Ewangelista Torricelli - Evangelista Torricelli

Ewangelista Torricelli
Evangelista Torricelli – Lorenzo Lippi ( ok.  1647 )
Urodzić się	( 1608-10-15 )15 października 1608 Rzym , Państwo Kościelne
Zmarł	25 października 1647 (1647-10-25)(w wieku 39) Florencja , Wielkie Księstwo Toskanii
Narodowość	Włoski
Alma Mater	Uniwersytet Sapienza w Rzymie
Znany z	Barometr Eksperyment Torricellego Równanie Torricellego Prawo Torricellego Punkt Torricellego Trąbka Torricellego Próżnia Torricellego
Kariera naukowa
Pola	Fizyka Matematyka
Instytucje	Uniwersytet w Pizie
Doradcy akademiccy	Benedetto Castelli
Znani studenci	Vincenzo Viviani
Wpływy	Galileo Galilei
Pod wpływem	Robert Boyle Blaise Pascal

Evangelista Torricielli ( / ˌ t ɔːr i tʃ ɛ L i / TORR -ee- Chel -ee , również USA : / ˌ t ɔːr - / TOR - , wł  [evandʒelista torritʃɛlli] ( słuchania ) , 15 października 1608 - 25 października 1647) był włoskim fizykiem i matematykiem, uczniem Galileusza . Najbardziej znany jest z wynalezienia barometru , ale także z postępów w optyce i pracy nad metodą niepodzielności .

Biografia

Wczesne życie

Evangelista Torricelli urodziła się 15 października 1608 roku w Rzymie jako pierworodne dziecko Gaspare Torricelli i Cateriny Angetti. Jego rodzina pochodziła z Faenzy w prowincji Rawenna , będącej wówczas częścią Państwa Kościelnego . Jego ojciec był robotnikiem tekstylnym, a rodzina była bardzo biedna. Widząc jego talenty, rodzice wysłali go na edukację do Faenzy pod opieką wuja Giacomo (Jamesa), mnicha kamedulskiego , który najpierw zapewnił jego bratankowi solidne wykształcenie podstawowe. Następnie wstąpił młodego Torricelli do kolegium jezuickiego w 1624, prawdopodobnie w samej Faenzy, aby studiować matematykę i filozofię do 1626, kiedy to zmarł jego ojciec Gaspare. Wujek wysłał następnie Torricelli do Rzymu, aby studiował naukę u mnicha benedyktyńskiego Benedetto Castelli , profesora matematyki w Collegio della Sapienza (obecnie znanym jako Uniwersytet Sapienza w Rzymie ). Castelli był uczniem Galileo Galilei . „Benedetto Castelli przeprowadził eksperymenty na bieżącej wodzie (1628), a papież Urban VIII powierzył mu przedsięwzięcia hydrauliczne”. Nie ma żadnych dowodów na to, że Torricelli był zapisany na uniwersytet. Jest prawie pewne, że Torricellego uczył Castelli. W zamian pracował dla niego jako jego sekretarz od 1626 do 1632 w prywatnym układzie. Z tego powodu Torricelli został wystawiony na eksperymenty finansowane przez papieża Urbana VIII . Mieszkając w Rzymie, Torricelli został także uczniem matematyka Bonaventura Cavalieri , z którym zaprzyjaźnił się. To właśnie w Rzymie Torricelli zaprzyjaźnił się również z dwoma innymi uczniami Castelli, Raffaello Magiotti i Antonio Nardi . Galileusz czule odnosił się do Torricelli, Magiottiego i Nardiego jako do swego „triumwiratu” w Rzymie.

Kariera zawodowa

W 1632 roku, krótko po opublikowaniu Galileo „s Dialogu dotyczących systemów światowej Naczelnych , Torricelli napisał do Galileo z lektury„z zachwytu ... kogoś, kto, po już praktykowane wszystkich geometrii najbardziej pilnie ... i posiadające studiował Ptolemeusza i widział prawie wszystko Tycho Brahe , Keplera i Longomontanusa , w końcu zmuszony przez wiele kongruencji, przylgnął do Kopernika i był Galilejczykiem w zawodzie i sekcie”. (Watykan potępił Galileusza w czerwcu 1633 r. i była to jedyna znana okazja, w której Torricelli otwarcie oświadczył, że podziela pogląd Kopernika).

