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        馬德堡半球?qū)嶒?yàn)漫談

        2008-12-31 00:00:00
        物理教學(xué)探討 2008年14期

        1654年5月8日,德國(guó)馬德堡市的市民們看到了一件令人驚奇又困惑的事情:他們的市長(zhǎng),就是發(fā)明抽氣機(jī)的奧托#8226;格里克,把兩個(gè)直徑40多厘米的空心銅半球緊貼在一起,用抽氣機(jī)抽出球內(nèi)的空氣,然后用兩隊(duì)馬向相反的方向拉兩個(gè)半球,“連16匹馬(拼命掙扎著)都不能把它們拉開(kāi),或者只有費(fèi)了很大的勁才能拉開(kāi)它們,當(dāng)馬用盡了全力把兩個(gè)半球最后拉開(kāi)的時(shí)候,還發(fā)出了很大的響聲,象放炮一樣?!保ㄒ?shī)W托格里克寫(xiě)的1672年出版的一本書(shū)《在無(wú)空氣空間里進(jìn)行的所謂新的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)》)市民們驚奇得問(wèn):“是什么力量把它們壓合得這么緊呢?”“沒(méi)有什么,是空氣。”市長(zhǎng)這樣回答。而如果把銅半球上的閥門(mén)擰開(kāi),空氣經(jīng)閥門(mén)流進(jìn)球里,用手一拉球就開(kāi)了。這就是著名的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)。

        馬德堡半球?qū)嶒?yàn)有力地證實(shí)了大氣壓的存在,在物理學(xué)史上占據(jù)十分重要的地位。不僅如此,馬德堡半球?qū)嶒?yàn)還有奇妙的應(yīng)用價(jià)值。大家只要注意觀察,就會(huì)發(fā)現(xiàn)在我們的周?chē)?jīng)常發(fā)生著許許多多形形色色的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)。當(dāng)然,這時(shí)的馬德堡半球可能不再是兩個(gè)空心半球,在從中排出空氣時(shí)也許另有高招。但其實(shí)質(zhì)是一樣的,都是大氣壓在起作用。

        在玻璃工廠里,搬運(yùn)平板玻璃時(shí),就用一個(gè)喇叭狀的吸盤(pán)壓在玻璃上,然后通過(guò)與吸盤(pán)相連的抽氣機(jī)將吸盤(pán)中的空氣抽出,使其中的氣壓減小,大氣壓就將玻璃緊緊的壓在吸盤(pán)上,然后移動(dòng)吸盤(pán),玻璃就隨著一起移動(dòng)。到適當(dāng)?shù)奈恢?,讓空氣進(jìn)入吸盤(pán),玻璃就與吸盤(pán)分開(kāi)。這與上面的馬德堡實(shí)驗(yàn)的裝置明顯不同,但將其中的空氣排出的方法是一樣的。而下面的例子中,就不用抽氣機(jī)了。

        中醫(yī)治病用的“拔火罐”,應(yīng)是有案可稽的最早的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)。史料記載,“拔火罐”在公元四世紀(jì)就開(kāi)始使用了,距今已有一千五百多年,并且一直沿用至今。過(guò)去用竹筒或牛角,現(xiàn)在用陶瓷杯或玻璃瓶等,治病時(shí),將點(diǎn)燃的草紙等放入罐中,罐中空氣受熱膨脹,排出罐外,不等火熄滅,就要將罐口捂緊在患處。罐內(nèi)的火熄滅后,其中的空氣溫度降低,氣壓減小,小于大氣壓,于是大氣壓就將罐緊緊的壓在皮膚上,同時(shí)人體內(nèi)的壓強(qiáng)將該處皮肉壓入罐內(nèi),從而達(dá)到治療病痛的作用。不難看出,“拔火罐”的操作,有一定的技巧性,何時(shí)捂在皮膚上,要掌握好分寸,否則,會(huì)灼傷皮膚或者是吸得太松影響治療的效果。近幾年出現(xiàn)的“孟氏中藥拔罐”就克服了這種缺點(diǎn)。它是在罐中增加了一個(gè)活塞,活塞與穿過(guò)罐底的螺旋相連。使用時(shí),旋轉(zhuǎn)螺旋,將活塞推出到與罐口相平,目的是將罐中的空氣排出。然后將罐口捂在患處,接著反向旋轉(zhuǎn)螺旋將活塞拉入罐中,由于罐中空氣幾乎被排空,所以,罐中氣壓很小,大氣壓將罐緊緊的壓在皮膚上。這跟傳統(tǒng)的“拔火罐”相比,操作起來(lái)要簡(jiǎn)便多了,正象其廣告詞中說(shuō)的那樣“會(huì)擰水管,就會(huì)擰拔罐”。

        不僅是中醫(yī),西醫(yī)也會(huì)用到馬德堡半球?qū)嶒?yàn)。大家見(jiàn)得比較多的是心電圖機(jī)上的吸盤(pán)電極,它是一個(gè)凹形的橡皮圓盤(pán),圓盤(pán)中心與橡皮球相連。使用時(shí),擠壓橡皮球,排出球內(nèi)空氣,將電極放在所需的部位,然后放松橡皮球,橡皮球恢復(fù)原狀,球內(nèi)減壓,大氣壓將電極壓在皮膚上。

