托里拆利的故事

托里拆利的故事

托里拆利(Evangelista Torricelli，1608～1647年)意大利物理学家、数学家。1608年10月15日出生于贵族家庭，幼年时表现出数学才能，20岁时到罗马在伽利略早年的学生B·卡斯提利指导下学习数学，毕业后成为他的秘书。1641年写了第一篇论文《论自由坠落物体的运动》，发展了伽利略关于运动的想法。经卡斯提利推荐做了伽利略的助手，伽利略去世后接替伽利略作了宫廷数学家，1647年10月25日(39岁)过早去世。在他短短的一生中，对物理学做出了较大贡献。

纠正卡斯德利的错误

托里拆利对发展力学所作的最重要的贡献是创立了著名的液体从容器细孔流出的理论。

当时，水力学权威卡斯德利认为水流的速度跟孔到水面的距离成正比，且这一见解又得到伽利略的赞同，无人敢怀疑。托里拆利为弄清楚这一道理，认真地做了实验，进行了仔细的测量。

结果发现，从器壁小孔流出的水流的速度不是跟孔到水面的距离成正比，而是跟此距离的平方根成正比。水流初速度v与桶中水面相对于孔口高度差h的关系式为(A为常数)。后人称此式为托氏的射流定律。约在他之后的一个世纪，丹尼尔·伯努利才得出的结果。托里拆利后来又通过实验证明了从侧壁细孔喷出来的水流的轨迹是抛物线形状。托里拆利的这些发现，为流体力学成为力学的一个独立的分支奠定了基础。

气压计的发明

晚年的伽利略，已是70多岁的迟暮老人，双目几乎完全失明，但他仍费力地浏览一些科学论文。一天，他读到一篇关于机械学的文章，马上看出作者读过他的著作，于是写信将作者招到自己身边，发现这是一位不到30岁的青年，他把这位青年留下来当他的助手。这位青年就是托里拆利，后来成了气压计的发明者。(https://www.daowen.com)

伽利略一生有诸多发明和发现，但“智者千虑，必有一失”。他认为水泵之所以能够抽水，是因为如果水不跟着活塞升起来，就会形成真空，而自然是不能允许真空存在的，因此水就被抽吸上来。这实质上是沿袭了古希腊亚里士多德关于“自然厌恶真空”的错误观念。按照这种说法，水泵能够把水抽到任意高度，但事实上水至多可以抽升到离水面10米左右。伽利略认为自然对真空的厌恶有一定限度，但这个限度有多大?为什么会有限度?伽利略至死都没有回答出来。

托里拆利对这个问题进行了长时间的研究，最后毅然否定了“自然厌恶真空”这一毫无根据的臆断。他从力学视角出发，设想空气有一定的重量，并认为10米水柱重量产生的压强应当与大气压强相平衡，这是与中世纪流行的亚里士多德关于空气是没有重量的观点背道而驰的。

1643年，35岁的托里拆利做了一个著名的实验。他在长约1米、一端封闭的玻璃管(后称托里拆利管)内，装满密度为水的13.5倍的水银汞，用手指封住管口而将管倒立于水银槽内，然后放开手指，则原来达到管顶的水银柱将下降到高于槽中水银面760毫米左右处，以与管外大气压强的作用相平衡。管的上端这一部分空间，除极稀薄的水银蒸气外，可看到真空。这是人类最早用人工方法获得的真空，曾轰动一时，至今人们还把它叫做托里拆利真空。

托里拆利还发现管中水银柱的高度会因地面的高度、阴晴及气温的变化而变化，由此得出大气压强会随高度、阴晴及气温的变化而变化的结论。根据这个原理，他发明了水银气压器，可以直接用水银柱的高度表示气压的大小。现在，人们把相当于1毫米水银柱的压强叫做1个托里拆利，以纪念他的伟大贡献。

托里拆利的实验是对亚里士多德的力学的最后致命打击，于是有些人便妄图否定托里拆利的研究成果，提出玻璃管上端内充有“纯净的空气”，并非真空。大家各抒己见，众说纷纭，引起了一场激烈的争论。争论一直持续到帕斯卡的实验成功证实托里拆利的理论后才逐渐统一起来。

托里拆利在实验中还发现不管玻璃管长度如何，也不管玻璃管倾斜程度如何，管内水银柱的垂直高度总是76厘米，于是他提出了可以利用水银柱高度来测量大气压，并于1644年同维维安尼合作，制成了世界上第一具水银气压计。

1647年10月25日，托里拆利过完39岁生日才10天，就病逝于佛罗伦萨。