登陆注册
10506300000020

第20章 气压计的发明

真空一般是指气压很低的空间。人们为了研究大气压强,做了很多实验。著名的托里拆利实验就是其中的一个。根据这个实验,托里拆利(E.Torricelli)发现了真空,从而破除了前人一直认为“自然界厌恶真空”的传统说法。

其实,自然界并不厌恶真空,古代科学家之所以主张“自然界厌恶真空”,是因为在当时的条件下真空是一种无法实现的境界。他们用这一理由解释抽水机的作用。到了伽利略时代,这种观念开始遭到怀疑。伽利略根据深井抽水,高不过10米的实际经验作出判断,认为这种“厌恶”是有限度的。他做了一个实验,希望测出抽水机中真空的力。他的装置是一个金属圆筒,内有一木质活塞,活塞中间开有一小口,一铁丝穿过。先将活塞压到圆筒底部附近,然后翻过来。铁丝的上端有一圆锥形头,注入少量的水正好把小口封住,这时在铁丝的另一端的挂钩上吊一只桶,桶里加有沙子或其他重物,直到活塞脱离圆筒为止。称出活塞、沙桶和铁丝的重量就可以得到真空的力,也就是自然界对真空的阻力。

伽利略解释说,抽水机不能把水抽过10米高,就是因为自然界对真空的阻力是有限的。伽利略虽然没有摆脱自然界厌恶真空的传统观念,但是他认识到有可能获得真空,这为后人的研究开辟了道路。

17世纪40年代意大利有一位物理学家叫伯蒂(G.Berti),从伽利略的书中得知抽水机不能把水抽过10米高的事情,他表示怀疑,就专门设计了一套规模庞大的装置。他在楼前架起了一根竖直长管,底端沉入水中,用活塞塞紧,然后在管中灌满了水,上端密封好。打开活塞,水柱下落,这时伯蒂证实,水柱确实只能维持10米的高度。他还在水管的顶端安放了一只铃铛和一把小锤,水柱落下,铃铛和小锤处于真空之中,应该听不到铃声,可是,也许是金属手柄传导的缘故,伯蒂这一实验不很成功,铃声还是传出来了。

伯蒂的真空实验又激起了其他人的兴趣,其中一位就是托里拆利。实验使他想到用比水重的液体代替水,有可能缩短管道的长度。托里拆利是伽利略的学生,伽利略去世前夕,嘱托托里拆利继续研究真空问题。

托里拆利先是用海水,后来改用蜂蜜,最后找到汞(水银),因为就在他所在的意大利中部地区,有一座汞矿。汞比水重13.6倍,因此就可以用短十几倍的管子代替10米长的抽水机唧筒。当时还没有一个地方能生产承受得住像1米高汞柱那样重的长玻璃管,托里拆利就请伽利略的一位年轻学生维维安尼做这样的玻璃管,并和他一起做了实验。将长1米的玻璃管,一头封死,从另一头灌入汞,直到管端,然后用手指捂住管口,再倒置于汞槽中,观察撤去手指后汞面的高度。托里拆利在1644年向友人写信报道了这个实验,并且指出,不论玻璃管的形状如何,汞柱的高度总是76厘米左右。他的实验设计得很巧妙,很有说服力。

托里拆利画了一幅装置图。A、B两根玻璃管,高度相同,形状各异,A管上端是一玻璃泡E,显然AE的体积比B大得多,如果汞柱上升原因是由于“自然界对真空的阻力”,越是稀薄的物质对汞柱的吸力应越大,所以A管的汞柱应升得更高,然而事实上两支管子达到的高度相同,与容器中剩余物质的稀密无关,可见作用不是来自管子内部。

为了证明汞柱上方的容器是完全空的,托里拆利在汞槽里加进纯水,然后慢慢提高玻璃管,他们看到,当管子的开口达到水的那部分时,汞从管中涌出,水却急速地通过玻璃管上升,充满整个空虚部分。可见,使汞不掉下的原因,不在于内部,而在于外部。作用于汞柱的力,不是由于真空,而是由于高达80千米的空气的重量而产生的。他写道:“汞既无偏爱,也无厌恶,它进入容器并且在管柱中升高到足以与压它向上的外部空气的重量相平衡,这有什么好奇怪的呢?”然后,托里拆利说如果用水代替汞做同样的实验,水柱将会升到10米高,才能平衡大气的重量施加于它的力。就这样,托里拆利对抽水机抽水为什么不能高过10米,做出了正确的解释。托里拆利通过上述实验发明了测量大气压的气压计。

