Древни експерименти с вакуум

Нека завършим нашия разговор за свойствата на въздуха с една стара история за първите експерименти с въздушна помпа. Тези експерименти са проведени в края на 17 век от председателя на самоуправлението на германския град Магдебург, физика Ото Герике. Историята на неговите интересни експерименти е илюстрирана с рисунки, взети от книгата му.

Първият опит за образуване на празнота: чрез изпомпване на вода

„Стигнах до следното преживяване:

„Ако напълним варел с вода, всички пукнатини на който са запечатани толкова внимателно, че външният въздух не може да проникне в него, тогава вмъкнем метална тръба в дъното, през която водата може да се освободи, тогава поради гравитацията си тя ще изтече и ще остави празно пространство в бурето, в което не може да има друго вещество.

„В желанието си да тествам идеите си чрез опит, поръчах медна помпа с бутало и цилиндър, монтирани много внимателно (така че въздухът да не може да влезе в помпата и да я остави след буталото). Освен това помпата беше оборудвана с два кожени клапана, от които вътрешният трябваше да пропуска вода, а външният да улеснява изтичането й.

След като фиксирах помпата си в дъното на цевта, се опитах да изпомпам водата. В същото време обаче обръчите и винтовете, които прикрепиха помпата към цевта, бяха откъснати, преди буталото да има време да изтегли вода.

Ориз. 73. Ото Герике, изобретател на въздушната помпа

„Въпреки това работата ми не беше безполезна. След като помпата беше прикрепена с големи винтове, най-накрая беше постигнато, че трима силни работници, които изпомпваха помпата, можеха да получат вода през отвор, покрит с клапан. Тогава вътре в бурето се чу шум, какъвто се получава, когато водата кипи; продължи до оставащото пространство след отстраняването на водатабеше изпълнен с въздух.

Ориз. 74. Първият експеримент на Ото Герике за образуването на безвъздушно пространство

„Този недостатък трябваше да бъде отстранен по някакъв начин; Постигнах това, като взех по-малък варел и го поставих в първия. След като прекарах тръбата на по-дълга помпа през дъното на двете бъчви, наредих по-малката бъчва да се напълни с вода, дупката му да се запуши и след това, след като напълних и голямата бъчва с вода, започнах работа отново. Сега водата се изпомпваше от малкото буре и без съмнение оставяше напълно празно място в него.

„Но с падането на нощта, когато шумът от деня беше престанал, можеше да се чуе прекъсващ звук вътре в цевта, наподобяващ птиче чуруликане. Това продължи почти три дни.

„Когато отворът на малкото буре беше отворен, по-голямата част от него беше пълна с въздух и вода.

„Всички бяха изумени, че водата може да влезе в толкова силно замазана бъчва отвън.

След като повторих експеримента няколко пъти, стигнах до извода, че поради силно налягане водата прониква в по-малък варел през дърво; там влиза малко въздух.

Второто преживяване на образуването на празнота: чрез изпомпване на въздух

„Когато опитът и разглеждането на дървото ме убедиха в неговия работен цикъл, сметнах за по-целесъобразно да използвам за целта си сферичен меден съд, снабден с месингов кран отгоре. След като адаптирах помпа към дъното на тази топка, продължих да изпомпвам въздуха, както преди това бях изпомпал водата.

Ориз. 75. Вторият експеримент на Ото Герике върху образуването на безвъздушно пространство

„Отначало буталото се движеше свободно, но скоро ставаше все по-трудно да се работи с буталото, така че двама силни работници едва успяваха да го бутнат.Докато все още работеха и вярваха, че целият въздух е изпомпан, металният съд изведнъж, за ужас на всички, беше сплескан със силно пукане, сякаш съдът беше хвърлен от най-високата кула. Обясних този случай с факта, че може би поради небрежност на майстора съдът не е получил достатъчно сферична форма. Трябваше да приготвя съд с правилна сферична форма; въздухът отначало се изпомпваше лесно, а накрая с големи усилия.

„Така, когато експериментът беше повторен, се получи празно пространство.

„След като вентилът на съда беше отворен, въздухът започна да изпълва медната топка с такава сила, че изглеждаше, че може да отнесе хората, които стоят там. Ако лице беше доближено до топката, дъхът щеше да спре; дори ръка не можеше да се държи близо до крана - можеше да се дръпне.

