חצי הכדור של מגדבורג

ב-8 במאי 1654, בעיר מגדבורג שבגרמניה, הקיסר פרדיננד השלישי ופמלייתו הדגימו ניסוי מרהיב שתכנן וביצע ראש העיר, המדען הגרמני פון גליק. כמה גילופים מהתקופה משקפים את האירוע הזה. זה לגבי ה ההמיספרות של מגדבורג. הניסוי כלל ניסיון להפריד בין שתי חצאי מתכת בקוטר של כ-50 סנטימטרים, המחוברות במגע פשוט, ליצירת כדור אטום, ואגב, לשאוב אוויר החוצה מהכדור באמצעות משאבת ואקום של המצאתו. כדי להקל על האיטום של חצי כדור המתכת או ההמיספרות, מונחת טבעת עור בין משטחי המגע. לכל חצי כדור יש מספר לולאות דרכן ניתן להעביר חבל או שרשרת כך שניתן למשוך אותו לצדדים מנוגדים.

במאמר זה אנו הולכים לספר לכם את כל מה שאתם צריכים לדעת על ניסוי ההמיספרות של מגדבורג וחשיבותו.

חצי הכדור של מגדבורג

מדובר במכשיר שנועד להדגים את קיומם של ואקום ולחץ אטמוספרי. הוא מורכב משתי חצאי כדור חלולים, ואם הם מחוברים זה לזה והאוויר בפנים נמשך, יווצר ואקום פנימי. בתנאים אלה, האטמוספרה מפעילה לחץ על פני השטח החיצוניים, מה שמקשה מאוד על הפרדת הפסולת. למעשה, אלה היו צריכים להיות חזקים מאוד, כי ברגע שהפנים יפונו, הוא היה מסוגל לפרוץ אותם בלחץ אטמוספרי.

ההמיספרות הללו, שנקראו על שם העיר הגרמנית מגדבורג, הם שימשו לביצוע ניסוי מוזר ב-1654. אוטו פון גריקה, ראש העיר ופיזיקאי מקצועי, בנוכחות הבוחר פרדריק וויליאם מברנדנבורג וחברי הפרלמנט של רגנסבורג, תרגל שאיבת אבק בשתי חצאי מתכת.

לְנַסוֹת

בניסיון להפריד ביניהם, קשר חצי כדור אחד לקבוצת סוסים והשני למספר שווה של סוסים, אבל בכיוונים מנוגדים. לאחר ניסיונות רבים ולהפתעת הנוכחים, אי אפשר היה להפריד בין שני חצאי הכדור. האפקט דומה למה שאנו משיגים כאשר אנו מניחים שתי בוכנות ניקוז בתחתית ולוחצים אותן זו כנגד זו. ואקום אינו שלם, אך נדרש כוח רב כדי להפריד ביניהם.

הצופים נדהמו לראות את קבוצות הגברים השונות נמשכות הצידה בכל הכוח ולא מצליחות להפריד בין ההמיספרות. גם לא ניתן היה להפריד ביניהם בתחילה על ידי 16 סוסים, המחולקים לשתי קבוצות של 8 סוסים כל אחת. אחרי עבודה קשה, הם השיגו את מטרתם ועוררו סערה לא קטנה. את ההמיספרות שהרכיבו את הכדורים, שדרשו מאמץ רב כדי להיפתח, ניתן היה להפריד ללא מאמץ פשוט על ידי מתן אפשרות לאוויר להיכנס מחדש אל פנים הכדורים.

בניסוי משנת 2005 עם 16 סוסים בגרנדה, ההמיספרות לא ניתנות להפרדה. זכור שהוואקום שהושג על ידי משאבות Von Guericke של המאה ה-XNUMX היה נמוך מזה שהושג על ידי משאבות הוואקום המודרניות שלנו.

מדוע קשה להפריד בין ההמיספרות של מגדבורג

על החלק הראשון של השאלה, בשלב זה, קל לענות לכל תלמיד תיכון בעל הבנה טובה בפיזיקה. כל דבר על פני כדור הארץ נמצא בים של אוויר כבד, נתון לכוחות נורמליים לפני השטח שלו לכל הכיוונים. באותה הדרך, מתקבלים על ידי ההמיספרה, מבפנים החוצה ובחוץ פנימה. אם פעם אחת ההמיספרות נסגרות ליצירת כדור, כמעט כל האוויר בפנים מוסר והכוח על המשטח החיצוני לוחץ אותן הרבה יותר מהאוויר הפועל כלפי חוץ, ומקשה עליהן להיפרד.

הכוח הנקי שסוחט את שתי ההמיספרות, המופץ בכל הכדור שנוצר, כלומר, בהנחה שהוואקום שהושג בפנים הוא בערך 10% מהאוויר החיצוני, חייבים להתגבר על הכוח שמפריד ביניהם, זה בסדר גודל של שבעה טונות של משקל.

חלק שני של השאלה, מדוע תושבי מגדבורג כל כך מתרשמים? זה קשור להכרת הנוזלים ולהתנהגותם לאורך זמן. אנחנו במאה ה-XNUMX, וחלק חשוב מהקהילה המדעית האמין שאי אפשר ליצור ואקום, "טרור הוואקום", שהיה הגורם לתנועת הנוזלים, שמונע ממנו לקרות.

לכן, על ידי לגימת הנוזל מהכוס דרך קשית, ובכך להסיר חלק מהאוויר שהוא מכיל, האימה שחש הטבע כשהוא ריק גורמת לנוזל לעלות. ברגע ההיסטורי של עריכת ניסויים, מדענים כמו טוריצ'לי נטשו את התיאוריה הזו והראו שהלחץ שמפעילה האטמוספרה, משקל האוויר, לא אימת הוואקום.

הסבר על הניסוי

כדי להבין למה היה עד הקיסר פרדיננד השלישי, עלינו לזכור שחיינו מתרחשים באוקיינוס ​​עצום של אוויר, ולזה, כמו לכל נוזל, יש מסה, ולכן לנפח נתון של אוויר יש משקל המסוגל להפעיל עליו כוח. הוא. אבל הכוחות האלה פועלים יותר מאשר כמו ערימת לבנים המונחת על ראשנו. הדברים קצת יותר מסובכים כי כל חפץ שקוע בים האוויר הזה נתון למערכת של כוחות שנוטים לדחוס אותו, הפועל בכל נקודה על פני השטח שלו. יתר על כן, כוחות אלו מופעלים תמיד בניצב למשטח המדובר.

באופן דומה, אם אוויר סגור במיכל, דפנות המיכל יחוו כוח נורמלי לפני השטח שלו בכל נקודה, מה שיגרום לו להתרחב. כדי להבין את התופעה הזו ביתר פירוט, עלינו לזכור שהאוויר מורכב ממספר רב של מולקולות, שאתה יכול לדמיין ככדורים מיקרוסקופיים שנעים באקראי לכל הכיוונים, מתרסק ומקפיץ את כל מה שנקרה בדרכו. כל אחת מההתנגשויות הקטנות הללו מייצרת כוח קטן שבשילוב עם אינספור הפגיעות שמתרחשות ללא הפסקה בכל שנייה, יכול ליצור לא מעט כוח. ההשפעה נטו של פגיעה מולקולרית קבועה זו היא קבוצה של כוחות נקודתיים הניצבים תמיד למשטח הפגיעה.

אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד עוד על חצי הכדור של מגדבורג ועל המאפיינים שלהם.