不久,托里拆利的实验传到了法国。法国的帕斯卡(B.Pascal)为了检验托里拆利的结论,在巴黎也做起了同样的实验。他认为要对汞柱升高的原因是大气压的说法作出判断,最好的办法是测出高处和地面上气压计汞柱高度的差别。但是当时市内建筑不足以得到明显结果,于是他想到在山顶上做实验。帕斯卡是一位半残人,无法爬山,他就求助于其内弟佩利尔(F.Perier)。佩利尔将气压计带到多姆山顶上,他果然发现,在山顶上管中汞柱高度比山下低3英寸(约0.076米)多。

佩利尔在返回的路上又做了分段观测,证明汞柱升高与高度的降低成正比。当他回到出发地时,得知留在山下的另一支气压计在他离开的一段时间内汞柱高度并没有变化。

这个实验结果使帕斯卡坚定了大气压存在的信念。他明确表示,空气的重量和压力是造成汞柱悬挂的惟一原因。因为在山下比山上有更多的空气压下来,“自然界并不厌恶真空”。

帕斯卡对气压计还做了其他研究,例如,他研究了汞柱高度和气候的关系,从此,气压计得到了广泛的应用。

帕斯卡是法国一位很有才华的数学家和物理学家。他自幼体弱多病,但却是一个神童,12岁就开始对数学发生了兴趣,16岁随父亲参加巴黎的学术活动,17岁提出了投影几何学中的一个著名定理,20岁发明了第一台机械计算机。

1651~1654年间,帕斯卡研究了液体静力学,提出著名的帕斯卡定律。帕斯卡于1662年去世,年仅39岁。为了纪念帕斯卡的功绩,物理量压强的单位就以他的名字命名。

同类推荐
  • 不只上海沉没

    不只上海沉没

    科学最强警告,世界心急如焚:全球几乎每个著名的大城市,科学家都作出了这个城市在气候暖化情势下的生命预言,那些所剩无几的时光,几乎无法挽留。若地球升温超过2度,100座名城将永成追忆,人们在惶恐地追问:伦敦、纽约、洛杉矶、东京、悉尼、温哥华、威尼斯、上海、北京、香港、台北……
  • 必知的武器前沿

    必知的武器前沿

    军事是一个国家和民族强大和稳定的象征,在国家生活中具有举足轻重的作用。国家兴亡,匹夫有责,全面而系统地掌握军事知识,是我们每一个人光荣的责任和义务,也是我们进行国防教育的主要内容。
  • 网络世界

    网络世界

    科学是人类进步的第一推动力,而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代,科技的发展、人们生活水平的不断提高,为我们青少年的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机,大力普及科学知识,传播科学精神,提高青少年的科学素质,是我们全社会的重要课题。科学教育,是提高青少年素质的重要因素,是现代教育的核心,这不仅能使青少年获得生活和未来所需的知识与技能,更重要的是能使青少年获得科学思想、科学精神、科学态度及科学方法的熏陶和培养。科学教育,让广大青少年树立这样一个牢固的信念:科学总是在寻求、发现和了解世界的新现象,研究和掌握新规律,它是创造性的,它又是在不懈地追求真理,需要我们不断地努力奋斗。
  • 空间站之窗

    空间站之窗

    空间站之窗空间站之窗空间站之窗空间站之窗空间站之窗空间站之窗
  • 动物之美与人类情感(新编科技知识全书)

    动物之美与人类情感(新编科技知识全书)

    动物分为哺乳动物,爬行动物和昆虫等。最古老的哺乳动物是一种体型较小、长约12厘米、类似鼩鼱晴的动物,接近于今天的单孔类,它们最早出现在距今约2.2亿年的三叠纪。它们是3亿年前被称为单孔类爬行动物的后裔。这些原始的哺乳动物在侏罗纪和白垩纪(2.08亿年前至6500万年前)进化为不同的类群。绝大多数早期哺乳动物是肉食性的,但也有一些以植物为食,如鼠、河狸等生活在树上的多节类动物。今天的有袋类、食虫类和灵长类动物最早出现在白垩纪(1.45亿年前至6500万年前)。恐龙在白垩纪末期灭绝后,这些更加现代的哺乳动物扩散至每一块大陆,进化为数以千计的新物种。
热门推荐
  • 创世纪—三国英雄传

