帕斯卡的故事
力学科学家的励志故事
牛顿的故事
被誉为近代科学的开创者牛顿,在科学上作出了巨大贡献。他的三大成就——光的分析、万有引力定律和微积分学,对现代科学的发展奠定了基础。牛顿为什么能在科学上获得巨大成就?他怎样由一个平凡的人成为一个伟大的科学家?要回答这些问题,我们不禁要联想到他刻苦学习和勤奋工作的几个故事。
我一定要超过他!
一谈到牛顿,人们可能认为他小时候一定是个“神童”、“天才”,有着非凡的智力。其实不然,牛顿童年身体瘦弱,头脑并不聪明。在家乡读书的时候,很不用功,在班里的学习成绩属于次等。但他的兴趣却是广泛的,游戏的本领也比一般儿童高。
平时他爱好制作机械模型一类的玩艺儿,如风车、水车、日晷等等。他精心制作的一只水钟,计时较准确,得到了人们的赞许。
有时,他玩的方法也很奇特。一天,他做了一盏灯笼挂在风筝尾巴上。当夜幕降临时,点燃的灯笼借风筝上升的力升入空中。发光的灯笼在空中流动,人们大惊,以为是出现了彗星。尽管如此,因为他学习成绩不好,还是经常受到歧视。
当时,封建社会的英国等级制度很严重,中小学里学习好的学生,可以歧视学习差的同学。有一次课间游戏,大家正玩得兴高采烈的时候,一个学习好的学生借故踢了牛顿一脚,并骂他笨蛋。牛顿的心灵受到这种刺激,愤怒极了。他想,我俩都是学生,我为什么受他的欺侮?我一定要超过他!从此,牛顿下定决心,发奋读书。他早起晚睡,抓紧分秒、勤学勤思。
经过刻苦钻研,牛顿的学习成绩不断提高,不久就超过了曾欺侮过他的那个同学,名列班级前茅。
勤奋忘我,孜孜不倦
牛顿非常勤奋,他一生中的绝大部分时间是在实验室度过的,他常通宵达旦地做实验,有时一连六个星期都在实验室工作,不分白天和黑夜,直到把实验做完为止。
有一天,他请一个朋友吃饭。可是朋友来了,他却还在实验室里工作。吃饭的时间早过了,还不见牛顿从实验室里出来。朋友饿急了,就自己到餐厅里把一只鸡吃了,鸡骨头留在了碗里。过了一会儿,牛顿来到餐厅,看到碗里有很多鸡骨头,不觉惊奇地说:“原来我已经吃过饭了。”于是又回到了实验室工作。
又有一次给牛顿做饭的老太太有事要出去,就把鸡蛋放在桌子上说:“先生!我出去买东西,请您自己煮个鸡蛋吃吧,水已经在烧了!”
正在聚精会神地计算的牛顿,头也不抬地“嗯”了一声。老保姆回来以后问牛顿煮了鸡蛋没有,牛顿头也没抬地说:“煮了!”老太太掀开锅盖一看,惊呆了:锅里居然煮了一块怀表,鸡蛋却还在原地放着。原来牛顿忙于计算,胡乱把怀表扔到了锅里。
牛顿就是这样忘我,这样孜孜不倦地钻研学问的。
牛顿虽然是位伟大的科学家,却从来没有骄傲自满过,他谦虚地说:在科学的道路上,我们只是一个在海边玩耍的孩子,偶然拾到一块美丽的石子。至于真理的大海,我还没有发现呢!
疯老头
牛顿搬进一幢新楼以后,开始研究光线在薄面上是怎样反射的。他每天都在读书、思考。早上起床穿衣服,突然想到了研究中的问题,他就像被定身法定住了一样,呆住了,然后开始实验或工作,所以他时常穿错了袜子或者在夏天穿上秋天的衣服。
“太阳光是最好的光源,肥皂泡是最理想的薄面,太阳光照到上面,它为什么会变得五颜六色呢?”
牛顿的脑子里翻江倒海了。他提着一桶肥皂水走到院子里,吹起了肥皂泡。你看,他那两只眼睛直盯着飘来飘去的肥皂泡,一个泡破了,接着又吹一个,从太阳一出来他就吹,一吹就是几个小时。
邻居家的小孩子从楼窗上伸出头来,冲他叫:“疯老头!你一只脚没穿袜子!”
