대기압과 진공의 존재를 확인한 토리첼리

 

   토리첼리(Evangelista Torricelli ; 1608~1647)는 갈릴레오의 문하생이었다. 갈릴레오의 제안에 따라 1.2m 길이의 유리관을 수은으로 채운 다음 접시 위에 거꾸로 세웠을 때 수은의 일부가 흘러나오지 않고 관속 수은 위의 공간이 진공으로 되는 것을 관찰했다. 토리첼리는 처음으로 지속적인 진공을 만든 사람이 되었다. 여러 번 관찰한 끝에 수은의 높이가 매일 변하는 것은 대기압의 변화에 의해 생기는 것이라는 결론을 내렸다. 즉, 대기압이 수은의 무게를 지탱하고 있다고 생각하였다.


   토리첼리는 공기가 무게를 가진다고 생각하였으며, 이것이 대기압이라고 생각하였다. 그는10m의 물기둥의 압력이 대기압과 같을 것이라고 생각하였으나, 이 실험을 위해서 10m의 유리관을 만들 수가 없었다. 그래서 그는 1643년, 수은이 물보다 더 무거우므로 물 대신 이용하면 더 짧은 길이의 유리관으로도 실험을 할 수 있다고 생각하고 수은을 이용하여 실험을 하였다. 수은은 자연계의 물질 가운데 가장 무거운 액체이다.당시에는 수은의 위험성에 대해 잘 몰랐었기 때문에 주변에서 쉽게 수은을 구할 수가 있었다.

         그는 122cm의 유리관에 수은을 채우고 큰 그릇에 거꾸로 넣었을 때, 수은이 76cm로 내려가서 멈추는 것을 발견하였다. 수은주가 내려가서 남은 빈 공간, 이 곳이 바로 진공이었던 것이다. 토리첼리는 진공을 최초로 발견한 사람이었다. 그의 업적을 기리기 위하여 진공을 토리첼리의 진공이라고 부른다.
   이 과정에서 수은 기압계를 발명하여 진공 연구에 신기원을 이룰 수 있도록 하였으며, 당시 지배적이었던 자연은 진공을 싫어한다라는 아리스토텔레스풍의 자연철학을 사실에 의거하여 뒤엎은 실험으로서 큰 의의가 있다.

   그 외에도 토리첼리의 법칙은 용기 벽에 뚫은 작은 구멍에서 내부의 액체가 유출하는 속도에 관한 법칙으로 용기의 횡단면이 구멍에 비해 충분히 크고 액체의 유출에 따른 액면의 강하가 극히 작을 때, 액체의 유출속도 v는 v＝ (g는 중력가속도, h는 구멍의 액면으로부터의 깊이)로 주어진다는 것이다. 즉, 질점이 중력의 작용으로 높이 h인 곳에서 자유낙하할 때 얻는 속도와 같다. 단, 이 법칙이 성립되는 것은 액체의 점성이 작고, 그 영향이 무시될 경우에 한한다. 이 때 유출 속도는 물줄기가 도달한 수평도달 거리와 물줄기가 지면에 닿는 시간을 알면 구할 수 있다.