登陆注册
5535400000034

第34章 流体力学奠基人托里拆利

托里拆利出生在意大利华耶查城的富裕的贵族家庭。

他从小就受到了良好的数学教育。在十七八岁时,卓越的数学才能已初露锋芒。于是在他二十岁时,伯父将他带到罗马,受教于伽利略的学生卡斯德利。卡斯德利是当时远近闻名的数学家和水利工程师,他在数学领域内很多方面都有卓越的成就,还为水力学创立了科学的基础。卡斯德利见托里拆利年轻聪慧,十分喜爱,便指派他为自己的私人秘书,在学术上给予他指导。

托里拆利深刻研究了伽利略的《两种新科学的对话》一书。从中获得了有关力学原理的发展的很多启发。1641年,托里拆利出版了《论重物的运动》一书,企图对伽利略的动力学定律做出新的自己的结论。卡斯德利在一次拜访伽利略时,将托里拆利的结论给伽利略看了,还热情推荐了托里拆利。伽利略看完托里拆利论着之后,表示非常欣赏他的卓越见解,便邀请他前来充当助手。1614年,托里拆利来到佛罗伦萨,会见了伽利略,此时伽利略已双目失明,终日卧在病床上。在他生命的最后三个月中,托里拆利和他的学生维维安尼担任了伽利略口述的笔记者,成了伽利略的最后的学生。

年伽利略逝世后,托里拆利接替伽利略任佛罗伦萨科学院的物理学和数学教授,并被任命为宫廷首席数学家。从此他有钱可以做一些实验研究,不再像以往那样只能从事理论探索。后来,托里拆利大大充实了伽利略的《两门新科学的对话》”第五、六两天“的内容。

托里拆利在佛罗伦萨生活了五年,直至去世。在这五年多的时间里,他进行了大量的科学研究,还结识了画家罗莎,古希腊文明学者达狄和水利工程师阿里盖提,并受到了上层人物们的普遍敬重。他还应邀在秕糠学会作了12次学术演讲,演讲题材广泛,其中有6次是关于物理学方面的。这些讲稿在语词方面均无瑕疵可挑,为常人所不及,是典型的意大利文学作品。他的演讲中还充满着文艺复学时代的那股斗争精神,抨击了那种尽全力维护顽固守旧势力的天主教思想,多次欢呼伽利略的成就,捍卫伽利略的学说。

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v=Ah(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v=2gh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,为使流体力学成为力学的一个独立的分支奠定了基础。

在数学上的贡献托里拆利也具有很高的数学造诣。他在数学方面最大的贡献是进一步发展了卡瓦列里的”不可分原理“,帮它走向后来牛顿和莱布尼兹所创立的微积分学。他在《几何学文集》中提出了许多新定理,如:由直角坐标转换为圆柱坐标的方法,计算有规则几何图形板状物体重心的定理。还成功地结合力学问题来研究几何学。例如,他研究了在水平内的一定速度抛出物体所描绘的抛物线上作切线的问题,还研究了物体所描绘的抛物线的包络线。他曾测定过抛物线弓形内的面积,抛物面内的体积以及解决了其他十分复杂的几何难题。

托里拆利还将卡瓦列里的不可分原理以通俗易懂的方式写得颇受广大读者欢迎,对不可分原理的普及起了推动作用。

大气压的测定当时学术界对空气是否有重量和真空是否可能存在的问题还认识不清,主要是受亚里士多德思想的遗留影响,认为”世间万物之中除了火和空气以外均有各自的重量。“并坚持自然界”害怕真空“的说法。伽利略对此说法表示怀疑,他说:”我们不能相信亚里士多德所说的那样,仅仅认为某物是轻的,某物是重的,而应当认识到所有的物体都有其各自的重量,只不过各有重量大小不同和质地疏密之分而已。“”如果人们凭感觉和理解都还不能认识到真空的存在,那么凭感觉和理解又如何能否认真空的存在呢?“伽利略曾发现,抽水机在工作时,不能把水抽到10米以上的高度,他把这一现象归结为水柱受不了它本身重量之故,再找不到合理满意的解释。

托里拆利坚决赞同伽利略的关于空气有重量和真空存在的说法。在总结前人理论和实验的基础上,托里拆利进行了大量的实验,实现了真空,验证了空气有重量的事实,否定了伽利略的关于真空力的说法。

