8. május 1654-án a németországi Magdeburg városában III. Ferdinánd császár és kísérete egy látványos kísérletet mutatott be, amelyet a város polgármestere, von Glick német tudós tervezett és végzett. Számos korabeli faragvány tükrözi ezt az eseményt. Arról van szó magdeburgi féltekék. A kísérlet abból állt, hogy megpróbáltak szétválasztani két, egyszerű érintkezéssel összekapcsolt, körülbelül 50 centiméter átmérőjű fém félgömböt, hogy lezárt gömböt alkossanak, és mellesleg saját találmánya szerinti vákuumszivattyúval levegőt pumpáltak ki a gömbből. A fém félgömb vagy félgömbök tömítésének megkönnyítése érdekében az érintkezési felületek közé bőrgyűrűt helyeznek. Mindegyik féltekén több hurok van, amelyeken keresztül egy kötelet vagy láncot lehet átvezetni, így az ellenkező oldalra húzható.
Ebben a cikkben mindent elmondunk, amit a Magdeburgi féltekék kísérletről és annak fontosságáról tudni kell.
Magdeburgi féltekék
Ez egy olyan eszköz, amely a vákuum és a légköri nyomás létezésének bizonyítására szolgál. Két üreges félgömbből áll, és ha össze vannak kötve egymással, és a benne lévő levegőt felszívják, belső vákuum jön létre. Ilyen körülmények között a légkör nyomást gyakorol a külső felületre, ami nagyon megnehezíti a törmelék szétválasztását. Valójában ezeknek nagyon erősnek kellett lenniük, mert ha egyszer kiürítik a belső teret, akkor légköri nyomáson képes volt szétrobbantani őket.
Ezek a félgömbök, amelyeket a német Magdeburg városról neveztek el, furcsa kísérlet végrehajtására használták őket 1654-ben. Otto von Guericke, a város polgármestere és hivatásos fizikus Frigyes Vilmos brandenburgi választófejedelem és a regensburgi parlament tagjai jelenlétében két fém félgömbön gyakorolta a porszívózást.
Kísérlet
Hogy megkísérelje szétválasztani őket, az egyik féltekét egy csoport lóhoz, a másikat pedig azonos számú lóhoz kötötte, de ellenkező irányba. Számos próbálkozás után és a jelenlévők meglepetésére lehetetlen volt a gömb két felét szétválasztani. A hatás hasonló ahhoz, amit akkor érünk el, ha két leeresztő dugattyút helyezünk az aljára, és egymáshoz nyomjuk őket. A vákuum nem teljes, de nagy erőre van szükség a szétválasztásukhoz.
A nézők elképedve látták, hogy a férfiak különböző csoportjai teljes erejükből oldalra húzódnak, és nem tudják szétválasztani a féltekéket. Ugyancsak kezdetben nem lehetett őket 16 lóval elválasztani, két, egyenként 8 lós csoportra osztva. Kemény munka után, elérték céljukat és nagy feltűnést keltettek. A gömböket alkotó félgömbök, amelyek kinyitása sok erőfeszítést igényelt, könnyedén szétválasztható volt, pusztán azáltal, hogy levegőt engedünk vissza a gömbök belsejébe.
Egy 2005-ös, 16 lóval végzett kísérletben Granadában, féltekéket nem lehetett szétválasztani. Ne feledje, hogy a XNUMX. századi Von Guericke szivattyúk által elért vákuum alacsonyabb volt, mint a modern vákuumszivattyúink által elért vákuum.
Miért nehéz szétválasztani Magdeburg féltekéit
A kérdés első részére ezen a ponton minden fizikához jól értő középiskolás diák könnyen válaszolhat. A Föld felszínén minden nehézlevegő-tengerben van, minden irányban a felszínével megegyező erőhatásoknak van kitéve. Ugyanúgy, a félteke fogadja, belülről kifelé és kívülről befelé. Ha egyszer a félgömbök összezáródnak, és gömböt alkotnak, akkor szinte az összes levegő távozik a belsejéből, és a külső felületre ható erő sokkal jobban nyomja őket, mint a kifelé ható levegő, ami megnehezíti az elválasztásukat.
A két féltekét összeszorító nettó erő, amely a kialakult gömbben eloszlik, azaz feltételezve, hogy a benti vákuum a külső levegő körülbelül 10%-a, le kell győznie az őket elválasztó erőt, ez hét tonna súlyú.
A kérdés második része, hogy miért vannak annyira lenyűgözve Magdeburg lakosai? Ez a folyadékok ismeretéhez és időbeli viselkedésükhöz kapcsolódik. A XNUMX. században járunk, és a tudományos közösség jelentős része úgy gondolta, hogy lehetetlen vákuumot, a "vákuumterrort" létrehozni, amely a folyadékok mozgásának okozója, megakadályozva azt.
Tehát, ha egy szívószálon keresztül kortyolgatja a folyadékot az üvegből, így eltávolítja a benne lévő levegő egy részét, az a borzalom, amelyet a természet érez, amikor az üres, felemeli a folyadékot. A kísérletek végzésének történelmi pillanatában az olyan tudósok, mint Torricelli, feladták ezt az elméletet, és kimutatták, hogy a légkör által kifejtett nyomás, a levegő súlya, nem pedig a vákuum réme.
A kísérlet magyarázata
Ahhoz, hogy megértsük, minek volt III. Ferdinánd császár szemtanúja, emlékeznünk kell arra, hogy életünk egy hatalmas légóceánban zajlik, és ennek is, mint minden folyadéknak, van tömege, tehát egy adott térfogatú levegőnek olyan súlya van, amely képes erőt kifejteni rá. ő. De ezek az erők nem úgy hatnak, mint egy téglahalom, amelyet a fejünkre raknak. A dolgok egy kicsit bonyolultabbak mert minden ebben a levegőtengerben elmerült tárgy olyan erőknek van kitéve, amelyek hajlamosak összenyomni, felületének minden pontján hat. Ezenkívül ezeket az erőket mindig a kérdéses felületre merőlegesen fejtik ki.
Hasonlóképpen, ha levegő van egy tartályba zárva, a tartály falai minden ponton a felületére merőleges erőt fognak kifejteni, ami kitágul. A jelenség részletesebb megértéséhez emlékeznünk kell arra, hogy a levegő nagyszámú molekulából áll, amelyeket mikroszkopikus gömbökként képzelhet el, amelyek véletlenszerűen mozognak minden irányba, összeomlik és visszapattan mindent, ami az útjába kerül. Ezen kis ütközések mindegyike kis erőt hoz létre, amely a másodpercenként megállás nélkül előforduló számtalan ütéssel kombinálva meglehetősen kis erőt tud létrehozni. Ennek az állandó molekuláris ütközésnek a nettó hatása olyan ponterők halmaza, amelyek mindig merőlegesek az ütközési felületre.
Remélem, hogy ezen információk birtokában többet megtudhat a magdeburgi féltekékről és jellemzőikről.