第六章液體和氣體的性質(zhì) 6.19幻想和數(shù)學(xué)

第六章液體和氣體的性質(zhì) 6.19幻想和數(shù)學(xué)

　　以上是這位小說家告訴我們的話。如果我們檢驗(yàn)一下這段對(duì)話里的事實(shí)，卻可以發(fā)現(xiàn)這只是些沒有根據(jù)的幻想。我們不必到地心里去查究這件事情；我們只要預(yù)備一支鉛筆和一張紙，在物理學(xué)領(lǐng)域里做一次小小的旅行。

　　首先讓我們算一下，必須下降到多么深，氣壓才能增加千分之一。正常的氣壓等于760毫米水銀柱的重量。假如我們不是住在空氣里，而千分之一。在空氣里，我們當(dāng)然要下降得更深一些，深度增加的倍數(shù)，應(yīng)當(dāng)是水銀比空氣重的倍數(shù)，也就是10500倍。所以要使壓力比正常氣壓增加千分之一，我們下降的深度就不會(huì)象在水銀里那樣只下降0.76毫米，而是要下降0.76毫米×10，500，也就是差不多8米。當(dāng)我們?cè)傧陆?米的時(shí)候，壓力又會(huì)增大自己的數(shù)值的千分之一，依此類推①�？傊�，我們無論是在哪個(gè)高度上在人類上升的最高限上也好（22公里），珠穆朗瑪峰的頂上也好（9公里），在海平面上也好都必須下降8米才能使氣壓比原來的數(shù)值增大千分之一。因此，我們就得到這樣一個(gè)關(guān)于空氣壓力隨著深度的增加而增長(zhǎng)的表：

　　在地面上，壓力760毫米=正常氣壓

　　在地面下8米深處的壓力=正常氣壓的1.001倍

　　在地面下2×8米深處的壓力=正常氣壓的（1.001）2倍

　　在地面下3×8米深處的壓力=正常氣壓的（1.001）3倍

　　在地面下4×8米深處的壓力=正常氣壓的（1.001）4倍

　　總而言之，在n×8米深處，大氣的壓力就等于正常壓力的（1.001）n倍，并且在壓力不十分大的時(shí)候，空氣的密度也要增加同樣的倍數(shù)（馬里奧特定律）。

　　根據(jù)小說里的話，地下旅行家所到的深度不過是48公里，所以重力的減小以及同這種減小有關(guān)的空氣重量的減小，都可以不必計(jì)算。

　　現(xiàn)在就可以計(jì)算一下儒勒·凡爾納的地下旅行家在48公里（48，000米）深處所受到的壓力。在我們的式子里

　　這里需要計(jì)算的是（1.001）ⁿ。把1.001自乘6000次是一個(gè)非�？菰锒�且費(fèi)時(shí)的工作。所以我們得利用對(duì)數(shù)。關(guān)于對(duì)數(shù)，拉普拉斯說得很正確①，它能縮短我們的勞動(dòng)，因而增加計(jì)算的人的壽命。用對(duì)數(shù)算的時(shí)候，我們有這樣一個(gè)式子：要求的數(shù)的對(duì)數(shù)等于

6000×log1.001=6000×0.00043=2.6。

　　從對(duì)數(shù)2.6，我們得到了要求的數(shù)等于400。

　　所以在48公里的深處，大氣的壓力是正常氣壓的400倍。實(shí)驗(yàn)告訴我們，在這種壓力下空氣的密度會(huì)增加到原來的315倍。所以我們的地下旅行家說，除了“耳朵痛”以外沒有感到任何不舒服，那是很可懷疑的……在儒勒·凡爾納的小說里，又曾經(jīng)說到人們到過地下更深的地方120公里，甚至325公里。在那些地方空氣的壓力應(yīng)該高到可怕的程度；可是人所能受得住的空氣壓力，是不能超過3-4個(gè)大氣壓的。

　　利用同一個(gè)式子，我們可以計(jì)算在多少深的地方，空氣的密度會(huì)變得象水一樣，也就是說密到原來的770倍。得到的數(shù)字是53公里。但是這個(gè)結(jié)果是不可靠的，因?yàn)樵诟邏合�，氣體的密度已經(jīng)不和壓力成正比。馬里奧特定律只是在不太高的壓力下（一百個(gè)大氣壓以內(nèi)）才是完全正確的。下面是納杰列爾實(shí)驗(yàn)得到的夫于空氣密度的資料。

　　壓力 密度

　　200大氣壓…………………………190

　　400大氣壓…………………………315

　　600大氣壓…………………………387

　　1500大氣壓…………………………513

　　1800大氣壓…………………………540

　　2100大氣壓…………………………564

　　從這張表里可以看出，密度的增加是落在壓力增加的后面的。所以儒勒·凡爾納小說里的科學(xué)家想在達(dá)到某種深度以后，空氣的密度會(huì)比水的還高，那是白費(fèi)心思的。是不會(huì)有這種情況的，因?yàn)榭諝庵挥性?000個(gè)大氣壓下，才能同水一樣密。在這以后，已經(jīng)幾乎不能再壓縮了。要把空氣變成固體，單用壓力而不同時(shí)劇烈降低溫度（零下146度），是不可能的。

　　可是為了公道起見，也需要指出，儒勒·凡爾納的小說是在剛才舉出的那些事實(shí)發(fā)現(xiàn)以前很久出版的。所以這位作者雖然說得不對(duì)，也是可以原諒的。

　　讓我們?cè)儆蒙厦婺莻�(gè)式子來計(jì)算一下，不會(huì)危害在井底工作的人的健康的礦井，最深的應(yīng)該是多深。我們的身體受得住的最大的空氣壓力是3個(gè)大氣壓。把需要求得的礦井的深度用x來代表，我們可以得到這個(gè)方程式：

　　可以用對(duì)數(shù)算出x的數(shù)值。得出的結(jié)果是8.9公里。

　　所以在地面以下大約9公里的深處，人是能不受危害地居住的。

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