大气压发现记

时间:2022-08-02 10:00:06

1640年,佛罗伦萨有一位叫安东尼奥的师傅挖了一口深水井,不论他如何改进抽水机的精度,总不能把水抽到10米以上,他知道当时占统治地位的亚里士多德的“自然界厌恶真空”的理论,始终认为水应该能抽上来,于是,他去请教大物理学家伽利略,伽利略此时已76岁,并且病魔缠身,双目失明,无力亲自参与实验研究,便从理论上作了如下回答:水不能升到比20个下臂(约10米)更高的高度上来,甚至连10个也不到,真空恐怕有自己的界限……,伽利略嘱托他的学生托里拆利和维维安尼,务必要把这个问题弄清楚。

伽利略去世后,托里拆利对这个问题展开了研究,他首先对问题进行了分析:水能被抽上一定高度说明这不是什么亚里士多德提出的“自然界厌恶真空”和“真空受到排斥”问题,而是一个力学平衡效应的问题,由此他得出如下假设:大气的重量压迫抽水机器外面的水,当活塞上升时,推力使水随活塞上升,大气重量(压力)只与10米左右的水柱重量平衡,空气不会再将水压得更高,因此,用抽水机将水抽得更高是做不到的。

上述假想对不对呢?托里拆利决定用实验进行验证,他想用一端封闭的玻璃管装满水后倒插于水盆中,就可以观察到管中水面的高度,可10米多长的玻璃管不易制造,具体实验操作也有许多不便,于是他就又用水银代替水进行实验,水银比同体积的水约重13倍,玻璃管长度不足1米就够了,就这样,一个完整的实验设计便产生了,他请维维安尼来具体实施这一实验,结果一举成功。(这就是我们的教科书中用水银柱测大气压实验的雏形)

此后,托里拆利忙于数学研究,将这个大气压强实验的研究成果放置在一边,并未发表,但是这个消息还是不胫而走。

消息传到法国,招来学术界许多权威的怀疑和反对,帕斯卡却不迷信权威,他从空气有重量的事实出发,相信托里拆利的实验是正确的,为再次证明实验的正确性,他不仅十多次地重复了托里拆利的水银柱实验,而且还利用水、红酒等密度小的介质进行大气压强实验,所用管子高达约14米,借助桅杆才能将管子竖立起来,实验规模之宏大,轰动了巴黎的学术界,实验结果证明,密度不同的液体高度不等,为了证明液柱高度大小取决于气体的压力,他设计了两个连接在一起的玻璃管,上、下通过移动其中一个管子可以减少或增大另一个管子里水银表面上方空气的体积,利用这一装置,他有效地演示了空气压力的存在,以及空气压力决定着管中水银柱高度的变化,帕斯卡的实验令人信服地证明了空气有重量,存在压强,而且真空确实存在。

帕斯卡在重复和研究托里拆利实验的过程中受到启发,从而对液体压力(压强)的规律进行了一系列的实验研究,于1654年,帕斯卡写成了《论液体平衡》的论文,文中提出了著名的帕斯卡定律,为流体静力学奠定了基础。

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