對托里拆利實驗的科學解釋

空氣有質量，也受到重力的作用，又由於空氣具有流動性，所以空氣會對它接觸的物體產生壓強。可以說大氣壓是無處不在的。

日常生活中我們用吸管吸飲料、晾衣服的掛衣鉤的吸盤能緊緊吸在牆上等，都是利用的大氣壓的作用。著名的馬德堡半球試驗不僅證明了大氣壓是存在的，而且證明了大氣壓還很大。那麼大氣壓究竟有多大呢？

伽利略的學生托里拆利及其同伴第一次通過實驗測出了大氣壓的值，一個標準大氣壓等於760mm汞柱所產生的壓強，大小約為1.01×105Pa。那麼在托里拆利實驗中，為什麼760mm汞柱產生的壓強就等於大氣壓的大小呢？下面我們來分析一下。

托里拆利的實驗過程：

（1）取一根長約1m,一端封閉的細玻璃管，將玻璃管灌滿汞；

（2）用手堵住玻璃管口，將其倒插入盛有汞的液槽中；

（3）放開堵住管口的手指，讓管內的汞流出。

實驗結果發現：玻璃管中的汞柱下降一段就不在下降了。經測量，管內外汞柱面的高度差約為760mm。由此得出結論：此時的大氣壓強等於760mm汞柱產生的壓強大小。

定性解釋

實驗中所使用的是一端密封的玻璃管，如果玻璃管是兩端開口的，那麼將玻璃管插入汞槽中，玻璃管與汞槽就形成了連通器，靜止時管內外液面應該是相平的。

現在玻璃管一端是密封的，而且開始時灌滿了汞，隨著管內汞柱的下降，管內液面上方形成了真空。這樣汞就會在大氣壓的作用下在玻璃管內上升一定的高度，而不再與管外液面相平。

也就是說，管內上升的汞柱的高度反映了大氣壓的大小。此時的大氣壓能夠支撐起760mm高的汞柱所產生的壓強大小，就等於大氣壓強。

定量解釋

我們設想在汞槽的液面上有一輕質的活塞，活塞與汞槽和玻璃管之間密封良好，這樣汞槽內與玻璃管中的液體可看做密閉液體，根據帕斯卡定律，大氣壓會通過活塞對汞槽中的汞產生的壓強，會大小不變地向各個方向傳遞，跟玻璃管內與管外液面等高處液體的壓強相等。

假如玻璃管內與管外液面相平處有一薄金屬片（重力可以忽略不計），汞柱靜止時，薄金屬片兩面受到的壓強相等，有P上=P下；

又 P上=?汞gh；

P下=P大氣；

由以上三式得：

P大氣=?汞gh

=13.6×103kg/m3×9.8N/kg×760mm

≈1.013×105Pa。

通過以上分析，你應該知道托里拆利實驗中為什麼760mm汞柱產生的壓強就等於大氣壓的大小了吧。

文章來源|本文為麥穗物理原創，轉載請註明作者和出處。

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