大气压力的发现

作者: 佚名

公元14世纪前后。

佛罗伦萨的大公爵塔斯坎宁别出心裁,要在自家的院子里建一个大喷水池。他安排了水池、喷头、假山,又找来了打井工人,为喷水池专挖一口井。井挖好了,抽水机也装好了,只等机器一转,就可珠滚荷叶了。但这般光景公爵不准备一人独享,这是一次向全市炫耀自己学识、财富、才华的好机会。他选了一个良辰吉日,遍请了市内的头面人物,还特地邀请著名的诺尔鲁神父来光临新水池“开喷典礼”。

可是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。

这时从来宾席上走出一位年轻人来,他略带嘲弄地朝公爵看了一眼说:“不要费劲了,今天这井里的水是不会上来了。”

“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。但是管子长了,压力不够大,水自然就压不上来了。”

“什么?你说什么真空?里面什么也没有?”在座的一个神父站起来说。

“是的,什么也没有,连上帝也不存在。”

“你是谁?”

这个青年叫托里拆利。

神父恼怒地说:“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。”

只见托里拆利从桌上拉过一个又细又扁的黑匣子,打开,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落,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?”客人中有人显然对此已发生兴趣,忙插话提问。

“对。为什么水银不再下落了呢?正是由于空气的压力。这压力就像能把井水压上来一样,它能把水银正好托在这个高度。水银的密度是136克/立方厘米,因此这水银柱的压强就是136×76=10336克/平方厘米,这就是空气的压强。那水的密度是1克/立方厘米,如果10米深的井管,水柱就有1×1000=1000克/平方厘米,差不多正是大气压力。你想,井深超过10米那水还能压上来吗?”

诺尔鲁神父忽地一下站起来说:“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?怎么能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,然后从黑匣子里抽出一根丫形管子,开始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,又像根拐杖。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,灌满水银,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。”公爵忿忿地应道。

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,刷地一下跌落碗里,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。

这就是1643年进行的有名的托里拆利真空实验。水银柱上的那段真空也就被后人称为“托里拆利真空”,而那种玻璃管也被叫做“托里拆利管”。