拉開馬德堡半球要多大力氣？NASA忽略一變化，差點毀了木星探測器

2020-08-23 閒雲趣談科學

馬德堡半球實驗證明了大氣壓是存在的，在太空中進行會有意想不到的變化。NASA就忽視了這個變化，差點毀了木星探測器。


有大氣層的地方就有大氣壓，這是物理課本告訴我們的道理。現在我們都知道地球上的大氣壓不是一成不變的，在海拔高的地方，氣壓會明顯下降，人去了這裡會感到身體不適，出現高原反應。但是以前的人們還不知道「大氣壓」的存在，他們只知道海拔高的地方不能去，去了身體就不舒服。也正是為了探究這背後的原因，人們逐漸發現了大氣壓的存在。

託裡拆利是伽利略的弟子，在伽利略身邊系統地學習了科學知識，大氣壓的概念便是他提出來的。不過在當時並沒有取得人們的信任，他們覺得大氣壓不存在，是託裡拆利虛構出來的。有反對者就有支持者，支持託裡拆利的人中有個叫格裡克的人，他做了一個實驗。


馬德堡半球實驗

格裡克是個科學愛好者，他為了證明大氣壓的存在想出了一個法子，他找人打造了兩個空心銅半球，他要靠這兩個空心銅半球來證明大氣壓是存在的。兩個空心銅半球大小一致，拼接在一起剛好是個完整的銅球。

格裡克的想法很簡單，把它們兩個都裝滿水，再把水抽出來，人為製造出真空環境，便可以驗證大氣壓的存在了。實驗過程順利，他找來幾個人站在兩邊，用力分開兩個半球，結果紋絲不動。格裡克見狀便明白大氣壓比他預估的還要高，隨後找了16匹馬，兩邊各8匹，用繩子拴住兩個半球。


一聲令下，16匹馬開始朝兩個方向發力。僵持了一會，只聽見一聲巨響，兩個半球總算是分開了，而馬匹已經累倒在了地上。

馬匹的力量

青壯年男子的力量一般在600N左右，舉重運動員可以爆發出1200N的力量，這已經是人類的極限了。那一匹馬的拉力是多少？答案是1500N，計算後可得出拉開馬德堡半球大約需要20000N。格裡克用實驗證明了大氣壓確實是存在的，他還對圍觀的群眾解釋了為什麼拉開馬德堡半球需要這麼大的力量。


​太空中的馬德堡半球

馬德堡半球實驗的原理很簡單，球內是真空環境，外面的大氣壓自然會將它壓住。從這可以看出來，拉開它需要多大的力量完全取決於外界的大氣壓，你站在高海拔的地方，可能自己就能拉開馬德堡半球，在低海拔地區就需要16匹馬才能拉開。那有人就要問了，太空中是不是能輕鬆解決馬德堡半球？


這也得看具體情況，在宇宙空間中，自然是可以輕鬆拉開的。但是放在別的星球上就沒那麼容易了，比如金星，它的大氣壓是地球的90多倍，大約要1500匹馬才能拉開。再比如空間站裡，裡面的氣壓接近地球大氣壓，光靠人力也是拉不開的。

其實太空中的馬德堡半球，會發生一些特殊的變化。科學家經過研究發現，兩個金屬在太空中貼合，會出現冷焊現象。NASA曾經就忽視了這個問題，差點把探測器弄報廢了。伽利略號木星探測器上裝備了高增益天線，NASA在檢查設備時沒有意識到兩個高增益天線接觸會發生冷焊現象，所以當木星探測器進入設定軌道後，冷焊現象發生了。


好在NASA發現的足夠及時，做出了特殊指令，穩定住了高增益天線，減少它的工作量，這才使得木星探測器能夠順利完成任務。冷焊現象在太空飛行器上比較常見，預防方法就是事先塗抹上潤滑油，讓金屬表面保持光滑。

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相關焦點

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    在初中的物理書上我們都看到過這樣一個實驗叫做馬德堡半球實驗，其實這個實驗是由當時馬德堡的市長，也是德國的物理學家所進行的一個實驗，這個實驗的出現也證明了地球上大氣壓的存在，在一個直徑約為0.36米的銅球當中，將內部的空氣抽乾，讓它處於真空的狀態，兩邊各有8匹馬，用這16匹馬把真空吸在一起的銅球所拉開。那麼這16匹馬用了多大的力量才把馬德堡半球拉開的呢？
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    科學實驗丨八匹馬都拉不開的馬德堡半球，在家輕鬆實現 2019-12-04 16:46 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
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