Как вес металла превращается в давление
Ртуть действует не как пружина, а как жидкий груз. В вертикальной трубке её собственный вес создаёт давление внизу столба: чем выше столб, тем сильнее он давит на воздух под ним. Поскольку ртуть очень плотная, даже сравнительно короткий столб может оказывать заметное давление.
Воздух при этом остаётся заперт в ограниченном пространстве. Давление ртути сжимает его, пока давление сжатого воздуха не уравновесит нагрузку. Если добавить ртути или изменить её высоту, равновесие нарушится: газ займёт другой объём.
Почему сжатый воздух занимает меньше места
Воздух состоит из молекул, которые непрерывно движутся и ударяются о стенки сосуда. Когда объём уменьшается, молекулы чаще сталкиваются со стенками, поэтому давление растёт. При неизменной температуре это соотношение описывает закон Бойля — Мариотта: уменьшение объёма означает увеличение давления.
Именно постоянство температуры важно: при нагревании молекулы движутся быстрее, и давление могло бы вырасти не только из-за сжатия. В опыте с ртутным поршнем сравнивают объём и давление газа, стараясь не смешивать эти эффекты.
Удобный поршень с опасной ценой
Жидкий металл легко принимает форму трубки и перемещается под действием нагрузки, поэтому способен служить наглядным подвижным поршнем. Но ртуть токсична: её пары опасны при вдыхании, а разлитые капли трудно собрать безопасно. Наглядность такого устройства объясняется плотностью ртути; применять его без специальных мер предосторожности нельзя.
