8. toukokuuta 1654 Saksan Magdeburgin kaupungissa keisari Ferdinand III ja hänen lähipiirinsä esittelivät kaupungin pormestarin, saksalaisen tiedemiehen von Glickin suunnitteleman ja toteuttaman upean kokeen. Useat kaiverrukset ajalta heijastavat tätä tapahtumaa. Kyse on magdeburgin pallonpuoliskot. Kokeessa yritettiin erottaa kaksi halkaisijaltaan noin 50 senttimetriä metallista puolipalloa, jotka yhdistettiin yksinkertaisella kosketuksella, muodostamaan tiivis pallo, ja sattumalta pumppaamaan ilmaa ulos pallosta oman keksintönsä tyhjiöpumpulla. Metallisen pallon tai puolipallojen tiivistämisen helpottamiseksi kontaktipintojen väliin asetetaan nahkarengas. Jokaisella pallonpuoliskolla on useita silmukoita, joiden läpi köysi tai ketju voidaan kuljettaa niin, että se voidaan vetää vastakkaisille puolille.
Tässä artikkelissa kerromme sinulle kaiken, mitä sinun tulee tietää Magdeburgin pallonpuoliskon kokeesta ja sen tärkeydestä.
Magdeburgin pallonpuoliskot
Se on laite, joka on suunniteltu osoittamaan tyhjiön ja ilmakehän paineen olemassaolo. Se koostuu kahdesta ontosta puolipallosta, ja jos ne ovat yhteydessä toisiinsa ja sisällä oleva ilma vedetään, syntyy sisäinen tyhjiö. Näissä olosuhteissa ilmakehä kohdistaa painetta ulkopintaan, mikä tekee roskien erottamisen erittäin vaikeaksi. Itse asiassa näiden piti olla erittäin vahvoja, koska kun sisätila oli evakuoitu, se pystyi räjäyttämään ne ilmakehän paineessa.
Nämä pallonpuoliskot, jotka on nimetty saksalaisen Magdeburgin kaupungin mukaan, niitä käytettiin oudon kokeen suorittamiseen vuonna 1654. Kaupungin pormestari ja ammattifyysikko Otto von Guericke harjoitteli imurointia kahdella metallipuoliskolla Brandenburgin vaaliruhtinas Frederick Williamin ja Regensburgin parlamentin jäsenten läsnä ollessa.
Experimento
Yrittääkseen erottaa heidät, sitoi toisen pallonpuoliskon hevosryhmään ja toisen samaan määrään hevosia, mutta vastakkaisiin suuntiin. Lukuisten yritysten jälkeen ja osallistujien yllätykseksi palloa oli mahdotonta erottaa toisistaan. Vaikutus on samanlainen kuin saavutamme, kun asetamme pohjalle kaksi tyhjennysmäntää ja painamme ne toisiaan vasten. Tyhjiö on epätäydellinen, mutta niiden erottaminen vaatii paljon voimaa.
Katsojat hämmästyivät nähdessään eri miesten ryhmien vetäytyvän sivusuunnassa kaikin voimin eivätkä pystyneet erottamaan pallonpuoliskoja. Niitä ei myöskään alun perin voitu erottaa 16 hevosella, jotka jaettiin kahteen 8 hevosen ryhmään. Kovan työn jälkeen, he saavuttivat tavoitteensa ja aiheuttivat melkoisen kohun. Pallot muodostavat pallonpuoliskot, joiden avaaminen vaati paljon vaivaa, voitiin erottaa vaivattomasti yksinkertaisesti antamalla ilman päästä takaisin pallojen sisälle.
Vuonna 2005 Granadassa tehdyssä kokeessa 16 hevosella puolipalloja ei voitu erottaa toisistaan. Muista, että XNUMX-luvun Von Guericke -pumppujen alipaine oli pienempi kuin nykyaikaisten tyhjiöpumppujemme.
Miksi Magdeburgin pallonpuoliskot on vaikea erottaa toisistaan?
Kysymyksen ensimmäiseen osaan, tässä vaiheessa, on helppo vastata jokaisen lukiolaisen, jolla on hyvä ymmärrys fysiikasta. Kaikki maan pinnalla on raskaan ilman meressä, joka on alttiina sen pintaan normaaleille voimille kaikkiin suuntiin. Samalla tavalla, pallonpuolisko vastaanottaa ne sisältä ulos ja ulkoa sisään. Jos puolipallot kerran suljetaan pallon muodostamiseksi, lähes kaikki sisällä oleva ilma poistuu ja ulkopinnan voima painaa niitä paljon enemmän kuin ulospäin vaikuttava ilma, mikä vaikeuttaa niiden irtoamista.
Nettovoima, joka puristaa kahta pallonpuoliskoa jakautuneena koko muodostuneelle pallolle, eli oletetaan, että sisällä saavutettu tyhjiö on noin 10 % ulkoilmasta, on voitettava voima, joka erottaa ne, sen paino on seitsemän tonnia.
Kysymyksen toinen osa, miksi Magdeburgin asukkaat ovat niin vaikuttuneita? Se liittyy nesteiden tuntemiseen ja niiden käyttäytymiseen ajan myötä. Elämme XNUMX-luvulla, ja tärkeä osa tiedeyhteisöä uskoi, että oli mahdotonta luoda tyhjiötä, "tyhjiöterroria", joka oli syynä nesteiden liikkeelle ja esti sitä tapahtumasta.
Joten siemailemalla nestettä lasista pilin läpi ja siten poistamalla osan sen sisältämästä ilmasta, kauhu, jota luonto tuntee sen ollessa tyhjä, saa nesteen nousemaan. Kokeiden suorittamisen historiallisella hetkellä Torricellin kaltaiset tutkijat hylkäsivät tämän teorian ja osoittivat, että ilmakehän kohdistama paine, ilman paino, ei tyhjiön kauhu.
Kokeen selitys
Ymmärtääksemme, mitä keisari Ferdinand III näki, meidän on muistettava, että elämämme tapahtuu laajassa ilmameressä, ja tällä, kuten kaikilla nesteillä, on massa, joten tietyllä ilmatilavuudella on paino, joka pystyy kohdistamaan siihen voiman. hän. Mutta nämä voimat toimivat enemmän kuin kuin päämme päälle asetettu tiilikasa. Asiat ovat vähän monimutkaisempia koska kaikkiin tähän ilmamereen upotettuihin esineisiin kohdistuu joukko voimia, jotka pyrkivät puristamaan sitä, joka toimii sen pinnan jokaisessa kohdassa. Lisäksi nämä voimat kohdistuvat aina kohtisuoraan kyseiseen pintaan nähden.
Samoin, jos ilmaa suljetaan säiliöön, sen seinämiin kohdistuu joka pisteessä sen pintaan nähden kohtisuora voima, jolloin se laajenee. Ymmärtääksemme tätä ilmiötä yksityiskohtaisemmin, meidän on muistettava, että ilma koostuu suuresta määrästä molekyylejä, joita voit kuvitella mikroskooppisina palloina, jotka liikkuvat satunnaisesti kaikkiin suuntiin, kaatuu ja pomppii kaiken tielleen. Jokainen näistä pienistä törmäyksistä tuottaa pienen voiman, joka yhdistettynä lukemattomiin osumiin, joita tapahtuu taukoamatta joka sekunti, voi luoda melkoisen voiman. Tämän jatkuvan molekyyliiskun nettovaikutus on joukko pistevoimia, jotka ovat aina kohtisuorassa iskupintaan nähden.
Toivon, että näiden tietojen avulla voit oppia lisää Magdeburgin pallonpuoliskosta ja niiden ominaisuuksista.