1660

研究人員：

羅伯特·波義耳

羅伯特·胡克

研究領域：

氣體力學

結論：

一定質量的氣體體積與它的壓力成反比

輪胎為什么要充氣？

氣壓和真空的力量

1627年1月25日，羅伯特·波義耳出生在愛爾蘭南岸的利斯莫爾城堡里。少年波義耳曾跟隨一位法國導師游歷歐洲，回家以后，便決心要成為一名科學家。他加入了一個名叫“無形學院”的組織。該組織后來更名為“倫敦自然知識促進會”，然后逐漸變成了今天的皇家學會。

馬德堡半球

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馬德堡市長奧托·馮·居里克在1654年制造了一個氣泵，希望借此展示真空的力量，更確切地說，是氣壓的力量。1657年，居里克用氣泵抽空了兩個直徑12英寸（約30厘米）的銅半球，于是氣壓讓兩個半球緊緊地合在了一起，就連兩組馬都無法將它們拉開；直到居里克將空氣重新注入球內，兩個半球立即毫不費力地分開了。

與此同時，波義耳繼承了愛爾蘭的幾片土地和一筆財富，移居到了牛津。他對托里拆利和帕斯卡的工作有所了解，聽說了馬德堡半球實驗后，他雇用羅伯特·胡克制造了一個氣泵，做了一系列實驗。1660年，波義耳將自己的實驗結果結集出版，這本書名叫《力學新實驗：關于空氣彈性及其效應的物理》。

氣泵實驗

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波義耳和胡克用氣泵抽空了一個很大的鐘形玻璃罐，容器內的氣壓可能還不到正常氣壓的十分之一，幾乎可以視為真空。抽空玻璃罐之前，他們在里面放置了一些實驗裝置。這兩位科學家的真空實驗得出了下面的結果：

·燃燒的蠟燭會熄滅，這說明火焰燃燒需要空氣。

·外部觀察者無法聽見真空罐里的鈴鐺發出的聲音，所以聲音需要空氣才能傳播。

·燒紅的鐵在真空中會繼續發光，所以光的傳播不需要空氣。

·真空罐內的鳥和貓都死了，因此空氣是生命的必需品。

J形管實驗

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在波義耳和胡克的實驗中，如左圖左側所示，玻璃管內的水銀將一小段空氣封閉在管子末端。如果把管子放進鐘形罐里，然后抽空罐子里的空氣，玻璃管內的空氣承受的壓力就會減小；而若是繼續往管子里注入水銀，封閉空氣承受的壓力就會增大，如左圖右側所示。

波義耳和胡克發現，如果壓力減小，玻璃管內的空氣體積就會變大；若是壓力變大，空氣體積則會縮小，但波義耳在書中并未深入探討這一現象。

與此同時，在英國的蘭開夏，湯利莊園的理查德·湯利與物理學家亨利·鮑爾也用J形管做了一系列實驗。1661年4月27日，這對搭檔在潘多山海拔約1000英尺（約300米）的山腰上用J形管采集了一份“山谷空氣”樣品。到達山頂以后，由于這里的氣壓較低，他們發現管子里的空氣體積變大了。于是兩位科學家又采集了一份“山頂空氣”。回到山腳下以后，他們發現，空氣體積縮小了。

那一年冬天，湯利和波義耳討論了自己的實驗，他提出，空氣的體積和壓力之間可能存在反比關系。于是波義耳做了幾個定量實驗，然后一絲不茍地記錄下了自己的觀察結果，最后他得出結論，一定質量的氣體體積與它的壓強成反比，這就是現在我們所知的“波義耳定律”。

空氣的彈性

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波義耳認為，空氣由無數極小的羊毛圈似的微粒組成，這些粒子在受力時會像彈簧一樣壓縮，不過一旦壓力消失，它們立刻就會反彈回來。他專門寫了一本書來闡述空氣的彈性。正是出于這個原因，我們的汽車和自行車都采用了充氣的輪胎，因為空氣的彈力有助于減輕路面的顛簸。

氣壓計

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有傳言稱，托里拆利并未發現靜置的玻璃管里水銀柱的高度會出現細微的變化，但波義耳和胡克的確注意到了這個現象，他們推測，這可能和潮汐的變化有關。不過經過反復觀察，兩位科學家發現，水銀柱的高度和潮漲潮落毫無關系，實際上，水銀柱在天氣晴朗時會升高，陰云密布時則會降低，尤其是在暴風雨來臨的時候，水銀柱會出現明顯的下降。所以，氣壓計的發明者應該是波義耳和胡克，而不是托里拆利——雖然他的確為兩位后來者指明了方向。