11 Juin 1644 – Annonce d’invention du baromètre par le scientifique florentin Evangelista Torricelli

Le scientifique florentin Evangelista Torricelli décrit son invention du baromètre à mercure en 1643 dans une lettre à Michelangelo RicciLes années 1600 ont été marquées par des conflits féroces entre les anciennes superstitions et les nouvelles sciences. Un petit nombre de personnes ont commencé à utiliser des observations et des expériences pour révéler comment la nature fonctionnait et, ce faisant, a changé la façon dont nous comprenons notre monde.

Evangéliste Torricelli (1608-1647) était l’une de ces personnes. Il inventa le baromètre à mercure et déduit d’expériences que son appareil révélait la hauteur de l’atmosphère de notre planète. En 1644, il conclut que nous vivons au fond d’une mer d’air.Les quelques années mouvementées d’activité scientifique de Torricelli ont commencé lorsque Galilée était un vieil homme et se sont terminées lorsque Isaac Newton était un jeune garçon.

Torricelli a été le premier à expliquer correctement pourquoi le vent souffle, et il a découvert une figure géométrique extraordinaire et controversée, la corne de Gabriel, qui a un volume fini mais une surface infinie.Débuts

Evangelista Torricelli est né le 15 octobre 1608 dans la grande ville italienne de Rome.

Sa mère était Giacoma Ruberti (née Torricelli). Son père était Gaspare Ruberti, tisserand. Evangelista était l’aîné de leurs trois fils; il a pris le nom de famille de sa mère – il n’était pas exceptionnellement rare à Rome que des enfants fassent cela. Deux des trois fils de la famille ont pris le nom de famille de leur mère, tandis qu’un a pris le nom de famille Ruberti.

Parfois, les biographes déclarent à tort qu’Evangelista est née dans la petite ville de Faenza, dans le nord de l’Italie. C’est en fait là qu’il a été éduqué et que sa mère est née- il considérait Faenza comme son lieu de naissance spirituel.Éducation

Les parents d’Evangelista ont compris que leur fils était exceptionnellement intelligent, mais ils étaient trop pauvres pour payer l’école.

Entre l’oncle d’Evangelista, Gian Francesco Torricelli, prêtre de l’abbaye de Saint IP Polito à Faenza, lieu de naissance de la mère Evangelista. Gian Francesco était diplômé de la célèbre université de Padoue et était idéalement placé pour aider à l’éducation d’Evangelista.Evangelista a déménagé au nord pour vivre avec son Gian Francesco, qui a commencé son éducation en lui enseignant les bases.

En 1619, à l’âge de 11 ans, Evangelista a commencé à fréquenter l’école jésuite de Faenza. En 1623, il entreprend des études de mathématiques.

Gian Francesco apprit bientôt des professeurs d’Evangelista que son neveu était un mathématicien extraordinairement talentueux. Gian Francesco est entré en contact avec un ami, le professeur Benedetto Castelli du Collège Sapienza à Rome – les deux hommes appartenaient au même ordre catholique camaldule.

Mathématiques et sciences physiques

En 1626, à l’âge de 18 ans, Evangelista Torricelli s’installe à Rome pour apprendre les mathématiques et les sciences physiques par le professeur Castelli. Ce fut une pause fantastique pour le jeune Torricelli : Castelli avait appris ces matières par Galilée.

Torricelli n’avait pas les moyens de payer les frais, il a donc travaillé comme secrétaire de Castelli pendant six ans, jusqu’en 1632. Vers la fin de cette période, il a repris les fonctions de conférencier de Castelli chaque fois que Castelli était malade ou en voyage.Galileo : premier contact

Au début de 1632, Galileo Galilée changea le cours de l’histoire scientifique et religieuse en publiant Dialogue Concerning the Two Chief World Systems. En moins d’un an, ce livre et tout ce qu’il n’avait jamais écrit ont été supprimés par l’Église catholique.

Galilée a été déclaré « violemment suspect d’hérésie ». Le déclencheur de l’indignation de l’Église était qu’une partie du livre de Galilée discutait de la vision copernicienne selon laquelle le système solaire est centré sur le soleil plutôt que sur la terre, une vision avec laquelle Galilée s’est dit d’accord.

