8年1654月XNUMX日、ドイツのマクデブルク市で、フェルディナントXNUMX世皇帝とその側近が、市長であるドイツの科学者フォングリックによって設計および実施された壮大な実験を実演しました。 当時のいくつかの彫刻はこの出来事を反映しています。 それはについてです マクデブルク半球。 実験は、直径約50センチメートルのXNUMXつの金属半球を分離し、単純な接触で結合して密封された球を形成し、ついでに、彼自身の発明の真空ポンプで球から空気を送り出すことを試みました。 XNUMXつまたは複数の金属半球のシーリングを容易にするために、革のリングが接触面の間に配置されます。 各半球にはいくつかのループがあり、ロープまたはチェーンを通過させて反対側に引っ張ることができます。
この記事では、マクデブルク半球の実験とその重要性について知っておく必要のあるすべてのことを説明します。
マクデブルク半球
真空と大気圧の存在を実証するために設計された装置です。 それはXNUMXつの中空の半球で構成されており、それらが互いに接続されていて、内部の空気が引き込まれている場合、 内部真空が作成されます。 これらの条件下では、大気が外面に圧力をかけ、破片を分離することが非常に困難になります。 実際、これらは非常に強力である必要がありました。内部が排気されると、大気圧で破裂する可能性があるためです。
これらの半球は、ドイツのマクデブルク市にちなんで名付けられました。 それらは1654年に奇妙な実験を行うために使用されました。 市長でプロの物理学者であるオットーフォンゲリッケは、ブランデンブルクのフリードリヒヴィルヘルム選帝侯とレーゲンスブルク議会の議員の前で、XNUMXつの金属半球に掃除機をかける練習をしました。
実験的
それらを分離する試みで、 一方の半球を馬のグループに結び付け、もう一方の半球を同数の馬に結び付けました、しかし反対方向に。 何度も試みた後、参加者を驚かせた後、球のXNUMXつの半分を分離することは不可能でした。 その効果は、XNUMXつの排水プランジャーを下部に配置し、それらを互いに押し付けたときに達成されるものと似ています。 真空は不完全ですが、それらを分離するには多くの力が必要です。
観客は、男性のさまざまなグループが全力で横に引っ張って半球を分離できなかったのを見て驚いた。 また、最初は16頭の馬で分けることもできず、それぞれ8頭の馬からなるXNUMXつのグループに分けられました。 懸命に働いた後、 彼らは目標を達成し、かなりの騒ぎを引き起こしました。 球を構成する半球は、開くのに多くの労力を必要としましたが、空気を球の内部に再び入れるだけで簡単に分離できました。
グラナダでの2005頭の馬を使った16年の実験では、 半球を分離できませんでした。 XNUMX世紀のフォンゲリッケポンプによって達成された真空は、最新の真空ポンプによって達成されたものよりも低かったことを覚えておいてください。
マクデブルクの半球を分離するのが難しい理由
質問の最初の部分は、この時点で、物理学をよく理解している高校生なら誰でも簡単に答えることができます。 地球の表面上のすべてのものは、あらゆる方向でその表面に垂直な力を受けて、重い空気の海にあります。 同じやり方で、 半球によって、裏返しと外側で受け取られます。 半球を閉じて球を形成すると、内部のほとんどすべての空気が除去され、外面にかかる力が、外向きに作用する空気よりもはるかに強く半球を圧迫し、分離が困難になります。
形成された球全体に分散された、XNUMXつの半球を圧迫する正味の力。 内部で達成される真空が外気の約10％であると仮定すると、 それらを分離する力に打ち勝たなければなりません、それはXNUMXトンの重さのオーダーです。
質問のXNUMX番目の部分、なぜマクデブルクの住民はそれほど感銘を受けたのですか？ それは、流体とその経時的な挙動の知識と関係があります。 私たちはXNUMX世紀にあり、科学界の重要な部分は、流体の動きの原因である「真空テロ」という真空を作り出すことは不可能であり、それが起こらないようにすることは不可能であると信じていました。
ですから、ストローを通してガラスから液体をすすり、そこに含まれる空気の一部を取り除くことによって、それが空のときに自然が感じる恐怖が液体を上昇させます。 実験を行った歴史的な瞬間に、トリチェリのような科学者はこの理論を放棄し、真空の恐怖ではなく、大気によって加えられる圧力、空気の重さを示しました。
実験の説明
フェルディナントXNUMX世皇帝が目撃したことを理解するには、私たちの生活は広大な空気の海で行われていることを覚えておく必要があります。これは、他の流体と同様に質量があるため、一定量の空気には力を加えることができる重量があります。彼。 しかし、これらの力は、私たちの頭に置かれたレンガの山のように機能するだけではありません。 物事はもう少し複雑です この空気の海に沈められたすべてのオブジェクトは、それを圧縮する傾向がある一連の力にさらされるためです、その表面のすべてのポイントで動作します。 さらに、これらの力は常に問題の表面に対して垂直に加えられます。
同様に、空気がコンテナに封入されている場合、そのコンテナの壁はすべての点でその表面に垂直な力を受け、膨張します。 この現象をより詳細に理解するには、空気が多数の分子で構成されていることを覚えておく必要があります。 これは、すべての方向にランダムに移動する微細な球体として想像できます。 そのパスのすべてをクラッシュさせて跳ね返らせます。 これらの小さな衝突のそれぞれが小さな力を生み出し、それが毎秒ノンストップで発生する無数のヒットと組み合わされて、かなりの力を生み出す可能性があります。 この一定の分子衝撃の正味の効果は、衝撃面に常に垂直な一連の点力です。
この情報で、マクデブルク半球とその特徴についてもっと学ぶことができることを願っています。