8 m. gegužės 1654 d. Vokietijos mieste Magdeburge imperatorius Ferdinandas III su aplinka pademonstravo įspūdingą eksperimentą, kurį sukūrė ir atliko miesto meras vokiečių mokslininkas von Glickas. Šį įvykį atspindi keli to meto raižiniai. Tai apie magdeburgo pusrutuliai. Eksperimentą sudarė bandymas atskirti du maždaug 50 centimetrų skersmens metalinius pusrutulius, sujungtus paprastu kontaktu, kad susidarytų sandari sfera, ir, beje, iš sferos išpumpuoti orą jo paties išrasta vakuuminiu siurbliu. Siekiant palengvinti metalinio pusrutulio ar pusrutulių sandarinimą, tarp kontaktinių paviršių įdedamas odinis žiedas. Kiekvienas pusrutulis turi keletą kilpų, per kurias galima pervesti virvę ar grandinę, kad ją būtų galima ištraukti į priešingas puses.
Šiame straipsnyje mes jums pasakysime viską, ką reikia žinoti apie Magdeburgo pusrutulių eksperimentą ir jo svarbą.
Magdeburgo pusrutuliai
Tai prietaisas, skirtas parodyti vakuumo ir atmosferos slėgio buvimą. Jį sudaro du tuščiaviduriai pusrutuliai, o jei jie yra sujungti vienas su kitu ir viduje traukiamas oras, bus sukurtas vidinis vakuumas. Tokiomis sąlygomis atmosfera daro spaudimą išoriniam paviršiui, todėl labai sunku atskirti šiukšles. Tiesą sakant, jie turėjo būti labai tvirti, nes ištuštėjus vidų, esant atmosferos slėgiui, jie gali juos susprogdinti.
Šie pusrutuliai, pavadinti Vokietijos miesto Magdeburgo vardu, jie buvo naudojami keistam eksperimentui atlikti 1654 m. Otto von Guericke, miesto meras ir profesionalus fizikas, dalyvaujant Brandenburgo kurfiurstui Frederickui Williamui ir Regensburgo parlamento nariams, praktikavo siurbimą ant dviejų metalinių pusrutulių.
Eksperimentuokite
Bandydamas juos atskirti, vieną pusrutulį pririšo prie arklių grupės, o kitą – prie vienodo skaičiaus arklių, bet priešingomis kryptimis. Po daugybės bandymų ir dalyvių nuostabai dviejų sferos pusių atskirti buvo neįmanoma. Poveikis panašus į tai, ką pasiekiame, kai apačioje padedame du nutekėjimo stūmoklius ir prispaudžiame juos vienas prie kito. Vakuumas nėra pilnas, tačiau norint juos atskirti, reikia daug jėgos.
Žiūrovai nustebo pamatę skirtingas vyrų grupes, kurios iš visų jėgų traukia į šoną ir nesugeba atskirti pusrutulių. Jų taip pat iš pradžių negalėjo atskirti 16 arklių, suskirstytų į dvi grupes po 8 arklius. Po sunkaus darbo, jie pasiekė savo tikslą ir sukėlė nemažą ažiotažą. Pusrutuliai, sudarantys sferas, kuriems atidaryti reikėjo daug pastangų, gali būti be vargo atskirti tiesiog leidžiant orui vėl patekti į sferų vidų.
2005 m. Granadoje atliktas eksperimentas su 16 arklių, pusrutuliai negalėjo būti atskirti. Atminkite, kad XNUMX-ojo amžiaus Von Guericke siurblių vakuumas buvo mažesnis nei mūsų šiuolaikinių vakuuminių siurblių.
Kodėl sunku atskirti Magdeburgo pusrutulius
Į pirmąją klausimo dalį šiuo metu nesunku atsakyti bet kuris vidurinės mokyklos mokinys, gerai išmanantis fiziką. Viskas, kas yra Žemės paviršiuje, yra sunkaus oro jūroje, kuri visomis kryptimis veikia normaliomis jėgomis. Tuo pačiu būdu, juos priima pusrutulis, viduje ir išorėje. Jei vieną kartą pusrutuliai uždaromi, kad susidarytų rutulys, beveik visas viduje esantis oras pašalinamas ir išorinį paviršių veikianti jėga juos spaudžia daug labiau nei oras, veikiantis į išorę, todėl jiems sunku atsiskirti.
Grynoji jėga, suspaudžianti du pusrutulius, paskirstyta visoje suformuotoje sferoje, ty darant prielaidą, kad viduje pasiekiamas vakuumas sudaro apie 10 % lauko oro, turi įveikti juos skiriančią jėgą, jos svoris yra maždaug septynios tonos.
Antra klausimo dalis, kodėl Magdeburgo gyventojai taip sužavėti? Tai susiję su žiniomis apie skysčius ir jų elgesį laikui bėgant. Esame XVII amžiuje, ir svarbi mokslo bendruomenės dalis manė, kad neįmanoma sukurti vakuumo, „vakuuminio teroro“, kuris buvo skysčių judėjimo priežastis, neleidžianti jam įvykti.
Taigi, siurbiant skystį iš stiklo per šiaudelį, taip pašalinant dalį jame esančio oro, siaubas, kurį gamta jaučia, kai ji tuščia, priverčia skystį pakilti. Istoriniu eksperimentų momentu mokslininkai, tokie kaip Torricelli, atsisakė šios teorijos ir parodė, kad atmosferos daromas slėgis, oro svoris, o ne vakuumo siaubas.
Eksperimento paaiškinimas
Kad suprastume, ką matė imperatorius Ferdinandas III, turime atsiminti, kad mūsų gyvenimas vyksta didžiuliame oro vandenyne ir šis, kaip ir bet kuris skystis, turi masę, todėl tam tikras oro tūris turi svorį, galintį paveikti jėgą. jis. Tačiau šios jėgos veikia daugiau nei kaip plytų krūva, padėta ant mūsų galvų. Reikalai yra šiek tiek sudėtingesni nes kiekvienas objektas, panardintas į šią oro jūrą, yra veikiamas jėgų, kurios linkusios jį suspausti, veikiantis kiekviename jo paviršiaus taške. Be to, šios jėgos visada taikomos statmenai aptariamam paviršiui.
Panašiai, jei oras yra uždarytas talpykloje, to konteinerio sienelės kiekviename taške patirs jėgą, normalią jo paviršiui, todėl jis išsiplės. Norėdami išsamiau suprasti šį reiškinį, turime prisiminti, kad oras susideda iš daugybės molekulių, kurias galite įsivaizduoti kaip mikroskopines sferas, kurios atsitiktinai juda visomis kryptimis, atsitrenkia ir atsimuša nuo visko, kas pakeliui. Kiekvienas iš šių nedidelių susidūrimų sukuria nedidelę jėgą, kuri kartu su daugybe smūgių, kurie įvyksta nenutrūkstamai kas sekundę, gali sukurti nemažą jėgą. Šio pastovaus molekulinio poveikio grynasis poveikis yra taškinių jėgų, kurios visada yra statmenos smūgio paviršiui, rinkinys.
Tikiuosi, kad turėdami šią informaciją galėsite daugiau sužinoti apie Magdeburgo pusrutulius ir jų ypatybes.