Poza kilkoma listami niewiele wiadomo o działalności Torricelliego w latach 1632-1641, kiedy to Castelli wysłał monografię Torricelliego o drodze pocisków do Galileusza, wówczas więźnia w jego willi w Arcetri . Chociaż Galileusz natychmiast zaprosił Torricelliego do odwiedzenia, Torricelli nie przyjął go dopiero trzy miesiące przed śmiercią Galileusza. Powodem tego było to, że zmarła matka Torricelli, Caterina Angetti. „(T) jego krótki stosunek z wielkim matematykiem umożliwił Toricelliemu zakończenie piątego dialogu pod osobistym kierownictwem jego autora; został on opublikowany przez Vivianiego, innego ucznia Galileusza, w 1674 roku”. Po śmierci Galileusza w dniu 8 stycznia 1642 roku, wielki książę Ferdynand II Medyceusz poprosił Torricelli, aby zastąpił Galileusza na stanowisku wielkiego księcia matematyka i kierownika katedry matematyki na Uniwersytecie w Pizie . Tuż przed nominacją Torricelli rozważał powrót do Rzymu, ponieważ we Florencji, gdzie wynalazł barometr, nic mu nie zostało . W tej nowej roli rozwiązał niektóre z wielkich matematycznych problemów tamtych czasów, takich jak znalezienie powierzchni i środka ciężkości cykloidy . W wyniku tych badań napisał książkę Opera Geometrica, w której opisał swoje spostrzeżenia. Książka została wydana w 1644 roku.

Niewiele wiedziano o Torricellim o jego pracach w geometrii, kiedy objął to zaszczytne stanowisko, ale po opublikowaniu w dwa lata później Opery Geometrica zyskał w tej dyscyplinie duże uznanie. „Interesował się optyką i wynalazł metodę, dzięki której mikroskopijne soczewki mogą być wykonane ze szkła, które można łatwo stopić w lampie”. W rezultacie zaprojektował i zbudował szereg teleskopów i prostych mikroskopów; we Florencji zachowało się kilka dużych soczewek z wygrawerowanym jego nazwiskiem . W dniu 11 czerwca 1644 r. napisał słynny list do Michała Anioła Ricciego :

Noi viviamo sommersi nel fondo d'un pelago d'aria. (Żyjemy zanurzeni na dnie oceanu powietrza.)

Jednak jego praca nad cykloidą wciągnęła go w spór z Gillesem de Robervalem , który oskarżył go o plagiat jego wcześniejszego rozwiązania problemu kwadratury . Chociaż wydaje się, że Torricelli doszedł do swojego rozwiązania niezależnie, sprawa była przedmiotem sporu aż do jego śmierci.

Śmierć

Torricelli zmarł na gorączkę, najprawdopodobniej tyfus , we Florencji 25 października 1647, 10 dni po swoich 39 urodzinach, i został pochowany w Bazylice San Lorenzo . Wszystkie swoje rzeczy zostawił swojemu adoptowanemu synowi Alessandro. „Należą do tego pierwszego okresu jego broszury o Solidi spherali, Contatti i większej części propozycji i różnych problemów, które zostały zebrane przez Vivianiego po śmierci Torricelli. Ta wczesna praca wiele zawdzięcza studiowaniu klasyków”. Sześćdziesiąt osiem lat po śmierci Torricelli jego geniusz wciąż budził podziw u współczesnych, o czym świadczy anagram pod fasadą Lezioni accademiche d'Evangelista Torricelli opublikowany w 1715 roku: En virescit Galileus alter, co oznacza „Tu rozkwita inny Galileusz”.

W Faenzie w 1868 r. powstał posąg Torricelliego z wdzięczności za wszystko, co Torricelli zrobił w rozwoju nauki podczas swojego krótkiego życia. Na jego cześć nazwano asteroidę 7437 Torricelli i krater na Księżycu.