Peu de temps après la publication du livre et avant son interdiction, Torricelli, 23 ans, l’a lu avidement, travaillant sur toutes ses implications pour lui-même. Il se trouva bientôt en mesure d’écrire au grand homme. En l’absence de son professeur, Torricelli a répondu à une lettre que Galilée avait envoyée au professeur Castelli.Dans la lettre, Torricelli explique que le professeur Castelli est absent et donc lui, en tant que secrétaire de Castelli, doit répondre. Il se présente et dit à Galileo qu’il a lu son nouveau livre « avec délice ». La lettre de Torricelli est un cadeau pour les futurs biographes, car si peu de sa jeunesse est enregistrée. Torricelli informe Galilée (et nous) qu’il a étudié les travaux des grands mathématiciens grecs anciens, tels qu’Archimède, et a étudié les travaux de Ptolémée, Tycho Brahe et Kepler. Il dit qu’il est d’accord avec la vision copernicienne du système solaire.

C’était la seule fois où Torricelli soutenait ouvertement le point de vue copernicien. Bientôt, le faire risquerait la mort.

Les contributions d’Evangelista Torricelli à la science

Le baromètre et la mer d’air terrestreTorricelli est surtout connu pour son invention et, plus important encore, son explication du baromètre à mercure. Il l’a fait en 1643.

L’appareil de Torricelli mesure la pression atmosphérique, qui est liée au poids des kilomètres d’air dans l’atmosphère qui pèsent sur nous.

Baromètre de Torricelli

Le premier baromètre à mercure. Torricelli a rempli un tube de verre de 1 mètre de long avec du mercure. Tenant le liquide avec son doigt, il renversa la colonne et plaça sa main dans un bain de mercure. Il a ensuite retiré son doigt, libérant le mercure du tube. Cela a produit une colonne de mercure d’environ 76 cm de haut et a entraîné un vide au sommet du tube. Le tube de verre était en verre trempé pour supporter le poids du mercure très dense.

En regardant les résultats de son expérience, Torricelli a conclu assez brillamment que le baromètre agit comme une balance. D’un côté de la balance se trouve la poussée vers le bas d’une colonne de mercure d’environ 76 cm de haut. De l’autre, la poussée vers le bas de l’atmosphère terrestre.

Baromètre comme balance

Dans un baromètre, la hauteur de la colonne de mercure change jusqu’à ce que sa pression descendante équilibre la pression descendante de l’atmosphère terrestre sur le bain de mercure.Torricelli avait raison. En termes modernes, nous pouvons mesurer au niveau de la mer que le poids moyen de l’atmosphère terrestre est de 1,03 kg sur chaque centimètre carré de surface (14,7 lb sur chaque pouce carré).

En 1644, le scientifique florentin Evangelista Torricelli décrit dans une lettre l’invention d’un baromètre, ou « tube torricellien ».

L’explication de Torricelli contredit la théorie de Galilée selon laquelle la colonne de mercure était maintenue dans le tube par la puissance d’aspiration du vide au-dessus. Galileo avait également été contredit par Giovanni Baliani de Gênes en 1630, qui a avancé des idées similaires à Torricelli, bien que moins développées, sur les effets de la pression atmosphérique. On ne sait pas si Torricelli avait entendu parler des idées de Baliani.

Dans une série d’expériences, Torricelli et son ami Vincenzo Viviani ont prouvé que le vide au sommet du tube n’était pas la cause de la hauteur de la colonne de mercure.

Torricelli « Nous vivons immergés au fond d’une mer d’air qui, par expérience, a sans aucun doute un poids, et un poids tel que l’air le plus dense au voisinage de la surface de la terre pèse environ un quatre centième du poids de l’eau… A la surface du liquide qui est dans la cuvette repose le poids d’une hauteur de cinquante milles d’air.

Evangéliste Torricelli – Lettre à Michelangelo Ricci, 11 juin 1644Pourquoi le vent souffle-t-il ?

À l’époque de Torricelli, les gens croyaient que le vent était causé par les vapeurs dégagées par la terre humide.

Torricelli a donné l’explication correcte dans le cadre d’une série de conférences. Ceux-ci ont été publiés en 1823, longtemps après sa mort, sous le nom de Lezioni accademiche di Evangelista Torricelli.

