Vào ngày 8 tháng 1654 năm XNUMX, tại thành phố Magdeburg của Đức, Hoàng đế Ferdinand III và đoàn tùy tùng của ông đã trình diễn một thí nghiệm ngoạn mục do thị trưởng thành phố, nhà khoa học người Đức von Glick, thiết kế và thực hiện. Một số hình chạm khắc từ thời đó phản ánh sự kiện này. Đó là về bán cầu magdeburg. Thí nghiệm bao gồm việc cố gắng tách hai bán cầu kim loại có đường kính khoảng 50 cm, nối với nhau bằng cách tiếp xúc đơn giản, để tạo thành một quả cầu kín, và tình cờ, bơm không khí ra khỏi quả cầu bằng một máy bơm chân không do chính ông sáng chế. Để thuận tiện cho việc niêm phong bán cầu kim loại hoặc các bán cầu, một vòng da được đặt giữa các bề mặt tiếp xúc. Mỗi bán cầu có một số vòng dây qua đó một sợi dây hoặc dây xích có thể được truyền qua để nó có thể được kéo sang các phía đối diện.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cho bạn biết mọi thứ bạn cần biết về thí nghiệm bán cầu Magdeburg và tầm quan trọng của nó.
Bán cầu Magdeburg
Nó là một thiết bị được thiết kế để chứng minh sự tồn tại của chân không và áp suất khí quyển. Nó bao gồm hai bán cầu rỗng, và nếu chúng được kết nối với nhau và không khí bên trong được hút ra, một chân không bên trong sẽ được tạo ra. Trong điều kiện này, khí quyển tạo áp lực lên bề mặt bên ngoài, rất khó tách các mảnh vỡ. Trên thực tế, chúng phải rất mạnh, bởi vì một khi bên trong được sơ tán, nó sẽ có khả năng làm nổ chúng ở áp suất khí quyển.
Những bán cầu này, được đặt tên theo thành phố Magdeburg của Đức, chúng được sử dụng để thực hiện một thí nghiệm kỳ lạ vào năm 1654. Otto von Guericke, thị trưởng thành phố và nhà vật lý chuyên nghiệp, trước sự chứng kiến của Tuyển hầu tước Frederick William của Brandenburg và các thành viên của Quốc hội Regensburg, đã thực hành hút bụi trên hai bán cầu kim loại.
Thí nghiệm
Trong một nỗ lực để tách chúng ra, buộc một bán cầu với một nhóm ngựa và bán cầu kia với một số lượng ngựa bằng nhau, nhưng theo hai hướng ngược lại. Sau nhiều lần thử và trước sự ngạc nhiên của những người tham dự, không thể tách được hai nửa của quả cầu. Hiệu quả tương tự như những gì chúng ta đạt được khi đặt hai pit tông thoát nước ở phía dưới và ép chúng vào nhau. Chân không không hoàn toàn, nhưng cần rất nhiều lực để tách chúng ra.
Khán giả đã rất ngạc nhiên khi thấy những nhóm đàn ông khác nhau kéo sang hai bên với tất cả sức lực của họ và không thể tách các bán cầu ra. Ban đầu chúng cũng không thể được tách ra bởi 16 con ngựa, được chia thành hai nhóm, mỗi nhóm 8 con ngựa. Sau khi làm việc chăm chỉ, họ đã đạt được mục tiêu của mình và gây ra khá nhiều chấn động. Các bán cầu tạo nên các quả cầu, đòi hỏi nhiều nỗ lực để mở, có thể được tách ra dễ dàng chỉ bằng cách cho phép không khí đi vào lại bên trong các quả cầu.
Trong một thí nghiệm năm 2005 với 16 con ngựa ở Granada, bán cầu không thể tách rời. Hãy nhớ rằng chân không đạt được bởi máy bơm Von Guericke thế kỷ XNUMX thấp hơn so với máy bơm chân không hiện đại của chúng tôi.
