第六章液体和气体的性质 6.10空气的压力

第六章液体和气体的性质 6.10空气的压力

　　在十七世纪中期，累根斯堡的居民曾经看到过一件奇事：十六匹马八匹拉向一面，八匹拉向另一面，用尽全力也没把彼此合在一起的两个铜制的半球拉开来。是什么力量使它们合得这样紧呢？“没有什么”，是空气。市长奥托·冯·格里凯就这样让大家亲眼看到了空气并不是“没有什么”，而是有重量并且能对地面上所有物体施很大的压力的。

　　这个试验是在1654年五月八日举行的。

　　关于著名的“马德堡半球”实验，物理学教科书里都有叙述。但是我还是相信，读者如果能从格里凯本人嘴里听到这个故事，一定会更有趣味。叙述他的实验的这一本书篇幅很大，是用拉丁文写的，1672年在阿姆斯特丹出版。同那个时代所有的书一样，这本书的书名很长：

　　这本书的第23章专讲这个实验。让我们直译几段出来：

　　证明空气的压力能够把两个半球紧压得甚至连16匹马都不能拉开它们的试验。

　　我定做了两个铜制的半球，直径是四分之三马德堡肘①，活来。两个半球倒能够完全吻合。在一个半球上装了一个活栓；通过这个活栓可以抽掉球里的空气，并阻止外面的空气钻进球里去。此外，在两个半球上还安了四个环，环上穿着绳子，绳子缚在马的驾具上。我又叫人缝了一个皮圈；把皮圈放在蜡和松节油的混合物里浸透。把皮圈紧夹在两个半球的中间以后，空气就一点也不会漏进球里去了。活栓接上抽气筒的管子，把球里的空气抽出来。这时候可以看出，两个半球是用多大的力量通过皮圈紧紧粘附在一起。外面空气的压力把它们压得这样紧，连16匹马（拚命挣扎着）都不能把它们拉开，或者只有费了很大的劲才能拉开它们。当马用尽了全力把两个半球最后拉开的时候，还发出了很大的响声，象放炮一样。

　　可是只要把活栓转一下，使空气能够流进球里去，两个半球就很容易被手拉开。

　　简单的算法能够告诉我们，为什么要用这样大的力量（每一边八匹马）才能把一个空球分开。空气的压力作用在每一平方厘米上大约是一公斤，直径0．67肘（37厘米）的圆的面积②等于1060平方厘米。这就是说，大气加在每一个半球上的压力在1000公斤（一吨）以上。每一边都应该用一吨的力量来拉，才能抵消掉球外空气的压力。

　　看起来这个重量对每一边八匹马说来好象并不很大。可是不要忘记，平常马在拉一吨重的货物的时候，所要克服的力量并不是一吨，而是比一吨小得多，只是车轮和轮轴之间、车轮和道路之间的摩擦力。这种摩擦力，譬如在公路上，不过是货物重的5％，也就是一吨货物的摩擦力只有50公斤。（实践告诉我们，八匹马一起拉货的时候要损失拉力一半，这一点我们在这里不谈。）因此，八匹马的一吨拉力相当于拉20吨重的一辆货车。你看马德堡市长的马所要拉的这个空气的重压有多么重！它们好象是在拉着一台不在轨道上的小火车头。

　　可是只要把活栓转一下，使空气能够流进球里去，两个半球就很容易被手拉开。

　　简单的算法能够告诉我们，为什么要用这样大的力量（每一边八匹马）才能把一个空球分开。空气的压力作用在每一平方厘米上大约是一公斤，直径0．67肘（37厘米）的圆的面积②等于1060平方厘米。这就是说，大气加在每一个半球上的压力在1000公斤（一吨）以上。每一边都应该用一吨的力量来拉，才能抵消掉球外空气的压力。

　　看起来这个重量对每一边八匹马说来好象并不很大。可是不要忘记，平常马在拉一吨重的货物的时候，所要克服的力量并不是一吨，而是比一吨小得多，只是车轮和轮轴之间、车轮和道路之间的摩擦力。这种摩擦力，譬如在公路上，不过是货物重的5％，也就是一吨货物的摩擦力只有50公斤。（实践告诉我们，八匹马一起拉货的时候要损失拉力一半，这一点我们在这里不谈。）因此，八匹马的一吨拉力相当于拉20吨重的一辆货车。你看马德堡市长的马所要拉的这个空气的重压有多么重！它们好象是在拉着一台不在轨道上的小火车头。

　　曾经测量过，壮健的驮马拉货车的时候所用的力量，不过80公斤①。所以为了拉开马德堡半球，在平稳的拉曳情况下，每一得用1000÷80＝13匹马②。

　　读者如果知道我们骨胳的某些关节所以不会脱落，同马德堡半球不容易分开有同样的原因，那一定会觉得惊奇的。我们的髋部关节正是这样的马德堡半球。我们可以把连在这个关节上的肌肉和软骨都去掉，可是大腿还是不会掉下来：大气压力把它们压在一起了，因为关节之间的间隙是没有空气的。

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