壓強是表示壓力作用效果(形變效果)的物理量。在國際單位制中,壓強的單位是帕斯卡,簡稱帕(這是為了紀(jì)念法國科學(xué)家帕斯卡Blaise pascal而命名的),即牛頓/平方米。
根據(jù)托里拆利(Evangelista Torricelli,1608~1647)的實驗原理而制成,用以測量大氣壓強的儀器。氣壓計的種類有水銀氣壓計及無液氣壓計。其用途是:可預(yù)測天氣的變化,氣壓高時天氣晴朗;氣壓降低時,將有風(fēng)雨天氣出現(xiàn)??蓽y高度。每升高12米,水銀柱即降低大約1毫米,因此可測山的高度及飛機在空中飛行時的高度。
伽利略一生有諸多發(fā)明和發(fā)現(xiàn),但“智者千慮,必有一失”。他認(rèn)為水泵之所以能夠抽水,是因為如果水不跟著活塞升起來,就會形成真空,而自然是不能允許真空存在的,因此水就被抽吸上來。這實質(zhì)上是沿襲了古希臘亞里士多德關(guān)于“自然厭惡真空”的錯誤觀念。按照這種說法,水泵能夠把水抽到任意高度,但事實上水至多可以抽升到離水面大約10米左右。伽利略認(rèn)為自然對真空的厭惡有一定限度,但這個限度有多大?為什么會有限度?伽利略至死都沒有回答出來。
托里拆利對這個問題進行了長時間的研究,最后毅然否定了“自然厭惡真空”這一毫無根據(jù)的臆斷。他從力學(xué)視角出發(fā),設(shè)想空氣有一定的重量,并認(rèn)為10米水柱重量產(chǎn)生的壓強應(yīng)當(dāng)與大氣壓強相平衡,這是與中世紀(jì)流行的亞里士多德關(guān)于空氣是沒有重量的觀點背道而馳的。
1643年,35歲的托里拆利做了一個著名的實驗。他在長約1米、一端封閉的玻璃管(后稱托里拆利管)內(nèi),裝滿密度為水的13。5倍的水銀汞,用手指封住管口而將管倒立于水銀槽內(nèi),然后放開手指,則原來達(dá)到管頂?shù)乃y柱將下降到高于槽中水銀面760毫米左右處,以與管外大氣壓強的作用相平衡。管的上端這一部分空間,除極稀薄的水銀蒸氣外,可看到真空。這是人類最早用人工方法獲得的真空,曾轟動一時,至今人們還把它叫做托里拆利真空。
托里拆利還發(fā)現(xiàn)管中水銀柱的高度會因地面的高度、陰晴及氣溫的變化而變化,由此得出大氣壓強會隨高度、陰晴及氣溫的變化而變化的結(jié)論。根據(jù)這個原理,他發(fā)明了水銀氣壓器,可以直接用水銀柱的高度表示氣壓的大小?,F(xiàn)在,人們把相當(dāng)于1毫米水銀柱的壓強叫做1個托里拆利,以紀(jì)念他的偉大貢獻。
托里拆利對流體也做過研究。他在1644年發(fā)表的《幾何學(xué)著作集》中,提出托里拆利定理,即裝在容器中的液體,當(dāng)從容器下部小孔流出來時,如果液體沒有粘性,那么流速 ,其中g為重力加速度,h為孔距液面高度,也就是流速等于質(zhì)點從h高處自由落下時的速度,因為自由落體的速度 ,高度 。