Биография. ТОРРИЧЕЛЛИ, ЭВАНДЖЕЛИСТА (Torricelli, Evangelista) (1608– 1647), итальянский физик и математик. Родился 15 октября 1608 в Фаэнце. В 1627 приехал в Рим, где изучал математику под руководством Б.Кастелли, друга и ученика Галилео Галилея. Под впечатлением трудов Галилея о движении написал собственное сочинение на ту же тему под названием Трактат о движении (Trattato del moto, 1640). В 1641 переехал в Арчетри, где стал учеником и секретарем Галилея, а позже его преемником на кафедре математики и философии Флорентийского университета. С 1642, после смерти Галилея, придворный математик великого герцога Тосканского и одновременно профессор математики Флорентийского университета. Наиболее известны труды Торричелли в области пневматики и механики. В 1644 развил теорию атмосферного давления, доказал возможность получения так называемой торричеллиевой пустоты и изобрёл ртутный барометр. В основном труде по механике "О движении свободно падающих и брошенных тяжёлых тел" (1641) развивал идеи Галилея о движении, сформулировал принцип движения центров тяжести, заложил основы гидравлики, вывел формулу для скорости истечения идеальной жидкости из сосуда.

Торричелли принадлежат также работы по математике (в частности, развил "неделимых" метод) и баллистике, усовершенствованию оптических приборов, шлифовке линз. В математике усовершенствовал и широко применил метод неделимых при решении задач на касательные. Использовал кинематические представления, в частности принцип сложения движений. Обобщил правило квадратуры параболы на случай произвольного рационального показателя. Самостоятельно, хотя и несколько позже {Ж. Роберваля}, определил квадратуру циклоиды. Вслед за {Р. Декартом} нашел длину дуги логарифмической спирали. Кроме изготовления зрительных труб и телескопов, занимался конструированием простых микроскопов, состоящих всего из одной крошечной линзы, которую он получал из капли стекла (расплавляя над пламенем свечи стеклянную палочку). Именно такие микроскопы получили затем широкое распространение. Умер Торричелли во Флоренции 25 сентября 1647.

Тем самым опыт получил возможность "перейти" со стройплощадки в лабораторию и был проведен Вивиани по инициативе Торричелли. Осмысливая результаты эксперимента, Торричелли делает два вывода: пространство над ртутью в трубке пусто (позже его назовут "торричеллиевой пустотой"), а ртуть не выливается из трубки обратно в сосуд потому, что атмосферный воздух давит на поверхность ртути в сосуде. Из этого следовало, что воздух имеет вес. Это утверждение казалось настолько невероятным, что не сразу было принято учеными того времени. В 1641 Торричелли сформулировал закон вытекания жидкости из отверстий в стенке открытого сосуда и вывел формулу для определения скорости вытекания (формула Торричелли).

Точка Торричелли – это точка в плоскости треугольника, сумма расстояний от которой до вершин треугольника имеет наименьшее значение.

Земной шар окружен слоем газообразного воздуха атмос­ферой, толщина которой примерно равна радиусу Земли. Физи­ческое состояние атмосферы в определенном месте, в определен­ный момент или промежуток времени характеризуется такими метеорологическими элементами, как температура, давление, ве­тер, влажность, облачность, видимость и т. д., а также особыми атмосферными явлениями, какими являются гроза, дождь, ту­ман и т. п. Сочетание таких элементов и явлений формирует по­нятие о погоде, определяющей гидрометеорологическую обста­новку. Экономические исследования работы морского транспор­та показывают, что ходовое время в значительной степени зави­сит от правильности учета гидрометеорологической обстановки во время плавания. Поэтому знание фактической гидрометеоро­логической обстановки на трассе перехода и прогноза, ее изме­нения совершенно необходимо. Атмосфера и Мировой океан представляют собой неразрыв­ную систему, в которой непрерывно зарождается тепловое и ди­намическое воздействие их друг на друга, настолько сильное и сложное, что отделить причину от следствия оказывается, как правило, невозможным. Взаимодействие Мирового океана и ат­мосферы оказывает решающее влияние и играет главную роль в формировании погоды над океанами и морями.