Torricelli a observé les directions des vents dominants pendant un certain temps dans la ville de Florence et a recueilli des rapports de toute l’Europe.De plus, il a pris en compte son observation selon laquelle lorsque les portes des grands bâtiments sont ouvertes par temps chaud, l’air froid se précipite vers l’extérieur par la porte.

Il a dit que les vents sont causés par ce que nous appelons aujourd’hui les courants de convection, dont il a décrit la circulation. En termes simples, il a dit que l’air chaud est moins dense que l’air froid, donc l’air chaud monte de la surface de la terre – il a dit qu’il pouvait atteindre des hauteurs de trois ou quatre milles – et est remplacé par de l’air plus frais. Le résultat est que l’air se déplace des régions où sa densité est élevée vers des régions où elle est faible et cet air en mouvement est le vent.Archimède et le principe de Torricelli

Torricelli a fait un certain nombre de découvertes surprenantes en mathématiques et en mécanique, en publiant beaucoup dans son Opera geometrya (Geometry Work).

En tant que mathématicien, sa plus grande influence fut Archimède, dont les travaux avaient alors près de deux millénaires. Torricelli croyait qu’Archimède avait travaillé  » ad occultandum artis arcanum  » – en d’autres termes en utilisant un art caché ou secret. Torricelli avait raison : l’œuvre d’Archimède La Méthode, dans laquelle il révélait ses techniques remarquables, n’a été redécouverte qu’en 1906 dans le célèbre Palimpseste d’Archimède.

La notion de centre de gravité a été découverte par Archimède. Torricelli, suivant ses traces, a découvert un nouveau principe, le principe de Torricelli, qui dit :

Un système de corps en équilibre ne peut se déplacer spontanément à la surface de la terre que si son centre de gravité descend.À quelle vitesse l’eau doit-elle s’écouler à travers une ouverture ?

Torricelli a observé de l’eau s’écoulant à travers les ouvertures des réservoirs d’eau et a compris que l’eau devait se déplacer à travers l’ouverture avec la même vitesse que si elle était tombée sous l’effet de la gravité depuis la hauteur de l’eau au-dessus de l’ouverture.

Cela lui a permis de prouver dans Opera Geometrica que la vitesse à laquelle un liquide s’écoule à travers une ouverture est proportionnelle à la racine carrée de la profondeur du liquide. Cette proportionnalité s’appelle la loi de Torricelli.

Grâce à sa loi, Torricelli a de bonnes raisons d’être reconnu comme le fondateur de la dynamique des fluides modernes.

Un paradoxe infini

Corne de Gabriel

Corne de Gabriel

Le cor de Gabriel (ou la trompette de Torricelli) commence large et diminue pour toujours sans atteindre une fin. Torricelli a révélé cet objet au monde en 1644, provoquant la crainte, la confusion, les railleries et l’acrimonie.

La corne a un volume fini, une longueur infinie et une surface infinie.

Dans les années 1600, les mathématiciens étaient nettement mal à l’aise avec l’infini – Torricelli a décrit sa découverte comme un paradoxe.Certains philosophes ont refusé de croire que la corne de Gabriel puisse exister. Thomas Hobbes, de l’école empiriste, croyait que la connaissance ne pouvait venir que de l’expérience. Puisque nous ne pouvons pas expérimenter l’infini, Hobbes a soutenu que nous ne pouvons faire aucune déclaration fiable à ce sujet en général ou accepter la découverte de Torricelli en particulier. Tentant de vaincre les mathématiques par la moquerie, Hobbes a dit de Gabriel’s Horn :

« Pour comprendre cela pour le sens, il n’est pas nécessaire qu’un homme soit géomètre ou logicien, mais qu’il soit fou. »

Thomas Hobbes, 1617-1694Les œuvres anglaises de Thomas Hobbes de Malmesbury, volume 7, 1845

Les mathématiciens modernes voient l’infini comme un aspect quotidien de leur travail.

La corne de Gabriel est faite en prenant la fonction y = 1 ⁄ x et en la faisant tourner autour de l’axe des x pour x=1 à ∞.