大约在1641年,一位著名的数学家、天文学家贝尔提曾用一根10米多长的铅管做成了一个真空实验。托里拆利受到了这个实验的启发,想到用较大密度的海水、蜂蜜、水银等做实验。他选用的水银实验,取得了最成功的结果。他将一根长度为1米的玻璃管灌满水银,然后用手指顶住管口,将其倒插进装有水银的水银槽里,放开手指后,可见管内部顶上的水银已下落,留出空间来了,而下面的部分则仍充满水银。为了进一步证明管中水银面上部确实是真空,托里拆利又改进了实验。他在水银槽中将其水银面以上直到缸口注满清水,然后把玻璃管缓缓地向上提起,当玻璃管管口提高到水银和水的界面以上时,管中的水银便很快地泻出来了,同时水猛然向上窜入管中,直至管顶。由此可见,原先管内水银柱以上部分确实是空无所有的空间。原先的水银柱和现在的水柱都不是被什么真空力所吸引住的,而是被管外水银面上的空气重量所产生的压力托住的。

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。

同类推荐
  • 少生气的智慧

    少生气的智慧

    在我们的生活中,总有许许多多、大大小小的不顺心的事情,会让我们生气。每个人都会生气,倘若只是一味生气,并不能解决问题。我们应该冷静下来,运用我们的智慧,好好想出对策。没有人一辈子不生气,这是一本劝人少生气,以及生气了,如何去正面面对的书。
  • 上班路上的心理学

    上班路上的心理学

    生活在这个资源、信息极其丰富的社会,身在职场的你,无时无刻不在感受着巨大的压力。从求职到升职,从初入职场中的心理调整到职场老手的心理治疗,从揣摩老板心理到把握客户心理再到同事交往心理,从识人之术到交际中的心理效应,从自我情绪调整到职业创伤修复,职业生涯中可能遇到的各种心理问题,本书都一一为你解读,并且提供应对之道。帮你关爱呵护心灵,塑造完整自我,享受快乐职场、成功职场。
  • 效率在于行动

    效率在于行动

    十个完美的想法也比不上一个实际的行动,因为想象中的成功只能是海市蜃楼、空中楼阁。一位哲人说过:“所谓活着的人,就是不断挑战的人,不断攀登命运险峰的人。”成功的要素有很多,天赋、运气、机遇、才智、好习惯……但最重要的却是这一切要靠行动来实现。好的想法需要行动来支撑,工作效率的提高需要行动来实现,身体力行、极高的效率是通往成功之路的必备条件。
  • 吸引力法则:修炼心想事成的强大气场

    吸引力法则:修炼心想事成的强大气场

    本书介绍了一个生活中常常失败、也没有很强能力的人是如何通过使用一些法则获得了令人吃惊的变化的。这本书很鼓舞人心,因为它向你展示了一旦你知道了一定法则——自我暗示、内省、注意力、意志力、吸引力、想象力等后,你能做些什么。通过一种最有成效的方法使用你的思维,你也可以获得惊人的变化。
  • 西游浮世绘

    西游浮世绘

    作者用最生活化的笔触,再现了唐僧师徒驾驭官场游戏规则、运用丰富的管理经验、施展深邃的计谋智慧,不畏艰难险阻,勇于拼搏进取,最后功成名就的感人画面。漫画式的大写意,跳跃式的非线性思维,都适合我们现代人快节奏的生活。旨在茶余饭后,冀博读者诸君粲然一笑的同时,使之有所感悟和启迪,可资成功人生以借鉴。
热门推荐
  • 恶魔惹上毒玫瑰

