李云
空气看不见摸不着,却是个大力士?中世纪的欧洲,一位青年科学家绞尽脑汁,终于找到一个合适的方法向人们证明大气的力量……
不可思议的客人
1643年,意大利佛罗伦萨的大公爵塔斯坎宁别出心裁,在自己家的院子里建了一个大喷水池。他还特别吩咐管家找来了打井工人,为喷水池专门挖一口井。只要抽水机一转,人们便可隔着水帘,披着湿雾,跳爵士舞了。
这可是一次炫耀自己学识、财富和才华的好机会!公爵选了一个良辰吉日,遍请了市里有头有脸的人物,还特地邀请著名的诺尔鲁神父来参加新水池“开喷典礼”。
这天,公爵家的院内红烛高照、华灯齐上,乐声轻轻地漫上了树梢屋檐。塔斯坎宁公爵笑容满面地说:“各位先生,今天本公爵亲自设计的喷水池竣工,特邀你们来参观一下我的拙作。”
公爵向早就在亭外侍候的工匠一挥手:“开始抽水!”
可是这水井里的水半天也抽不到地面上,更不用说从喷头里喷出来了。那些工匠摇着抽水机的摇把累得满头大汗,只听那水好像是提到了半腰,可是咕噜一声,就像人咽了气一样,又下去了。公爵忙命工匠仔细检查一遍,每一个螺丝都看过了,机器完好,设计也看不出问题。现在就连公爵自己脸上也是汗津津的了。
这时从来宾席走出一位年轻人,略带嘲弄地说:“不要费劲了,今天这井里的水是不会上来了。”
“你怎么知道?”
这青年哼了一声说:“这井只要超过十米,水就别想上来!”
“为什么?”
“因为抽水是靠抽掉水管里的空气,产生真空,外面的大气压强发生作用才把水从管子里压上来。但是这压强是个死数,管子长了,它没有那么大的劲,自然就压不上来了。”
“什么?真空?里面明明什么也没有!这是不可能的。”诺尔鲁神父立即站起来与他辩论。
“是的,什么也没有。”年轻人好像很高兴有人出来应战。
“你是谁?”
“我是伽利略的学生,托里拆利。”
玻璃管的“神奇魔术”
公爵和神父万没想到今天这个场合能冒出一个伽利略的学生,恼怒地说:“既然你发现了什么真空,就当众拿出来给大家看看。”
青年不慌不忙地说:“这很容易,我现在做一个实验,拿来‘真空让你们看看。不过在看以前先讲个条件:要是实验做成了,高贵的公爵,还有尊敬的神父,你们得当众承认伽利略的学说是对的。”
“要是做不成呢?”公爵反问。
“任你们处置。”
托里拆利(1608-1647),他是伽利略的学生和助手,十分崇拜伽利略。
大气压力标准值为1.03千克/平方厘米。形象一点,这就像在你的头顶上一直压着一辆小车。
“好,那就马上把你送到罗马教廷去审判。”诺尔鲁神父狠狠地说。
自从伽利略被监禁后,有一个叫佛罗伦萨中心实验学会的青年团体,还在到处实验,宣传伽利略的学说,教廷已经抓了一些。想不到今天在这里又碰见一个这样胆大妄为的毛头小子。
“一言为定!”只见托里拆利从桌上拉过一个又细又扁的黑匣子,取出一瓶水银和一根有一米长、一头开口的细玻璃管,管上有刻度。他又随手拉过一只小碗,倒满了水银,再把玻璃管里也灌满,用拇指按紧开口,然后一下倒过来连手指浸入碗中,再抽出手指。只见那细管中的水银开始下滑,但是当液面落到76厘米处时便不再动了。托里拆利指着76厘米以上的那一截管子说:“各位先生,请看,这管子里就是真空,空得连空气也没有了。”
“可是为什么水银不再下落,让管子里再空一点呢?”客人中有人对此产生了兴趣,插话问道。
托里拆利实验
诺尔鲁神父恼羞成怒,忽地一下站起来说:“你这是变魔术。你又怎么能证明上面那截管子里真的是空的呢?怎么证明这水银柱真的是空气的压力托着呢?”
“别忙!”托里拆利向神父揶揄地一笑,然后又从黑匣子里抽出一裉形状古怪的管子做证实真空存在的实验。这是一根直管儿,在顶头上弯出一个弯,形成一个钩子。弯头处开了个洞。只见托里拆利用一个指头堵住小洞,弯朝下,灌滿水银,倒过来和刚才一样浸在水银碗里,这样长直管里又是个76厘米的水银柱,而那弯儿底部也存下一截水银,上面却出现了真空。这一个连通管里就有两截水银,两截真空了。托里拆利向大家扫了一眼,说:“现在只要我的手指一离开这个小洞,由于空气进来产生压力,长管里的水银就会全部落入碗里,小弯里的水银就会被空气托到管头上去。这正好说明刚才这里确实是没有空气的,你们信不信?”“不信!”公爵愤愤地应道。
只见托里拆利将手一抬,那直管里的水银柱像是空中的悬物断了线,唰地一下跌落碗里,而那个弯管底部的水银倒像有一个无形的手在下面推挤,眼睁睁地升上了管的顶头,像贴在管子上一样不再下来。
公爵看着这个像变魔术一样的场面,一边掏手帕擦汗,一边说“可能伽利略真的是对的。”托里拆利见公爵终于说出这句话,便收拾起他的黑匣子,一个鞠躬,飘然离去。
这就是有名的托里拆利真空实验。水银柱上的那段真空被后人称为“托里拆利真空”,而那种玻璃管也被叫作“托里拆利管”。1646年,法国数学家帕斯卡为了检验托里拆利的理论,制作了水银气压计,为后来飞机、汽车、房屋的建筑等研究铺平了道路。
动动脑:
大气的压强这么大,为什么人却没有被压扁呢?
A.人的骨骼非常坚硬,这点压力根本不算什么
B.人会以柔克刚,用肌肉将大气压力消化掉
C.人在身体内有与大气压力相等的反作用力,保持平衡
D.人体循环系统,压力在呼吸时都被吐了出去