    创世纪—三国英雄传

    千年之前,域外天魔袭击神州大陆,大地上的人们危在旦夕,其他大陆也受到牵连,整个世界面临毁灭……为了拯救世界,迫不得已,人们只能将昔日三国英雄的英灵们唤回,以魂魄之力附身到人类身上,对抗域外天魔!而那些能够操控英灵们的人们则被尊称为唤灵师!百年时光,唤灵师们终于将域外天魔赶回去,并且把天魔界与人间的通道封印……然而千年已过,命运的齿轮再度转动,新的战争即将开始……
  • 子夜惊魂

    子夜惊魂

    每日一集鬼故事一个含冤而死的厉鬼,误闯仙洞,盗取了一仙者修炼多年的还魂丹,自己尸首虽早已不复存在,无法还阳,但自从偷吃此仙丹后,功力倍增,鬼魂超出三界外,不在五行中。阎罗、法师都奈何不了他。她将用自己的生存之道,掌控鬼界幽灵······
  • 三世:相思酿

    三世:相思酿

    心中若有相思难忘,酒酿再美,那都是苦的。————————茫茫九重天,她诀别于诛仙台上,魂飞魄散之际只换来他淡淡一笑::“你我缘分已尽,但求各自珍重。”然而司命却说,他与她的这一段缘,不该就此舍断。下凡历劫的帝君,误入迷局的上仙,阴差阳错的生死轮回,离奇扑朔的宫宅秘事,正邪难辨的仙妖鬼魔……世间最后一盏相思酿,酿造出的到底是谁与谁的那三世相思?“你知道么?相思盏中所盛的不止是相思酿,入酒的更是这世间极尽美好的东西。信念,执着,坚守。还有过往酒客,它们自己的故事。”
  • 恶魔冷少别乱来

    恶魔冷少别乱来

    前有傲娇校草说:“我爸就是王道,我在这里就是王子,就是天。”她说:“你是天,那我就是玉皇大帝,你—管不到我。”后有高冷学长让她滚出自己的家门。滚?先把房子还来。
  • 都市护花邪王

    都市护花邪王

    苏天齐是天神武装佣兵团的一员,但是却为何被佣兵团倾尽全力追杀?他是隐藏在人群中的高手,却为什么身怀重伤难以根治?他不是一个好人,却为何又让众人又爱又恨?他身负死神阎罗的称号,令世界无数高手闻风丧胆,却为何丢失了四年的记忆?
  • 醉后遇上你

    醉后遇上你

    林零懵懵懂懂初识爱情的时候遇见了木洛凉,对爱情无所期待的时候遇见了江磊。一个后知后觉发现深爱,一个从一开始便一见钟情。爱情里没有太多的道理,遇见你,是你,爱上你。
  • DNF与异能——异世之旅

    DNF与异能——异世之旅

    玩个游戏都能穿越?这都什么鬼?!好吧……至少我知道自己在哪里。这个叫“魔界”的地方太可怕了,还是早点离开的好。还有,云幻情姐姐去哪儿了?我得要找到她,一起回家。我找到了凯蒂,呃……准确的说,我是被她从怪物口中救下的,她还教了我召唤术,并把我传送到了阿拉德。冒险开始了……“那么小茜,告诉我,你为什么……要去冒险呢?”姐姐是这样问我的。“为了这整片大陆的和平,为了摆脱所谓的‘平庸’,我是决不会屈服于命运的!”“”
  • 吞噬六界

    吞噬六界

    风尘大陆第一高手叶剑星在穿越世界屏障时天道突然出现,降下界雷,叶剑星被界雷劈得粉身碎骨,重生在一个孤儿的身上并且获得了吞噬的能力看我们的主角如何大发神威吞噬六界。
  • 仙路独尊

    仙路独尊

    看着师兄们为一株灵草争得不可开交,看着师妹们为几颗丹药斗得头破血流,何江修深感仙路艰难。不过,为了奇珍异宝,为了娇羞师妹……何江修毅然唤出了仙鼎:有条件要上,没有条件创造条件也要上!
  • 双石记

    双石记

    高中生东方洛偶然穿越到玄幻世界,偶遇了似乎很强力的东方承。“毫无灵力”的东方洛又将和他开始一段怎样的旅程呢?祖传的玉佩又隐藏了怎样的秘密呢?东方洛最后是否寻到了回去的“路”呢?且看《双石记》给你带来的奇妙旅程。