Експеримент, доказващ, че две полукълба, притиснати от въздушно налягане, не могат да бъдат разделени с усилията на 16 коня

„Поръчах две медни полусфери с диаметър три четвърти магдебургски лакти (т.е. около 40 см). Към едната полусфера беше прикрепен кран; с него беше възможно да се отстрани въздухът отвътре и да се предотврати проникването на въздух отвън. Освен това към полусферите бяха прикрепени 4 пръстена, през които бяха прекарани въжета, завързани за сбруята на конете. Поръчах и кожен пръстен да бъде ушит и наситен със смес от восък и терпентин; притиснат между полукълбата, не пропуска въздух през тях. В крана беше поставена тръба на въздушна помпа и въздухът вътре в топката беше отстранен. Тогава беше открито с каква сила двете полукълба са притиснати едно към друго чрез кожен пръстен. Налягането на външния въздух ги притиска толкова силно, че 16 коня изобщо не могат да ги разделят или постигат това много трудно. Тогава, когато полукълбата, поддаващи се на цялата сила на конете, бяха разделеничу се звук като изстрел.

„Но беше достатъчно да отворите свободен достъп до въздуха чрез завъртане на крана и не беше трудно да разделите двете полукълба с ръцете си.

„Въз основа на този опит изчислих, че ако и двете прикрепени полукълба бъдат окачени и товар от 2686 паунда е вързан към долното, тогава то ще бъде откъснато от горното полукълбо от това тегло. Но това тегло зависи донякъде и от състоянието на въздуха, тъй като налягането на въздуха понякога е по-силно, понякога по-слабо. В това натоварване за дадена основа на цилиндъра, така да се каже, е въплътено теглото на небето (т.е. теглото на въздушния стълб до границите на атмосферата). Който желае да знае теглото на целия въздух на земята, трябва първо да определи повърхността на земята в квадратни мили; след това, превеждайки в квадратни лакти, вече можете да намерите желаното тегло.

Подобен експеримент, при който полукълба, неделими от силите на 24 коня, бяха разделени от глътка въздух

„Сега споменатите полукълба, удряйки се в земята, когато са били разделени, когато конете са се изправили, са били повредени и са загубили своята сферична форма. Затова поръчах две полусфери с големи размери, с диаметър цял лакът (55 см). Размерът им е избран така, че в празно състояние да не могат да бъдат разделени от 24 коня. Въздушен цилиндър с тази основа би тежал 5400 паунда. В предишния експеримент разделянето на товари от 2686 паунда изискваше силата на 16 коня. Каква сила е необходима за преодоляване на товар от 5400 паунда? Изчислението показва, че са необходими 34 коня. И тъй като бяха впрегнати само 24 коня, можеше да се предвиди със сигурност, че полусферите няма да бъдат разделени. Те останаха свързани и въздухът не проникна вътре. Но чрез отваряне на крана беше възможно да се пусне въздух и тогава самите полукълба се разпаднаха.

Ориз. 76. Опитът на Герике с медни полусфери

„Значи можемнаистина казват, че разделянето на полукълбата, непостижимо със силата на 24 коня (а при още по-големи полукълба дори със силата на 100 коня), може да бъде извършено само от един човек с просто дишане.

Опитът показва, че полукълбата могат да бъдат разделени от товар

„Така че по-малките полусфери, споменати по-рано, да не останат без използване, наредих в двора на къщата си, в ъгъла на градинската ограда, да изкопая здрав отвесен стълб, да подредя напречна греда на върха, към която да бъде прикрепена здрава желязна кука. Закачих двете полусфери на тази кука с помощта на желязна халка. Към долното полукълбо на четири вериги, нанизани през халките, беше окачена квадратна дъска, като чаша на везната на града. На него бяха поставени толкова тежести, колкото е необходимо, за да се разделят полукълбата.

„По-горе беше определено, че въздухът притиска всяко полукълбо със сила от 2686 паунда. Следователно и двете полукълба ще се раздалечат, ако върху чашата се постави тежест от 2686 паунда. Това раздяла последва с кух звук.