Praca Torricellego z fizyki

Lektura Dwóch Nowych Nauk Galileusza (1638) zainspirowała Torricelliego do wielu rozwinięć przedstawionych tam zasad mechanicznych, które zawarł w traktacie De motu (wydrukowanym w jego Operze geometrycznej , 1644). Jego komunikacja przez Castellego z Galileuszem w 1641 roku, z propozycją, aby Torricelli zamieszkał z nim, doprowadziła do podróży Torricelliego do Florencji , gdzie spotkał Galileusza i działał jako jego asystent przez trzy pozostałe miesiące jego życia.

Pompy ssące i wynalezienie barometru

Praca Torricelliego doprowadziła do pierwszych spekulacji na temat ciśnienia atmosferycznego i do wynalezienia barometru rtęciowego (od greckiego słowa baros, oznaczającego wagę) – którego zasadę działania opisał już w 1631 roku René Descartes , chociaż nie ma na to dowodów. że Kartezjusz kiedykolwiek zbudował taki instrument.

Barometr powstał z potrzeby rozwiązania teoretycznego i praktycznego problemu: pompa ssąca mogła podnieść wodę tylko na wysokość 10 metrów (34 stóp) (jak opisano w Dwóch nowych naukach Galileusza ). Na początku XVII wieku nauczyciel Torricellego, Galileo, argumentował, że pompy ssące są w stanie czerpać wodę ze studni dzięki „siły próżni”. Argument ten nie wyjaśniał jednak faktu, że pompy ssące mogły podnieść wodę tylko na wysokość 10 metrów.

Po śmierci Galileusza Torricelli zaproponował raczej, że żyjemy w „morze powietrza”, które wywiera ciśnienie analogiczne pod wieloma względami do ciśnienia wody na zanurzone obiekty. Zgodnie z tą hipotezą, na poziomie morza powietrze w atmosferze ma wagę w przybliżeniu równą wadze 34 stóp słupa wody. Kiedy pompa ssąca wytwarza próżnię wewnątrz rury, atmosfera nie naciska już na słup wody poniżej tłoka, ale nadal naciska na powierzchnię wody na zewnątrz, powodując w ten sposób wzrost wody, aż jej ciężar równoważy ciężar atmosfery . Ta hipoteza mogła doprowadzić go do uderzającej prognozy: pompa ssąca może podnieść rtęć, która jest 13 razy cięższa od wody, tylko do 1/13 wysokości słupa wody (76 centymetrów) w podobnej pompie. (Możliwe jednak, że Torricelli najpierw przeprowadził eksperyment z rtęcią, a następnie sformułował swoją hipotezę morza powietrza).

W 1643 Torricelli wypełnił metrową rurkę (z jednym końcem odciętym ) rtęcią — trzynaście razy gęstszą od wody — i umieścił ją pionowo w basenie z płynnego metalu. Słupek rtęci spadł do około 76 centymetrów (30 cali), wytwarzając próżnię Torricella powyżej. Był to również pierwszy odnotowany incydent tworzenia trwałej próżni.

Drugie jednoznaczne przewidywanie hipotezy morza powietrza Torricellego zostało dokonane przez Blaise'a Pascala , który argumentował i dowiódł, że słupek rtęci barometru powinien opadać na wyższych wysokościach. Rzeczywiście, spadła nieco na szczyt 50-metrowej dzwonnicy, a znacznie bardziej na szczycie 1460-metrowej góry.

Jak wiemy, wysokość kolumny zmienia się wraz z ciśnieniem atmosferycznym w tym samym miejscu, co odgrywa kluczową rolę w prognozowaniu pogody. Z kolei zmiany bazowej wysokości kolumny na różnych wysokościach leżą u podstaw zasady wysokościomierza. W ten sposób praca ta położyła podwaliny pod nowoczesną koncepcję ciśnienia atmosferycznego , pierwszego barometru , instrumentu, który później odegra kluczową rolę w prognozowaniu pogody, oraz pierwszego wysokościomierza ciśnieniowego , który mierzy wysokość i jest często używany w wędrówkach, wspinaczkach, narciarstwo i lotnictwo.