Судно, находящееся в пограничном слое атмосферы и моря, непрерывно подвергается воздействиям гидрометеорологических условий, которые оказывают неблагоприятные и благоприятные влияния на безопасность плавания, сохранность перевозимых грузов, а также пребывание пассажиров на его борту. Так, не­благоприятные гидрометеорологические факторы могут снизить экономические показатели работы судна, а также влиять на ус­ловия или создавать предпосылки для возникновения аварий и даже гибели судов. Это наносит большой материальный ущерб и создает угрозу для жизни людей, а иногда приводит к их ги­бели. В этой связи качественная и количественная оценки не­благоприятных влияний гидрометеорологических условий на судно и их учет представляют собой одну из актуальных задач современного судовождения. Необходимо добавить также, что различные грузы, находящиеся на территории порта в тех или иных условиях хранения, в большей или меньшей степени под­вергаются неблагоприятному влиянию отдельных гидрометеоро­ логических факторов. Все вышесказанное определяет необходимость для будущего эксплуатационника получить достаточную информацию о влия­нии погоды и моря на работу морского флота. Для понимания сущности и значимости гидрометеорологического обеспечения безопасности судовождения и сохранной перевозки грузов мо­рем необходимо познакомиться с теми физическими явлениями, которые происходят в воздушной оболочке Земли, а также иметь достаточное представление о физической, химической и биоло­гической сущности основных океанографических элементов глубинах, течениях, приливах и т.д.

Земной шар окружен слоем газообразного воздуха атмосферой, толщина которой примерно равна радиусу Земли. Физи­ческое состояние атмосферы в определенном месте, в определен­ный момент или промежуток времени характеризуется такими метеорологическими элементами, как температура, давление, ве­тер, влажность, облачность, видимость и т. д., а также особыми атмосферными явлениями, какими являются гроза, дождь, ту­ман и т. п. Сочетание таких элементов и явлений формирует по­нятие о погоде, определяющей гидрометеорологическую обста­новку. Экономические исследования работы морского транспор­та показывают, что ходовое время в значительной степени зави­сит от правильности учета гидрометеорологической обстановки во время плавания. Поэтому знание фактической гидрометеоро­логической обстановки на трассе перехода и прогноза, ее изме­нения совершенно необходимо. Атмосфера и Мировой океан представляют собой неразрыв­ную систему, в которой непрерывно зарождается тепловое и ди­ намическое воздействие их друг на друга, настолько сильное и сложное, что отделить причину от следствия оказывается, как правило, невозможным. Взаимодействие Мирового океана и ат­ мосферы оказывает решающее влияние и играет главную роль в формировании погоды над океанами и морями.

Имя Торричелли навсегда вошло в историю физики как имя человека, впервые доказавшего существование атмосферного давления и сконструировавшего первый барометр. До середины XVII века считалось непререкаемым утверждение древнегреческого ученого Аристотеля (384–322 до н.э.) о том, что вода поднимается за поршнем насоса потому, что "природа не терпит пустоты". Однако при сооружении фонтанов во Флоренции обнаружилось, что засасываемая насосами вода не желает подниматься выше 34 футов. Недоумевающие строители обратились за помощью к престарелому Галилею, который сострил, что, вероятно, природа перестает бояться пустоты на высоте более 34 футов, но все же предложил разобраться в этом своим ученикам – Торричелли и Вивиани. Трудно сказать, кто первым догадался, что высота поднятия жидкости за поршнем насоса должна быть тем меньше, чем больше ее плотность. Так как ртуть в 13 раз плотнее воды, то высота ее поднятия за поршнем будет во столько же раз меньше.

Место соприкосновения двух воздуш­ных масс, обладающих различными физическими свойствами, на­зывается поверхностью раздела, или фронтом. Линия пересечения такой поверхности с подстилающей поверхно­стью моря или суши называется линией фронта. Фронты разделя­ются на подвижные и "стационарные. В зонах фронтов наблюда­ются наиболее сложные условия погоды: мощная облачность, осадки, нередко грозовая деятельность, усиление ветра, ухудше­ние видимости н другие явления. Главный арктический фронт отделяет арктический воздух от полярного; главный полярный фронт полярный воздух от тропического; главный тропический фронт тропический воз­дух от экваториального. В зависимости от относительного направления перемещения фронты делят на теплые, холодные и малоподвижные. Теплый фронт возникает при наползании теплой воздушной массы на холодную. Давление перед таким фронтом надает. Предвестником теплого фронта служат также перистые облака в виде «коготков». Перед теплым фронтом наблюдаются пред-фронтовые туманы. Пересекая зону теплого фронта, судно по­падает в широкую полосу обложного дождя или снега с пони­женной видимостью. Холодный фронт возникает, когда холодные воздушные мас­сы вклиниваются в теплые. Он наступает «стеной» ливневых об­лаков. Давление перед фронтом значительно падает. При встре­че с холодным фронтом судно попадает в зону ливней, гроз, шквалов и сильного волнения. Однако если клин холодного воз­духа «подсекает» теплые массы медленно, то за линией такого холодного фронта судно попадает в зону обложных осадков, с резким понижением температуры и видимости.