邻居家的老太太摇着头:“老小,老小,老了倒成了孩子!”
后来人们知道了这疯老头就是英国皇家学会的研究员,他吹肥皂泡是在研究学问,不禁对他肃然起敬了。
篱笆下的乐趣
牛顿1642年出生在英国一个普通农民的家里。在牛顿出生前不久,他的父亲就去世了。母亲在他两岁那年改嫁了。当牛顿14岁的时候,他的继父不幸故去了,母亲回到家乡,牛顿被迫休学回家,帮助母亲种田过日子。母亲想培养他独立谋生,要他经营农产品的买卖。
一个勤奋好学的孩子多么不愿意离开心爱的学校啊!他伤心地哭闹了几次,母亲始终没有回心转意,最后只得违心地按母亲的意愿去学习经商。每天一早,他跟一个老仆人到十几里外的大镇子去做买卖。牛顿非常不喜欢经商,把一切事务都交托老仆人经办,自己却偷偷跑到一个地方去读书。
时光渐渐流逝,牛顿越发对经商感到厌恶,心里所喜欢的只是读书。后来,牛顿索性不去镇里营商了,仅嘱老仆人独去。怕家里人发觉,他每天与老仆人一同出去,到半路停下,在一个篱笆下读书。每当下午老仆人归来时,再一同回家。
这样,日复一日,篱笆下的读书生活倒也其乐无穷。一天,他正在篱笆下兴致勃勃地读书,赶巧被过路的舅舅看见。舅舅一看这个情景,很是生气,大声责骂他不务正业;把牛顿的书抢了过来。舅舅一看他所读的是数学书,上面画着种种记号,心里受到感动。舅舅一把抱住牛顿,激动地说:“孩子,就按你的志向发展吧,你的正道应该是读书。”
回到家里后,舅舅竭力劝说牛顿的母亲,让牛顿弃商就学。在舅舅的帮助下,牛顿如愿以偿地复学了。
暴风中的研究
时间对人是一视同仁的,给人以同等的量,但人对时间的利用不同,而所得的知识也大不一样。
牛顿16岁时数学知识还很肤浅,对高深的数学知识甚至可以说是不懂。“知识在于积累,聪明来自学习”。牛顿下决心靠自己的努力攀上数学的高峰。在基础差的不利条件下,牛顿能正确认识自己,知难而进。他从基础知识、基本公式重新学起,扎扎实实、步步推进。他研究完了欧几里德几何学后,又研究笛卡儿几何学,对比之下觉得欧几里德几何学肤浅,便悉心钻研笛氏几何学,直到掌握要领、融会贯通。遂之发明了代数二项式定理。传说中牛顿“大暴风中算风力”的佳话,可为牛顿身体力学的佐证。有一天,天刮着大风暴。风撒野地呼号着,尘土飞扬,迷迷漫漫,使人难以睁眼。牛顿认为这是个准确地研究和计算风力的好机会。于是,便拿着用具,独自在暴风中来回奔走。他踉踉跄跄、吃力地测量着。几次沙尘迷了眼睛,几次风吹走了算纸,几次风使他不得不暂停工作,但都没有动摇他求知的欲望。他一遍又一遍,终于求得了正确的数据。他快乐极了,急忙跑回家去,继续进行研究。有志者事竟成。经过勤奋学习,牛顿为自己的科学高塔打下了深厚的基础。不久,牛顿的数学高塔就建成了,22岁时他发明了微分学,23岁时发明了积分学,为人类科学事业作出了巨大贡献。
万有引力的秘密
牛顿23岁时,鼠疫流行于伦敦。剑桥大学为预防学生受传染,通告学生休学回家避疫,学校暂时关闭。牛顿回到故乡林肯郡乡下。在乡下度过的休学日子里,他从没间断过学习和研究。万有引力、微积分、光的分析等发明的基础工作,都是这个期间完成的。
那时,乡下的孩子是常常用投石器打几个转转之后,把石头抛得很远。他们还可以把一桶牛奶用力从头上转过,而牛奶不掉下来。
