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马德堡半球试验与气象科学的进展

已有 3261 次阅读 2014-5-4 16:54 |个人分类:杂记|系统分类:人物纪事

前不久,再次参加了有关气象科技发展史问题的研讨会。讨论过程中,一位老先生谈到要关注历史上一些事件的相互影响,有些事的发生现在看起来很普通,但在那个时代所产生影响不可低估。他举了马德堡半球试验的例子,认为这一试验使人们对气压的存在完全信服了。有了气压,后来的大气动力方程中的变量就完整了。温度、风向风速都是人们可以感觉到的,但气压则没有那么直观,通过实验才得到了证实。

 

以前也听说过这一半球试验,还曾在一个科普馆里见到过类似的试验装置,但确实对其影响和作用没有这样认识过,对于现代大气科学来说,确实是离不开气压这一重要变量的。说起马德堡半球试验,也还还真是一件很有趣的事。

 

马德堡是德国的一个城市,位于德国北部。1646年,奥托·冯·格里克 (Otto von Guericke)

当选为该市市长。格里克具有很好的科学素养,从小就对科学问题有着浓厚的兴趣,先后读过三所大学,从哲学、法律到数理、力学、天文、地理都钻研过,知识面很广,曾在军队中担任过军械工程师。无论是在军队,还是担任市长后,都没有终止过对科学问题的探索。

 

1643年,意大利科学家托里拆利通过玻璃管和水银进行试验,证实了大气压力的存在。但由于这一过程是在实验室里进行的,无法使公众有切身的感受,尚难以服众,还引起了争议。对于科学问题非常敏感的格里克非常认真地重复了托里拆利的试验,确认了这个试验准确无误。并进一步试着将一个封闭完好的木桶抽了真空,结果是木桶被大气压碎。

 

随后,为了说服更多的人,格里克开始策划大型实验。1654年5月8日,实验被安排在了马德堡市郊,大批人群前往观看,有的人相信,有的人将信将疑,有的人断言实验会失败。格里克和助手们将两个半圆状的铜球壳之间垫上橡皮圈,将其中灌满了水后合在一起,随后通过龙头将水放出后再将龙头拧紧封闭,内部形成真空,两个半球就被大气紧紧地压在一起了。

 

这时,格里克让马夫拉来八匹马来,每个半球各栓四匹,然后马夫扬鞭催马,马匹背向而拉,如同拔河一般,但铜球丝毫不动。后来格里克将每一边的马增加到了八匹,马夫们挥鞭催马,十六匹马奋力背向而拉,最终随着一声巨响,两个半球应声裂开。而四周的观众则看得目瞪口呆,无法理解究竟是什么力量促使两个半球如此亲密接触。

 

格里克耐心地向观众们做了解释:一般情况下,将两个半球合拢,无须用力,很容易就分开.因为球内球外都有大气压力的作用;相互抵消了.如同没有压力一样。在今天的演示中,我将两个半球内抽成了真空,球内就没有向外的大气压力了,而球外的大气则紧紧地将这两个半球压在了一起。当年进行实验的两个半球现在保存在慕尼黑的德意志博物馆中。

 

  通过这次大型外场实验,人们都相信了大气压力的存在,且力量非常之大。无论是作为一次科学试验,还是作为一次科学知识的普及,这次试验都是非常成功的。格里克进行了精心的设计,付出了相当大的投入,其科学性、观赏性都令人叹服,对今人仍有很强的启示作用。


(原文写于2012-05-15 22:58:12 新浪博客)




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