Атмосферное давление это давление, создаваемое весом воздуха. Нормальное давление воздуха уравновешивает столб ртути в 760 мм на уровне моря и в широте 45° при температуре 0°С. Часто атмосферное давление выражают в миллибарах: 1 мбар = 0,75 мм; 1мм=1,33 мбар. Шкалы перевода миллимет­ров атмосферного давления в миллибары и миллибаров в мил­лиметры приводятся в МТ.

Линии, соединяющие на карте точки с равным атмосферным давлением, называются изобарами, а определяемое распо­ложением изобар распределение давлений на каком-либо гори­зонтальном уровне барическим полем. В различных точках определенного горизонтального уровня давление атмос­феры может быть различным. Разность таких давлений в сто­рону наибольшего их падения называется барическим гра­ диентом. Тип падения или повышения давления характери­зуется системами расположения изобар. Такие системы опреде­ляют формы барического рельефа. Атмосферное давление на судах измеряют барометром-анеро­идом, чувствительным элементом которого является герметическая тонкостенная металлическая коробка, из которой откачан практически весь воздух. Такая «барометрическая» ко­робка сжимается либо расширяется («дышит») с изменением атмосферного давления, а ее деформация через систему рычагов фиксируется на специальной шкале с помощью индикаторной стрелки. Правила исправлений показаний барометра-анероида и необходимые для этого таблицы приведены в прилагаемой к при­бору заводской инструкции. Непрерывная регистрация изменения атмосферного давления осуществляется барографом с помощью пишущего на ба­рабанной ленте пера, приводимого в движение рычагами, свя­занными с набором спаянных между собой (столбиком) баро­метрических коробок.

Облака скопление мельчайших капель или кристаллов льда в высоких слоях атмосферы. В суточном ходе облачности летом наблюдаются два максимума рано утром и после по­лудня, зимой в утренние и ночные часы. Максимума облач­ность достигает в экваториальной зоне, минимума в широтах 3035°. Отсюда она вновь увеличивается, достигая второго мак­симума в широтах 6080°, а к полюсу вновь несколько убывает. Все облака делятся на три класса: нижнего (высота ниже 2 км), среднего (высота от 2 до 6 км) и верхнего (высота бо­ лее 6 км) ярусов. Облачность измеряется в баллах от 0 до 10, в зависимости от того, сколько десятых частей неба закрыто облаками. На­пример, над Белым морем среднее годовое значение облачности равно 0,8, в Асуане 0,5 балла.

Осадки. Различают осадки, выпадающие из облаков (дождь, снег, ледяной дождь, снежная крупа, ледяная крупа, град, снеж­ные зерна) и выделяющиеся из поверхности Земли и предметов (роса, иней, изморозь, жидкий налет, гололед). Количество осад­ков выражается толщиной слоя воды, покрывающего земную поверхность при выпадении осадков, и измеряется в миллиметрах. Наибольшее среднее годовое количество осадков наблюдается в Черрапунджи (Индия) мм. В Батуми в среднем за год выпадает мм. Видимость предельное расстояние, дальше которого наб­людаемый объект сливается с фоном и становится невидимым. Видимость зависит от прозрачности атмосферы, возрастающей с увеличением широты. Для оценки видимости пользуются специ­альной шкалой. Так, шкала горизонтальной видимости приведе­на в Мореходных таблицах

Туманы скопление продуктов конденсации (процесса пре­ вращения пара в воду) водяного пара в слоях воздуха, близких к поверхности Земли. Различают следующие виды туманов: дымка размер капель не превышает 0,0005 мм, а видимость от 1 до 10 км; слабый туман видимость от 500 м до 1км; сильный туман видимость менее 50 м. Подробные сведения о туманах, их распределении, суточном и годовом ходе можно найти в соответствующих лоциях