这些事实使他怀疑起来:“什么力量使投石器里面的石头,以及水桶里的牛奶不掉下来呢?对于这个问题,他曾想到开普勒和伽利略的思想。他从浩瀚的宇宙太空,周行不息的行星,广寒的月球,直至庞大的地球,进而想到这些庞然大物之间力的相互作用。这时,牛顿一头扎进“引力”的计算和验证中了。牛顿计划用这个原理验证太阳系各行星的行动规律。他首先推求月球距地球的距离,由于引用的资料数据不正确,计算的结果错了。因为依理推算月球围绕地球转,每分钟的向心加速度应是16英尺(1英尺≈0.305米),但据推算仅得13.9英尺。在失败的困境中,牛顿毫不灰心和气馁,反而以更大的努力进行辛勤地研究。整整经过了七个春秋寒暑,到30岁时终于把举世闻名的“万有引力定律”全面证明出来,奠定了理论天文学、天体力学的基础。
这时期牛顿还对光学进行了研究,发现了颜色的根源。
只剩一根绳
在一个崎岖的山路上,一位白发苍苍的老人牵着一匹马在缓缓登山。人在前面慢慢地走,马在后面一步步地跟着,山谷中响着单调的马蹄声。走啊,走啊,马突然脱缰而跑,老人由于沉浸在极度的思索之中,竟没有发觉。老人依然不畏艰难地登着山,手里还牵着那根马缰绳。当他登到较平坦的地方想要骑马时一拉缰绳,拽到面前的只是一根绳,回头一看马早已没有了。
这些故事究竟是真是假,并不关重要,不过表明了牛顿是一个怎样沉思默想,不修边幅,虚己敛容的人,他对科学极度的专心,总是想着星辰的旋转,宇宙的变化,而进入了忘我的境界。
谦虚谨慎、一丝不苟
“宽阔的河流平静,学识渊博的人谦虚。”凡是对人类发展作出巨大贡献的伟大人物,都有谦虚的美德。牛顿每当在科学上获得伟大成就时,从不沾沾自喜,自以为很了不起,急忙出版著作,以扬名于世。
当牛顿费尽心血算出“万有引力定律”后,没有急于发表。而是继续孜孜不倦地深思了数年,研究了数年,埋头于数字计算之中,从未对任何人讲过一句。后来,牛顿的朋友,大天文学家哈雷(彗星的发现者),在证明一个关于行星轨道的规律遇到困难时,专程登门请教牛顿。牛顿把自己关于计算“万有引力”的书稿交给哈雷看。哈雷看后才知道他所要请教的问题,正是牛顿早已解决、早已算好了的问题,心里钦羡不已。
在1684年11月的某一天,哈雷又到牛顿的寓所拜访。当谈到有关天文学的学术问题时,牛顿拿出写好的关于论证“万有引力”的论文,请哈雷提意见。哈雷看后,对这一巨著感到非常惊讶。他欣喜地对牛顿说:“这真是伟大的论证、伟大的著作!”他再三奉劝牛顿尽快发表这部伟大著作,以造福于人类。可是牛顿没有听信朋友的好意劝告,轻易地发表自己的著作。而是经过长时间地一丝不苟地反复验证和计算,确认正确无误后,才于1687年7月将《自然哲学的数学原理》发表于世。
曾经有人问牛顿:“你获得成功的秘诀是什么?”牛顿回答说:“假如我有一点微小成就的话,没有其他秘诀,唯有勤奋而已。”他又说:“假如我看得远些,那是因为我站在巨人们的肩上。”这些话多么意味深长啊!它生动地道出牛顿获得巨大成就的奥妙所在,这就是在前人研究成果的基础上,以献身的精神,勤奋地创造,开辟出科学的新天地。牛顿的这种轶事岂止这几件,它说明,牛顿酷爱科学,把自己的一切都献给了科学。正是因为牛顿有这种为科学献身的奋斗精神,他才能总结出牛顿三定律,对人类的进步做出了卓越的贡献。
牛顿病逝以后,英国政府在他的墓碑上镌刻了墓志铭,最后一段是:让人类欢呼/曾经存在过这样伟大的/一位人类之光。
爱因斯坦的故事
爱因斯坦16岁时报考瑞士苏黎世的联邦工业大学工程系,可是入学考试却失败。看过他的数学和物理考卷的该校物理学家韦伯先生却慧眼识英才,称赞他:“你是个很聪明的孩子,爱因斯坦,一个非常聪明的孩子,但是你有一个很大的缺点:就是你不想表现自己。”
没有人不知道爱因斯坦的大名,这位伟大的物理学家在力学方面也有很大建树。据说他的IQ有169,但是爱因斯坦的成就不仅仅在于他的聪明,他的人格魅力也是重要的原因。
韦伯先生的慧眼
