來源:百度文庫 2010-08-30 17:54:17
第六章液體和氣體的性質 6.10空氣的壓力
在十七世紀中期,累根斯堡的居民曾經看到過一件奇事:十六匹馬八匹拉向一面,八匹拉向另一面,用盡全力也沒把彼此合在一起的兩個銅制的半球拉開來。是什么力量使它們合得這樣緊呢?“沒有什么”,是空氣。市長奧托·馮·格里凱就這樣讓大家親眼看到了空氣并不是“沒有什么”,而是有重量并且能對地面上所有物體施很大的壓力的。
這個試驗是在1654年五月八日舉行的。
關于著名的“馬德堡半球”實驗,物理學教科書里都有敘述。但是我還是相信,讀者如果能從格里凱本人嘴里聽到這個故事,一定會更有趣味。敘述他的實驗的這一本書篇幅很大,是用拉丁文寫的,1672年在阿姆斯特丹出版。同那個時代所有的書一樣,這本書的書名很長:
這本書的第23章專講這個實驗。讓我們直譯幾段出來:
證明空氣的壓力能夠把兩個半球緊壓得甚至連16匹馬都不能拉開它們的試驗。
我定做了兩個銅制的半球,直徑是四分之三馬德堡肘①,活來。兩個半球倒能夠完全吻合。在一個半球上裝了一個活栓;通過這個活栓可以抽掉球里的空氣,并阻止外面的空氣鉆進球里去。此外,在兩個半球上還安了四個環,環上穿著繩子,繩子縛在馬的駕具上。我又叫人縫了一個皮圈;把皮圈放在蠟和松節油的混合物里浸透。把皮圈緊夾在兩個半球的中間以后,空氣就一點也不會漏進球里去了。活栓接上抽氣筒的管子,把球里的空氣抽出來。這時候可以看出,兩個半球是用多大的力量通過皮圈緊緊粘附在一起。外面空氣的壓力把它們壓得這樣緊,連16匹馬(拚命掙扎著)都不能把它們拉開,或者只有費了很大的勁才能拉開它們。當馬用盡了全力把兩個半球最后拉開的時候,還發出了很大的響聲,象放炮一樣。
可是只要把活栓轉一下,使空氣能夠流進球里去,兩個半球就很容易被手拉開。
簡單的算法能夠告訴我們,為什么要用這樣大的力量(每一邊八匹馬)才能把一個空球分開。空氣的壓力作用在每一平方厘米上大約是一公斤,直徑0.67肘(37厘米)的圓的面積②等于1060平方厘米。這就是說,大氣加在每一個半球上的壓力在1000公斤(一噸)以上。每一邊都應該用一噸的力量來拉,才能抵消掉球外空氣的壓力。
看起來這個重量對每一邊八匹馬說來好象并不很大。可是不要忘記,平常馬在拉一噸重的貨物的時候,所要克服的力量并不是一噸,而是比一噸小得多,只是車輪和輪軸之間、車輪和道路之間的摩擦力。這種摩擦力,譬如在公路上,不過是貨物重的5%,也就是一噸貨物的摩擦力只有50公斤。(實踐告訴我們,八匹馬一起拉貨的時候要損失拉力一半,這一點我們在這里不談。)因此,八匹馬的一噸拉力相當于拉20噸重的一輛貨車。你看馬德堡市長的馬所要拉的這個空氣的重壓有多么重!它們好象是在拉著一臺不在軌道上的小火車頭。
可是只要把活栓轉一下,使空氣能夠流進球里去,兩個半球就很容易被手拉開。
簡單的算法能夠告訴我們,為什么要用這樣大的力量(每一邊八匹馬)才能把一個空球分開。空氣的壓力作用在每一平方厘米上大約是一公斤,直徑0.67肘(37厘米)的圓的面積②等于1060平方厘米。這就是說,大氣加在每一個半球上的壓力在1000公斤(一噸)以上。每一邊都應該用一噸的力量來拉,才能抵消掉球外空氣的壓力。
看起來這個重量對每一邊八匹馬說來好象并不很大。可是不要忘記,平常馬在拉一噸重的貨物的時候,所要克服的力量并不是一噸,而是比一噸小得多,只是車輪和輪軸之間、車輪和道路之間的摩擦力。這種摩擦力,譬如在公路上,不過是貨物重的5%,也就是一噸貨物的摩擦力只有50公斤。(實踐告訴我們,八匹馬一起拉貨的時候要損失拉力一半,這一點我們在這里不談。)因此,八匹馬的一噸拉力相當于拉20噸重的一輛貨車。你看馬德堡市長的馬所要拉的這個空氣的重壓有多么重!它們好象是在拉著一臺不在軌道上的小火車頭。
曾經測量過,壯健的馱馬拉貨車的時候所用的力量,不過80公斤①。所以為了拉開馬德堡半球,在平穩的拉曳情況下,每一得用1000÷80=13匹馬②。
讀者如果知道我們骨胳的某些關節所以不會脫落,同馬德堡半球不容易分開有同樣的原因,那一定會覺得驚奇的。我們的髖部關節正是這樣的馬德堡半球。我們可以把連在這個關節上的肌肉和軟骨都去掉,可是大腿還是不會掉下來:大氣壓力把它們壓在一起了,因為關節之間的間隙是沒有空氣的。
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