马德堡半球实验是怎么回事?能证明什么呢?

死亡笔记作者2023-02-03  25

有时,人们可以使用非常简单的工具来展示非凡的物理学。马德堡半球实验中,有一对铁质半球体,各附有一个把手,其中一侧有阀门,可以往外抽空气,这是一种大气压力威力展示的小比例模型。它们被称为马格德堡半球,直到现在它仍然是一个很好的演示工具。

奇怪的是,半球并不是以一个人的名字命名的,而是以一个地方命名的,那就是德国马格德堡。这些球体由德国科学家(兼马格德堡市长)奥托·冯·格里克(Otto von Guericke)于 1654 年设计并展示了他新发明的真空泵和大气压概念。它的原理很简单,当两个半球压在一起时,空气被从内部抽出,产生部分真空,以巨大的力量将两个半球密封在一起。

Guericke 于 1654 年首次为皇帝斐迪南三世展示了这种力量,他用到了30 匹马,将他们分为两队,每队 15 匹马,各拉着一个半球,竟然无法拉开!1656 年,他在家乡马格德堡进行了一场规模较小的表演,使用了八匹马,这一表演被科学家加斯帕·肖特 (Gaspar Schott) 画成了素描,记录在《机械液压气动》一书中。

那么这些球体是如何保持在一起呢,简单地说,就是大气压的作用!大气中的所有物体都在不断地受到空气分子四面八方的轰击,这种大气压力对我们来说是不明显的,因为我们的身体有一个内部压力,可以平衡它。当两个半球第一次放在一起时,它们内部的气压平衡了外部的气压,它们很容易就可以被拉开。然而,当从半球内部去除空气时,不再有向外推的力,外部大气压力占主导地位,将半球推到一起并防止它们分开。

时间: 1654-05-08

地点: 德国,马德堡, (今雷根斯堡)

简介: 马德堡半球实验,亦作马格德堡半球,是1654年时,当时的马德堡市长奥托·冯·格里克于神圣罗马帝国的雷根斯堡(今德国雷根斯堡)进行的一项科学实验,目的是为了证明大气压的存在

1654年,马德堡市长奥托·冯·格里克了解到意大利科学家托里拆利关于大气压的实验,由于实验得出的大气压数值非常大和人们的生活常识不满,导致许多人不相信大气压强;甚至有少数人在嘲笑托里拆利。

格里克是一个热爱科学,也善于研究科学的人,他匆匆忙忙找来玻璃管子和水银,重新做托里拆利这个实验,断定这个实验是准确无误的;大气压强不但存在,而且托里拆利的数值也是正确的.

出于对科学的敬畏, 他觉得有必要结束这个争论.于是他和助手设计了一个实验,用于证明大气压的存才.

这年5月8日,马德堡市风和日丽,一大批人围在实验场上,熙熙攘攘十分热闹.有的支持格里克,希望实验成功;有的断言实验会失败;人们在议论着、在争论着、在预言着;还有的人一边在大街小巷里往实验场跑,一边高声大叫:“市长演马戏了!市长演马戏了———”

格里克和助手当众把这个黄铜的半球壳中间垫上橡皮圈;再把两个半球壳灌满水后合在一起;然后把水全部抽出,使球内形成真空;最后,把气嘴上的龙头拧紧封闭.这时,周围的大气把两个半球紧紧地压在一起.

格里克一挥手,四个马夫牵来十六匹高头大马,在球的两边各拴四匹.格里克一声令下,四个马夫扬鞭催马、背道而拉!好像在“拔河”似的.

“加油!加油!”实验场上黑压压的人群一边整齐地喊着,一边打着拍子.

4个马夫,8匹大马,都搞得浑身是汗.但是,铜球仍是原封不动.格里克只好摇摇手暂停一下.然后,左右两队,人马倍增.马夫们喝了些水,擦擦头额上的汗水,又在准备着第二次尝试.

格里克再一挥手,实验场上更是热闹非常.16匹大马,使劲拉,八个马夫在大声吆喊,挥鞭催马……

实验场上的人群,更是伸长脖子,一个劲儿地看着,不时地发出“哗!哗!”的响声.

突然,“啪!”的一声巨响,铜球分开成原来的两半,格里克举起这两个重重的半球自豪地向大家高声宣告:

“先生们!女士们!市民们!你们该相信了吧!大气压是有的,大气压强是大得这样厉害!这么惊人!……”

实验结束后,仍有些人不理解这两个半球为什么拉不开,七嘴八舌地问他,他又耐心地作着详尽的解释:“平时,我们将两个半球紧密合拢,无须用力,就会分开.这是因为球内球外都有大气压力的作用;相互抵消平衡了.好像没有大气作用似的.今天,我把它抽成真空后,球内没有向外的大气压力了,只有球外大气紧紧地压住这两个半球……”.

即抽气前,半球的外部压力等于其内部压力等于大气压。但抽气后,半球外部压力大于其内部压力,并且半球内部为真空。就好像大气压“压”住了两个半球。所以这两个半球必须用较大的力才能拉开。

通过这次“大型实验”,人们都终于相信有真空;有大气;大气有压力并且很惊人,但是,为了这次实验,格里克市长竟花费了4千英镑。

当年的进行实验的两个半球仍保存在慕尼黑的德意志博物馆中。现实也有供教学用途的仿制品,用作示范气压的原理,它们的体积也比当年的半球小得多,把半球的空间抽真空,不需再用十多匹马,有的只需四个人便可拉开。

今天,人们可以在慕尼黑的德意志博物馆看到这个实验的原始“设备”,也就是那两个半球。世纪之交时,马德堡市在当时的德国园林博览会场地内建起了一座“千年塔”,里面也放了两个半球,以纪念格里克,不过,这两个半球是复制品。为了纪念这位市长,马德堡市民在老市政厅旁的小广场上竖起了他的雕像,还用他的名字来为年轻的马德堡大学命名。

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马德堡半球实验是奥托·冯·格里克做的。

马德堡半球,亦作马格德堡半球,是1654年时,当时的马德堡市长奥托·冯·格里克于神圣罗马帝国的雷根斯堡(今德国雷根斯堡)进行的一项科学实验,目的是证明大气压的存在。而此实验也因格里克的职衔而被称为“马德堡半球”实验。

当年的进行实验的两个半球仍保存在慕尼黑的德意志博物馆中。现实也有供教学用途的仿制品,用作示范气压的原理,它们的体积也比当年的半球小很多。若把半球的空间抽成真空,就需再用十六匹马才能拉开。

实验者:

奥托·冯·格里克(1602年11月20日~1686年5月11日).德国物理学家、政治家,出生在马德堡贵族家庭,就读于莱布尼兹和莱顿大学。

他曾在军队中以工程师身份服役,曾于1646年~1676年间任马德堡市市长。这时他一方面从政,一方面从事自然科学的研究。他于1650年发明了活塞式真空泵,并利用这一发明于1654年设计并进行了著名的马德堡半球实验。


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