. (Однако вполне 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 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 . 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 барометрического высотомера , который измеряет высоту и часто используется 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.

Закон Торричелли

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

${\frac {dy}{dt}}=-k{\sqrt {y}}$

для некоторой постоянной k > 0.

Принцип Торричелли

Понятие центра тяжести было открыто Архимедом. Торричелли, идя по его стопам, открыл важный новый принцип, принцип Торричелли, который гласит: если какое-либо количество тел так связано, что при их движении их центр тяжести не может ни подниматься, ни опускаться, то эти тела находятся в равновесии. По сути, это вариант принципа виртуальной работы. Этот принцип позже был использован Христианом Гюйгенсом для изучения движения маятника.

Исследование снарядов

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 )».

Причина ветра

Торричелли дал первое научное описание причины ветра :

... ветры возникают из-за разницы температуры воздуха и, следовательно, плотности в двух регионах Земли.

Работы Торричелли по математике

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 .

Торричелли также был пионером в области бесконечных рядов. В своей параболе «О измерении» 1644 года Торричелли рассмотрел убывающую последовательность положительных членов. $a_{0},a_{1},a_{2},\ldots$ и показал соответствующую телескопическую серию $(a_{0}-a_{1})+(a_{1}-a_{2})+\cdots$ обязательно сходится к $a_{0}-L$, где L — предел последовательности, и таким образом доказывает формулу суммы геометрической прогрессии.

Торричелли развил далее неделимых Кавальери . метод Многие математики 17 века узнали об этом методе от Торричелли, чьи сочинения были более доступны, чем сочинения Кавальери.

Итальянские подводные лодки

Торричелли (S-512);0837310

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

• Подводная лодка «Микка» класса , построенная в 1918 году, затонувшая в 1930 году.

• 

  Титульный лист экземпляра «Академических уроков» 1823 года.

  

  Евангелиста Торричелли 1959 Памятная марка СССР г.

  Подводная лодка «Архимед» класса (1934 г.), переданная Испании в 1937 г. и переименованная в «Генерал Мола» , пострадавшая в 1959 г.
• Подводная лодка Бенедетто Брин класса (1937 г.) затонула в Красном море по вине британского флота в 1940 г.
• Евангелиста Торричелли , бывший военный корабль США Lizardfish , переведен в Италию в 1960 году и выведен из эксплуатации в 1976 году.

Избранные работы

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

• Трактат о движении (до 1641 г.)
• Геометрическая работа (1644 г.)
• Академические лекции (Флоренция, 1715 г.)
• Эксперимент с ртутью (Берлин, 1897 г.)

См. также

• Геометрическая медиана
• Логарифмическая спираль
• Торричеллианская камера
• Вена контракты
• Гаспаро Берти
• Стефан из ангелов

Ссылки

• Обер, Андре (1989). «Предыстория дзета-функции». В Обере, Карл Эгиль; Бомбьери, Энрико; Голдфельд, Дориан (ред.). Теория чисел, формулы следов и дискретные группы . Академическая пресса . ISBN  978-1483216232 .
• де Гандт, Франсуа, изд. (1987). Работа Торричелли: наука Галилея и новая геометрия . Публикации факультета литературы и гуманитарных наук Ниццы. Полет. 32. Париж: Les Belles Lettres.
• Шампо, Массачусетс; Кайл, РА (март 1986 г.). «Итальянский физик-математик изобретает барометр». Труды клиники Мэйо . 61 (3): 204. doi : 10.1016/s0025-6196(12)61850-3 . ПМИД   3511332 .
• Джервис-Смит, Фредерик Джон (1908). Евангелиста Торричелли . Издательство Оксфордского университета . п. 9. ISBN  9781286262184 .
• Драйвер Р. (май 1998 г.). «Закон Торричелли: идеальный пример элементарной ОДУ». Американский математический ежемесячник . 105 (5): 454. дои : 10.2307/3109809 . JSTOR   3109809 .
• Манкосу, Паоло; Эцио, Вайлати (1991). «Бесконечно длинное тело Торричелли и его философский прием в семнадцатом веке». Исида . 82 (1): 50–70. дои : 10.1086/355637 . S2CID   144679838 .
• Робинсон, Филип Дж. (1994). «Еванджелиста Торричелли». Математический вестник . 78 (481): 37–47. дои : 10.2307/3619429 . JSTOR   3619429 . S2CID   250441421 .
• Сегре, Майкл (1991). Вслед за Галилеем . Нью-Брансуик: Издательство Университета Рутгерса .
• Тимбс, Джон (1868). Чудесные изобретения: от морского компаса до электрического телеграфного кабеля . Лондон: Джордж Рутледж и сыновья . п. 41. ИСБН  978-1172827800 .

Внешние ссылки

• Евангелиста Торричелли, Британская энциклопедия Евангелиста Торричелли | итальянский физик и математик
• Евангелиста Торричелли, энциклопедия Треккани Торричелли, евангелист в энциклопедии Треккани
• Евангелиста Торричелли в проекте «Математическая генеалогия»

• Статья Флорентийского университета. Архивировано 28 сентября 2007 г. на Wayback Machine.
• Заочный проект Галилео в Стэнфордском университете. Архивировано 19 июля 2018 г. в Wayback Machine.
• Ученый дня – Евангелиста Торричелли из библиотеки Линда Холл
• Робинсон, Филип Дж. (1994). «Еванджелиста Торричелли». Математический вестник . 78 (481): 37–47. дои : 10.2307/3619429 . JSTOR   3619429 . S2CID   250441421 .
• Сартон (1923). «Рецензируемая работа: Работы Евангелисты Торричелли, Джино Лориа, Джузеппе Вассура». Исида . 5 (1): 151–154. дои : 10.1086/358128 . JSTOR   223606 .
• Манкосу, Паоло; Вайлати, Эцио (1991). «Бесконечно длинное тело Торричелли и его философский прием в семнадцатом веке». Исида . 82 (1): 50–70. дои : 10.1086/355637 . JSTOR   233514 . S2CID   144679838 .
• «Классические изобретения: вакуум Торричелли». Информационный бюллетень науки . 16 (436): 97–99. 1929. дои : 10.2307/3905198 . JSTOR   3905198 .
• Водитель, РД (1998). «Закон Торричелли: идеальный пример элементарной ОДУ». Американский математический ежемесячник . 105 (5): 453–455. дои : 10.2307/3109809 . JSTOR   3109809 .