బాయిల్ నియమం

ఫాన్ హెల్మాంట్ జీవితం చివరి దశలలో వాయువుల అధ్యయనం మీద (ముఖ్యంగా గాలి యొక్క అధ్యయనం మీద) ధ్యాస క్రమంగా పెరగసాగింది. 1643 లో ఇటాలియన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త ఎవాంజెలిస్టా టోరిసెల్లీ (1608-1647) గాలి ఒత్తిడి చేస్తుందని, దానికి పీడనం ఉందని నిరూపించాడు. ముప్పై అంగుళాల మట్టం ఉన్న పాదరసపు స్తంభాన్ని (mercury column) నిలుపగలిగేటంత పీడనం గాలిలో ఉందని నిరూపించాడు.

ఆ విధంగా వాయువుల పట్ల అవగాహన విషయంలో కొద్దిగా మబ్బులు తొలగాయి. వాయువులు కూడా పదార్థమే. వాటికీ భారం ఉంది. ద్రవాలని, ఘనపదార్థాలని ఆధ్యయనం చేసినట్టే వాటినీ అధ్యయనం చేయొచ్చు నని క్రమంగా అర్థం కాసాగింది. ద్రవాలకి, ఘనాలకి, వాయువులకి మధ్య తేడా సాంద్రతలోనే వస్తుంది.

వాయుమండలం యొక్క భారం వల్ల పుట్టే పీడనం ఎంత తీవ్రంగా ఉంటుందో ఆటో ఫాన్ గ్యూరిక్ (1602-1686) అనే జర్మన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త చాలా సంచలనాత్మకంగా ప్రదర్శించాడు. ఇతడు గాలి పంపుని కనుక్కున్నాడు. ఆ పంపుతో పాత్రలలో గాలిని తొలగించి, బయట పీడనం కన్నా పాత్రలో పీడనం కాస్త తక్కువ అయ్యేలా చేశాడు.

1654 లో ఇతడు ఓ అద్భుతమైన ప్రదర్శన చేశాడు. రెండు సమానమైన పెద్ద లోహపు అర్థగోళాలని తీసుకున్నాడు. రెండు అర్థగోళాల అంచులకి గ్రీసు పూసి, అవి రెండు గాలి చొరబడ కుండా అతుక్కునేలా ఏర్పాటు చేశాడు. అలా అతికించిన అర్థగోళాల లోపలి భాగం నుండి పంపుతో కొంత గాలిని తొలగించాడు. అప్పుడు బయటి పీడనం కన్నా లోపలి పీడనం తక్కువయ్యింది కనుక, బయట గాలి వత్తిడి వల్ల అర్థగోళాలు మరింత గట్టిగా అతుక్కుంటాయి. కనుక అలాంటి పరిస్థితిలో రెండు అర్థగోళాలని లాగి వేరు చెయ్యడం కష్టం. అది ఎంత కష్టమో ప్రదర్శించడానికి రెండు అర్థగోళాలకి గుర్రాలని కట్టి, వాటిని కొరడాలతో కొట్టి లాగేట్టు చేశాడు. గుర్రాలు ఎంత పెనుగులాడినా అర్థగోళాలని వేరుచెయ్యలేకపోయాయి. ఈ సారి అర్థగోళాలలోకి తిరిగి గాలిని ప్రవేశపెట్టగానే రెండూ సునాయాసంగా వేరుపడ్డాయి.

ఇలాంటి ప్రయోగాలు గాలి యొక్క లక్షణాల పట్ల జనంలో గొప్ప కుతూహలం రేకెత్తించాయి. అలా గాలి మీదకి గాలి మళ్లిన వాళ్లలో ఒకడు ఐర్లండ్ కి చెందిన రాబర్ట్ బాయిల్ (1621-1691) అనే రసాయన శాస్త్రవేత్త. ఇతడు ఫాన్ గ్యూరిక్ నిర్మించిన గాలి పంపు కన్నా సమర్థవంతమైన పంపుని కనిపెట్టాడు. గ్యూరిక్ తలపెట్టిన ప్రయోగానికి వ్యతిరేకమైన ప్రయోగాన్ని బాయిల్ తలపెట్టాడు. ఒక పాత్రలోని గాలిని పంపుతో తొలగించి ఆ విధంగా పాత్రని సంపీడితం (compress) చెయ్యాలని చూశాడు.
వాయువు నిండిన పాత్రలలో పీడనానికి, ఘనపరిమాణానికి మధ్య ఓ సంబంధాన్ని గుర్తించాడు బాయిల్. ఈ ప్రయోగాలలో పొడవాటి నాళాలని తీసుకునేవాడు. నాళానికి అడుగున ఓ కొళాయి ఉంటుంది. నాళంలో గాలి నిండి ఉంటుంది. ఇప్పుడు నాళంలో పై నుండి పాదరసం నింపేవాడు. పాదరసానికి అడుగున కొంత గాలి చిక్కుకుంటుంది. పాదరసం యొక్క మట్టం పెరుగుతున్న కొద్ది పాత్రలో గాలి మీద పీడనం పెరుగుతుంది. పీడనం రెండింతలు అయితే గాలి యొక్క ఘనపరిమాణం సగం అవ్వడం గమనించాడు. అలాగే పీడనం మూడింతలు అయితే ఘనపరిమాణం మూడో వంతు అయ్యింది. అలాగే పీడనాన్ని తగ్గిస్తే ఘనపరిమాణం పెరిగింది. ఆ విధంగా పీడనానికి ఘనపరిమాణానికి మధ్య ఉన్న విలోమానుపాత (inversely proportional) సంబంధాన్ని గుర్తించి, ఆ వివరాలని బాయిల్ 1662 లో ప్రచురించాడు. ఆ సంబంధమే బాయిల్ నియమంగా ప్రసిద్ధి పొందింది.