Dicembre 2013 – Barometro a sifone


Barometro a sifone

Non firmato; 2/2 XVIII secolo

Legno, vetro, ottone; 113 x 10 x 8 cm

N°Inv. 289

 

 

 

Le idee di Aristotele, che negava l’esistenza del vuoto in quanto impossibile logicamente, dominarono il mondo scientifico fino alla metà del Seicento. Era fortissima la credenza che la natura avesse “orrore” del vuoto – il famoso horror vacui – e cercasse di “evitarlo” ad ogni costo. Diversi fenomeni naturali, quali l’ascesa dell’acqua nei sifoni o per mezzo delle pompe, venivano interpretati proprio in questo senso. Con i primi anni del XVII secolo però, l’osservazione di altri fenomeni suggerì ad alcuni scienziati, tra cui Galileo e la sua cerchia, che il vuoto potesse invece esistere. Era stato osservato tra l’altro che risultava impossibile innalzare l’acqua oltre una decina di metri e che, nei sifoni aperti all’estremità inferiore, colonne d’acqua di una decina di metri restavano in equilibrio. Galileo attribuì tali fenomeni ad una “resistenza del vuoto”, la quale poteva secondo lui mantenere in equilibrio colonne d’acqua di un’altezza massima di 18 braccia, ossia circa 10 metri. Ispirati dalle idee di Galileo, furono allora effettuati due esperimenti importantissimi. Il primo fu realizzato a Roma fra il 1640 e il 1643 da Gasparo Berti, il quale fissando alla torre del proprio palazzo un tubo di circa 12 metri di altezza, riuscì a creare il vuoto al di sopra di una colonna d’acqua di una decina di metri. L’esperimento, cui assistettero un gruppo ristretto di scienziati, rimase all’epoca pressoché sconosciuto e ne vennero pubblicati alcuni resoconti solo dopo il 1648. Vale la pena di notare che, seppur notevole, l’esperimento di Berti convinse solo chi già era convinto dell’esistenza del vuoto. In particolare, era stata posta sopra la colonna d’acqua all’interno del tubo una campanella e, a causa del sistema di fissaggio che non la isolava dalle pareti, se ne sentì il suono, il che era in netta contraddizione con ciò che sarebbe dovuto accadere in un eventuale vuoto. Non solo, ma ammettendo l’esistenza del vuoto, questo avrebbe dovuto essere opaco alla luce, che era considerata dagli aristotelici una qualità della sostanza trasparente. In assenza di sostanza, non poteva esservi luce, e si vedeva invece chiaramente, nel dispositivo di Berti, che la luce attraversava il recipiente di vetro posto sopra la colonna d’acqua.

Il secondo esperimento, famosissimo, venne proposto poco tempo dopo, nel 1644, da Evangelista Torricelli (1608-1647), il quale sostituì l’acqua con il mercurio, molto più pesante. Rovesciando un tubo pieno di mercurio in una bacinella contenente anch’essa mercurio, mostrò che il mercurio fuoriusciva per un po’ fermandosi poi ad un’altezza di circa 76 centimetri. La lettera in cui Torricelli descrisse l’esperimento è straordinaria per la lucida interpretazione che l’autore dà dei fenomeni. Appare innanzitutto chiaro che Torricelli era già convinto in partenza che avrebbe ottenuto il vuoto sopra la colonna di mercurio, ma ciò che lo preoccupava era capire perché la colonna di mercurio rimaneva in equilibrio all’interno del tubo. Contrapponendosi a Galileo, confutò l’idea di una forza attrattiva del vuoto e considerò invece l’azione della pressione atmosferica sul mercurio poiché, spiegò con incisiva chiarezza, “Noi viviamo sommersi nel fondo d’un pelago d’aria elementare”. Con il proprio apparato sperimentale, Torricelli tentò anche di misurare le variazioni della pressione atmosferica, e il suo esperimento segnò così l’invenzione del barometro. Per quanto notevole, la notizia dell’esperimento di Torricelli si diffuse in modo relativamente lento. In Italia in particolare, dove l’idea di vuoto era considerata molto vicina all’ateismo e dove il ricordo delle traversie di Galileo era vivissimo nell’ambiente scientifico, l’esperimento di Torricelli rimase per alcuni anni conosciuto solo in una cerchia molto ristretta di scienziati. Attraverso Marin Mersenne, la notizia dell’esperimento torricelliano giunse invece più rapidamente in Francia, dove vennero svolti nel 1648 due nuovi esperimenti cruciali contro l’horror vacui e a dimostrazione dell’azione della pressione atmosferica. Uno di questi, effettuato da Gilles Personne de Roberval, consisteva nel fare l’esperimento torricelliano nel vuoto: si vedeva allora che in assenza di pressione esterna tutto il mercurio fuoriusciva dal tubo. Su suggerimento di Blaise Pascal, venne inoltre misurata l’altezza della colonna di mercurio nello stesso momento in pianura e in montagna, sul Puy-de-Dôme, e fu osservata una differenza di diversi centimetri: in montagna, dove l’azione della pressione atmosferica è minore, la colonna di mercurio rimaneva più bassa.