韦伯先生讲对了,爱因斯坦在数学方面可以说是“天才”,他在12~16岁时就已经自学学会了解析几何和微积分。而对于不想表现自己这个“缺点”,他也是“死不悔改”。他晚年写给朋友的信中说:“我年青时对生活的需要和期望是能在一个角落安静地做我的研究,公众人士不会对我完全注意,可是现在却不能了。”
拒绝出任总统
1948年5月14日,以色列国诞生,但不久以色列与周围阿拉伯国家的战争便爆发了。已经定居在美国十多年的爱因斯坦立即向媒体宣称:“现在,以色列人再不能后退了,我们应该战斗。犹太人只有依靠自己,才能在一个对他们存有敌对情绪的世界上生存下去。”
1952年11月9日,爱因斯坦的老朋友以色列首任总统魏茨曼逝世。在此前一天,就有以色列驻美国大使向爱因斯坦转达了以色列总理本·古里安的信,正式提请爱因斯坦为以色列共和国总统候选人。当日晚,一位记者给爱因斯坦的住所打来电话,询问爱因斯坦:“听说要请您出任以色列共和国总统,教授先生,您会接受吗?”“不会。我当不了总统。”“总统没有多少具体事务,他的位置是象征性的。教授先生,您是最伟大的犹太人。不,不,您是全世界最伟大的人。由您来担任以色列总统,象征犹太民族的伟大,再好不过了。”“不,我干不了。”(https://www.daowen.com)

爱因斯坦
爱因斯坦刚放下电话,电话铃又响了。这次是驻华盛顿的以色列大使打来的。大使说:“教授先生,我是奉以色列共和国总理本·古里安的指示,想请问一下,如果提名您当总统候选人,您愿意接受吗?”“大使先生,关于自然,我了解一点,关于人,我几乎一点也不了解。我这样的人,怎么能担任总统呢?请您向报界解释一下,给我解解围。”大使进一步劝说:“教授先生,已故总统魏茨曼也是教授呢。您能胜任的。”“魏茨曼和我不是一样的。他能胜任,我不能。”“教授先生,每一个以色列公民,全世界每一个犹太人,都在期待您呢!”爱因斯坦的确被同胞们的好意感动了,但他想得更多的是如何委婉地拒绝大使和以色列政府,又不使他们失望,不让他们窘迫。
不久,爱因斯坦在报上发表声明,正式谢绝出任以色列总统。在爱因斯坦看来,“当总统可不是一件容易的事”。同时,他还再次引用他自己的话:“方程对我更重要些,因为政治是为当前,而方程却是一种永恒的东西。”
不拘小节
有一次,他要把墙上的一幅旧画换下来,就搬来一架梯子,一步一步爬上去。突然,他又想起一个问题,沉思起来,忘记自己在做什么了,猛地从梯子上摔下来。摔到地上以后,他顾不得疼痛,马上想到:人为什么会笔直地掉下来呢?看来物体总是沿着阻力最小的线路运动的。爱因斯坦想到这里便马上站立起来,一瘸一拐地走到桌边,提笔把自己的这个想法记了下来。这对他正在研究的问题——相对论有很大的启发。
老年运动家
爱因斯坦从小喜欢运动,一生坚持不懈,直到老年,人们尊重地称他“老年运动家”。
有人认为科学家都是成天坐在试验室,摆弄机器,计算数据,生活单调,性格孤僻。其实,不少科学家把生活安排得非常丰富多彩,充满生气,爱因斯坦就是一个典型例子。他在学习或工作十分紧张的情况下,仍抽空参加多种文体活动,尤其喜欢爬山、骑车、赛艇、散步等体育活动。有人形容他工作时的劲头“简直像个疯子,似乎有使不完的精力”。一位伟人说过:不会休息的人,就不会工作。爱因斯坦这种充沛的精力,正是来自他的合理休息和经常锻炼的结果。
