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1、編號：
時間：2021年x月x日
書山有路勤為徑，學海無涯苦作舟
頁碼：第5頁 共5頁
大氣壓力的發(fā)現(xiàn)
公元14世紀前后的佛羅倫薩是何等熱鬧的地方，它正處在意大利的南北通衢大道上，人口已達十萬，手工業(yè)工廠發(fā)達，僅毛紡廠就達三百多家，而且并不是自產(chǎn)自銷，原料來自西班牙，染料來自埃及，產(chǎn)品又銷到英、法。世界各地的商人南來北往好不熱鬧。要說文化，這里又是文藝復興的重要基地，一些有名氣的代表人物都是這里的人氏。伽利略就不用說了，還有寫《神曲》的詩人但丁，畫《蒙娜麗莎》的達·芬奇，制作了《大衛(wèi)》雕像的米開朗琪羅，建了著名的無柱圓頂教堂的建筑家伯魯涅列斯基。這里雖是扼殺了一些如伽利略那樣
2、的新文化名人，但是就連那些上層貴族人物也不能抗拒這個新文明沖擊。一些上層人物也是總想把自己打扮成有知識的樣子，想把自己的庭院裝修得更華麗些，好向市民們和外國商人炫耀一下自己。
現(xiàn)時這佛羅倫薩的大公爵塔斯坎寧別出心裁，要在自己家的院子里建一個大噴水池。他想，這種闊氣誰人能比?錢是不發(fā)愁的，至于設計，他要新自動手。他安排了水池、噴頭、假山，在池山之間栽種了國外引進的奇花異樹，建了亭廊，亭間廊邊遍設燭臺，為的是夜間一樣可以酣飲暢游。為了加大水量，他又特別吩咐管家找來了打井工人，為噴水池專挖一口井。那井也挖好了，抽水機也裝好了，只差機器一轉(zhuǎn)，就可珠滾荷葉，銀落水面，人們便可隔著簾，披著濕霧，跳
3、化裝舞了。但這般光景公爵不準備一人獨享，這是一次向全市炫耀自己學識、財富、才華和風度的好機會。這天，他選了一個良辰吉日，遍請了市內(nèi)的頭面人物，大工場場主、教授、藝術家，還有那些從波斯、西班牙等東西方來的富商大賈，還特地邀請著名的諾爾魯神父來光臨新水池“開噴典禮”。這天剛?cè)諌何魃剑艏业拇箝T口就車塞馬嗚，門內(nèi)廊上亭上也早美酒侍侯，佳肴等人了。不一會兒紅燭高照、華燈齊放，樂聲輕輕地漫上了樹梢屋檐。這時塔斯坎寧公爵舉起一杯紅酒，笑容滿面地說：
“各位先生，今天本公爵親自設計的噴水池竣工，特邀你們來參觀一下我的拙作，并參加我們家庭慶祝舞會，我和我的夫人及全家表示非常的感謝。讓我們大家為這項庭
4、院工程的勝利竣工來干一杯。”
接著就聽一陣酒杯相碰的叮當之聲。然后公爵向早就在亭外侍侯的工匠一揮手：“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。公爵忙命工匠仔細檢查一遍，每一個螺絲都看過了，機器完好，設計也看不出問題。現(xiàn)在就連公爵自己臉上也是汗津津的了。
這時從來賓席上走出一位年輕人來，他略帶嘲弄地將公爵看了一眼說：“不要費勁了，今天這井里的水是不會上來了。”
“你怎么知道?”
“伽利略說的。”
這一句話就像
5、是有人突然在席間放了一顆炸彈，頓時大家都驚呆了。伽利略不是早就被教會監(jiān)禁了嗎?怎么他的幽靈今天又出現(xiàn)在這里。
這青年看著這些吃驚的人們，哼了一聲說：“你們當然早把他忘了，可是不管你們忘不忘，地球照樣還在轉(zhuǎn)，這水照樣不會聽你們的話，上到地面來。下午，我剛從郊外回來，他老人家知道這里在打井，說，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，外面的大氣壓強發(fā)生作用才把水從管子里壓上來。但是這壓強是個死數(shù)，管子長了，它沒有那么大的勁，自然就壓不上來了。”
“什么?你說什么真空?里面什么也沒有?這是不可能的?！边@時在座的一個神父立即站
6、起來與他辯論。
“是的，什么也沒有，連上帝也不存在?！蹦贻p人好像很高興有人出來應戰(zhàn)。
“你是誰?” “我是伽利略的學生。一個伽利略分子?！?