Rozwiązanie zagadki z pompą ssącą i odkrycie zasady działania barometru i wysokościomierza utrwaliło sławę Torricelli dzięki terminom takim jak „rura Torricelli” i „próżnia Torricelli”. Torr , jednostka ciśnienia stosowane w pomiarach próżniowych pochodzi od niego.

Prawo Torricellego

Torricelli odkrył również prawo dotyczące prędkości płynu wypływającego z otworu, co później okazało się szczególnym przypadkiem zasady Bernoulliego . Odkrył, że woda wycieka przez mały otwór w dnie pojemnika z szybkością proporcjonalną do pierwiastka kwadratowego głębokości wody. Więc jeśli pojemnik jest pionowym cylindrem z małym wyciekiem na dnie i y jest głębokością wody w czasie t , to

${\ Displaystyle {\ Frac {dy} {dt}} = - k {\ sqrt {u (y) r}}}$

dla pewnej stałej k > 0.

Badanie pocisków

Torricelli badał pociski i sposób ich przemieszczania się w powietrzu. „Być może jego najbardziej znaczącym osiągnięciem w dziedzinie pocisków było ustanowienie po raz pierwszy idei koperty : pociski wysyłane z [...] tą samą prędkością we wszystkich kierunkach wyznaczają parabole, które są styczne do wspólnej paraboloidy Ta koperta stała się znana jako parabola di sicurezza ( parabola bezpieczeństwa )."

Przyczyna wiatru

Torricelli podał pierwszy naukowy opis przyczyny wiatru :

... wiatry są spowodowane różnicami temperatury powietrza, a co za tym idzie gęstości, między dwoma regionami ziemi.

Praca Torricellego w matematyce

Torricelli słynie również z odkrycia trąbki Torricelli (również – być może częściej – znanej jako Róg Gabriela ), której powierzchnia jest nieskończona , ale objętość jest skończona. Było to postrzegane jako „niesamowity” paradoks przez wielu w tym czasie, w tym przez samego Torricelliego, i wywołało zaciekłą kontrowersję dotyczącą natury nieskończoności, również z udziałem filozofa Hobbesa . Niektórzy przypuszczają, że doprowadziło to do idei „ukończonej nieskończoności”. Torricelli wypróbował kilka alternatywnych dowodów, próbując udowodnić, że jego powierzchnia jest również skończona – wszystkie z nich zawiodły.

Torricelli był również pionierem w dziedzinie serii nieskończonych. W swojej De Dimensione parabolae z 1644 r. Torricelli rozważył malejący ciąg wyrazów dodatnich i wykazał, że odpowiedni szereg teleskopowy nieuchronnie zbiega się do , gdzie L jest granicą ciągu iw ten sposób daje dowód wzoru na sumę serie geometryczne. ${\displaystyle a_{0},a_{1},a_{2},\ldots}$ ${\displaystyle (a_{0}-a_{1})+(a_{1}-a_{2})+\cdots}$${\displaystyle a_{0}-L}$

Torricielli opracowano ponadto sposób indivisibles z Cavalieri . Wielu matematyków z XVII wieku poznało tę metodę dzięki Torricelli, którego pisarstwo było bardziej przystępne niż Cavalieri.

Włoskie okręty podwodne

Kilka okrętów podwodnych włoskiej marynarki zostało nazwanych na cześć Evangelisty Torricelli:

• Micca klasa podwodny , zbudowany w 1918 roku, w 1930 roku dotkniętych
• Archimede klasa podwodna (1934) przeniósł się do Hiszpanii w 1937 i przemianowany General Mola , dotknięty w 1959 roku
• Benedetto Brin klasa podwodna (1937), zatonął w Morzu Czerwonym z powodu brytyjskiej marynarki wojennej w 1940 roku
• Evangelista Torricelli , były USS Lizardfish , przeniesiony do Włoch w 1960 roku i wycofany ze służby w 1976 roku

Wybrane prace

Jego oryginalne rękopisy są zachowane we Florencji we Włoszech. W druku ukazały się:

