في 8 مايو 1654 ، في مدينة ماغديبورغ الألمانية ، أظهر الإمبراطور فرديناند الثالث والوفد المرافق له تجربة رائعة صممها ونفذها رئيس بلدية المدينة ، العالم الألماني فون جليك. العديد من المنحوتات من ذلك الوقت تعكس هذا الحدث. يتعلق الأمر بامتداد نصفي الكرة ماغدبورغ. اشتملت التجربة على محاولة فصل نصفي كرة معدنية بقطر حوالي 50 سم ، وربطهما بملامسة بسيطة ، لتشكيل كرة محكمة الإغلاق ، وبالمناسبة ، ضخ الهواء خارج الكرة بمضخة تفريغ من اختراعه. لتسهيل إغلاق نصف الكرة المعدنية أو نصفي الكرة الأرضية ، يتم وضع حلقة جلدية بين أسطح التلامس. يحتوي كل نصف كرة على عدة حلقات يمكن من خلالها تمرير حبل أو سلسلة بحيث يمكن سحبها إلى الجانبين المتقابلين.
سنخبرك في هذه المقالة بكل ما تحتاج لمعرفته حول تجربة نصفي كرة ماغدبورغ وأهميتها.
ماغدبورغ نصفي الكرة الأرضية
إنه جهاز مصمم لإثبات وجود فراغ وضغط جوي. يتكون من نصفي كرة مجوفين ، وإذا كانا متصلين ببعضهما البعض ويتم سحب الهواء من الداخل ، سيتم خلق فراغ داخلي. في ظل هذه الظروف ، يمارس الغلاف الجوي ضغطًا على السطح الخارجي ، مما يجعل من الصعب جدًا فصل الحطام. في الواقع ، يجب أن تكون هذه قوية جدًا ، لأنه بمجرد إخلاء المناطق الداخلية ، ستكون قادرة على تفجيرها عند الضغط الجوي.
تم تسمية نصفي الكرة الأرضية هذا على اسم مدينة ماغدبورغ الألمانية ، تم استخدامهم لإجراء تجربة غريبة في عام 1654. أجرى أوتو فون جيريك، عمدة المدينة والفيزيائي المحترف، بحضور الناخب فريدريك ويليام من براندنبورغ وأعضاء برلمان ريغنسبورغ، تجربة فراغ على نصفي كرة معدنيين. علاوة على ذلك، كان عرضه بمثابة علامة فارقة في فهم فيزياء السوائل، وهو موضوع مهم لفهم الظواهر الجوية و المراقبة الجوية.
Experimento
في محاولة للفصل بينهما ، ربط أحد نصفي الكرة الأرضية بمجموعة من الخيول والآخر بعدد متساوٍ من الخيول، ولكن في اتجاهين متعاكسين. بعد محاولات عديدة ومفاجأة للحضور ، كان من المستحيل فصل نصفي الكرة. التأثير مشابه لما نحققه عندما نضع اثنين من مكابس التصريف في الأسفل ونضغط عليهما ضد بعضهما البعض. الفراغ غير مكتمل ، لكن الفصل بينهما يتطلب الكثير من القوة.
اندهش المتفرجون من رؤية مجموعات مختلفة من الرجال يسحبون جانبيًا بكل قوتهم ويفشلون في الفصل بين نصفي الكرة الأرضية. كما أنه لا يمكن فصلها مبدئيًا بـ 16 حصانًا ، مقسمة إلى مجموعتين من 8 خيول لكل منهما. بعد العمل الشاق ، لقد حققوا هدفهم وأحدثوا ضجة كبيرة. يمكن فصل نصفي الكرة اللذين يشكلان الكرات، والذي يتطلب الكثير من الجهد لفتحه، بسهولة عن طريق السماح للهواء بالعودة إلى داخل الكرات. يرتبط هذا الإنجاز في تاريخ الفيزياء ارتباطًا مباشرًا بالتقدم في دراسة الأرصاد الجوية وعلومها. مراقبة.
في تجربة أجريت عام 2005 على 16 حصانًا في غرناطة ، لا يمكن فصل نصفي الكرة الأرضية. تجدر الإشارة إلى أن الفراغ الذي تم تحقيقه بواسطة مضخات فون غيريكي في القرن السابع عشر كان أقل من الفراغ الذي تم تحقيقه بواسطة مضخات الفراغ الحديثة. ويرتبط ذلك أيضًا بتقدم التقنيات الحديثة في علم الأرصاد الجوية، والتي سمحت بفهم أفضل للمناخ وتغيراته، كما ورد في الدراسات على التغيرات المناخية.