這個青年叫托里拆利(1608～1647)，他崇拜伽利略，到處自稱是伽利略分子，比伽利略更直率地宣傳他的學說。
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生，真使他們掃興，便惱怒地說：“既然你發(fā)現(xiàn)了什么真空，就當眾拿出來給大家看看?！彼麄兝湫χ?，很為自己出了這么個絕好的難題而自豪。想瞧這青年的難堪。
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，
7、高貴的公爵，還有尊敬的神父，你們得當眾承認伽利略的學說是對的。”
“要是做不成呢?”公爵連想也不想他會做成，急著反問。
“任你們怎樣處置?！?“好，那就馬上把你送到羅馬教廷去審判?！鄙窀讣泵π?。
他知道從伽利略被監(jiān)禁后，又有一個叫佛羅倫薩中心實驗學會的青年團體，還在到處實驗，宣傳伽利略的學說，教廷已經(jīng)抓了一些。那次有一個青年拒捕，還跳樓死了。想不到今天在這里又碰見一個這樣膽大妄為的毛頭小子。
“好，一言為定!”
只見托里拆利從桌上拉過一個又細又扁的黑匣子，打開取出一瓶水銀和一根有一米長、一頭開口的細玻璃管，管上有刻度。他又隨手拉過一只小碗，倒?jié)M了水銀，再
8、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。只見那細管中的水銀開始下落，但是當液面落到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?！?
“可是為什么水銀不再下落，讓管子里再空一點呢?”客人中有人顯然對此已發(fā)生興趣，忙插話提問。
“對。為什么水銀不再下落了呢?正是由于空氣的壓力。這壓力就像能把井水壓上來一樣，它能把水銀正好托在這個高度。水銀的密度是136克/厘米3，因此這水銀柱的壓強就是136×76=10336克/厘米2，這就是空氣的壓強。那水的密度是1克/厘米3，如果1
9、0米深的井管，水柱就有1×1000=1000克/厘米2，差不多正是大氣壓力；你想，井深超過10米那水還能壓上來嗎?幸虧公爵打的是一口水井，要是一口水銀井，怕井深不到一米就要報廢了?！蓖欣锊鹄f完，以嘲諷的眼神向公爵看了一眼。他就是這樣年輕氣盛，成心要讓這幫貴人難堪。
這時客人中有人點頭稱是，有人津津有味地聽著這個聞所未聞的新課題。
諾爾魯神父眼看著這場面竟要讓這個毛頭小子左右了，也顧不得體面，忽地一下站起來說：“你這是變魔術。你又怎么能證明上面那截管子里真的是空的呢?怎么能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根
10、丫形管子證實真空存在的實驗。這是一根直管兒，在頂頭上彎出一個變，形成一個鉤子，又像根拐杖(見圖)。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?”公爵忿忿地應道。
只見托里拆利將手一抬，那直管里的水銀柱像
11、是空中的懸物斷了線，刷地一下跌落碗里，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。這時全場的人都顧不得那佳肴、美酒了，一個個伸長了脖子，都看著這根魔管。有的人還在胸前劃著十字，輕輕地喊著：“啊，上帝!”托里拆利這時揚起頭很認真但又像是在開玩笑地說了一句：“那不是上帝，是空氣!”而公爵呢，看著這個像變魔術一樣的場面，一邊掏手帕擦汗，一邊說：“可能伽利略真的是對的?！?
托里拆利見公爵終于說出這句話，便收拾起他的黑匣子，一個鞠躬，飄然離去。這時半天沒有插上嘴的公爵夫人看著這個掃興的場面，才想起把管家叫來，怒斥道：“他是怎么混進來的?”管家
12、怯生生地說：“我見他夾個匣子，還以為是樂隊里的人呢?！?