Tại sao rất khó để tách các bán cầu của Magdeburg
Phần đầu của câu hỏi, ở điểm này, học sinh trung học phổ thông có hiểu biết tốt về vật lý sẽ dễ dàng trả lời được. Mọi thứ trên bề mặt Trái đất đều nằm trong một biển không khí nặng, chịu các lực tác động bình thường lên bề mặt của nó theo mọi hướng. Theo cách tương tự, được tiếp nhận bởi bán cầu, trong ra ngoài và bên ngoài trong. Nếu một khi các bán cầu đóng lại để tạo thành hình cầu, hầu như toàn bộ không khí bên trong bị loại bỏ và lực ở bề mặt bên ngoài ép chúng nhiều hơn không khí tác động ra bên ngoài, khiến chúng khó tách ra.
Lực ròng ép hai bán cầu, được phân bố trên toàn bộ hình cầu được tạo thành, có nghĩa là, giả sử rằng chân không đạt được bên trong bằng khoảng 10% không khí bên ngoài, phải vượt qua lực ngăn cách chúng, nó có thứ tự là khối lượng bảy tấn.
Phần thứ hai của câu hỏi, tại sao cư dân của Magdeburg lại ấn tượng như vậy? Nó liên quan đến kiến thức về chất lỏng và hành vi của chúng theo thời gian. Chúng ta đang ở thế kỷ XNUMX, và một bộ phận quan trọng của cộng đồng khoa học tin rằng không thể tạo ra chân không, "khủng bố chân không", là nguyên nhân gây ra chuyển động của chất lỏng, ngăn cản nó xảy ra.
Vì vậy, bằng cách nhấm nháp chất lỏng từ ly qua ống hút, do đó loại bỏ một phần không khí mà nó chứa trong đó, nỗi kinh hoàng mà thiên nhiên cảm thấy khi nó trống rỗng khiến chất lỏng dâng lên. Trong thời điểm lịch sử tiến hành các thí nghiệm, các nhà khoa học như Torricelli đã từ bỏ lý thuyết này và chỉ ra rằng áp suất do bầu khí quyển tác dụng, trọng lượng của không khí, không phải là điều kinh hoàng của chân không.
Giải thích về thí nghiệm
Để hiểu những gì Hoàng đế Ferdinand III đã chứng kiến, chúng ta phải nhớ rằng cuộc sống của chúng ta diễn ra trong một đại dương không khí rộng lớn, và điều này, giống như bất kỳ chất lỏng nào, đều có khối lượng, vì vậy một thể tích không khí nhất định có trọng lượng có khả năng tác dụng lực lên nó. anh ta. Nhưng những lực này hoạt động nhiều hơn giống như một đống gạch đặt trên đầu chúng ta. Mọi thứ phức tạp hơn một chút bởi vì mọi vật thể chìm trong biển không khí này đều phải chịu một tập hợp các lực có xu hướng nén nó lại, hoạt động tại mọi điểm trên bề mặt của nó. Hơn nữa, các lực này luôn được đặt vuông góc với bề mặt được đề cập.
Tương tự như vậy, nếu không khí được bao bọc trong một vật chứa, thì các thành của vật chứa đó sẽ chịu một lực tác dụng lên bề mặt của nó tại mọi điểm, khiến nó nở ra. Để hiểu chi tiết hơn về hiện tượng này, chúng ta phải nhớ rằng không khí được tạo thành từ một số lượng lớn các phân tử, mà bạn có thể tưởng tượng như những quả cầu cực nhỏ di chuyển ngẫu nhiên theo mọi hướng, va chạm và bật tung mọi thứ trên đường đi của nó. Mỗi va chạm nhỏ này tạo ra một lực nhỏ, kết hợp với vô số lần va chạm xảy ra không ngừng mỗi giây, có thể tạo ra một lực khá lớn. Tác dụng thực của tác động phân tử liên tục này là một tập hợp các lực điểm luôn vuông góc với bề mặt va chạm.
Tôi hy vọng rằng với những thông tin này, bạn có thể hiểu thêm về bán cầu Magdeburg và đặc điểm của chúng.