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(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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。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(yàn)。

　　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(jìn)球里去。此外，在兩個半球上還安了四個環(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。把皮圈緊夾在兩個半球的中間以后，空氣就一點(diǎn)也不會漏進(jìn)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(fèi)了很大的勁才能拉開它們。當(dāng)馬用盡了全力把兩個半球最后拉開的時候，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(yīng)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(shí)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(diǎn)我們在這里不談。）因此，八匹馬的一噸拉力相當(dāng)于拉20噸重的一輛貨車。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(zhuǎn)一下，使空氣能夠流進(jìn)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(yīng)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(shí)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(diǎn)我們在這里不談。）因此，八匹馬的一噸拉力相當(dāng)于拉20噸重的一輛貨車。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(jīng)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(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(guān)節(jié)正是這樣的馬德堡半球。我們可以把連在這個關(guān)節(jié)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?yàn)殛P(guān)節(jié)之間的間隙是沒有空氣的。

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