第六章液體和氣體的性質(zhì) 6.10空氣的壓力

第六章液體和氣體的性質(zhì) 6.10空氣的壓力

　　在十七世紀(jì)中期，累根斯堡的居民曾經(jīng)看到過(guò)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(méi)把彼此合在一起的兩個(gè)銅制的半球拉開(kāi)來(lái)。是什么力量使它們合得這樣緊呢？“沒(méi)有什么”，是空氣。市長(zhǎng)奧托·馮·格里凱就這樣讓大家親眼看到了空氣并不是“沒(méi)有什么”，而是有重量并且能對(duì)地面上所有物體施很大的壓力的。

　　這個(gè)試驗(yàn)是在1654年五月八日舉行的。

　　關(guān)于著名的“馬德堡半球”實(shí)驗(yàn)，物理學(xué)教科書(shū)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(tīng)到這個(gè)故事，一定會(huì)更有趣味。敘述他的實(shí)驗(yàn)的這一本書(shū)篇幅很大，是用拉丁文寫(xiě)的，1672年在阿姆斯特丹出版。同那個(gè)時(shí)代所有的書(shū)一樣，這本書(shū)的書(shū)名很長(zhǎng)：

　　這本書(shū)的第23章專(zhuān)講這個(gè)實(shí)驗(yàn)。讓我們直譯幾段出來(lái)：

　　證明空氣的壓力能夠把兩個(gè)半球緊壓得甚至連16匹馬都不能拉開(kāi)它們的試驗(yàn)。

　　我定做了兩個(gè)銅制的半球，直徑是四分之三馬德堡肘①，活來(lái)。兩個(gè)半球倒能夠完全吻合。在一個(gè)半球上裝了一個(gè)活栓；通過(guò)這個(gè)活栓可以抽掉球里的空氣，并阻止外面的空氣鉆進(jìn)球里去。此外，在兩個(gè)半球上還安了四個(gè)環(huán)，環(huán)上穿著繩子，繩子縛在馬的駕具上。我又叫人縫了一個(gè)皮圈；把皮圈放在蠟和松節(jié)油的混合物里浸透。把皮圈緊夾在兩個(gè)半球的中間以后，空氣就一點(diǎn)也不會(huì)漏進(jìn)球里去了�；钏ń由铣闅馔驳墓茏樱�把球里的空氣抽出來(lái)。這時(shí)候可以看出，兩個(gè)半球是用多大的力量通過(guò)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(kāi)，或者只有費(fèi)了很大的勁才能拉開(kāi)它們。當(dāng)馬用盡了全力把兩個(gè)半球最后拉開(kāi)的時(shí)候，還發(fā)出了很大的響聲，象放炮一樣。

　　可是只要把活栓轉(zhuǎn)一下，使空氣能夠流進(jìn)球里去，兩個(gè)半球就很容易被手拉開(kāi)。

　　簡(jiǎn)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(gè)空球分開(kāi)�？諝獾膲毫ψ饔迷诿恳黄椒嚼迕咨洗蠹s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(shuō)，大氣加在每一個(gè)半球上的壓力在1000公斤（一噸）以上。每一邊都應(yīng)該用一噸的力量來(lái)拉，才能抵消掉球外空氣的壓力。

　　看起來(lái)這個(gè)重量對(duì)每一邊八匹馬說(shuō)來(lái)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(shí)候，所要克服的力量并不是一噸，而是比一噸小得多，只是車(chē)輪和輪軸之間、車(chē)輪和道路之間的摩擦力。這種摩擦力，譬如在公路上，不過(guò)是貨物重的5％，也就是一噸貨物的摩擦力只有50公斤。（實(shí)踐告訴我們，八匹馬一起拉貨的時(shí)候要損失拉力一半，這一點(diǎn)我們?cè)谶@里不談。）因此，八匹馬的一噸拉力相當(dāng)于拉20噸重的一輛貨車(chē)。你看馬德堡市長(zhǎng)的馬所要拉的這個(gè)空氣的重壓有多么重！它們好象是在拉著一臺(tái)不在軌道上的小火車(chē)頭。

　　可是只要把活栓轉(zhuǎn)一下，使空氣能夠流進(jìn)球里去，兩個(gè)半球就很容易被手拉開(kāi)。

　　簡(jiǎn)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(gè)空球分開(kāi)�？諝獾膲毫ψ饔迷诿恳黄椒嚼迕咨洗蠹s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(shuō)，大氣加在每一個(gè)半球上的壓力在1000公斤（一噸）以上。每一邊都應(yīng)該用一噸的力量來(lái)拉，才能抵消掉球外空氣的壓力。

　　看起來(lái)這個(gè)重量對(duì)每一邊八匹馬說(shuō)來(lái)好象并不很大�？墒遣灰�忘記，平常馬在拉一噸重的貨物的時(shí)候，所要克服的力量并不是一噸，而是比一噸小得多，只是車(chē)輪和輪軸之間、車(chē)輪和道路之間的摩擦力。這種摩擦力，譬如在公路上，不過(guò)是貨物重的5％，也就是一噸貨物的摩擦力只有50公斤。（實(shí)踐告訴我們，八匹馬一起拉貨的時(shí)候要損失拉力一半，這一點(diǎn)我們?cè)谶@里不談。）因此，八匹馬的一噸拉力相當(dāng)于拉20噸重的一輛貨車(chē)。你看馬德堡市長(zhǎng)的馬所要拉的這個(gè)空氣的重壓有多么重！它們好象是在拉著一臺(tái)不在軌道上的小火車(chē)頭。

　　曾經(jīng)測(cè)量過(guò)，壯健的馱馬拉貨車(chē)的時(shí)候所用的力量，不過(guò)80公斤①。所以為了拉開(kāi)馬德堡半球，在平穩(wěn)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(guān)節(jié)所以不會(huì)脫落，同馬德堡半球不容易分開(kāi)有同樣的原因，那一定會(huì)覺(jué)得驚奇的。我們的髖部關(guān)節(jié)正是這樣的馬德堡半球。我們可以把連在這個(gè)關(guān)節(jié)上的肌肉和軟骨都去掉，可是大腿還是不會(huì)掉下來(lái)：大氣壓力把它們壓在一起了，因?yàn)殛P(guān)節(jié)之間的間隙是沒(méi)有空氣的。

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