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第3章 帕斯卡

姓名:帕斯卡

出生地:法国奥弗涅

生卒年:1623—1662年

历史评价LiShiPingJia

帕斯卡是法国的物理学家、数学家、哲学家。后人为纪念帕斯卡,用他的名字来命名压强的单位,简称“帕”。

帕斯卡1623年出生于克莱蒙费朗,后迁居巴黎。父亲是著名的数学家。他从小学习优异,善于思考,特别爱好数学和物理,人称为神童。16岁就参加了巴黎的数学与物理学界的学术活动,并发表第一篇论文《圆锥曲线论》,提出的定理成为后来投影几何的基本定理之一(“圆锥曲线内接六边形的三对边交点共线”)。在大家听了他的当面论述后,才相信该论文不是他父亲代劳的。18岁时他创制了第一架机械式计算器。曾发表过一些有关算术级数和二项式系数的论文,例如在《论算术三角形》的论文中提出二项式系数的三角形排列法(这一三角形已由我国杨辉早在1261年《详解九章算法》中得出)。他还是概率论的创始人之一。

帕斯卡定律实验

他在物理学上的主要贡献是对大气压强和流体静力学的研究。当托里拆利1643年的真空实验传到法国后,帕斯卡在1646年重复其实验获得成功(需要有优质玻璃管)。他还把12米长的玻璃管固定在船的桅杆上用水和葡萄酒做托里拆利实验。人们原以为葡萄酒中含有“气”元素,因此酒柱会比水柱短。但因为酒的密度比水小,结果酒柱比水柱还要高。1647年他发表了《关于真空的新实验》一书。1646-1651年他还在巴黎、多姆山等地的多次试验中证实了大气压强随高度的增加而减小,并与当地气象条件有关,从而预示了利用气压计预报气象的前景。

帕斯卡还从力的平衡的观点进一步研究了流体的平衡。他说山顶气压计实验“使我亲眼看到了自然界中最轻的流体空气和最重的流体水银之间的平衡”。

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帕斯卡定律

一天,帕斯卡看到一位园丁正在浇花,把水龙带接在水龙头上,开关一打开,扁扁的水龙带一下鼓了起来,变得圆圆、鼓鼓的。帕斯卡感到很奇怪,刚才还是瘪瘪的水龙带,为什么一下子就鼓了起来呢?

突然,他看到水龙带上有几个小孔,水从小孔中几乎垂直地喷出,就像一个个人工小喷泉。他在想,为什么水龙带里的水会喷得那么高、那么有力呢?

他找来一个空心的气球,在气球里灌满水,气球的一头连着一个针筒。他在气球不同的地方扎了一些小孔,小孔以很慢的速度渗着水。帕斯卡用针筒向里面推动了一下,气球顿时增加了压力,里面的水一齐向外喷了出来,无论哪个方向,这些小孔的水流都一样有力、向上,喷得一样高。他再加大力气推进针筒,气球的压力又增大了,小孔里的水柱喷得更高了。此刻,帕斯卡搞清楚了,针筒的压力可以传到气球里的水,气球里水的压力又均匀地传到气球各个方向,无论哪个方向的小孔都得到同样的压力,并且,压力越大,喷出来的水柱就越高。这就是著名的“帕斯卡定律”。

在他逝世后第二年(1663)出版的《论液体平衡和空气的重量》中,分别论述了流体静力学和气体力学,书中提出了帕斯卡定律。他把封闭容器中每一部分都比作一部机器,其中各力的平衡,就像杠杆和其他简单机械一样,遵循着同样规律。他在这本书中曾写道:“使一百磅水移动一英寸,与使一磅水移动一百英寸显然是一回事”,从而提出了水压机的原理。他还详细证明了器壁上由于液重产生的压强仅与深度有关,从理论上解释了流体静力学佯谬。更可贵的是,他把实验作为科学推论的一个有机环节,强调在自然科学中实验才是唯一可以信赖的良师,用以批驳耶稣教会神父反对真空存在的论点。大气压强单位就是用帕斯卡命名的。

他从18岁起身体开始衰弱,以后一直疾病缠身,又由于父丧和一次突发的马车事故,打断了他在科学事业中的创造性才华。31岁时,他重新接受洗礼,后退隐于修道院,转而在神学、哲学(《思想录》,1670发表)上写作,1662年8月19日病逝于巴黎,终年39岁。

——传世佳言——

人只不过是一根芦苇,是自然界最脆弱的东西,但他是一根有思想的芦苇。

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