Breve storia del vuoto

3. L’enigma delle pompe aspiranti

di Paolo Lenisa

La teoria aristotelica dell’”horror vacui” rimase in auge fino al XVII secolo. Molte osservazioni dell'esperienza quotidiana sembravano confermare la teoria, ma esistevano dei fenomeni ai quali la teoria non era in grado di dare risposta. Uno di questi era un fatto noto sin dall’antichità: l’impossibilità di estrarre l'acqua da pozzi molto profondi per mezzo di pompe aspiranti. Tali pompe consistevano di un cilindro, all'interno del quale, mosso da una leva, era libero di scorrere uno stantuffo aderente alle pareti. Abbassando la leva, lo stantuffo veniva tirato verso l'alto lasciando uno spazio vuoto nella parte superiore del cilindro. Se la natura avesse orrore del vuoto – come sosteneva Aristotele - collegando il tubo con una cisterna piena d'acqua, quest'ultima avrebbe dovuto innalzarsi in esso. L’esperienza mostrava che, effettivamente, l'acqua si precipitava nel vuoto creato dallo stantuffo, ma solo se il dislivello fra l'acqua nella cisterna e la sommità del tubo era inferiore ai 10 metri. Se il dislivello era maggiore, l'acqua non riusciva a superarlo.

pompa_aspirante

La questione venne risolta solamente nel 1643, da un discepolo di Galilei icona_minibiografia, icona_esperto[376]: il fisico Evangelista Torricelli. L’intuizione determinante per la soluzione dell’enigma fu che l’aria ha un suo peso. Torricelli capì che l'acqua sale all’interno tubo dal quale viene aspirata l'aria, non per colmare il vuoto “temuto” dalla natura, ma perché spinta dal peso della colonna di aria dell’intera atmosfera sovrastante il pozzo. Trattandosi di stabilire un’equivalenza tra pesi, Torricelli intuì che non era indispensabile usare l’acqua e realizzò il suo celebre esperimento utilizzando il mercurio. Riempì di mercurio un tubo della lunghezza di un metro e della sezione di un centimetro quadrato; rovesciò poi il tubo, tenendolo chiuso con il pollice, in una vaschetta piena dello stesso metallo liquido. Tolto il dito dall’apertura, il mercurio scese fino a raggiungere l’altezza di circa 75 cm. Questa altezza del mercurio corrispondeva esattamente al peso della colonna d’aria dei trenta chilometri di atmosfera soprastante . Nei rimanenti 25 centimetri si era creato quello che ancora oggi si chiama “vuoto torricelliano”icona_glossario . Torricelli aveva sperimentalmente dimostrato e compreso come il vuoto potesse realmente esistere (nella realtà non si tratta di un vuoto vero e proprio perché lo spazio contiene una piccola quantità di vapori di mercurio).

FIGURA 2 – modello di pompa aspirante del 1875, originale presso la Collezione del Liceo Ludovico Ariosto, Ferrara  

 

storia

Il XVII secolo rappresenta il secolo di nascita della scienza. Fu Galileo Galilei a stabilire le regole del metodo scientifico icona_esperto[397]. Una nuova teoria scientifica non deve solamente spiegare in modo chiaro e coerente i fatti che l’hanno originata, ma deve essere in grado di proporre previsioni su nuovi comportamenti che potranno confermare o falsificare icona_esperto[030] la teoria (“provando e riprovando”) era il motto introdotto da Galileo. Torricelli non si limitò semplicemente a proporre una nuova ipotesi per spiegare il fenomeno osservato, ma suggerì anche un esperimento addizionale a supporto della sua tesi. L'esperimento consisteva nel misurare l'altezza del mercurio all'interno del tubo di vetro in alta montagna. Se fosse stata effettivamente l'aria che premeva sul mercurio della vaschetta a causare l’innalzamento di quello presente nel tubo, allora, diminuendo il peso dell'aria sovrastante, si sarebbe dovuta osservare una diminuzione del livello del mercurio all'interno del tubo di vetro. L'esperimento fu realizzato dal matematico francese Blaise Pascal icona_minibiografia e confermò la previsione di Torricelli.


ultimo aggiornamento giugno 2013

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