• Trattato del moto (przed 1641)
• Opera geometryczna (1644)
• Akademia Lezioni (Firenze, 1715)
• Esperienza dell'argento vivo (Berlin, 1897)

Zobacz też

• Mediana geometryczna
• Spirala logarytmiczna
• Komora Torricellańska
• Vena kontrakta
• Gasparo Berti
• Stefano degli Angeli

Uwagi

Bibliografia

• Aubert, Andrzej (1989). „Prehistoria funkcji Zeta”. W Aubert, Karl Egil; Bombieriego, Enrico; Goldfeld, Dorian (red.). Teoria liczb, wzory śledzenia i grupy dyskretne . Prasa akademicka . Numer ISBN 978-1483216232.
• de Gandt, François, wyd. (1987). L'Oeuvre de Torricelli: Science galiléene et nouvelle géométrie . Publikacje Faculté des Lettres et Sciences Humanes de Nice. 32 . Paryż: Les Belles Letters.
• Szampon, mgr; Kyle, RA (marzec 1986). „Włoski fizyk-matematyk wynajduje barometr”. Postępowanie w klinice Mayo . 61 (3): 204. doi : 10.1016/s0025-6196(12)61850-3 . PMID  3511332 .
• Jervis-Smith, Fryderyk Jan (1908). Ewangelista Torricelli . Wydawnictwo Uniwersytetu Oksfordzkiego . P. 9. Numer ISBN 9781286262184.
• Kierowca R. (maj 1998). „Prawo Torricellego: Idealny przykład elementarnej ODE” . Amerykański miesięcznik matematyczny . 105 (5): 454. doi : 10.2307/3109809 . JSTOR  3109809 .
• Mancosu, Paolo; Ezio, Vailati (1991). „Nieskończenie długi Solid Torricellego i jego filozoficzny odbiór w XVII wieku”. Izyda . 82 (1): 50–70. doi : 10.1086/355637 . S2CID  144679838 .
• Robinson, Philip J. (1994). „Ewangelista Torricelli”. Gazeta Matematyczna . 78 (481): 37–47. doi : 10.2307/3619429 . JSTOR  3619429 .
• Segre, Michael (1991). W ślad za Galileo . Nowy Brunszwik: Rutgers University Press .
• Timbs, John (1868). Wspaniałe wynalazki: od kompasu marynarza do elektrycznego kabla telegraficznego . Londyn: George Routledge i Synowie . P. 41. Numer ISBN 978-1172827800.

Zewnętrzne linki

• Evangelista Torricelli, Encyklopedia Britannica Evangelista Torricelli | Włoski fizyk i matematyk
• Evangelista Torricelli, Treccani Enciclopedia Torricèlli, Evangelista nell'Enciclopedia Treccani
• Evangelista Torricelli na Projekcie Genealogii Matematycznej

• Artykuł z Uniwersytetu we Florencji
• Projekt korespondencji Galileusza na Uniwersytecie Stanforda
• Naukowiec dnia – Evangelista Torricelli w Bibliotece Linda Hall
• Robinson, Philip J. (1994). „Ewangelista Torricelli”. Gazeta Matematyczna . 78 (481): 37–47. doi : 10.2307/3619429 . JSTOR  3619429 .
• Sartona (1923). „Recenzowana praca: Opere di Evangelista Torricelli, Gino Loria, Giuseppe Vassura”. Izyda . 5 (1): 151–154. doi : 10.1086/358128 . JSTOR  223606 .
• Mancosu, Paolo; Vailati, Ezio (1991). „Nieskończenie długi Solid Torricellego i jego filozoficzny odbiór w XVII wieku”. Izyda . 82 (1): 50–70. doi : 10.1086/355637 . JSTOR  233514 . S2CID  144679838 .
• „Klasyczne wynalazki: próżnia Torricellego” . Biuletyn Naukowy . 16 (436): 97–99. 1929. doi : 10.2307/3905198 . JSTOR  3905198 .
• Kierowca, RD (1998). „Prawo Torricellego: Idealny przykład elementarnej ODE” . Amerykański miesięcznik matematyczny . 105 (5): 453–455. JSTOR  3109809 .