自然科学名家名作中的为什么
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帕斯卡定律由何而来?

《论液体平衡》是帕斯卡在1654年所写的一篇著名的论文。该文提出的密闭流体传递压强的定律,成为液体静力学的一个基本定律。后来人们为了纪念帕斯卡而把这个定律命名为“帕斯卡定律”。

1654年,帕斯卡写成了《论液体平衡》的论文,文中提出了著名的帕斯卡定律,为流体静力学奠定了基础。帕斯卡定律是怎样总结出来的呢?

1640年,佛罗伦萨一位叫安东尼奥的师傅挖了一口深水井。根据亚里士多德的“自然界厌恶真空”的理论,水应该能抽上来,可是,不论他如何改进抽水机的精度,总不能把水抽到10米以上。于是,他去请教大物理学家伽利略。伽利略此时已76岁,并且病魔缠身,双目失明,无力亲自参与实验研究,便从理论上作了如下回答:水不能升到比20个下臂(约10米)更高的高度上来,甚至连10个也不到,真空恐怕有自己的界限……伽利略还嘱托他的学生托里拆利和维维安尼,务必要把这个问题弄清楚。

伽利略去世后,托里拆利对这个问题展开了研究。他首先对问题进行了分析:水能被抽上一定高度说明这不是什么亚里士多德提出的“自然界厌恶真空”和“真空受到排斥”问题,而是一个力学平衡效应的问题。由此他得出如下假设:大气的重量压迫抽水机器外面的水,当活塞上升时,推力使水随活塞上升。然而,假定大气重量(压力)只与10米左右的水柱重量平衡,那么空气不会再将水压得更高。因此,用抽水机将水抽得更高是做不到的。

上述假想对不对呢?托里拆利决定用实验进行验证。他想用一端封闭的玻璃装满水倒插于水盆中,就可以观察到管中水面的高度。可10米多长的玻璃管不易制造,具体实验操作也有许多不便,他就又用水银代替水进行实验,水银比水重3倍,玻璃管不足1米就够了。这样一个完整的实验设计便产生了。他请维维安尼来具体实施这一实验,结果一举成功。

此后,托里拆利忙于数学研究,将这个大气压强实验的研究成果放置在一边,并未发表。但是这个消息还是不胫而走。

消息传到法国,招来学术界许多权威的怀疑和反对。帕斯卡不迷信权威,他从空气有重量的事实出发,相信托里拆利的实验是正确的。为再次证明实验的正确性,他不仅十多次地重复了托里拆利的水银柱的实验,而且还利用水、红酒等密度小的介质进行大气压强实验。所用管子高达14米,借助桅杆才能将管子竖立起来。实验规模之宏大,轰动了巴黎学术界。实验结果证明,密度不同液体的高度不等。他为了证明液柱高度大小取决于气体的压力,从而设计了两个巧妙连接在一起的玻璃管。依靠其中一个可以减少另一个管子里水银表面上的空气。利用这一装置,他有效地演示了空气压力的存在,以及空气压力决定着管中水银柱高度的变化。帕斯卡的实验令人信服地证明了空气有重量,存在压强;而且真空确实存在。

帕斯卡在重复和研究托里拆利实验的过程中受到启发,从而对液体压力(压强)的规律进行了一系列的实验研究。从一系列实验中,他归纳出了流体静力学的基本规律——帕斯卡定律,并于1653年正式提出这一定律。

帕斯卡善于吸收他人的研究成果,并进行独立思考、联想和逻辑推理,发现新课题,进行实验验证。这是他取得成果的重要方法。