De historische proef op de Puy-de-Dome Waarom stijgt het

De historische proef op de Puy-de-Dome
Waarom stijgt het water in de pomp? In het begin van de 17de eeuw hielden de
natuurkundigen nog vast aan een meer dan 2 000 jaar oude stelling van Aristoteles, het zogenaamde horror vacui. Ze meenden dat de natuur een ‘afschuw’
had voor het lege: waar een lege ruimte ontstond, zouden de omringende stoffen alles in het werk stellen om die te vullen! Het water zou in een pomp opstijgen om de lege ruimte bovenaan te vullen. Die oude stelling kwam in het
gedrang door een onverwacht en onverklaarbaar verschijnsel. Galilei vertelt in
zijn Tweespraken der nieuwe wetenschappen het volgende verhaal.
Op een dag beweerde de hovenier dat hij het water in het reservoir niet hoger
kreeg dan 18 vadem (10 meter), noch met een pomp, noch met gelijk welk ander werktuig. De theorie van het horror vacui kon dat verschijnsel niet verklaren. Als het immers waar was, dat de natuur een afschuw van het lege had, dan
was er geen reden waarom het water niet hoger dan 10 meter zou komen. Galilei bestudeerde het probleem en kwam tot het besluit dat het te wijten moest
zijn aan het gewicht van de lucht, die een druk uitoefent op het water in het
reservoir. Daardoor steeg het water in de pompbuis tot er een evenwicht optrad tussen de druk van de lucht en die van het water.
Galilei stierf voor hij het beginsel verder kon uitbouwen, maar voor zijn leerling
Torricelli waren ze het uitgangspunt voor een beroemde proefneming. Hij
kwam op het idee om te experimenteren met kwik, een vloeistof die veel
zwaarder is dan water, en dus minder hoog zou stijgen. De proeven zelf werden
uitgevoerd door zijn vriend Viviani. Die vulde verscheidene glazen buizen van
ongeveer 1,20 m lang, maar met een verschillende vorm, met kwik. Nadat hij ze
met de opening naar beneden in een bak met kwik had geplaatst, daalde het
kwik in alle buizen tot dezelfde hoogte (ongeveer 76 cm) boven het kwikniveau
in de bak. Dat resultaat was analoog aan dat van het opstijgen van het water in
de pomp en moest dus ook te wijten zijn aan de luchtdruk op het kwik in de
bak. De idee van het horror vacui was echter zo diepgeworteld, dat de resultaten van deze proef niet overtuigend genoeg leken.
Pascal kwam op het idee om de proef van Torricelli
op verschillende hoogten uit te voeren. Als Torricelli
het bij het rechte eind had, zou de kwikzuil immers
niet zo hoog zijn op een berg als in een dal. Omdat
hij in Parijs woonde, vroeg hij aan zijn zwager Perier
om de proef uit te voeren op de ca. 1 000 m hoge
berg Puy-de-Dôme, in de buurt van Clermont Ferrand.
Dit is het verslag van de proefnemingen die gebeurden op 19 september 1648:
‘Eindelijk heb ik de proef uitgevoerd die u zolang gewenst hebt. Vorige zaterdag
was het weer onstandvastig. Toch leek het mooi rond 5 uur ’s morgens, en omdat de top van de Puy-de-Dôme onbedekt tevoorschijn kwam, besloot ik er
naartoe te gaan. Ik waarschuwde verscheidene hooggeplaatste personen uit de
stad (…). We bevonden ons allen rond 8 uur ’s morgens in de tuin van de paters
minderbroeders. De tuin ligt ongeveer in het laagste deel van de stad. Daar begonnen we onze proef op de volgende manier.
Eerst goot ik in een bakje 16 pond (1 pond = 489,5 g) kwik, die ik gedurende de
vorige drie dagen gedestilleerd had. Dan nam ik twee glazen buizen van gelijke
dikte, elk vier voet lang (1 voet = 0,325 m), aan de ene kant hermetisch gesloten
en aan de andere kant open, en ik voerde daarmee de gewone proef uit. Toen ik
de twee buizen dicht bij elkaar bracht, zonder ze uit het bakje te halen, stelden
we vast dat de kwikzuil in beide buizen op dezelfde hoogte stond en dat die
hoogte, boven het kwikoppervlak in het bakje, juist 26 duim en 3,5 streep bedroeg (1 duim = 2,71 cm; 1 streep = 2,26 mm).
Ik herhaalde de proef tweemaal op dezelfde plaats, met dezelfde instrumenten
en hetzelfde kwik, en telkens stond het kwik in de twee buizen op dezelfde
hoogte als de eerste keer. Ik liet toen een van de twee buizen als blijvend proefstuk staan en duidde op het glas de hoogte van de kwikzuil aan. Ik vroeg aan
pater Chastin, een van de kloosterlingen, om in de loop van de dag van tijd tot
tijd eens te controleren of er geen verandering te bespeuren was. Toen nam ik
de andere buis met een deel van het kwik en vertrok in het gezelschap van al die
heren naar de top van de Puy-de-Dôme, die ongeveer 500 vadem (1 vadem =
1,949 m) hoog boven de tuin van de minderbroeders uitsteekt. Daar deden we
dezelfde proeven nog eens, op dezelfde manier als we gedaan hadden bij de
minderbroeders. We stelden vast dat de kwikzuil hier slechts een hoogte van 23
duim en 2 streep (62,7 cm) bereikte. Tussen de twee plaatsen was er dus een
verschil van 3 duim en 1,5 streep (8,5 cm).
Dat vervulde ons allen met verwondering en het verraste ons zodanig dat we de
proef nog eens wilden herhalen. Ik deed dezelfde proef nog vijfmaal, op verschillende plaatsen van de bergtop, nu eens in de kleine kapel die daar staat,
dan weer buiten in de wind, nog eens bij mooi weer, en ook in de regen en de
mist, maar telkens vond ik voor de kwikzuil dezelfde hoogte. Terwijl we de berg
afdaalden, herhaalde ik de proef nog eens, en daar bedroeg de hoogte van de
kwikzuil 25 duim. Toen we eindelijk bij de minderbroeders waren teruggekeerd,
merkte ik op dat de kwikzuil in de buis die ik achtergelaten had, nog altijd een
hoogte van 26 duim en 3,5 streep had. Pater Chastin verzekerde ons dat er gedurende onze afwezigheid niet de minste verandering opgetreden was. Ik her-
haalde de proef nogmaals met de buis die ik op de Puy-de-Dôme meegenomen
had, en de kwikzuilen stonden weer op dezelfde hoogte …’
De proefnemingen werden dus heel nauwkeurig uitgevoerd. Pascal besloot
daaruit dat het raadsel nu definitief opgelost was: het horror vacui had voorgoed afgedaan!

Download Report