Ветер горизонтальное передвижение воздуха, вызванное разностью атмосферного давления. Ветер характеризуется на­правлением, скоростью и силой. На экваторе направление ветра совпадает с барическим градиентом; воздух здесь перемещается от центров высокого давления к центрам низкого давления. Од­нако к северу и к югу от экватора, вследствие влияния силы Кориолиса и центробежной силы, ветер отклоняется от направ­ления градиента вправо в северном и влево в южном полуша­риях. Таким образом, в северном полушарии, став спиной к вет­ру, наблюдатель будет иметь низкое давление слева; в южном полушарии соответственно справа. Сила ветра зависит от величины барического градиента. Для оценки силы ветра пользуются специальной шкалой Бофорта; такая шкала приведена в МТ. На движущемся судне наблюдается кажущийся ветер. Определение направления истинного ветра: где V вектор скорости судна, м/с; Vк.в вектор ка­жущегося ветра, откладываемый в сторону, противоположную направлению этого ветра, м/с; Vив вектор скорости истинного ветра, направление которого противоположно направлению дей­ствительного ветра, м/с.

Общие сведения. Горизонтальные и вертикальные движения воздуха играют большую роль в. эволюции метеорологических процессов. В низких широтах такие перемещения достаточно ус­тойчивы и лишь изредка возмущаются пассатными волнами и тропическими циклонами. Во внетропичееких шпротах основной чертой циркуляционных процессов является интенсивная цикло­ническая деятельность, т. е. непрерывное возникновение, переме­щение и эволюция крупномасштабных возмущений циклонов и антициклонов. В такой циркуляции участвуют воздушные мас­сы, сформировавшиеся над разными районами и имеющие раз­личные метеорологические характеристики. Переходные зоны между воздушными массами различного происхождения нередко бывают довольно узкими и в этом случае называются фрон­тальными зонами, или атмосферными фронтам и; они являются районами с особо сложными условиями по­годы

Воздушные массы. В процессе обшей циркуляции атмосферы воздух тропосферы расчленяется на отдельные воздушные массы. Воздушная масса, формирующаяся в Арктике (Антарктике), называется арктическим (антарктическим) возду­хом; в умеренных широтах полярный воздух; в суб­ тропиках и тропиках тропический воздух; в районе экватора экваториальный воздух. Воздушные мас­сы каждого географического тина делятся на морские и конти­нентальные. Характер погоды в воздушной массе зависит от то­го, перемещается она на более теплую или па более холодную подстилающую поверхность. В этом плане все воздушные массы разделяют на теплые и холодные. Воздушная масса, двигающаяся над более теплой подстила­ющей поверхностью, называется холодной; двигающаяся над более холодной подстилающей поверхностью теплой; находящаяся в тепловом равновесии с окружающей средой местной. В холодной неустойчивой воздушной массе ветер порывистый, неустойчивый, видимость хорошая {вне зоны осадков), возмож­ны ливни с грозой. Такая масса типична для морей при переме­щении воздуха с выхоложенных материков или из районов хо­лодных морских течений на относительно теплую водную поверх­ ность. В теплых устойчивых воздушных массах ветер у поверхно­сти ровный, без порывов, видимость ухудшена, наблюдается ад­вективный туман или сплошная облачность с выпадением моро­сящих осадков. Такие воздушные массы наблюдаются над оке­анами, когда па относительно холодную морскую поверхность поступает прогретый воздух с континента либо из районов теп­лых морских течений.

Циклоном (внетропнческим) называется замкнутая область по­ниженного давления с наименьшим давлением в центре. Такой циклон зарождается на границе двух масс воздуха разной темпе­ратуры. Движение воздуха в циклоне имеет вихревой характер, причем воздушные частицы перемещаются в северном полуша­рии против часовой стрелки, а в южном по часовой стрелке. Диаметр циклона колеблется от нескольких сот до км; давление в центре около мбар; средняя скорость пере­мещения 3060 км/ч. Циклон существует обычно 56 сут. Антициклоны области повышенного давления с замк­нутыми изобарами могут, как и циклоны, быть стационарны­ми и подвижными. Малоподвижные субтропические антицикло­ны особенно четко выражены в летний период; наиболее извест­ны азорский и гавайский антициклоны. Воздух в антициклоне циркулирует в северном полушарии по часовой стрелке, а в юж­ном против часовой стрелки. Диаметр хорошо развитого ан­тициклона в среднем около 1000 миль; давление в центральной части мбар.