Nel giro di poco tempo, le novità sul vuoto e la pressione atmosferica si diffusero in tutta Europa ma, mentre l’idea di pressione atmosferica venne accettata più facilmente, la nozione di vuoto divise ancora per diversi decenni gli scienziati europei in due gruppi: da una parte i “vacuisti”, che sostenevano il vuoto, e dall’altra i “plenisti”, che lo rifiutavano preferendo ragionare in termini di “materia sottile”. Con la metà del Seicento, il tubo torricelliano, che ricevette il nome di “barometro” intorno al 1665, cominciò ad essere impiegato per le prime osservazioni meteorologiche. In particolare, nell’ambito della rete europea di rilevamenti meteorologici istituita dal granduca di Toscana Ferdinando II a partire dal 1654, vennero rilevati a Pisa, da Vincenzo Viviani (1622-1703), i valori relativi alla pressione atmosferica. Considerato strumento fondamentale sia nell’ambito degli studi meteorologici sia nell’ambito delle ricerche sul vuoto e sulla pressione atmosferica, il barometro venne poco a poco reso più preciso e maneggevole. I modelli proposti fra il Seicento e l’Ottocento furono numerosi e diversissimi. Si mirava sia ad amplificare la scala barometrica in modo da “vedere” più chiaramente i movimenti del mercurio, sia a costruire strumenti facilmente trasportabili, in particolare per studiare in luoghi remoti e soprattutto in montagna le variazioni della pressione atmosferica. Dagli anni 1670 il barometro diventò anche un articolo commerciale, molto gradito dal pubblico per l’osservazione dilettantesca delle condizione atmosferiche.

 

Per rendere più maneggevole il dispositivo torricelliano, Pascal nel 1663 ebbe l’idea, poi riproposta da Boyle nel 1669, di sostituire la vaschetta di mercurio con un tubo ripiegato ad U in cui il ramo aperto era molto più corto dell’altro. I barometri di questo tipo vengono chiamati “a sifone”. Si deduce il valore della pressione atmosferica dalla differenza di altezza del mercurio nei due rami del barometro. In questo modello, il ramo corto si allarga vicino alla base in un piccolo recipiente sferico per riprendere poi verso l’alto la forma cilindrica. Il tubo è stato chiuso in modo piuttosto rudimentale con della ceralacca, verosimilmente per impedire la fuoriuscita di mercurio in occasione di qualche trasporto del barometro. Il tubo barometrico è montato su una tavoletta di legno di noce sulla quale sono anche fissate le lastre di ottone argentato che recano incise le scale. La scala corrispondente al ramo corto è graduata da 26 a 30 pollici (dall’alto in basso) ed è divisa in decimi di gradi. Una fessura lungo la scala permette di spostare un cursore ad indice munito di un mezzo anello che circonda il tubo e viene allineato con il livello del mercurio nel tubo. La scala che corrisponde al ramo lungo è graduata da 0 a 33 pollici ed è divisa in pollici. Fra i 26 e i 29 pollici, la divisione è in decimi di pollici e una fessura lungo la scala permette di spostare un cursore ad indice con un mezzo anello che circonda il tubo come nel ramo corto. La base ripiegata del tubo è protetta da una rete semicircolare di ottone decorato.

 

La lettera di Torricelli a Michelangelo Ricci

 

Sofia Talas, Giulio Peruzzi, Fanny Marcon