        在我們的日常生活中,也會(huì)經(jīng)常用到馬德堡半球?qū)嶒?yàn)。家庭使用的塑料掛衣鉤即是,它是一個(gè)凹形的塑料圓盤(pán),將其用力壓在平滑的墻壁上,就將其中的空氣排出,放手后,塑料圓盤(pán)恢復(fù)原狀,其中體積增大,氣壓減小,大氣壓就將圓盤(pán)緊緊的壓在墻壁上,上面的掛鉤上就可以掛衣服、書(shū)包等物品。還有一種玩具槍?zhuān)淖訌椀那岸司蛶в幸粋€(gè)凹形的橡皮吸盤(pán),射出的子彈可以吸附在目標(biāo)物上,與塑料掛衣鉤的道理一樣。

        很多家庭中使用的鋼化玻璃茶幾的四條腿上端也各有一個(gè)凹形的橡皮圓盤(pán),將茶幾面放在上面,就擠壓圓盤(pán),將其中的空氣排出。移動(dòng)茶幾時(shí),抬起茶幾面,圓盤(pán)恢復(fù)原狀,其中體積增大,氣壓減小,大氣壓就將圓盤(pán)緊緊的壓在茶幾面上。當(dāng)然,圓盤(pán)的大小經(jīng)過(guò)計(jì)算,可以使之受到的大氣壓力,足以承擔(dān)四條腿的重力,從而,保證能帶動(dòng)茶幾腿一起移動(dòng)。大家可能見(jiàn)過(guò)一種魔術(shù)——空手吸盆。道理與此差不多,表演時(shí),在表演者的手和盆之間就藏著一個(gè)凹形的橡皮圓盤(pán)。

        不過(guò),應(yīng)當(dāng)承認(rèn),人確實(shí)能空手將物體吸起來(lái),有人就在中央電視臺(tái)展示過(guò)。

        2006年11月26日,CCTV-2《想挑戰(zhàn)嗎》。一位叫洪國(guó)斌的挑戰(zhàn)者,挑戰(zhàn)項(xiàng)目是用口、鼻、耳同時(shí)吹破五個(gè)氣球。之前,露一小手時(shí),展示了用手吸起了自制的金屬杯(質(zhì)量是1.5kg,據(jù)說(shuō)最高紀(jì)錄是7.5kg)。2007年2月4日,同樣是在《想挑戰(zhàn)嗎》中,一位來(lái)自湖北的叫謝社平的挑戰(zhàn)者,也是在露一小手時(shí),也表演了空手吸物,用的是一種飲料瓶,飲料瓶瓶口朝下,下面吊著兩個(gè)滅火器,將手壓在瓶底上,然后將手提起,就可將飲料瓶連同滅火器一起提起來(lái)。其實(shí),這也是一個(gè)馬德堡半球?qū)嶒?yàn)。大家看一下自己的手掌,多象一個(gè)凹形的圓盤(pán)。表演者將手掌緊緊的壓在杯蓋(瓶底)上,將手和杯蓋(瓶底)之間的空氣排出,然后將手盡量的向上凸起,其中氣壓減小,大氣壓就將金屬杯(飲料瓶)緊緊的壓在手上,可隨手一起移動(dòng)。手的直徑大約10cm,與正宗的馬德堡半球所用的銅半球比較可知,理論上這時(shí)的大氣壓力可與半匹馬的拉力相當(dāng)。所以,上述表演是符合物理原理的。不過(guò),這要經(jīng)過(guò)一定的訓(xùn)練,所以,不是任何人隨便都能做到的。

        有道是“只有想不到,沒(méi)有做不到”,有人更富想象力,居然打起了自己的肚皮的主意。

        曾在多家報(bào)紙上看到,一男子將拴有繩子的金屬碗扣在肚皮上,繩子的另一端系在一輛2噸重的桑塔納汽車(chē)上,該男子可用肚皮拉著汽車(chē)移動(dòng)。至于是如何將空氣排出的,文中沒(méi)說(shuō)。后來(lái),在2007年2月10日,CCTV-2《正大綜藝#8226;吉尼斯中國(guó)之夜》中看到一個(gè)節(jié)目,在上海外景地,一位叫劉剛的10歲男孩,據(jù)說(shuō)是挑戰(zhàn)一位德國(guó)人的項(xiàng)目。將拴有繩子的金屬碗扣在肚皮上,劉剛將自己的肚皮壓入碗中(據(jù)劉剛自己說(shuō),這是一種氣功),就將碗中的空氣排出(想來(lái)前面那位用肚皮拉車(chē)的男子也是用的這種方法),然后,收縮肚皮,使碗中體積增大,氣壓減小,大氣壓就將碗緊緊的壓在肚皮上。繩子的另一端系在直升機(jī)上,用直升機(jī)將人吊向空中。可惜挑戰(zhàn)失敗,在直升機(jī)將人吊起后,55s的時(shí)候人碗脫離。從理論上說(shuō),這也是有道理的,觀察所用的金屬碗直徑大約有20cm,與馬德堡半球?qū)嶒?yàn)所用的銅半球比較,如將空氣排凈,要將人和碗拉開(kāi),需兩匹馬。問(wèn)題是這里排氣不好,剩余的空氣過(guò)多。

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