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計量發展史上的重要人物——帕斯卡

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ether 發表于 2012-1-13 09:38:53 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式

計量發展史上的重要人物——帕斯卡

在國際單位制中,壓強的單位是帕斯卡(Pa)。該單位的命名,是為了紀念法國著名科學家布萊斯.帕斯卡(Blaise Pascal1623.06.191662.08.19)對計量學的貢獻。


380年前的619日,帕斯卡在法國奧弗涅的克萊蒙斐朗城誕生。他的父親在當地一家稅務局工作,通曉數學。他的母親在他很小的時候就去世了,父親承擔起了撫養和教育他的責任。帕斯卡從小體弱多病,父親鑒于他身體虛弱,認為鉆研數學會傷害小孩的腦筋,于是不讓他接觸數學,只是教他一些語文和歷史知識。12歲那年,帕斯卡偶爾見到父親在讀幾何書,就問父親幾何學是什么?父親告訴他幾何學是研究圖形的,父親的解答雖然簡單,卻使帕斯卡產生了興趣,他根據父親講解的那些簡單的幾何學知識,自己獨立鉆研幾何學,發現了歐幾里得幾何學中一些重要定理。對于他的發現,父親驚喜交集。從此以后,父親轉變了態度,允許他學習數學。

  帕斯卡確實很有數學天分,16歲那年,他就寫出了一部論述圓錐曲線的書。著名哲學家、數學家笛卡兒見到這本書時,堅決不相信這是16歲的孩子寫出來的。他一生在數學上貢獻很多:在幾何上有帕斯卡定理;在代數上有帕斯卡三角形;在計算工具方面發明了世界上最早的計算器之一;通過討論擲骰子時某種組合出現的幾率,為近代概率論奠定了基礎;還十分接近于發現微積分。德國數學家萊布尼茨曾經寫道:當他讀到帕斯卡的著作時,就像觸電一樣,突然悟到了一些道理,于是后來建立了微積分理論。

  帕斯卡對計量學的貢獻主要表現在兩個方面,一是他用實驗的方法,進一步闡明了大氣壓的本質;另一方面是他揭示了液體內部壓強的性質。他的工作,為氣體和液體壓強的測定奠定了理論基礎。

  在帕斯卡的時代,人們對大氣壓的性質還不甚了解,亞里士多德的“大自然厭惡真空”的說法在人們的頭腦中還根深蒂固。比帕斯卡年長15歲的托里拆利最早提出了大氣壓的理論,并用實驗證實大氣壓的大小相當于76厘米高的汞柱產生的壓強。托里拆利的實驗發表以后,人們承認他的實驗本身,但對他提出的玻璃管內水銀柱上方是真空的說法則不以為然,許多人認為水銀柱上方同樣充斥著“氣”,這種“氣”是從液體中升上去的。帕斯卡贊成托里拆利的解釋,為了說明水銀柱上方的確是真空,他公開演示了托里拆利實驗。他用兩根一端封閉的管子,一個裝水,一個裝葡萄酒。實驗前,他問人們,哪一根管子中的液體在實驗時會變得低一些?人們回答說:葡萄酒。因為葡萄酒比水更易揮發,會揮發出更多的氣體,從而把液柱壓下去。因為葡萄酒比水更輕,帕斯卡在實驗中不得不使用了長達14米的管子,以使葡萄酒液柱產生的壓強與外界大氣之間的壓力得以平衡。實驗結果與人們的預期完全相反,裝有葡萄酒的那個管子里的液柱比裝水的那個更高,這表明液柱上方沒有從液體中揮發出來的空氣,即是說,是真空。

  如果液柱上方是真空的話,那只有一種解釋:是周圍空氣的壓力即大氣壓支持著液柱不下落。大氣壓的產生當然是由于大氣有重量,而如果大氣有重量,那么它的重量必然會隨著高度的增加而下降,因
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 樓主| ether 發表于 2012-1-13 09:39:11 | 只看該作者

為位置越高,上面的空氣就越少。這就是說,位置越高,大氣壓就越小。這樣,如果能測出大氣壓隨高度而變化的情況,就能揭示出大氣壓的本質。而要做這種測量,最好是沿著一座高山進行。帕斯卡的家鄉附近就有一座高1000多米的多姆山,正好進行這種測量。但帕斯卡因為體弱多病,擔心自己不能爬山,于是請自己的姊夫弗洛蘭.佩里埃(Florin Perie)進行實地測試。佩里埃用托里拆利氣壓計在多姆山不同高度做了測試,測試結果表明,在山頂處水銀柱長度比在山腳處短了8.5厘米。帕斯卡得到這個消息后,也在巴黎一座高約50米的塔上做了同樣的測試,也得到了肯定的結果。

  帕斯卡的實驗揭示了大氣壓的本質。由這些實驗出發,他解釋了大氣壓強跟高度變化的關系,提出了可以用氣壓變化來測定山的高度的設想。他還發現了大氣壓高低跟天氣變化的關系,用大氣壓解釋了虹吸原理,等等。他的工作引起人們的重視,他的解釋也得到人們的認可。從此,大自然害怕真空的說法,一去不再復返,對大氣壓的測量成為物理計量的重要內容,帕斯卡也因對大氣壓本質的揭示而名垂青史。

  帕斯卡并未就此止步,他希望能從更一般的流體平衡的觀點來看待真空問題。他的山頂實驗報告就采用了這樣的題目:“關于自然界中最輕的流體空氣和最重的流體水銀之間的平衡問題”。他就對流體平衡問題的研究得到了豐碩成果。1653年左右,他完成了《論流體的平衡及空氣的重量》的論文,在論文中提出了一系列有關液體的重要規律,其中以帕斯卡原理最為著名。帕斯卡原理意思是說,加在密閉液體上的壓強,能夠保持其原來的大小通過液體向各個方向傳遞。帕斯卡是通過推理的方式得出這一結論的,他認為,由于液體具有連續性和流動性,加在液體上面的壓強,自然要被傳遞到容器的所有部位。而且,由于液體的某一部分沒有任何理由向其他部分讓步,因此,在傳遞過程中,外加壓強的大小也必然保持不變。在此基礎上,他進一步描述了水壓機工作原理、連通器工作原理等。這些原理,構成了流體力學的最基本的原理,現在人們進行液體壓強測試,很多情況下依賴的還是這些原理。所以,帕斯卡的發現,成了后世人們進行相關物理計量時所依據的基本原理。今天,我們把他作為計量史上的重要人物進行紀念,主要原因也在于此。

  帕斯卡一生身體虛弱,長期受嚴重頭痛的困擾,去世時只有39歲。他終生信仰宗教,特別是1654年,他乘坐的馬車發生事故,他差點送命。事后,他覺得大難不死,一定有神明庇護,于是宗教信仰更加虔誠,從此以后,他把他短暫的余生幾乎全部奉獻給了宗教,沉溺于對神學的思考,發表了大量宗教著述。在這段時間,他只有偶爾牙痛時才去想些數學問題,以此來忘掉痛苦。如果沒有病魔的折磨,如果他在生命的后半段用更多的時間關注科學,他對科學的貢獻一定會更大。

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年豐 發表于 2012-2-12 13:34:23 | 只看該作者
認真學習了。
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wangruichao 發表于 2012-2-23 22:04:17 | 只看該作者
長見識了,計量的重量級人物。
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君凌天下 發表于 2012-6-27 22:00:33 | 只看該作者
偉人總是讓人膜拜的
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