El 8 de maig de 1654, a la ciutat alemanya de Magdeburg, l'emperador Ferran III i el seu seguici van demostrar un espectacular experiment dissenyat i dut a terme per l'alcalde de la ciutat, el científic alemany von Glick. Diverses talles de l'època reflecteixen aquest esdeveniment. Es tracta dels hemisferis de Magdeburg. L'experiment consistia a intentar separar dos hemisferis metàl·lics d'uns 50 centímetres de diàmetre, units per simple contacte, per formar una esfera segellada, i de passada, bombar aire fora de l'esfera amb una bomba de buit de la seva invenció. Per facilitar el segellat de la semiesfera o semiesferes metàl·liques, es col·loca un anell de cuir entre les superfícies de contacte. Cada hemisferi té diversos bucles a través dels quals es pot passar una corda o cadena perquè es pugui llençar cap a costats oposats.
En aquest article t'explicarem tot el que has de saber sobre l'experiment dels hemisferis de Magdeburg i quina importància té.
Hemisferis de Magdeburg
És un dispositiu dissenyat per demostrar l'existència d'un buit i de pressió atmosfèrica. Consisteix en dos hemisferis buits, i si estan connectats entre si i s'extreu l'aire de l'interior, es crearà un buit intern. En aquestes condicions, l'atmosfera exerceix pressió sobre la superfície exterior, cosa que dificulta molt la separació de les runes. De fet, aquests havien de ser molt forts, perquè un cop evacuat l'interior seria capaç de rebentar-los a la pressió atmosfèrica.
Aquests hemisferis, anomenats així per la ciutat alemanya de Magdeburg, es van utilitzar per fer un estrany experiment el 1654. Otto von Guericke, alcalde de la ciutat i físic professional, en presència de l'elector Federico Guillermo de Brandenburg i membres del Parlament de Ratisbona, va practicar el buit sobre dos hemisferis metàl·lics.
experiment
En un intent per separar-los, va lligar un hemisferi a un grup de cavalls i l'altre a igual nombre de cavalls, però en adreces oposades. Després de nombrosos intents i davant de la sorpresa dels assistents, va ser impossible separar les dues meitats de l'esfera. L'efecte és similar al que aconseguim quan col·loquem dos desembussadors de conductes a la part inferior i els pressionem un contra l'altre. Un buit és incomplet, però cal molta força per separar-los.
Els espectadors van quedar impressionats en veure els diferents grups d'homes tirant cap als costats amb totes les forces i sense aconseguir separar els hemisferis. Tampoc podien estar separats inicialment per 16 cavalls, dividits en dos grups de 8 cavalls cadascun. Després d'un ardu treball, van aconseguir el seu objectiu i van causar un gran enrenou. Els hemisferis que formaven les esferes, que requerien molt d'esforç per obrir-se, podien separar-se sense esforç, permetent que l'aire tornés a entrar a l'interior de les esferes.
En un experiment del 2005 amb 16 cavalls a Granada, no es van poder separar els hemisferis. Cal tenir en compte que el buit que aconseguien les bombes Von Guericke del segle XVII era inferior al que aconseguien les nostres modernes bombes de buit.
Per què costa separar els hemisferis de Magdeburg
La primera part de la pregunta, en aquest punt, és fàcil de respondre a qualsevol estudiant de secundària amb una bona comprensió de la física. Tot a la superfície de la Terra està en un mar d'aire pesat, subjecte a forces normals a la superfície en totes les direccions. De la mateixa manera, són rebuts per l'hemisferi, de dins cap a fora i de fora cap a dins. Si un cop els hemisferis es tanquen per formar una esfera, s'elimina gairebé tot l'aire de l'interior i la força a la superfície exterior els pressiona molt més que l'aire que actua cap a l'exterior, cosa que en dificulta la separació.
La força neta que estreny els dos hemisferis, distribuïda per tota l'esfera formada, és a dir, suposant que el buit aconseguit a l'interior és aproximadament el 10% de l'aire exterior, ha de vèncer la força que els separa, és de lordre de set tones de pes.
Segona part de la pregunta, per què els residents de Magdeburg estan tan impressionats? Té relació amb el coneixement dels fluids i el seu comportament en el temps. Som al segle XVII, i en una part important de la comunitat científica es creia que era impossible crear un buit, el “terror del buit”, que era la causa del moviment dels fluids, impedint que passés.
Aleshores, en xuclar el líquid del got amb una palleta, eliminant així part de l'aire que conté, l'horror que sent la naturalesa quan és buit fa que el líquid pugi. En el moment històric de fer experiments, científics com Torricelli van abandonar aquesta teoria i van demostrar que la pressió que exerceix l'atmosfera, el pes de l'aire, no pas l'horror del buit.
Explicació de lexperiment
Per entendre el que va presenciar l'emperador Ferran III, hem de recordar que la nostra vida transcorre en un vast oceà d'aire, i aquest, com qualsevol fluid, té massa, per això un determinat volum d'aire té un pes capaç d'exercir una força sobre ell. Però aquestes forces actuen més que com un munt de maons col·locats sobre els nostres caps. Les coses són una mica més complicades, perquè tot objecte submergit en aquest mar d'aire està sotmès a un conjunt de forces que tendeixen a comprimir-lo, actuant a cada punt de la seva superfície. A més, aquestes forces s'apliquen sempre de manera perpendicular a la superfície en qüestió.
Així mateix, si es tanca aire en un recipient, les parets d'aquest recipient experimentaran una força normal a la superfície en cada punt, cosa que farà que s'expandeixi. Per comprendre aquest fenomen amb més detall, cal recordar que l'aire està format per una gran quantitat de molècules, que pots imaginar com a esferes microscòpiques que es mouen aleatòriament en totes direccions, xocant i rebotant en tot el que es troba al seu camí. Cadascuna d'aquestes petites col·lisions produeix una petita força que, combinada amb els innombrables cops que ocorren ininterrompudament cada segon, pot crear força. Lefecte net daquest impacte molecular constant és un conjunt de forces puntuals que sempre són perpendiculars a la superfície dimpacte.
Espero que amb aquesta informació pugueu conèixer més sobre els hemisferis de Magdeburg i les seves característiques.