這就是1643年進行的有名的托里拆利真空實驗。水銀柱上的那段真空也就被后人稱為“托里拆利真空”，而那種玻璃管也被叫做“托里拆利管”。
再說這真空試驗的消息立即不脛而走。人們都競相演示這個實驗。消息傳到法國，數(shù)學家布萊斯·帕斯卡(1623～1662)不但在家里做實驗，還到山上、山下對比著做。他發(fā)現(xiàn)空氣的壓力與海拔是相關的。在海拔2000米以內(nèi)每升高12米，托里拆利管中的水銀就要下降1毫米。消息傳到法國，法國馬德堡市的市長奧托格里克竟也放下繁重的公務來做這個科學游戲。他想的主意更為新奇，他用兩個鐵制的直徑有20厘米的半球扣在一起，
13、并不作任何焊接，只把里面的空氣抽掉，于是無論多么強壯的大力士，一人抓住一半拉也拉不開。人們簡直不敢相信這球的魔力。
1654年法國勒根斯堡郊外春日融融，綠草如茵。這天，山坡下的空場上圍了有上千人。草地上又是跳舞又是賽馬，好不熱鬧。沿山坡臨時搭起了臺子，上面旗杖華麗，鼓樂齊鳴。原來今天皇帝、皇后也在這里與民同樂。一會兒，奧托格里克一手拿著一塊他設計的半球來叩見皇上，請求為陛下表演一個科學游戲?；噬险谂d頭上便欣然允諾。只見他雙手將這兩個半球啪地往一起一合，助手遞上一個小唧筒，三下兩下，差不多就將里面的空氣抽光了。這球的半徑不過20厘米，里面的空間頂多也只能裝三個拳頭。然后奧托格里克將兩根又
14、粗又結(jié)實的絲繩系在半球兩邊的環(huán)上，招手叫過兩個大漢一邊一個拔起河來。只見他們臉漲得由紅變紫，雙方或左或右，互有進退，而那球的兩個半塊倒是平平穩(wěn)穩(wěn)地相抱在一起?；实?、皇后看得發(fā)呆了，剛才明明是兩個隨便合起來的半球，怎么會吸得這樣緊?這時奧托格里克又命令兩邊各加到二人，加到三人。鐵球呢，倒像越拉越緊。草地上千人之眾鴉雀無聲。奧托格里克喝了一聲：“住手。”又干脆牽過兩匹馬來，一邊套上一匹，兩個馭手揮起鞭子，兩匹馬仰天長嘶一聲，四蹄扣地向兩邊拉起來?？墒悄乔蜻€是依然如故。奧托格里克又將兩邊再各加一匹，一會又加一匹，這樣一直各加到七匹健馬，還是不見分曉。這時皇后忘了她那在臣民面前應保持的尊容，雙唇大張，
15、右手緊緊抓住皇帝的手腕。奧托格里克又命令兩邊再各加一馬，馭手的鞭子甩得如爆竹炸響，馬嘶嘯嘯，塵土飛揚，圍觀的人群也沸騰起來，各喊加油。只聽“嘭”的一聲，鐵球終于裂成兩半，兩邊的八匹馬各帶著半塊小球一下沖出幾百米遠。這時皇后才閉口松手，喘出一口氣來，皇帝的手腕也早被捏出五個指頭印來。他忙將奧托格里召至臺上問：“你變的是什么魔術?這兩個小半球，怎么會有這樣大的吸力?”
“啟奏陛下，這小球上的力不是吸力，是空氣對它的壓力?！?
“你知道這壓力有多大嗎?”
“按托里拆利的計算，大氣對物體的壓力是每平方厘米一公斤。這小球的截面積是半徑的平方乘上圓周率，等于1256平方厘米，作用于它身上的
16、力就有1256公斤，每邊八區(qū)馬每匹馬要使出157公斤的力才能將它拉開呢?！?
皇帝聞聽半信半疑。他想了一會兒說：“這樣一個拳頭大小的球就要受大氣的千斤壓力，那朕的皇宮不早被壓塌了嗎?”
“陛下不用擔心。鐵球拉不開是因為里面抽成了真空，只外面受壓力，陛下的皇宮高門大窗，空氣自由出入，自然不會真空，上下壓力也就互相抵消了?！?
“那我們這些人每天生活在大氣里不也要被壓癟了嗎?”
“是的，我們一般人的身體面積約兩平方米，他晝夜不停地受著二萬公斤的壓力呢?？墒潜菹乱膊挥脫?，我們有口鼻可以呼吸，所以肚子里也絕不會形成真空的?！?
皇帝聽到這里才知自己是一場虛驚，大可不必為此擔心，臉上也有了輕松的笑容，嘉許道：“想不到你這個市長還知道這么多新知識?！闭f罷又傳令擺酒，要借這明媚春光與奧托格里克及臣子們痛飲一場。草地上又鼓樂齊奏，舞姿翩翩。
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