李云



空氣看不見摸不著,卻是個大力士?中世紀(jì)的歐洲,一位青年科學(xué)家絞盡腦汁,終于找到一個合適的方法向人們證明大氣的力量……
不可思議的客人
1643年,意大利佛羅倫薩的大公爵塔斯坎寧別出心裁,在自己家的院子里建了一個大噴水池。他還特別吩咐管家找來了打井工人,為噴水池專門挖一口井。只要抽水機(jī)一轉(zhuǎn),人們便可隔著水簾,披著濕霧,跳爵士舞了。
這可是一次炫耀自己學(xué)識、財富和才華的好機(jī)會!公爵選了一個良辰吉日,遍請了市里有頭有臉的人物,還特地邀請著名的諾爾魯神父來參加新水池“開噴典禮”。
這天,公爵家的院內(nèi)紅燭高照、華燈齊上,樂聲輕輕地漫上了樹梢屋檐。塔斯坎寧公爵笑容滿面地說:“各位先生,今天本公爵親自設(shè)計的噴水池竣工,特邀你們來參觀一下我的拙作?!?/p>
公爵向早就在亭外侍候的工匠一揮手:“開始抽水!”
可是這水井里的水半天也抽不到地面上,更不用說從噴頭里噴出來了。那些工匠搖著抽水機(jī)的搖把累得滿頭大汗,只聽那水好像是提到了半腰,可是咕嚕一聲,就像人咽了氣一樣,又下去了。公爵忙命工匠仔細(xì)檢查一遍,每一個螺絲都看過了,機(jī)器完好,設(shè)計也看不出問題?,F(xiàn)在就連公爵自己臉上也是汗津津的了。
這時從來賓席走出一位年輕人,略帶嘲弄地說:“不要費勁了,今天這井里的水是不會上來了?!?/p>
“你怎么知道?”
這青年哼了一聲說:“這井只要超過十米,水就別想上來!”
“為什么?”
“因為抽水是靠抽掉水管里的空氣,產(chǎn)生真空,外面的大氣壓強(qiáng)發(fā)生作用才把水從管子里壓上來。但是這壓強(qiáng)是個死數(shù),管子長了,它沒有那么大的勁,自然就壓不上來了?!?/p>
“什么?真空?里面明明什么也沒有!這是不可能的?!敝Z爾魯神父立即站起來與他辯論。
“是的,什么也沒有?!蹦贻p人好像很高興有人出來應(yīng)戰(zhàn)。
“你是誰?”
“我是伽利略的學(xué)生,托里拆利。”
玻璃管的“神奇魔術(shù)”
公爵和神父萬沒想到今天這個場合能冒出一個伽利略的學(xué)生,惱怒地說:“既然你發(fā)現(xiàn)了什么真空,就當(dāng)眾拿出來給大家看看?!?/p>
青年不慌不忙地說:“這很容易,我現(xiàn)在做一個實驗,拿來‘真空讓你們看看。不過在看以前先講個條件:要是實驗做成了,高貴的公爵,還有尊敬的神父,你們得當(dāng)眾承認(rèn)伽利略的學(xué)說是對的。”
“要是做不成呢?”公爵反問。
“任你們處置。”
托里拆利(1608-1647),他是伽利略的學(xué)生和助手,十分崇拜伽利略。
大氣壓力標(biāo)準(zhǔn)值為1.03千克/平方厘米。形象一點,這就像在你的頭頂上一直壓著一輛小車。
“好,那就馬上把你送到羅馬教廷去審判?!敝Z爾魯神父狠狠地說。
自從伽利略被監(jiān)禁后,有一個叫佛羅倫薩中心實驗學(xué)會的青年團(tuán)體,還在到處實驗,宣傳伽利略的學(xué)說,教廷已經(jīng)抓了一些。想不到今天在這里又碰見一個這樣膽大妄為的毛頭小子。
“一言為定!”只見托里拆利從桌上拉過一個又細(xì)又扁的黑匣子,取出一瓶水銀和一根有一米長、一頭開口的細(xì)玻璃管,管上有刻度。他又隨手拉過一只小碗,倒?jié)M了水銀,再把玻璃管里也灌滿,用拇指按緊開口,然后一下倒過來連手指浸入碗中,再抽出手指。只見那細(xì)管中的水銀開始下滑,但是當(dāng)液面落到76厘米處時便不再動了。托里拆利指著76厘米以上的那一截管子說:“各位先生,請看,這管子里就是真空,空得連空氣也沒有了?!?/p>
“可是為什么水銀不再下落,讓管子里再空一點呢?”客人中有人對此產(chǎn)生了興趣,插話問道。
托里拆利實驗
諾爾魯神父惱羞成怒,忽地一下站起來說:“你這是變魔術(shù)。你又怎么能證明上面那截管子里真的是空的呢?怎么證明這水銀柱真的是空氣的壓力托著呢?”
“別忙!”托里拆利向神父揶揄地一笑,然后又從黑匣子里抽出一裉形狀古怪的管子做證實真空存在的實驗。這是一根直管兒,在頂頭上彎出一個彎,形成一個鉤子。彎頭處開了個洞。只見托里拆利用一個指頭堵住小洞,彎朝下,灌滿水銀,倒過來和剛才一樣浸在水銀碗里,這樣長直管里又是個76厘米的水銀柱,而那彎兒底部也存下一截水銀,上面卻出現(xiàn)了真空。這一個連通管里就有兩截水銀,兩截真空了。托里拆利向大家掃了一眼,說:“現(xiàn)在只要我的手指一離開這個小洞,由于空氣進(jìn)來產(chǎn)生壓力,長管里的水銀就會全部落入碗里,小彎里的水銀就會被空氣托到管頭上去。這正好說明剛才這里確實是沒有空氣的,你們信不信?”“不信!”公爵憤憤地應(yīng)道。
只見托里拆利將手一抬,那直管里的水銀柱像是空中的懸物斷了線,唰地一下跌落碗里,而那個彎管底部的水銀倒像有一個無形的手在下面推擠,眼睜睜地升上了管的頂頭,像貼在管子上一樣不再下來。
公爵看著這個像變魔術(shù)一樣的場面,一邊掏手帕擦汗,一邊說“可能伽利略真的是對的?!蓖欣锊鹄姽艚K于說出這句話,便收拾起他的黑匣子,一個鞠躬,飄然離去。
這就是有名的托里拆利真空實驗。水銀柱上的那段真空被后人稱為“托里拆利真空”,而那種玻璃管也被叫作“托里拆利管”。1646年,法國數(shù)學(xué)家帕斯卡為了檢驗托里拆利的理論,制作了水銀氣壓計,為后來飛機(jī)、汽車、房屋的建筑等研究鋪平了道路。
動動腦:
大氣的壓強(qiáng)這么大,為什么人卻沒有被壓扁呢?
A.人的骨骼非常堅硬,這點壓力根本不算什么
B.人會以柔克剛,用肌肉將大氣壓力消化掉
C.人在身體內(nèi)有與大氣壓力相等的反作用力,保持平衡
D.人體循環(huán)系統(tǒng),壓力在呼吸時都被吐了出去