书城自然科学物理中的奥秘
36432800000020

第20章 16匹马拔河

400多年前,有人提出大气中存有压强,这一小小的问题,竟引起了学术界不小的争论。有人说:“大气和水一样,也存在着压强,而且随着高度的变化,大气压强也应该有所不同。”

“没有!没有!不可能。大气怎么能和水一样呢?水是可以看得见,摸得着的;而大气是看不见,摸不着的,怎么可能和水一样有压强呢?”这是另外一种意见,火气还不小呢?

两种意见,各持一理,争论不休,而且一争就是很多年。直到1642年,著名的科学家托里拆利,经过深入研究,他提出大气确实存在着压强,并通过一定的仪器测定了大气压强的数值。这个“大气中存在着压强”的结论,4年后,被帕斯卡进一步证实,他还详细地介绍了大气压在空气中的存在状况:最下面,大气压最大,越往上,大气压越小;大气压是随着大气高度的增加而减小的。尽管这样,还有些人对托里拆利和帕斯卡提出的大气中存在着压强问题提出质疑,有些科学家对这些疑问觉得十分好笑,但又没有什么好的办法来说服这些人。

有一位学者,他同时也是一位了不起的市长,他用一个非常形象的实验,证实了大气中确实存在着大气压,这个著名的实验曾经征服了整个世界,让全世界为之震动。1654年5月的一天,在法国的马德堡市,一个空旷的广场前。市长冯?格里克坐在一个高台上,他的背后是法式的尖顶红瓦房,蓝天上浮着片片白云。在冯?格里克市长的面前,围着许多前来看热闹的人们。在人群中,人们看到有16匹非常骠悍的大马,被分成两组,每组8匹,尾对尾地站着;马上都已经坐好了赶马的人们。在两组最后1匹马之间,有两个金属半球扣在一起,准备让马匹相向而拉。马中间的这两个半球是铜质的空心半球,直径都是37厘米,而且能够互相吻合。为了防止两个半球之间漏气,他们又在两个半球的吻合处,加上能够密封的皮圈,并用抽气机把半球内的空气抽出,然后,两组相向的马匹由骑士拼命地抽打,8匹马同时向相反的方向“拔河”,结果拔了很长时间,马都拉得精疲力竭了,也没有把这两个半球拉开。最后,实验人员让马停住,他像魔术师一样,轻轻一拉球就开了。太神奇了,是“魔术师”力大无比吗?不是,原来他只是把球上的活栓转动一下,让一点点空气进入球内,情况立即就起了变化,一个人就可以毫不费力地把两个半球分开。这两个半球中,存在着一种神奇的力量,就是压强。

这一生动有趣的场面,就是举世闻名的“马德堡半球实验”,这一实验以形象生动的事实,告诉人们一个物理现象,就是大气中存在着压强;大气中不但存在着压强,而且还大得惊人。1标准大气压=1.0336公斤/平方厘米,这说明大气对一个指甲大小的面积上竟有1公斤多的压力,可见压力是多么的大呀!假如按我们身体的表面积计算,我们的身体表面时刻受到2万公斤的压力。平时,我们为什么感觉不到这么大的空气压强呢?这是因为人体内部的压强与大气压强相等,相互抵消,所以我们感觉不到来自大气压强的压力。

有人根据“马德堡半球实验”出了一道思考计算题:在“马德堡半球实验”中,金属球受到的是16匹马的拉力,还是8匹马的拉力?

有人认为,有16匹马参与了拉马实验,并且拉不开半球,应该是16匹马的拉力。也有人认为,16匹马是按照相反的方向,实际上是8匹马的拉力。从物理角度来解释这一现象,上面两种说法都是片面的,金属球两边受力,左边和右边的力大小相等,方向相反:

X (-X)=0,我们可以清楚地看金属球所受到的力,正好是零,怪不得用16匹马也打不开那球呢?

大气压力对我们来说,不是可有可无,而是非常重要的,飞行员根据“大气压强随高度的增加,逐渐变小”的原理制成的气压计,只要测定飞机在空中的气压值,就能推断出相应的高度。