Почему Отто фон Герике в известном опыте использовал две упряжки? Изменится ли сила тяги лошадей, если одно из полушарий прикрепить к стене, а с другой стороны впрячь: а) 8 лошадей; б) 16 лошадей?
Отто фон Герике в известном опыте использовал две упряжки, т.к. в эксперименте использовались «два медных полушария полые внутри и прижатые друг к другу». После выкачивания из сферы воздуха 16 лошадей, по 8 с каждой стороны, не смогли разорвать полушария.
Если одно из полушарий прикрепить к стене, а с другой стороны впрячь 8 лошадей, то сила тяги не изменится, т.к. по третьему закону Ньютона сила натяжения веревки, привязанной ко второй полусфере была бы равна силе, приложенной лошадьми к первой полусфере (если веревка достаточно прочная).
Аналогично сила тяги лошадей не изменится, если одно из полушарий прикрепить к стене, а с другой стороны впрячь 16 лошадей.
Однако, сила тяги будет вдвое больше при 16 лошадях нежели при 8 лошадях.
Для того чтобы ответить на поставленный вопрос, необходимо рассмотреть теоретическую основу эксперимента Отто фон Герике, а также природу действия силы в данном случае.
Отто фон Герике – известный немецкий физик и инженер XVII века, который провел ряд экспериментов, демонстрирующих свойства вакуума. Одним из наиболее известных его опытов было использование двух полушарий (магдебургских полушарий), которые плотно соединялись друг с другом, а затем откачивался воздух из их внутреннего пространства, создавая вакуум. В этом эксперименте Герике демонстрировал, насколько сильным может быть атмосферное давление.
Атмосферное давление – это сила, с которой воздух давит на поверхность. На уровне моря оно составляет примерно 101325 Паскалей (или 760 мм ртутного столба). Когда воздух внутри соединенных полушарий откачивается, давление внутри них становится гораздо меньше атмосферного. Это создает значительную разницу давлений между внутренней и внешней сторонами полушарий.
Силы, действующие на полушария, определяются разницей давлений. Снаружи на полушария действует атмосферное давление, а изнутри – практически отсутствующее давление (вакуум). Эта разница давлений приводит к тому, что полушария сильно прижимаются друг к другу.
Для того чтобы разъединить полушария, необходимо преодолеть силу, вызванную атмосферным давлением. Эта сила определяется по формуле:
$$ F = P \cdot S, $$
где:
− $ F $ – сила, действующая на полушария,
− $ P $ – атмосферное давление,
− $ S $ – площадь поверхности, на которую действует давление.
В эксперименте Герике использовал две упряжки лошадей, которые тянули полушария в противоположные стороны. Это было сделано для того, чтобы равномерно применять силу к обоим полушариям. Если использовать только одну упряжку, то сила будет действовать только на одно полушарие, в то время как второе останется неподвижным. Это может привести к перекосу и неравномерному приложению силы, что затруднит разъединение полушарий.
Если одно из полушарий закрепить неподвижно (например, прикрепить к стене), то другая упряжка будет тянуть только второе полушарие. В этом случае сила тяги лошадей останется такой же, как если бы использовались две упряжки, при условии, что лошади способны развить достаточную силу для преодоления атмосферного давления, действующего на площадь полушарий.
Количество лошадей, используемых в упряжке, влияет на общую силу, которую они могут развить. Если увеличить количество лошадей (например, использовать вместо 8 лошадей – 16), то сила тяги увеличится. Однако это не изменит физическую природу процесса: лошади все равно должны преодолеть силу, действующую на полушария из−за разницы давлений.
Пожауйста, оцените решение