    恶魔惹上毒玫瑰

    此文继承了《恶魔殿下求爱纪》华丽幽默又热血恶搞的风格,在学校的庆典上,玄珞心终于发现那个偷自己玫瑰花的花贼再度出现,可是他却是大名鼎鼎的歌手张楚辰!幸运当上同样人气高居不下的徐正轩的助理,玄珞心却免不了要跟同徐正轩一个公司的张楚辰,两个有点误会的人不时上演抬杠好戏。而其中张楚辰却刻意跟徐正轩对立,撞碰事件、池塘落水、意外失声、交换助理、舞台练舞恶搞等等一系列的意外跟事件,其中恶搞不断,幽默不断,浪漫与心跳也从来不间断!不过之后,珞心发现了越来越多的谜团……为什么张楚辰和徐正轩一直是对立状态,难道就是因为一个过去的女生吗?那个给张楚辰下药的幕后人,到底是谁?暗中送珞心名贵香水,却将她引到练琴室与张楚辰发生争执的人,是谁?引发两大天王争夺战的导火弹曾茵茵来到徐正轩的身边,却为什么又暗中制造混乱?刚刚拿到公司的最佳助理的玄珞心,为什么会被人陷害得失去了助理位置,并且差点被殿霆学院除名?谜团越来越多,但在交换助理期间,玄珞心不得不去到张楚辰身边,成为了他的小助理,由于对张楚辰积下的小恨,一系列幽默恶搞就从此拉开帷幕……最后的最后,这个表面狠毒心灵纯洁的玄珞心,她到底能不能解开所有的谜团,并且得到她想要的东西呢……
  • 龙煌武尊

    龙煌武尊

    因为一场车祸,赵炎穿越到了一个名为武者大陆的异界大陆,他本以为穿越这里能和小说里的主人公一样能成为强者,但是,在他儿时却被潜进家族的刺客打伤,虽然没有生命危险,他的武根却因此破裂而无法修炼……
  • 医生,我老婆失忆了

    医生,我老婆失忆了

    某日,失忆的乐小姐遇到了失忆的闻先生,然后他们发现,两人除了是病友关系之外,居然还是……夫妻?!乐意:卧槽?!闻先生:离婚吧。女主每天在暴走,男主外表高冷内心住着小公举。
  • 神通天则

    神通天则

    新纪元306年,元月5日23,超学者凯勒明斯无意间触发了禁法,在大陆上召唤出现了其他位面的具有自主侵略意识的生物,名为,煞,煞在环境优良的情况下迅速壮大,开始了解并侵略人类,人类进入千年之久黑暗年代,为了反抗并且消灭煞,人类竭力建立了五大圣堂,将人类中的修炼者划分为五个部分,借此来反抗煞的侵略,千百年之后,一位少年,为了一个誓约,身为拥有契约者体质的绝世天才,却毅然决然的迈进了学者的行列,故事,就此展开。
  • 穿越之倾世毒妃

    穿越之倾世毒妃

    第一世,她是小县城里出来的灰姑娘,他是家境优越、留学归来的富公子,阴错阳差的他们错过了彼此;第二世,她是将军府无忧无虑的大小姐,他是阴狠狡诈的瑞王爷,为了帮兄长取得大业,他不惜残害忠良;为了给父兄报仇,她不惜在洞房花烛夜与他玉石俱焚;第三世,带着第一世记忆的她和第二世记忆的他,能否苦尽甘来,修得他们这一世的良缘。【情节虚构,请勿模仿】
  • 易烊千玺之还好没有错过你

    易烊千玺之还好没有错过你

    她,夏沫曦,六岁父母双亡,后阴差阳错进入残月杀手组织,代号:涵。十年后完成死亡岛终极训练,秘密执行第一任务,暗杀当红偶像组合TFBOYS成员易烊千玺。当面对亲情、友情、爱情,她该如何抉择?谁才是她一生所爱?家人们敬请期待。【本文纯属虚构,与现实毫无关联】
  • 来自地府的上仙

    来自地府的上仙

    她本是盘古流下的一滴泪,因为道法高强而受到仙界高层的忌惮,被算计流落阴间而不得超生。他是盘古泪浸润过的一块泥土,后羽化成仙。他和她在天地鸿蒙时就已经定了永世缘。偶然一次他来到阴间遇上她,一见倾心,带她上天庭。她在天庭揭露了各位上仙不为人知的黑暗过去,成了众仙的噩梦,遭受磨难不断。他们的爱情在重重考验中愈发情深弥坚。可是在最后一刻,他放弃了爱情,她愤怒了……本性善良,为情所欺,无视万物,唯爱独尊。
  • 锻神修真

    锻神修真

    为守护魔剑,全族遭难,遗孤崛起,是否能报屠族之仇,请看《锻神修真》。
  • 山歌

    山歌

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 红皮衣

    红皮衣

    一个魔法流的剑士吃货,卷入一场一场的旋窝之中。用无敌的信心与火焰,燃尽这无边的异变!