水压机
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7 水压机的发明历程

2019-12-13

水压机的发明历程:在帕斯卡之前就有人研讨过液体静力学,而且不很明确地得到了帕斯卡定律。例如荷兰人斯蒂文就曾用试验演示过液体中的压强,他得出定论:液体对盛放液体的容器之底部所施的力只取决于接受压力的面积和它上面液柱的高度,而与容器的形状无关。

斯蒂文的试验设备中,容器ABCD注满了水,容器底部有一圆形开口EF,盖着一个木制的底盖GH。还有一个容器IRL与ABCD相同高,也注满水,底部也有同样巨细的开口和底盖。他用杠杆拉住底盖,杠杆的另一端加重物T与S,底盖分别被重物T与S提起,而T与S彼此持平。这就证明了,尽管这两个容器的水重不相同,但底盖接受的压力都相同。

接着,斯蒂文在这个基础上,证明了液体中各个方向的压强只决定于所在的高度。


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帕斯卡更深化地研讨了液体的静压力。他明确地表述了液体中任何点上各个方向的压强持平的原理。他的成功主要是把大气压的成因用于解说液体中的压强,找到了两者的共性,而且奇妙地把试验和推理结合起来。他在身后二年出版的著作《论液体的平衡及空气分量》(1663年)中论说了液体的平衡和浸在液体中的物体所受的压力,接着依据这些结果解说了曾经归结为自然界厌恶真空的种种现象。在这本书中,帕斯卡首要介绍一系列试验结果,然后依据这些试验结果展开了严密的推理。

他在论说液体中压强的传递时,以水压机模型为例进行推理,写道:“如有一充水容器,除两出口外,其他完全封闭。一个出口比另一出口大100倍。设在每一出口中放入一个巨细刚好合适的活塞。一个人推小活塞的推力等于100个人对大活塞施加的推力,所以一个人的力能够胜过99个人的力●!

为什么小力能战胜大力呢?帕斯卡以为这和杠杆原理有类似之处。他依照杠杆原理的推理来证明上述定论:“由于容器内水的连续性和流动性,压强应遍及容器内各个部分,小活塞把水推动1英寸,水就使大活塞推动1%英寸。100磅水移动一英寸与1磅水移动100英寸,显然是同样一回事●!

也就是说:小力尽管只要大力的1%,但其作用间隔却是大力的100倍,所以作用是持平的。

接着帕斯卡进一步推理:大活塞的力尽管比小活塞的力大100倍,但它与水接触的面积也大100倍,所以每部分水的压强即单位面积所受的力和小活塞仍然持平。而大活塞所在的位置是任意的,所以这一关系与大活塞所在的位置无关,与其远近和方向也无关。

所以,帕斯卡就得出了后来表述为帕斯卡定律的明确定论:“在密闭容器里液体中任何地方施加压力,其压强将毫无损失地经液体传递到各个部分并垂直于液体的所有外表●!

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