Horror vacui a pumpy

Zajímavá otázka, ale vůbec ne nová. S tímto problémem se potýkali již v sedmnáctém století a dokonce ještě dříve. Ve starověku byl Aristoteles a další učenci toho názoru, že v sacích čerpadlech je mezi pístem a vodou prázdný prostor, ale že příroda prázdnotu nesnáší, takže do tohoto místa vstupuje voda (aby tam nebyla prázdnota) – a tak tedy fungují čerpadla. Této vlastnosti začali říkat „horror vacui“ neboli „strach z prázdnoty“. A tak to platilo i po celý středověk.

I stalo se v roce 1640, že v jednom toskánském městě zřizovali zavodňování terasy a stavitelé si všimli, že ať dělají, co dělají, tak se nedá voda nasát pumpou výše než 18 sáhů (asi 10 m). Toskánský učenec Galileo Galilei tehdy stavitelům poradil, aby si udělali pomocnou nádrž a dali tam další pumpu. Problém byl vyřešen. Jenže Galileovi to nedalo a začal přemýšlet, že možná když je vody více než těch 18 sáhů, tak už je sloupec vody příliš těžký, a proto se přeruší. A to zase vzbuzovalo pochyby, zda je opravdu správná teorie „horror vacui“.

Italský fyzik a matematik Evangelista Torricelli začal v roce 1643 se svým žákem Vivianem experimentovat, zda se budou další kapaliny chovat stejně. Pokus spočíval v tom, že naplnili skleněnou trubici (která byla na jednom konci uzavřená) rtutí, pak ji vložili do misky se rtutí uzavřeným koncem nahoru. Rtuť v trubici klesla, ale zastavila se ve výšce 76 cm (viz obrázek). Z toho vyplývalo, že v trubici nad rtutí nebyl žádný vzduch, tedy tam bylo prázdno – vzduchoprázdno, vakuum. Teorie „horror vacui“ byla vyvrácena – příroda se prázdna se nebojí.

Experiment vedle toho ukázal, že vzduch také něco váží. Torricelli napsal, že žijeme ponořeni na dně oceánu vzduchu. Po nějaké době si všimli, že výška rtuti v trubici občas kolísá. Francouzský fyzik Blaise Pascal během dalších experimentů zjistil, že to kolísání je způsobeno atmosférickým tlakem. A tak vznikl barometr.

Nyní se můžeme vrátit k důlním čerpadlům. Máme-li sací čerpadlo, tak ve skutečnosti vodu do potrubí nenasáváme, pouze nad vodou vytváříme podtlak a vodu do potrubí tlačí tlak naší atmosféry. To je však možné pouze do určitého okamžiku (těch asi 10 m), pak je atmosférický tlak již příliš slabý na to, aby dokázal vodu v potrubí vytlačit výše.