Введение
Пара медных полушарий, предназначенных для демонстрации силы атмосферного давления. Магдебургские полушария – это пара больших медных полушарий с сопрягающимися ободами, использовавшихся в знаменитом эксперименте 1654 года для демонстрации силы атмосферного давления. Когда ободы герметизировались жиром и воздух откачивался, сфера содержала вакуум и не могла быть разорвана даже командами лошадей. После открытия клапана воздух устремился внутрь, и полушария легко разъединились. Магдебургские полушария были изобретены немецким ученым и мэром Магдебурга Отто фон Герике для демонстрации воздушного насоса, который он создал, и концепции атмосферного давления. Существовали различные предположения относительно содержимого сферы. Многие считали, что она просто пуста, в то время как другие утверждали, что вакуум содержит воздух или некое более тонкое вещество, извлеченное из ртути. Звук не распространялся сквозь сферу, что указывало на необходимость среды для передачи звука, в то время как свет проходил сквозь неё. Первый искусственный вакуум был создан несколькими годами ранее Эвангелистой Торричелли и вдохновил Герике на разработку первого в мире вакуумного насоса, состоящего из поршня и цилиндра с обратными клапанами. Полушария стали популярным наглядным пособием на лекциях по физике, иллюстрирующим силу воздушного давления, и до сих пор используются в образовательных целях. Оригинальные полушария экспонируются в Немецком музее в Мюнхене. Помимо научного значения, эксперимент служил символом возрождения города Магдебург, который всего два десятилетия назад пережил разграбление Магдебурга, считающееся самым страшным злодеянием Тридцатилетней войны, когда было убито 20 000 жителей, и к концу войны в 1648 году осталось лишь 4 000 человек. Фон Герике был заинтересован в обоих аспектах эксперимента, как в качестве выдающегося ученого, так и в качестве мэра, неустанно работавшего над восстановлением благосостояния города.
The Magdeburg hemispheres are a pair of large copper hemispheres with mating rims that were used in a famous 1654 experiment to demonstrate the power of atmospheric pressure. When the rims were sealed with grease and the air was pumped out, the sphere contained a vacuum and could not be pulled apart by teams of horses. Once the valve was opened, air rushed in and the hemispheres were easily separated. The Magdeburg hemispheres were invented by German scientist and mayor of Magdeburg, Otto von Guericke, to demonstrate the air pump that he had invented and the concept of atmospheric pressure. Speculation varied about the contents of the sphere. Many thought it was simply empty, while others argued the vacuum contained air or some finer aerial substance drawn from the mercury. Sound did not transmit through the sphere, indicating that sound needed a medium in order to be heard, while light did not. The first artificial vacuum had been produced a few years earlier by Evangelista Torricelli and inspired Guericke to design the world's first vacuum pump, which consisted of a piston and cylinder with one way flap valves. The hemispheres became popular in physics lectures as an illustration of the strength of air pressure, and are still used in education. The original hemispheres are on display in the Deutsches Museum in Munich. Aside from its scientific importance, the experiment served to prove the recovery of the city of Magdeburg, which only two decades earlier had undergone the Sack of Magdeburg considered the worst atrocity of the Thirty Years' War when 20,000 of its inhabitants were massacred, and only 4,000 remained at the end of the war in 1648. Von Guericke was concerned with both aspects of the experiment, in his double capacity as a leading scientist and as the mayor who worked tirelessly to restore the city's wealth.
Обзор
Магдебургские полушария, диаметром около 50 см, были разработаны для демонстрации вакуумного насоса, изобретенного Герике. На одном из них имелось трубное соединение для подключения насоса, с клапаном для его герметизации. Когда воздух откачивался изнутри полушарий, а клапан закрывался, шланг от насоса можно было отсоединить, и полушария прочно соединялись давлением окружающего воздуха. Сила, удерживающая полушария вместе, равнялась площади, ограниченной местом соединения полушарий – кругом диаметром 50 см – умноженной на разницу между атмосферным давлением снаружи и разрежением внутри. Неизвестно, какой уровень вакуума мог достичь насос Герике, но если бы он смог полностью откачать воздух изнутри, полушария удерживались бы вместе с силой примерно в 15 тонн, что эквивалентно подъему автомобиля или небольшого слона – впечатляющая демонстрация силы атмосферного давления.
Демонстрации
Демонстрация Геррика была проведена 8 мая 1654 года перед Императорским Рейхстагом и императором Фердинандом III в Регенсбурге. Тридцать лошадей, разделенных на две команды по пятнадцать, не смогли разъединить полушария, пока не был открыт клапан для выравнивания давления воздуха. В 1656 году он повторил демонстрацию с шестнадцатью лошадьми (две команды по восемь) в своем родном городе Магдебурге, где он занимал должность мэра. Он также взял две сферы, подвесил полушария на опоре и откачал из них воздух. Затем он прикрепил к сферам грузы, но сферы оставались неподвижными. Гаспар Шотт первым описал этот эксперимент в печати в своей книге Mechanica Hydraulico Pneumatica (1657). В 1663 году (или, по некоторым данным, в 1661 году) та же демонстрация была показана в Берлине перед Фридрихом Вильгельмом, курфюрстом Бранденбургским, с использованием двадцати четырех лошадей. Эксперимент стал популярным способом демонстрации принципов давления воздуха, и было изготовлено множество уменьшенных копий полушарий, которые до сих пор используются на уроках естествознания. Общество Отто фон Герике организует воссоздания эксперимента фон Герике 1654 года в различных местах по всему миру. 18 марта 2000 года в Грейт-Торрингтоне Barometer World провела демонстрацию с шестнадцатью лошадьми. Эксперимент был увековечен как минимум на двух немецких почтовых марках. Изучив описание насоса Геррика в книге Шотта, Роберт Бойль вместе с Робертом Гуком разработали и построили усовершенствованный воздушный насос. На основе этого, проведя ряд экспериментов, они сформулировали закон Бойля, который гласит, что объем тела идеального газа обратно пропорционален его давлению. Гораздо позже, в 1834 году, был сформулирован закон идеального газа.