Στις 8 Μαΐου 1654, στη γερμανική πόλη του Μαγδεμβούργου, ο αυτοκράτορας Φερδινάνδος Γ' και η συνοδεία του παρουσίασαν ένα θεαματικό πείραμα που σχεδίασε και πραγματοποίησε ο δήμαρχος της πόλης, ο Γερμανός επιστήμονας φον Γκλικ. Αρκετά γλυπτά από την εποχή αντικατοπτρίζουν αυτό το γεγονός. Πρόκειται για το ημισφαίρια του Μαγδεμβούργου. Το πείραμα συνίστατο στην προσπάθεια διαχωρισμού δύο μεταλλικών ημισφαιρίων διαμέτρου περίπου 50 εκατοστών, ενωμένα με απλή επαφή, για να σχηματίσουν μια σφραγισμένη σφαίρα, και παρεμπιπτόντως, να αντλήσει αέρα από τη σφαίρα με μια αντλία κενού της δικής του εφεύρεσης. Για να διευκολυνθεί η σφράγιση του μεταλλικού ημισφαιρίου ή των ημισφαιρίων, τοποθετείται ένας δερμάτινος δακτύλιος μεταξύ των επιφανειών επαφής. Κάθε ημισφαίριο έχει αρκετούς βρόχους μέσα από τους οποίους μπορεί να περάσει ένα σχοινί ή αλυσίδα ώστε να μπορεί να τραβηχτεί σε αντίθετες πλευρές.
Σε αυτό το άρθρο θα σας πούμε όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για το πείραμα των ημισφαιρίων του Μαγδεμβούργου και τη σημασία του.
Ημισφαίρια του Μαγδεμβούργου
Είναι μια συσκευή σχεδιασμένη να αποδεικνύει την ύπαρξη κενού και ατμοσφαιρικής πίεσης. Αποτελείται από δύο κούφια ημισφαίρια, και αν συνδέονται μεταξύ τους και ο αέρας στο εσωτερικό τραβιέται, θα δημιουργηθεί ένα εσωτερικό κενό. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, η ατμόσφαιρα ασκεί πίεση στην εξωτερική επιφάνεια, καθιστώντας πολύ δύσκολο τον διαχωρισμό των συντριμμιών. Στην πραγματικότητα, αυτά έπρεπε να είναι πολύ ισχυρά, γιατί μόλις εκκενωθεί το εσωτερικό, θα μπορούσε να τα σκάσει σε ατμοσφαιρική πίεση.
Αυτά τα ημισφαίρια, που πήραν το όνομά τους από τη γερμανική πόλη του Μαγδεμβούργου, χρησιμοποιήθηκαν για να εκτελέσουν ένα περίεργο πείραμα το 1654. Ο Otto von Guericke, δήμαρχος της πόλης και επαγγελματίας φυσικός, παρουσία του εκλέκτορα Frederick William του Βραδεμβούργου και μελών του Κοινοβουλίου του Regensburg, εξασκήθηκε στην ηλεκτρική σκούπα σε δύο μεταλλικά ημισφαίρια.
Πειραματιστείτε
Σε μια προσπάθεια να τους χωρίσουν, έδεσε το ένα ημισφαίριο σε μια ομάδα αλόγων και το άλλο σε ισάριθμα άλογα, αλλά σε αντίθετες κατευθύνσεις. Μετά από πολλές προσπάθειες και προς έκπληξη των παρευρισκομένων, ήταν αδύνατο να διαχωριστούν τα δύο μισά της σφαίρας. Το αποτέλεσμα είναι παρόμοιο με αυτό που επιτυγχάνουμε όταν τοποθετούμε δύο έμβολα αποστράγγισης στο κάτω μέρος και τα πιέζουμε το ένα πάνω στο άλλο. Το κενό είναι ατελές, αλλά χρειάζεται πολλή δύναμη για να τα διαχωριστούν.
Οι θεατές έμειναν έκπληκτοι βλέποντας τις διάφορες ομάδες ανδρών να τραβούν στο πλάι με όλη τους τη δύναμη και να αποτυγχάνουν να χωρίσουν τα ημισφαίρια. Επίσης δεν μπορούσαν αρχικά να χωριστούν με 16 άλογα, χωρισμένα σε δύο ομάδες των 8 αλόγων η καθεμία. Μετά από σκληρή δουλειά, πέτυχαν τον στόχο τους και προκάλεσαν μεγάλη αναταραχή. Τα ημισφαίρια που αποτελούσαν τις σφαίρες, που απαιτούσαν πολλή προσπάθεια για να ανοίξουν, μπορούσαν να διαχωριστούν αβίαστα απλά επιτρέποντας στον αέρα να εισέλθει ξανά στο εσωτερικό των σφαιρών.
Σε ένα πείραμα του 2005 με 16 άλογα στη Γρανάδα, τα ημισφαίρια δεν μπορούσαν να διαχωριστούν. Λάβετε υπόψη ότι το κενό που επιτεύχθηκε από τις αντλίες Von Guericke του XNUMXου αιώνα ήταν χαμηλότερο από αυτό που επιτεύχθηκε από τις σύγχρονες αντλίες κενού μας.
