Все для дітей


Я. Перельман
"Цікава фізика". Книга 2.
Глава 6. Властивості рідин і газів

ВАНТАЖ З ПОВІТРЯ

В середині XVII століття жителі міста Рогенсбурга і з'їхалися туди можновладні князі Німеччини на чолі з імператором були свідками вражаючого видовища: 16 коней з усіх сил намагалися розборонити два прикладених один до одного мідних півкулі. Що пов'язувало їх? «Ніщо» - повітря. І тим не менш вісім коней, що тягли в одну сторону, і вісім, що тягли в іншу, виявилися не в силах їх роз'єднати. Так бургомістр Отто фон Геріке наочно показав всім, що повітря - зовсім не «ніщо», що він має вагу і тисне зі значною силою на всі земні предмети.

Досвід цей був проведений 8 травня 1654 р. при досить урочистій обстановці. Вчений бургомістр зумів зацікавити всіх своїми науковими дослідженнями, незважаючи на те, що справа відбувалася в розпал політичних негараздів і спустошливих воєн.

Опис знаменитого досвіду з «магдебургскими півкулями» є в підручниках фізики. Все ж, я впевнений, читач з інтересом вислухає розповідь з вуст самого Геріке, зтого «німецького Галілея», як іноді називають чудового фізика. Об'ємна книга з описом довгого ряду його дослідів вийшла латинською мовою в Амстердамі в 1672 р. і, подібно всім книгам цієї епохи, носила розлоге заголовок. Ось воно:

ОТТО фон ГЕРІКЕ

Так звані нові досліди магдебурзькі
над БЕЗПОВІТРЯНИМ ПРОСТОРОМ,
спочатку описані професором математики
університетом вюрцбурга університеті КАСПАРОМ ШОТТОМ.

Видання самого автора,
більш ґрунтовне і пополненное різними
новими дослідами.

Цікавить нас, досвіду присвячена глава XXIII цієї книги. Наводимо дослівний переклад.

«Досвід, що доводить, що тиск повітря з'єднує дві півкулі так міцно, що їх не можна розняти зусиллями 16 коней.

Я замовив два мідних півкулі діаметром у три чверті магдебурзьких ліктя*. Але в дійсності діаметр їх укладав всього 67/100, так як майстра, зазвичай, не могли виготовити в точності те, що потрібно. Обидва півкулі цілком відповідали одне одному. До одного півкулі був прироблений кран; з допомогою цього крана можна видалити повітря зсередини і перешкоджати проникненню повітря зовні. Крім того, до півкуль були прикріплені 4 кільця, через які просмикувалися мотузки, прив'язані до упряжі коней. Я велів також зшити шкіряне кільце; воно напитано було сумішшю воску в скипидарі; затиснуте між півкулями, воно не пропускало в них повітря. В кран була вставлена трубка повітряного насоса, і був видалений повітря всередині кулі. Тоді виявилося, з якою силою обидва півкулі придавливались один до одного через шкіряне кільце. Тиск зовнішнього повітря прижимало їх так міцно, що 16 коней (ривком) зовсім не могли їх розборонити або досягали цього лише насилу. Коли ж півкулі, поступаючись напрузі усієї сили коней, роз'єднувалися, то лунав гуркіт, як від пострілу.

Але варто було поворотом крана відкрити вільний доступ повітрю - і півкулі легко було розборонити руками».

Нескладне обчислення може пояснити нам, чому потрібна така значна сила (8 коней з кожного боку), щоб роз'єднати частини порожнього кулі. Повітря тисне із силою близько 1 кг на кожен кв.см; площа кола**діаметром 0,67 ліктя (37 см) дорівнює 1060 см2. Отже, тиск атмосфери на кожне півкуля має перевищувати 1000 кг (1 тонну). Кожна вісімка коней повинна була, отже, зволікати з силою тонни, щоб протидіяти тиску зовнішнього повітря.

Здавалося б, для восьми коней (з кожної сторони) це не дуже великий вантаж. Не забувайте, однак, що, рухаючи, наприклад, поклажу в 1 тонну, коні долають силу не в 1 тонну, а набагато меншу, саме - тертя коліс об осі і про бруківку. А ця сила становить - на шосе, наприклад, - всього п'ять відсотків, тобто при однотонному вантаж - 50 кг. (Не кажемо вже про те, що при поєднанні зусиль восьми коней втрачається, як показує практика, 50% тяги.) Отже, тяга в 1 тонну відповідає при восьми конях навантаженні вози в 20 тонн. Ось яка та повітряна вантаж, везти яку повинні були коні магдебурзького бургомістра! Вони ніби мали зрушити з місця невеликий паровоз, не поставлений, до того ж, на рейки.

Виміряно, що сильна ломова кінь тягне віз із зусиллям всього в 80 кг***. Отже, для розриву магдебурзьких півкуль знадобилося б при рівномірній тязі 1000/80 = 13 коней з кожної сторони.

Читач буде, ймовірно, здивований, довідавшись, що деякі зчленування нашого скелета не розпадаються з тієї ж причини, що і магдебурзькі півкулі. Наше тазобедренное зчленування являє собою саме такі магдебурзькі півкулі. Можна оголити це зчленування від м'язових і хрящових зв'язків, і все-таки стегно не випадає: його притискає атмосферний тиск, так як в межсуставном просторі повітря ні.


Кістки наших кульшових зчленувань не розпадаються завдяки атмосферному тиску,
подібно до того як стримуються магдебурзькі півкулі.

* «Магдебурзький лікоть дорівнює 550 мм.
** Береться площа кола, а не поверхню півкулі, тому що атмосферний тиск дорівнює зазначеній величині лише при дії на поверхню під прямим кутом; для похилих поверхонь це тиск менше. В даному випадку ми беремо прямокутну проекцію кульової поверхні на площину, тобто площа великого круга.
*** При швидкості 4 км на годину. В середньому приймається, що сила тяги коня становить 15% її ваги; важить ж кінь: легка - 400 кг, важка - 750 кг. На дуже короткий час (початкове зусилля) сила тяги може бути в кілька разів більше.

Цікава фізика Я. Перельмана

 






Система Orphus

ПІДТРИМАЙТЕ САЙТ!

Вам сподобався наш сайт, і ви хотіли б підтримати його? Це дуже просто: розкажіть про нас друзям!
ДЕТАЛЬНІШЕ

  © 2014 Все для дітей