Paraboles et projectiles

L’étude des paraboles a commencé avec les Grecs de l’Antiquité. Dans l’Italie de la Renaissance, les paraboles ont de nouveau fasciné les mathématiciens. Galileo, s’appuyant sur les travaux de Niccolo Tartaglia, a montré que les projectiles, comme les boulets de canon, suivent une trajectoire en forme de parabole.

Trajectoire parabolique

Galileo a prouvé que les projectiles suivent des trajectoires paraboliques.

Torricelli a fait un certain nombre d’avancées dans l’étude des paraboles et des projectiles. Il les a enregistrés dans De motu gravium, publiés dans le cadre d’Opera geometrya. Les tables de tir qu’il a produites n’ont pas été améliorées avant les années 1700.Ci-dessous, vous pouvez voir sa « parabole de sécurité » en bleu. Torricelli a imaginé un boulet de canon tiré à plusieurs reprises, sortant toujours du canon à la même vitesse, mais à des angles différents par rapport au sol. Il en déduit que l’on peut dessiner une « parabole de sécurité » qui formera une enveloppe autour de toutes les trajectoires paraboliques possibles. Toute personne à l’extérieur de l’enveloppe est à l’abri du boulet de canon, quel que soit l’angle de tir du canon. La parabole de sécurité présente un intérêt mathématique car c’est la première enveloppe découverte. Torricelli a également montré que toutes les trajectoires paraboliques possibles du boulet de canon sont tangentes à la parabole de sécurité.

Honneurs

L’unité de pression torr porte le nom de Torricelli.

À l’origine, elle était définie comme la pression égale à un millimètre de mercure à 0 °C. Il est maintenant défini comme 1 ⁄ 760 d’une atmosphère standard (101325 Pa).

En 1958, l’Italie a émis un nouveau timbre, illustré ici, pour commémorer le 350e anniversaire de la naissance de Torricelli.

Quelques détails personnels et la finIl aimait la littérature ancienne – de nombreux livres qu’il possédait étaient des classiques latins et grecs anciens. Sa collection de livres a également révélé son enthousiasme pour l’architecture et la technologie militaire.

En 1641, trois mois avant la mort de Galilée, Torricelli se rendit chez lui dans la ville de Florence pour lui servir d’yeux et d’écrivain dans ses derniers jours – Galilée était complètement aveugle depuis trois ans et assigné à résidence depuis huit ans.

Malgré son assignation à résidence, Galilée était le mathématicien et philosophe du grand-duc Ferdinand II de Toscane. Après la mort de Galilée, Torricelli a été nommé au poste, avec un salaire suffisant et un appartement au palais des Médicis à Florence. Il a également été nommé titulaire de la chaire de mathématiques à l’Université de Pise. Il est resté à ces postes jusqu’à sa mort prématurée.

Torricelli était acclamé parmi ses amis comme un causeur scintillant. Avant sa mort, il travaillait sur des comédies pour le spectacle. Malheureusement, ils n’existent plus.

Evangelista Torricelli est décédé à Florence 10 jours après son 39e anniversaire le 25 octobre 1647. Il était fiévreux pendant environ 20 jours avant sa mort, probablement à la suite d’une typhoïde ou d’une pneumonie. Pendant la fièvre, il était tantôt rationnel, tantôt délirant.

Craignant de ne pas s’en remettre, il rédige son testament 11 jours avant la fin. Il a laissé presque tout ce qu’il avait à ses deux frères, Carlo et Francesco, une somme à son grand ami le docteur Buonaiuti, qui l’avait soigné pendant sa maladie, une somme à sa servante Dianora, et ses vieilles chaussures, chaussettes et objets similaires à Ceccotto le balayeur.

A son ami Lodovico Serenai, chargé d’exécuter son testament, il laissa une bague et ses livres. Il a dit à Serenai d’effacer toutes les notes qu’il avait prises dans les marges du livre critiquant les érudits jésuites Niccolò Cabeo et Athanasius Kircher – Torricelli ne voulait pas que les générations futures apprennent son profond mépris pour eux.

Evangelista Torricelli a été enterré dans la Basilique de San Lorenzo à Florence. Il est mort au sommet de ses capacités intellectuelles.

En 1644, le scientifique florentin Evangelista Torricelli décrit dans une lettre l’invention d’un baromètre, ou « tube torricellien ».

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