1648

研究人员：

布莱兹·帕斯卡

研究领域：

气象学

结论：

气压会随着海拔的升高而降低

山顶上的空气更稀薄吗？

大气压力

布莱兹·帕斯卡出生在法国克莱蒙费朗，小时候的帕斯卡就是赫赫有名的神童，长大以后，他成了一名数学家和物理学家。帕斯卡发明过一种计算器，与此同时，他也是纯数和数学概率领域的先驱。除此以外，帕斯卡对伽利略和托里拆利的工作很感兴趣，沿着前人开拓的道路，他最终发现了气压升降的奥秘。

伽利略和托里拆利

-

1642年，伽利略在去世前不久听到托斯卡纳大公手下的水泵制造商说起，他们的泵最多只能把水抽到大约30英尺（约9米）的高度。伽利略对这个问题颇有兴趣，去世之前，他还跟随侍在身边的学生埃万杰利斯塔·托里拆利谈起过这件事。

托里拆利决定利用水银来研究这个问题。因为水银的密度是水的14倍，所以要获得同样的效果，只需要一根不到3英尺（1米）高的水银柱。

托里拆利制造了一根长约3英尺（1米）的玻璃管，他封住管子的一头，在里面灌满水银。然后，他用手指堵住玻璃管的开口，将它倒放在一个装满水银的碗里。结果发现，玻璃管里的水银下降到了碗内液面上方大约29英寸（约74厘米）的位置。

玻璃管内水银液面上方的空间是什么？人们为此展开了激烈的争辩。托里拆利认为，那就是真空，但相信他的人寥寥无几，因为按照亚里士多德的说法，“自然界厌恶真空”，所以真空完全就不可能存在。

托里拆利也许还注意到，玻璃管内的水银液面会随着天气的变化上升或下降；沿着这条路走下去，接下来他就会发明气压计。遗憾的是，1647年托里拆利就去世了，所以他没有机会继续探究这个问题。

帕斯卡的实验

-

布莱兹·帕斯卡对托里拆利的工作很感兴趣，他把水银换成其他各种液体做了一系列实验，最终都得到了相似的结果。帕斯卡很想知道，是什么力量让玻璃管内的液体始终维持在一定的高度，会是大气的重量吗？如果真是这样，山顶上的大气压力应该比平地上小，因为那里的空气更加稀薄。于是帕斯卡大胆地推测，要是把同样的设备搬到山顶上，那么玻璃管内的液面应该会下降。

帕斯卡费了一番唇舌，终于说服了连襟弗罗林·佩里埃来帮他做这个实验。佩里埃住在法国中部的克莱蒙费朗，附近有一座3900英尺（约1189米）高的死火山——多姆山。1648年9月19日早上8点，佩里埃从山脚下的修道院出发前往山顶。动身之前，他测量了玻璃管里水银柱的高度：“我发现玻璃管内的水银柱比下方容器里的液面高26英寸3.5线（1英寸＝12线≈2.5厘米）。”

在几位助手的帮助下，佩里埃带着4英尺（约1.2米）长的玻璃管和16磅（约7千克）水银爬上了山顶，在这里，他发现水银柱的高度下降到了23英寸2线，“我小心翼翼地重复读了五次数据……每次在山顶上选取的位置各不相同……但无论在哪里……水银柱的高度始终保持一致”。换句话说，山顶上的气压的确比山脚下更低。

帕斯卡原理

-

于是帕斯卡的理论得到了有力的验证，支撑玻璃管内水银柱或水柱的力量的确来自大气的重量。事实上，现在我们知道，海平面上的气压大约是15磅每平方英寸（psi），或者说100千帕（kPa）出头。1帕等于1牛顿每平方米。

100千帕气压等于0.1牛顿压力每平方厘米（N/cm2）；这意味着你的每个脚指甲都承受着大约0.1牛顿的压力。幸运的是，指甲下面还有弹性十足的血肉，足以抵抗强大的气压。

帕斯卡还证明了液柱底部的压强与它的高度成正比。按照他的理论，在装满水的木桶上方垂直放置一根33英尺（约10米）长的细管，然后从细管顶部向管内注水，木桶很快就会被压裂。

帕斯卡指出，密闭容器内部各处的压强始终相等，今天我们称之为“帕斯卡原理”。注射器和液压系统都是根据帕斯卡原理发明出来的。