作者:原鸣 来源:中国科学报 发布时间:2014-5-9
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三百六十年前的科普
——马德堡半球实验

 
图片来源:百度图片
 
在德国慕尼黑的德意志博物馆中,静静地躺着两个硕大的半球形金属物体。除了体积以外,这两件物体似乎没有可圈可点之处,但是若看旁边标注的说明,那么它们的名字绝对无人不知——马德堡半球。而它也是在尚未存在科普概念之时,就担当了现场互动版科普最好的范例。
 
1654年5月8日,当时的马德堡市长奥托·冯·格里克为了证明大气压强存在,在今天德国雷根斯堡市郊进行了一项科学实验,目的是为了证明真空的存在。格里克制造了两个直径约50厘米(20英寸)的铜质空心半球用于实验,半球中间有一层浸满了油的皮革,用以让两个半球能完全密合。其中一个半球上带有连接管,用以连接真空泵,有阀门可将其关闭。当两个半球间的空气被抽出后,两个半球便会受周围的大气挤压而紧合在一起。
 
然后,格里克将16匹马分为两组,向相反的方向拉两个半球。这16匹马拼尽全力把两个半球最后拉开的时候,发出了很大的响声,像放炮一样。当时围观的市民非常吃惊,而格里克则利用这一机会,告诉市民这是“空气的力量”。如果把铜半球上的阀门拧开,空气经阀门流进球里,用手一拉球就开了。
 
其实,根据理论计算,使得两个半球结合的力的大小可以由半球的直径、半球内外的压强差计算得到。在格里克的实验中,由于无法得知其使用的真空泵效果如何,因此无法准确计算使得两个半球分开所需的力的大小。假设其真空泵能够抽出所有的空气,分开两个半球则需要20千牛顿的力,相当于举起一头幼年非洲象所需的力的大小。而在马德堡半球实验中,为了将球体内部抽成真空,格里克设计发明了世界上第一个真空泵。
 
之后格里克多次在各地重现此实验以飨广大好奇的观众。1656年,他在他任职市长的马德堡用两队各8匹马重复了这一实验,得到了相同的结果。他还尝试将两个半球组成的球体抽出空气后悬挂重物,两个半球也没有分离。1663年,他在柏林用两队各12匹马为勃兰登堡选帝侯腓特烈·威廉重复了这一实验。
 
在此以后,马德堡半球实验逐渐成为广为人知的示范大气压力原理的实验方法。波士顿等多地曾独立重复过马德堡半球实验。也有供教学用途的马德堡半球的仿制品,它们的体积也比当年的半球小得多,把半球的空间抽真空后,不再需要用马力便可拉开。德国邮政还发行过纪念这一实验的邮票。(原鸣)
 
《中国科学报》 (2014-05-09 第16版 探索)
 
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