书城科普读物世界大发现纪实系列丛书-自然世界的奇迹(上)
16322900000025

第25章 马德堡半球实验

科学家是相信事实的,尽管不少人反对和不信,他们仍然在从事研究。

1646年夏天,皮尔·珀蒂在鲁昂重复了托里拆利实验。

1647年10月,托里拆利逝世。

1654年,托里拆利实验后的第12年,在德国的马德堡市发生了一件新闻:德国国王和贵族们都赶来观看一个实验。主持这个实验的就是这座城市的市长葛利克,他是一位热心实验的科学家。

葛利克定做了两个直径37厘米的空心铜半球。这两个半球做得很精密,对好合起来可以不漏气。葛利克在一个半球上装了一个活门,从这里接上抽气筒,把球里的空气抽出来,再把活门关好,这时球里差不多成为真空了。一切准备好了以后,再在每个半球的环上各拴了8匹壮马,叫它们各奔东西,把半球分开。球虽然不大,也没有多少重力,可是赶马的人用鞭子抽打着,16匹壮马拉得十分吃力,两个半球仍旧紧紧地合在一起。

拉啊,拉啊,忽然听得“啪”一声巨响,好像放炮一样,16匹壮马才把这两个半球拉开。

葛利克将两个半球仍旧合上,换了一个实验的方法:把活门打开,让外面的空气流到球里去。这时不费什么力气,用两只手就把两个半球分开了。

这就是说,当铜球内部成为真空的时候,每个半球上所受到的大气压力要用8匹马的拉力才能平衡。粗略地计算一下,就是说在一个直径为37厘米的球面上所受到的大气压力大约等于2×104牛的力。以此类推,一个人的身体是会受到105牛以上的大气压力的。

这就是著名的马德堡半球实验,它生动而有力地证明了确实存在着1.033×105帕斯卡的大气压强。

这个实验同时也回答了人为什么没有被大气压力压扁的问题。正像那个马德堡半球一样,在它成为真空的时候,巨大的大气压力才被表现出来,而它的里面充满空气的时候,里面的气体压强和外边的大气压强相同,它们就互相抵消了。

人体也是这样的。人体内部同样是充满着空气的,人体内部的压强和外部的大气压强达到平衡,人也不会觉得受着105牛的压力。正像深海生物只能在深海的巨大压强中生存一样,人反而离不开大气压强。

同样,桌子上面虽然受到105牛以上的压力,但是它的下面也受到大气向上的同样大小的压力,所以桌子并不会被压坏。

人们终于承认了托里拆利的学说,承认了我们身边存在着大气压。

托里拆利死后第二年,1648年,法国科学家帕斯卡做了一次更有意义的实验。他用水和葡萄酒等作实验液体,采用不同形状的管子,先后在巴黎的教堂尖顶和法国南部多姆山区进行托里拆利实验。据说当时帕斯卡用的最长的管子达12米,以至不得不用船桅把它支起来。为什么要用那么长的管子呢?这是由于水的密度比水银小得多。

一个标准大气压是1.033×105帕斯卡,水的密度是103千克/米3,一个大气压能支持多高的水柱呢?

∵p=hρg

∴h=pρg10米。

人们看到用水做的托里拆利实验,看到高大的托里拆利管上方有一段真空,心服口服了——抽水机是依靠大气压强把水压上去的,不是真空把水吸上去的。

帕斯卡进一步想,越向高空去,大气就会越稀薄,大气压是不是也应当变小了?

1648年,帕斯卡请他的朋友帮忙在山顶上和山脚下同时做托里拆利实验,结果是山顶上的大气压的确比山脚下小。

多次的测定表明,在距离海面2000米的高度以内,平均每升高12米,水银柱大约降低1毫米。帕斯卡的实验解答了“高山之谜”:人们登上高山时为什么会呼吸短促,还煮不熟饭。