Γιατί είναι δύσκολο να διαχωριστούν τα ημισφαίρια του Μαγδεμβούργου
Το πρώτο μέρος της ερώτησης, σε αυτό το σημείο, είναι εύκολο να απαντήσει κάθε μαθητής λυκείου με καλή κατανόηση της φυσικής. Τα πάντα στην επιφάνεια της Γης βρίσκονται σε μια θάλασσα βαρύ αέρα, υπόκεινται σε δυνάμεις κάθετες στην επιφάνειά της προς όλες τις κατευθύνσεις. Με τον ίδιο τρόπο, λαμβάνονται από το ημισφαίριο, μέσα προς τα έξω και έξω προς τα μέσα. Εάν μόλις κλείσουν τα ημισφαίρια για να σχηματίσουν μια σφαίρα, αφαιρείται σχεδόν όλος ο αέρας μέσα και η δύναμη στην εξωτερική επιφάνεια τα πιέζει πολύ περισσότερο από τον αέρα που ενεργεί προς τα έξω, καθιστώντας δύσκολο τον διαχωρισμό τους.
Η καθαρή δύναμη που πιέζει τα δύο ημισφαίρια, κατανεμημένη σε όλη τη σχηματισμένη σφαίρα, δηλαδή υποθέτοντας ότι το κενό που επιτυγχάνεται στο εσωτερικό είναι περίπου το 10% του εξωτερικού αέρα, πρέπει να ξεπεράσει τη δύναμη που τους χωρίζει, είναι της τάξης των επτά τόνων βάρους.
Δεύτερο μέρος της ερώτησης, γιατί είναι τόσο εντυπωσιασμένοι οι κάτοικοι του Μαγδεμβούργου; Έχει να κάνει με τη γνώση των υγρών και τη συμπεριφορά τους στο χρόνο. Βρισκόμαστε στον XNUMXο αιώνα και ένα σημαντικό μέρος της επιστημονικής κοινότητας πίστευε ότι ήταν αδύνατο να δημιουργηθεί ένα κενό, ο «τρόμος του κενού», που ήταν η αιτία της κίνησης των υγρών, εμποδίζοντάς το να συμβεί.
Έτσι, πίνοντας το υγρό από το ποτήρι μέσα από ένα καλαμάκι, αφαιρώντας έτσι λίγο από τον αέρα που περιέχει, η φρίκη που νιώθει η φύση όταν είναι άδειο προκαλεί την ανύψωση του υγρού. Στην ιστορική στιγμή της διεξαγωγής των πειραμάτων, επιστήμονες όπως ο Torricelli εγκατέλειψαν αυτή τη θεωρία και έδειξαν ότι η πίεση που ασκεί η ατμόσφαιρα, το βάρος του αέρα, όχι η φρίκη του κενού.
Επεξήγηση του πειράματος
Για να καταλάβουμε τι είδε ο αυτοκράτορας Φερδινάνδος Γ΄, πρέπει να θυμόμαστε ότι οι ζωές μας διαδραματίζονται σε έναν απέραντο ωκεανό αέρα, και αυτός, όπως κάθε ρευστό, έχει μάζα, επομένως ένας δεδομένος όγκος αέρα έχει ένα βάρος ικανό να ασκήσει δύναμη πάνω του. αυτός. Αλλά αυτές οι δυνάμεις δρουν κάτι περισσότερο από ένα σωρό από τούβλα που τοποθετούνται στο κεφάλι μας. Τα πράγματα είναι λίγο πιο περίπλοκα γιατί κάθε αντικείμενο που βυθίζεται σε αυτή τη θάλασσα του αέρα υπόκειται σε ένα σύνολο δυνάμεων που τείνουν να το συμπιέσουν, ενεργώντας σε κάθε σημείο της επιφάνειάς του. Επιπλέον, αυτές οι δυνάμεις εφαρμόζονται πάντα κάθετα στην εν λόγω επιφάνεια.
Ομοίως, εάν ο αέρας είναι εγκλεισμένος σε ένα δοχείο, τα τοιχώματα αυτού του δοχείου θα δέχονται μια δύναμη κάθετη προς την επιφάνειά του σε κάθε σημείο, προκαλώντας τη διαστολή του. Για να κατανοήσουμε αυτό το φαινόμενο με περισσότερες λεπτομέρειες, πρέπει να θυμόμαστε ότι ο αέρας αποτελείται από μεγάλο αριθμό μορίων, που μπορείτε να φανταστείτε ως μικροσκοπικές σφαίρες που κινούνται τυχαία προς όλες τις κατευθύνσεις, συντρίβεται και αναπηδά τα πάντα στο πέρασμά του. Κάθε μία από αυτές τις μικρές συγκρούσεις παράγει μια μικρή δύναμη η οποία, σε συνδυασμό με τα αμέτρητα χτυπήματα που γίνονται ασταμάτητα κάθε δευτερόλεπτο, μπορεί να δημιουργήσει αρκετή δύναμη. Το καθαρό αποτέλεσμα αυτής της σταθερής μοριακής κρούσης είναι ένα σύνολο σημειακών δυνάμεων που είναι πάντα κάθετες στην επιφάνεια κρούσης.
Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για τα ημισφαίρια του Μαγδεμβούργου και τα χαρακτηριστικά τους.