لماذا يصعب فصل نصفي كرة ماغدبورغ
الجزء الأول من السؤال ، في هذه المرحلة ، يسهل على أي طالب في المدرسة الثانوية لديه فهم جيد للفيزياء الإجابة عليه. كل شيء على سطح الأرض في بحر من الهواء الثقيل ، يخضع لقوى طبيعية على سطحه في جميع الاتجاهات. بنفس الطريقة، يتم تلقيها من قبل نصف الكرة الأرضية ، من الداخل إلى الخارج والداخل إلى الداخل. إذا تم إغلاق نصفي الكرة الأرضية لتشكيل كرة ، فسيتم إزالة كل الهواء الداخلي تقريبًا وتضغط عليهم القوة على السطح الخارجي أكثر بكثير من الهواء الذي يعمل للخارج ، مما يجعل من الصعب عليهم الفصل.
القوة الكلية التي تضغط على نصفي الكرة الأرضية ، موزعة في جميع أنحاء الكرة المشكلة ، أي ، بافتراض أن الفراغ الناتج بالداخل يمثل حوالي 10٪ من الهواء الخارجي ، ويجب عليهما التغلب على القوة التي تفصل بينهما، والتي يصل وزنها إلى نحو سبعة أطنان. يمكن أيضًا ملاحظة مبدأ الضغط هذا في الظواهر الطبيعية الأخرى، والتي غالبًا ما تكون مرتبطة بعلم الأرصاد الجوية، مثل دراسة البراكين في القارة القطبية الجنوبية.
الجزء الثاني من السؤال: لماذا سكان ماغديبورغ معجبون إلى هذا الحد؟ إن الأمر يتعلق بمعرفة السوائل وسلوكها بمرور الوقت. نحن الآن في القرن السابع عشر، وكان جزء كبير من المجتمع العلمي يعتقد أنه من المستحيل خلق الفراغ، "رعب الفراغ"، والذي كان سبب حركة السوائل، ومنع حدوثها. خلال هذه الفترة، تم وضع الأسس للبحوث المستقبلية في علم الأرصاد الجوية، مثل تلك المقدمة في تحليل تغير المناخ.
لذلك ، عن طريق رش السائل من الزجاج عبر القش ، وبالتالي إزالة بعض الهواء الذي يحتوي عليه ، فإن الرعب الذي تشعر به الطبيعة عندما تكون فارغة يؤدي إلى ارتفاع السائل. في اللحظة التاريخية لإجراء التجارب ، تخلى علماء مثل توريسيللي عن هذه النظرية وأظهروا أن الضغط الذي يمارسه الغلاف الجوي ، ووزن الهواء ، وليس رعب الفراغ.
شرح التجربة
لفهم ما شهده الإمبراطور فرديناند الثالث ، يجب أن نتذكر أن حياتنا تجري في محيط شاسع من الهواء ، وهذا ، مثل أي سائل ، له كتلة ، لذا فإن حجمًا معينًا من الهواء له وزن قادر على ممارسة قوة عليه. هو. لكن هذه القوى تعمل أكثر من كونها كومة من الطوب موضوعة على رؤوسنا. الأمور أكثر تعقيدًا بعض الشيء لأن كل جسم مغمور في هذا البحر من الهواء يتعرض لمجموعة من القوى التي تميل إلى ضغطه، تعمل في كل نقطة على سطحها.
وبالمثل ، إذا كان الهواء محاطًا بحاوية ، فإن جدران تلك الحاوية ستواجه قوة طبيعية على سطحها في كل نقطة ، مما يؤدي إلى تمددها. لفهم هذه الظاهرة بمزيد من التفصيل ، يجب أن نتذكر أن الهواء يتكون من عدد كبير من الجزيئات ، التي يمكنك تخيلها على شكل كرات مجهرية تتحرك بشكل عشوائي في جميع الاتجاهات ، تتحطم وترتد عن كل شيء في طريقها. ينتج كل من هذه الاصطدامات الصغيرة قوة صغيرة ، والتي ، إلى جانب الضربات التي لا حصر لها والتي تحدث بدون توقف كل ثانية ، يمكن أن تخلق قدرًا كبيرًا من القوة. التأثير الصافي لهذا التأثير الجزيئي الثابت هو مجموعة من القوى النقطية التي تكون دائمًا عمودية على سطح التأثير.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن نصفي الكرة الأرضية في ماغدبورغ وخصائصهما.