帕斯卡发明的“大力士”

汽车抛锚了,必须把预备的车轮换上才能继续前进,这么沉的汽车如何腾空呢?旅客心里好发愁。

只见驾驶员不慌不忙地从工具箱中拿出一个带底板的小铁桶,底板上装有一个手柄。司机用铁桶顶部顶住车轮连轴,用手上下推压手柄,不几下,大家惊讶地看到,沉重的汽车竟然在司机轻描淡写的几下动作里慢慢地抬起头来。司机顺利换好车轮,请旅客登上汽车,平稳地向目的地驶去。

其实司机所用的这种工具称为千斤顶,别说千斤,即使万斤的重物, 它也能顶起来,真是少有的大力士。它的发明得归功于帕斯卡发现的帕斯卡定律:加在密闭容器中的液体上任何一部分的压强,必然按原来的大小向各个方向传递。根据这个道理,人们设计了如下图的连通器。连通器两个端面有不同表面积,这时若在 S1 上加压力 F1,S2 上将同时获得 F2 的作用力:根据帕斯卡定律,在 S1、S2 两端,液体的压强相等,即

F1 = F2 . S1 S2

如果 S2 远大于 S1,则 F2 也将远大于 F1,因此只要在小活塞 S1 上加点力,就能顶起大活塞上很重的重物。

千斤顶正是根据连通器原理制成的,它的结构如图所示。使用时先把油阀关闭,使大活塞下面的小油泵与储油腔隔开,油泵与储油腔用一个只能从储油腔导向小油泵的单向阀相联通,小油泵与大油泵也用一个只能从小油泵导向大油泵的单向阀导通。这样当手柄抬起时,小油泵上端的小活塞向上抬起,油即从储油腔流向小油泵,手柄下压时,小油泵中的油又被压向大油泵,把大活塞顶起,这样只要上下来回推压手柄,大活塞上端的重物就会被顶起了。而要放下重物时,只要把油阀打开,让油流回储油腔中就可以了。

帕斯卡死于 1662 年 8 月 19 日,他发现的帕斯卡定律终于使千斤顶大力士一显身手,成为人类的好朋友。