如果在真空環境中做馬德堡半球實驗,能把半球拉開嗎?

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如果在真空環境中做馬德堡半球實驗,能把半球拉開嗎?

馬德堡半球是一個形象展示大氣壓的實驗,一個直徑0.36米的對開銅球,合在一起將內部抽成高真空,然後兩邊各8匹馬,當然16匹馬的力量還是很強大的,但拉開這個銅球也花了不少力氣。

馬德堡半球實驗

太空中能拉開馬德堡半球嗎?

1654年由德國物理學家、時任馬德堡市長奧托·馮·居里克舉行的一個展示大氣壓的實驗,因為非常形象,現在還是中學物理中的經典實驗被繼續保留!儘管馬匹最後將銅球拉開了,但大家應該很好奇,標準的馬德堡半球大概需要多少牛頓的力才能拉開?

居里製造的銅球直徑為0.36米,根據大氣壓計算,這個尺寸的銅球假如在抽到高度真空的條件下,總共拉開這兩個半球大約需要2萬牛頓,一匹馬的拉力大約是1000-2000N,因此用16匹馬確實在稍稍努力下即可拉開馬德堡半球!現代有很多迷你型馬德堡半球,那種一個人用兩隻手用力即可搞定了哈!

馬德堡半球合在一起的力量是大氣壓給予的,如果它在真空中就不會有一絲大氣壓,所以將其帶入太空中的話它就很容易分開了是嗎?其實也是有條件的,因為太空中有兩個方式存在:

  • 在太空的國際空間中
  • 在太空的真空中

前者仍然存在大氣壓,因為國際空間站的大氣壓是標準一個大氣壓,所以壓力是一樣的,想要拉開馬德堡半球同樣不容易,但在太空的真空中就徹底沒有壓力了,所以很輕鬆就能打開!

NASA曾經犯過的致命錯誤,伽利略探測器差點廢了

其實這和馬德堡半球關係確實不大,但有一點必須說明的是,兩個表面非常光潔,貼合在一起的金屬表面在太空中會發生非常神奇的現象:冷焊

伽利略探測器的木星之路

伽利略木星探測器是1989年10月18日由航天飛機亞特蘭蒂斯號送入太空的,在探測器準備變軌離開地球之前,NASA就發現一個問題,用來與探測器傳輸數據的高增益天線無法打開,這是探測器的圖像資料下載到地球到主要通訊手段,失去高增益天線後本來幾分鐘一張的照片變成了幾天才能傳輸一張。後來技術改進了壓縮算法才勉強解決了這個問題。

理想中完全的天線(左側)和實際中打不開(右圖)

NASA工程師分析是伽利略探測器的高增益天線在摺疊過程中沒有塗抹潤滑脂,它可以避免金屬直接接觸,導致高增益天線互相接觸在太空中發生一種叫做冷焊的現象,這是處在高真空環境下,表面處於原子級別的清潔狀態,金屬表面的原子鍵結合造成粘接現象,簡單的說就是長在一起了。

幸虧旅行者天線沒犯錯

除了塗抹潤滑脂以外,三氧化二鋁、三氧化二鉻及二硫化鉬、二氧化鋯等薄膜層能有效降低冷焊現象,所以現代航天器在表面接觸的部位都會加以處理以避免冷焊。


星辰大海路上的種花家


馬德堡半球實驗是很經典證明有大氣壓力存在的實驗,其原理就是把這個黃銅的半球殼中間墊上橡皮圈;再把兩個半球殼灌滿水後合在一起;然後把水全部抽出,使球內形成真空;最後,把氣嘴上的龍頭擰緊封閉。這時,周圍的大氣把兩個半球緊緊地壓在一起。如果在真空環境中,兩個半球不會貼合,就算貼合了也沒有力的存在。所以能很輕鬆的拉開。



溫柔的暴龍獸


首先簡單科普一下什麼是馬德堡半球實驗:

馬德堡半球實驗——是1654年,馬德堡市長(奧托·馮·格里克)在神聖羅馬帝國的雷根斯堡進行的一項物理實驗,為了證明物理學家(埃萬傑利斯塔·托里拆利)研究成果。

  • 實驗緣由:

當年托里拆利通過水銀和玻璃管實驗證明了大氣壓強的存在,但是該實驗成果與當時已經存在的亞里士多德力學相悖,另一派學術研究者不得不試圖打壓、否定托里拆利的學術成果,哪怕是後來帕斯卡實驗的成功,大氣壓強是否存在還是有爭議,所以到1654年依舊有很多人不相信大氣壓強的存在。

  • 實驗過程:

格利克市長同其助手特地制定了兩個黃銅半球,直徑約37cm,於城市郊區籌備這個大型試驗。反對派在實驗當日當場大肆宣揚實驗不可能會成功,還嘲諷格利克市長辦起了雜耍表演……

格利克當著群眾的面把兩個黃銅半球中間墊上一層橡皮圈;再把兩個半球灌滿水合在一起,然後將水抽出;讓其內部形成真空狀態,最後關閉封死氣嘴。這樣周圍的大氣把兩個半球緊密的壓合在一起。

格利克先是安排球兩端各拴四匹馬,馬伕揚鞭催馬、馬匹背道而“馳”,經過一段時間的“馬屁拔河大賽”,銅球紋絲不動;馬力不夠自然得加大馬力咯,格利克第二次實驗兩邊各準備了八匹馬,16匹馬再次背道而拉,經過一段時間撕扯,忽然“砰”的一聲響,兩個半球恢復了原有的模樣,自此實驗結束。

  • 回答題主問題:

顯而易見,因為地球上有大氣壓的存在,半球才會被大氣“壓”的不容易分開,所以馬德堡實驗才會得以成功;

馬德堡實驗是將球體中的大氣換成了真空,內外壓強不同,外部大氣向內部真空施加壓力,半球體就合在了一起;如果將球體內部換成大氣,外部均為真空空間,就會向外部施加壓力;內外均為真空的話,沒了下圖中由外部向球體內部的作用力,輕而易舉的就分開了。


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不可思議未解之謎


馬德堡半球實驗是要論證大氣壓強的,也就是把球內抽真空,外界大氣壓把半球壓住所以是論證了大氣是有壓強的。如果在真空中球內外都是真空的,所以球壁內外沒有任何方向的力產生,所以馬德堡半球實驗在真空中不會成功。


魔龍之心冰甲的考林


真空環境看你2個半球合併了多久去拉,如果時間短自然可以拉開 要是1-2年後 再加幾匹馬也拉不動 都焊接到一起了。


jinesc


事實上,問能不能拉開是不合適的,因為兩個半球一直都吸不到一起去,效果和在常壓下直接將兩個半球懟在一起效果一樣


小飛Joseph


在真空環境中,馬德堡半球內外壓強相同為零,因此可以輕易拉開馬德堡半球。


棲雁林


太空還有大氣壓強嗎?


艾淑華33


真空中沒有這個現象。


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