爱因斯坦于1879年3月14日诞生在德国北部的乌尔姆城,父亲是电气工程师。在家庭的熏陶下,他爱上了科学,不仅善于思考问题,而且喜欢文体活动。15岁时,全家离开德国来到意大利。后来,他考取瑞士苏黎世工业大学,尽管每天学习任务紧张,仍抽出一定时间散步,节假日还要出外旅游或划船。爱因斯坦的这种爱好,不单是从兴趣出发,而是为了提高学习效率。他常对人说:学习时间是个常数,它的效率却是个变数,单独追求学习时间是不明智的,最重要的是提高学习效率。他认为必须通过文体活动,才能获得充沛的精力,保持清醒的头脑,爱因斯坦还根据自己的亲身体会,总结出一个公式,即X= A+ B+ C。X代表成就,A代表劳动,B代表休息和活动,C代表少说废话。他把这个公式的内容,概括成两句话:工作和休息是走向成功之路的阶梯,珍惜时间是有所建树的重要条件。
爱因斯坦在物理学上取得伟大成就以后,在世界上获得了很高的荣誉,但是他从来不图虚名,生活一直艰苦简朴。进入中年以后,才华横溢,成就越来越大,不少国家请他去访问和讲学。有一次,他去比利时访问,国王和王后特地成立了一个接待委员会。那一天,火车站上张灯结彩,鼓乐齐鸣,许多官员身穿笔直的礼服,准备隆重地欢迎这位杰出的科学家。火车到站以后,旅客纷纷走下车来,却不见爱因斯坦的影子,他到哪里去了呢?原来,他避开了那些欢迎的人,一位头发灰白又蓬乱的老人一手提着皮箱,一手拿着小提琴,由小车站步行走向王宫。负责招待的人没有迎来贵宾,正在焦急地向王后报告,爱因斯坦风尘仆仆地来到了。王后问他:“为什么不乘我派去的车子,偏偏徒步而行呢?”他笑着回答说:“王后,请不要见怪,我平生喜欢步行,运动带给了我无穷的乐趣。”
爱因斯坦晚年时,还坚持劳动坚持锻炼,他经常从事一些家务劳动和栽花、浇水、剪枝,还经常邀请朋友去爬山,有意识地磨炼意志,锻炼身体。有一次爱因斯坦和居里夫人及其两个女儿,兴致勃勃地攀登瑞士东部的安加丁冰川。他们按照登山运动员的要求,身背干粮袋,手持木拐杖,顺着山径往上爬。在旅途中,爱因斯坦谈笑风生,十分活跃,好像年轻人一样。从此,人们赠给他一个光荣的称号:“老年运动家”。
伽利略的故事
伽利略(1564~1642年),是意大利天文学家、力学家、哲学家。1564年2月15日生于比萨,1642年1月8日卒于比萨。
在力学方面的主要贡献:他是第一个把实验引进力学的科学家,他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。1582年前后,他经过长久的实验观察和数学推算,得到了摆的等时性定律。接着在1585年因家庭经济困难辍学。离开比萨大学期间,他深入研究古希腊学者欧几里得、阿基米德等人的著作。他根据杠杆原理和浮力原理写出了第一篇题为《天平》的论文。不久又写了论文《论重力》,第一次揭示了重力和重心的实质并给出准确的数学表达式,因此声名大振。
在1589~1591年间,伽利略对落体运动作了细致的观察。从实验和理论上否定了统治千余年的亚里士多德关于“落体运动法则”,确立了正确的“自由落体定律”。
伽利略对运动基本概念,包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出,在力学史上是一个里程碑。有了加速度的概念,力学中的动力学部分才能建立在科学基础之上,而在伽利略之前,只有静力学部分有定量的描述。
伽利略曾非正式地提出过惯性定律(见牛顿运动定律)和外力作用下物体的运动规律,这为牛顿正式提出运动第一、第二定律奠定了基础。在经典力学的创立上,伽利略可说是牛顿的先驱。
伽利略还提出过合力定律,抛射体运动规律,并确立了伽利略相对性原理。伽利略在力学方面的贡献是多方面的。这在他晚年写出的力学著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》中有详细的描述。在这本不朽著作中,除动力学外,还有不少关于材料力学的内容。
下面给同学们讲几个发生在伽利略身上的励志故事。
眼睛盯着天花板
有一次,他站在比萨的天主教堂里,眼睛盯着天花板,一动也不动。他在干什么呢?原来,他用右手按左手的脉搏,看着天花板上来回摇摆的灯。他发现,这灯的摆动虽然是越来越弱,以至每一次摆动的距离渐渐缩短,但是,每一次摇摆需要的时间却是一样的。于是,伽利略做了一个适当长度的摆锤,测量了脉搏的速度和均匀度。从这里,他找到了摆的规律。钟就是根据他发现的这个规律制造出来的。
自学成才
家庭生活的贫困,使伽利略不得不提前离开大学。失学后,伽利略仍旧在家里刻苦钻研数学。由于他的不断努力,在数学的研究中取得了优异的成绩。同时,他还发明了一种比重秤,写了一篇论文,题目为《固体的重心》。此时,21岁的伽利略已经名闻全国,人们称他为“当代的阿基米德”。在他25岁那年,比萨大学破例聘他当了数学教授。
望远镜的发明
哥白尼是波兰杰出的天文学家,他经过40年的天文观测,提出了“日心说”的理论。他认为宇宙的中心是太阳,而不是地球。地球是一个普通的行星,它在自转的同时还环绕太阳公转。伽利略很早就相信哥白尼的“日心说”。1608年6月的一天,伽利略找来一段空管子,一头嵌了一片凸面镜,另一头嵌了一片凹面镜,做成了世界上第一个小天文望远镜。实验证明,它可以把原来的物体放大3倍。伽利略没有满足,他进一步改进,又做了一个。他带着这个望远镜跑到海边,只见茫茫大海波涛翻滚,看不见一条船。可是,当他拿起望远镜往远处再看时,一条船正从远处向岸边驶来。实践证明,它可以放大8倍。伽利略不断地改进和制造着,最后,他的望远镜可以将原物放大32倍。
发现新宇宙
每天晚上,伽利略都有用自己的望远镜观看月亮。他看到了月亮上的高山、深谷,还有火山的裂痕。后来又开始观看太空,探索宇宙的奥秘。他发现,银河是由许多小星星汇集而成的。他还发现,太阳里面有黑斑,这些黑斑的位置在不断地变化。因此他断定,太阳本身也在自转。伽利略埋头观察,以无可辩驳的事实,证明地球围着太阳转,而太阳不过是一个普通的恒星,从而证明了哥白尼学说的正确。1610年,伽利略出版了著名的《星空使者》。人们佩服地说:“哥伦布发现了新大陆,伽利略发现了新宇宙。”
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。
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。
帕斯卡的故事
在日常生活中,我们经常看到,没有灌水的水龙带是扁的。水龙带接到自来水龙头上,灌进水,就变成圆柱形了。如果水龙带上有几个眼,就会有水从小眼里喷出来,喷射的方向是向四面八方的。水是往前流的,为什么能把水龙带撑圆?
早在几百年前,帕斯卡就注意到这类现象。
帕斯卡从小就凡事好问个为什么,而且最爱通过实验来提出自己的新见解。他想,也许水对四面八方都有压强吧?
于是他首先设计了一个实验,那就是“帕斯卡球”实验。帕斯卡球是一个壁上有许多小孔的空心球,球上连接一个圆筒,筒里有可以移动的活塞。把水灌进球和筒里,向里压活塞,水便从各个小孔里喷射出来了,成了一支“多孔水枪”。
帕斯卡球的实验证明,液体能够把它所受到的压强向各个方向传递。水龙带灌满水以后变成圆柱形,就是因为水龙带里的水把自来水里的压强传递到了带壁的各个部分的结果。
细心的帕斯卡并没有就此结束他的研究。他又多次做实验,研究哪个孔喷出去的水最远?结果发现,并没有射得特别远的,距离都差不多。这说明,每个孔所受到的压强都相同。
认真的观察使帕斯卡发现了液体传递压强的基本规律,这就是著名的帕斯卡定律。所有的液压机械都是根据帕斯卡定律设计的,所以帕斯卡被称为“液压机之父”。