Этой проблемой занялся живший тогда в Германии инженер Отто Герике (1602–1686).
Уроженец Магдебурга, Герике по окончании образования побывал в Англии и Франции. Он обладал большими познаниями в математике, механике и инженерном искусстве.
Во время Тридцатилетней войны Герике был вынужден, спасая жизнь, бежать в 1631 году с семьей из родного города. После этого он работал в разных немецких городах в качестве инженера по возведению укреплений.
Впоследствии Герике возвратился в Магдебург, где был избран бургомистром города. Это позволило ему отдавать много времени и средств физическим опытам.
Сперва Герике пытался получить пустое пространство в хорошо просмоленной бочке. Для этого он наполнил бочку водой, присоединил к ней насос и стал выкачивать воду. Скоро в бочке послышалось как бы кипение. Герике понял, что воздух проникает через поры дерева.
Тогда Герике заказал медный толстостенный полый шар и соединил его с воздушным насосом. Несколько рабочих с трудом выкачивали из шара воздух. Когда после этого открыли кран, воздух со свистом ворвался внутрь шара.
В 1654 году Герике произвел опыт, доказывавший существование давления атмосферы, в присутствии императора Фердинанда III и членов рейхстага в Регенсбурге.
Для этого опыта Герике взял большие медные полушария, плотно прилегавшие одно к другому пришлифованными краями, смазанными для герметичности салом. Сложенные полушария он соединил с воздушным насосом.
Когда воздух был выкачан, то силы восьми лошадей оказалось недостаточно, чтобы оторвать одно полушарие от другого. При открывании же крана трубки, соединявшей внутренность полушарий с атмосферой, воздух врывался внутрь их и они легко отделялись друг от друга.
Это явление, столь понятное в наше время, возбудило тогда чрезвычайное удивление.
Опыт Герике. На стойке укреплены полушария, из которых выкачан воздух. Атмосферное давление удерживает тяжесть гирь, поставленных на платформу, подвешенную к нижнему полушарию.
Герике повторил также опыт, подтвердивший факт, что давление атмосферы может поддержать водяной столб высотой не более 32 футов. Он выкачивал воздух из медного шара с отходившей от него трубкой и, погрузив затем зажатый пальцем конец трубки в чан с водой, открывал запорный кран. Вода через трубку заполняла весь шар. Удлиняя все больше трубку и поднимая выше шар, Герике убедился, что когда столб воды достигал высоты в 32 фута, то уже более не поднимался. Он даже заметил, что высота водяного столба не оставалась постоянной: она становилась то немного выше, то ниже в зависимости от погоды.
Опытами Торричелли, Паскаля и Герике было установлено, что воздух давит на все тела и на земную поверхность с силой около 15 фунтов на квадратный дюйм (около килограмма на квадратный сантиметр). Всех удивляло только, как люди и животные могут выдерживать такое огромное давление, не будучи раздавлены. Но позднее разъяснилось, что давление в кровеносных сосудах и полостях организмов равно атмосферному. Поэтому внешнее давление и не ощущается животными и людьми.
Если бы плотность воздуха не менялась по мере поднятия над уровнем моря, то толщину слоя атмосферы можно было бы определить простым расчетом: давление воздуха поддерживает столб воды высотой около 10 метров; значит, высота атмосферы во столько раз больше 10 метров, во сколько плотность воздуха меньше плотности воды. Слой воздуха был бы толщиной 8 километров.
В этом случае давление атмосферы уменьшалось бы обратно пропорционально высоте поднятия над уровнем моря. Например, на высоте 2 километров давление воздуха уравновешивало бы 760·3/4 = 570 миллиметров ртутного столба.
Значит, по величине давления легко было бы определять и высоту любого пункта, на котором произведено наблюдение.
Но атмосфера чем выше, тем становится разреженнее. Поэтому зависимость между высотой и давлением воздуха более сложна.
Опыт Герике. Измерение давления атмосферы высотой водяного столба.
Изучение этой зависимости обещало дать удобный способ для измерения высот пунктов над уровнем моря, которые определялись до того времени трудоемким процессом — нивелировкой.
Современник Герике, французский физик Эдм Мариотт (1620–1684) первый пробовал рассчитать изменение давления атмосферы с высотой.
Имя Мариотта известно всем знакомым с курсом физики. Но о частной жизни этого человека не сохранилось почти никаких сведений.