馬德堡半球
馬登堡半球（德語：Magdeburger Halbkugeln），亦作馬格德堡半球，是一對銅質空心半球，被用於1654年由德國物理學家、時任馬德堡市長奧托·馮·居里克於神聖羅馬帝國的雷根斯堡進行的一項物理實驗[1]。在這項實驗中，實驗者先將兩個完全密合的半球中的空氣抽掉，然後驅馬從兩側向外拉，以展示大氣壓力的作用。馬德堡半球實驗作為物理學中的經典實驗，今日仍被廣泛用於課堂教學。最初用於實驗的兩個半球保存於位於慕尼黑的德意志博物館。馬德堡半球用了16匹馬才拉開[2]。
概況[編輯]
由居里克製造、實驗用的兩個銅質空心半球直徑約為36公分。半球中間有一層浸滿了油的皮革，用以讓兩個半球能完全密合。其中一個半球上帶有連接管，用以連接真空泵，有閥門可將其關閉。當兩個半球間的空氣被抽出後，兩個半球便會受周圍的大氣擠壓而緊合在一起[3]。這項實驗中使用的真空泵是居里克受托里拆利製造的人工真空啟發而設計的世界上第一個真空泵[4]。
根據理論計算，使得兩個半球結合的力的大小可以由半球的直徑、半球內外的壓強差計算得到。在居里克的實驗中，由於無法得知其使用的真空泵效果如何，因此無法準確計算使得兩個半球分開所需的力的大小。假設其真空泵能夠抽出所有的空氣，分開兩個半球則需要 2萬牛頓的力，相當於舉起一頭幼年非洲象所需的力的大小[5][4]。
實驗[編輯]
1654年5月8日，格里克在雷根斯堡向當時的神聖羅馬皇帝斐迪南三世展示了他所設計的半球實驗。他用自製的真空泵將球內的空氣抽掉，此時兩個沉重的銅製半球在沒有任何接著劑的輔助下緊密地合而為一。隨後，他為了證明兩半球的結合是多麼緊密、紮實，安排了兩隊各8匹馬，以相反的方向試圖將該球體拉開，最後成功將其拉開。
之後格里克多次在各地重現此實驗以饗廣大好奇的觀眾。1656年，他在他任職市長的馬德堡用兩隊各8匹馬重複了這一實驗，得到了相同的結果。他還嘗試將兩個半球組成的球體抽出空氣後懸掛重物，兩個半球也分離了。[1]1663年，他在柏林用兩隊各12匹馬為勃蘭登堡選帝侯腓特烈·威廉重複了這一實驗[6]。
在此以後，馬德堡半球實驗逐漸成為廣為人知的示範大氣壓力原理的實驗方法。波士頓等多地曾獨立重複過馬德堡半球實驗[3]。也有供教學用途的馬德堡半球的仿製品，它們的體積也比當年的半球小得多，把半球的空間抽真空後，不再需要用馬力便可拉開。[2]德國郵政發行過紀念這一實驗的郵票。
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外部連結[編輯]
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- 馬德堡半球實驗紀念碑主頁 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） （德文）
參考文獻[編輯]
- ^ 1.0 1.1 Guericke, Otto von. Encyclopædia Britannica, 11th Ed. 12. Cambridge Univ. Press: 670. 1910 （英語）.
- ^ 2.0 2.1 Thomas B. Greenslade, Jr. Magdeburg Hemispheres. [2012-07-05]. （原始內容存檔於2021-02-27） （英語）.
- ^ 3.0 3.1 Hablanian, M. H.; Hemeon, C. H. Comments about Magdeburg hemispheres reenactment. 50 years of the AVS. American Vacuum Society. 2003 [2012-07-04]. （原始內容存檔於2008-08-03） （英語）.
- ^ 4.0 4.1 Hall, Edwin H.; Bergen, Joseph Y. A Textbook of Physics, 3rd Ed.. New York: Henry Holt & Co. 1903: 52 （英語）.
- ^ Magdeburg hemispheres. Multimedia Catalogue. Institute and Museum of the History of Science, Florence, Italy. 2006 [2012-07-04]. （原始內容存檔於2010-08-09） （英語）.
- ^ Schneider, Ditmar. Ein Leben für die Alte Stadt Magdeburg. 2004. ISBN 3-519-25153-1 （英語）.