如果在真空环境中做马德堡半球实验,能把半球拉开吗?

探索科学的奥秘


如果在真空环境中做马德堡半球实验,能把半球拉开吗?

马德堡半球是一个形象展示大气压的实验,一个直径0.36米的对开铜球,合在一起将内部抽成高真空,然后两边各8匹马,当然16匹马的力量还是很强大的,但拉开这个铜球也花了不少力气。

马德堡半球实验

太空中能拉开马德堡半球吗?

1654年由德国物理学家、时任马德堡市长奥托·冯·居里克举行的一个展示大气压的实验,因为非常形象,现在还是中学物理中的经典实验被继续保留!尽管马匹最后将铜球拉开了,但大家应该很好奇,标准的马德堡半球大概需要多少牛顿的力才能拉开?

居里制造的铜球直径为0.36米,根据大气压计算,这个尺寸的铜球假如在抽到高度真空的条件下,总共拉开这两个半球大约需要2万牛顿,一匹马的拉力大约是1000-2000N,因此用16匹马确实在稍稍努力下即可拉开马德堡半球!现代有很多迷你型马德堡半球,那种一个人用两只手用力即可搞定了哈!

马德堡半球合在一起的力量是大气压给予的,如果它在真空中就不会有一丝大气压,所以将其带入太空中的话它就很容易分开了是吗?其实也是有条件的,因为太空中有两个方式存在:

  • 在太空的国际空间中
  • 在太空的真空中

前者仍然存在大气压,因为国际空间站的大气压是标准一个大气压,所以压力是一样的,想要拉开马德堡半球同样不容易,但在太空的真空中就彻底没有压力了,所以很轻松就能打开!

NASA曾经犯过的致命错误,伽利略探测器差点废了

其实这和马德堡半球关系确实不大,但有一点必须说明的是,两个表面非常光洁,贴合在一起的金属表面在太空中会发生非常神奇的现象:冷焊

伽利略探测器的木星之路

伽利略木星探测器是1989年10月18日由航天飞机亚特兰蒂斯号送入太空的,在探测器准备变轨离开地球之前,NASA就发现一个问题,用来与探测器传输数据的高增益天线无法打开,这是探测器的图像资料下载到地球到主要通讯手段,失去高增益天线后本来几分钟一张的照片变成了几天才能传输一张。后来技术改进了压缩算法才勉强解决了这个问题。

理想中完全的天线(左侧)和实际中打不开(右图)

NASA工程师分析是伽利略探测器的高增益天线在折叠过程中没有涂抹润滑脂,它可以避免金属直接接触,导致高增益天线互相接触在太空中发生一种叫做冷焊的现象,这是处在高真空环境下,表面处于原子级别的清洁状态,金属表面的原子键结合造成粘接现象,简单的说就是长在一起了。

幸亏旅行者天线没犯错

除了涂抹润滑脂以外,三氧化二铝、三氧化二铬及二硫化钼、二氧化锆等薄膜层能有效降低冷焊现象,所以现代航天器在表面接触的部位都会加以处理以避免冷焊。


星辰大海路上的种花家


马德堡半球实验是很经典证明有大气压力存在的实验,其原理就是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。如果在真空环境中,两个半球不会贴合,就算贴合了也没有力的存在。所以能很轻松的拉开。



温柔的暴龙兽


首先简单科普一下什么是马德堡半球实验:

马德堡半球实验——是1654年,马德堡市长(奥托·冯·格里克)在神圣罗马帝国的雷根斯堡进行的一项物理实验,为了证明物理学家(埃万杰利斯塔·托里拆利)研究成果。

  • 实验缘由:

当年托里拆利通过水银和玻璃管实验证明了大气压强的存在,但是该实验成果与当时已经存在的亚里士多德力学相悖,另一派学术研究者不得不试图打压、否定托里拆利的学术成果,哪怕是后来帕斯卡实验的成功,大气压强是否存在还是有争议,所以到1654年依旧有很多人不相信大气压强的存在。

  • 实验过程:

格利克市长同其助手特地制定了两个黄铜半球,直径约37cm,于城市郊区筹备这个大型试验。反对派在实验当日当场大肆宣扬实验不可能会成功,还嘲讽格利克市长办起了杂耍表演……

格利克当着群众的面把两个黄铜半球中间垫上一层橡皮圈;再把两个半球灌满水合在一起,然后将水抽出;让其内部形成真空状态,最后关闭封死气嘴。这样周围的大气把两个半球紧密的压合在一起。

格利克先是安排球两端各拴四匹马,马夫扬鞭催马、马匹背道而“驰”,经过一段时间的“马屁拔河大赛”,铜球纹丝不动;马力不够自然得加大马力咯,格利克第二次实验两边各准备了八匹马,16匹马再次背道而拉,经过一段时间撕扯,忽然“砰”的一声响,两个半球恢复了原有的模样,自此实验结束。

  • 回答题主问题:

显而易见,因为地球上有大气压的存在,半球才会被大气“压”的不容易分开,所以马德堡实验才会得以成功;

马德堡实验是将球体中的大气换成了真空,内外压强不同,外部大气向内部真空施加压力,半球体就合在了一起;如果将球体内部换成大气,外部均为真空空间,就会向外部施加压力;内外均为真空的话,没了下图中由外部向球体内部的作用力,轻而易举的就分开了。


get到知识点的小伙伴记得点个赞噢!


不可思议未解之谜


马德堡半球实验是要论证大气压强的,也就是把球内抽真空,外界大气压把半球压住所以是论证了大气是有压强的。如果在真空中球内外都是真空的,所以球壁内外没有任何方向的力产生,所以马德堡半球实验在真空中不会成功。


魔龙之心冰甲的考林


真空环境看你2个半球合并了多久去拉,如果时间短自然可以拉开 要是1-2年后 再加几匹马也拉不动 都焊接到一起了。


jinesc


事实上,问能不能拉开是不合适的,因为两个半球一直都吸不到一起去,效果和在常压下直接将两个半球怼在一起效果一样


小飛Joseph


在真空环境中,马德堡半球内外压强相同为零,因此可以轻易拉开马德堡半球。


栖雁林


太空还有大气压强吗?


艾淑华33


真空中没有这个现象。


分享到:


相關文章: