这个伟大的实验不但获得了真空,还发现了大气压,彻底推翻了亚里士多德“自然界讨厌真空”的错误观点。
公元17世纪,在欧洲的一些矿井里已经在使用活塞式吸筒抽水机抽出矿井里的积水。
抽水机之所以能抽水,按照亚里士多德“自然界讨厌真空”的原理,当抽水机活塞提上来时,水就跟上来赶走活塞下的真空,这表明了自然界对真空的厌恶。由这个观点出发进行推理,使用抽水机时,水被提上来的高度应是无限的。这在当时的欧洲被视为真理。
然而在实践中人们发现:在超过10米深的井里,无论多么强劲的抽水机都不能把水抽上来。这又是为什么呢?如果用它抽比水轻的油,油的高度会不会超过10米?用它抽比水重的水银,水银的高度会不会少于10米?
当然,这些都需要用实验证明。托里拆利天才地提出:抽水机的“魔力”来自大气压。这是由于空气有重量自然而然会产生压力,就像水会产生压力和浮力一样。抽水现象的产生正是因为空气的压力将水往管子里压,可一旦压到10米高度时,水柱的压力和大气的压力两者持平,因此水再也压不上去了。
你也许会说:“那大气压强不就等于10米高的水柱产生的压强吗?”一点不错,为了证实这一点,托里拆利和他的助手设计了一个简单而又精巧的实验:因为测定10米高的水柱极不方便,他采用了密度为水的13.6倍的水银。
托里拆利特制了一根1米长的玻璃管,一端密封起来,一端开口。
然后将水银倒入管内,用手指摁住开口的一端,再将管子颠倒过来,放在盛满水银的大瓷碗中,然后再松开手指。这时,管里的水银很快下降,流到碗里,但是,当它下降到距碗里的水银面还有76厘米时,稳稳地停住了。只要我们换算一下,76厘米高的水银柱产生的压强,正好和10米水柱产生的压强相等。
托里拆利的这个实验不但获得了真空,而且还发现了大气压,彻底推翻了亚里士多德“自然界讨厌真空”的错误观点,为物理学的发展作出了重大贡献。