木星探测器能穿越吗(拉开马德堡半球要多大力气)

马德堡半球实验证明了大气压是存在的,在太空中进行会有意想不到的变化。NASA就忽视了这个变化,差点毁了木星探测器。

木星探测器能穿越吗(拉开马德堡半球要多大力气)(1)

有大气层的地方就有大气压,这是物理课本告诉我们的道理。现在我们都知道地球上的大气压不是一成不变的,在海拔高的地方,气压会明显下降,人去了这里会感到身体不适,出现高原反应。但是以前的人们还不知道“大气压”的存在,他们只知道海拔高的地方不能去,去了身体就不舒服。也正是为了探究这背后的原因,人们逐渐发现了大气压的存在。

托里拆利是伽利略的弟子,在伽利略身边系统地学习了科学知识,大气压的概念便是他提出来的。不过在当时并没有取得人们的信任,他们觉得大气压不存在,是托里拆利虚构出来的。有反对者就有支持者,支持托里拆利的人中有个叫格里克的人,他做了一个实验。

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马德堡半球实验

格里克是个科学爱好者,他为了证明大气压的存在想出了一个法子,他找人打造了两个空心铜半球,他要靠这两个空心铜半球来证明大气压是存在的。两个空心铜半球大小一致,拼接在一起刚好是个完整的铜球。

格里克的想法很简单,把它们两个都装满水,再把水抽出来,人为制造出真空环境,便可以验证大气压的存在了。实验过程顺利,他找来几个人站在两边,用力分开两个半球,结果纹丝不动。格里克见状便明白大气压比他预估的还要高,随后找了16匹马,两边各8匹,用绳子拴住两个半球。

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一声令下,16匹马开始朝两个方向发力。僵持了一会,只听见一声巨响,两个半球总算是分开了,而马匹已经累倒在了地上。

马匹的力量

青壮年男子的力量一般在600N左右,举重运动员可以爆发出1200N的力量,这已经是人类的极限了。那一匹马的拉力是多少?答案是1500N,计算后可得出拉开马德堡半球大约需要20000N。格里克用实验证明了大气压确实是存在的,他还对围观的群众解释了为什么拉开马德堡半球需要这么大的力量。

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​太空中的马德堡半球

马德堡半球实验的原理很简单,球内是真空环境,外面的大气压自然会将它压住。从这可以看出来,拉开它需要多大的力量完全取决于外界的大气压,你站在高海拔的地方,可能自己就能拉开马德堡半球,在低海拔地区就需要16匹马才能拉开。那有人就要问了,太空中是不是能轻松解决马德堡半球?

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这也得看具体情况,在宇宙空间中,自然是可以轻松拉开的。但是放在别的星球上就没那么容易了,比如金星,它的大气压是地球的90多倍,大约要1500匹马才能拉开。再比如空间站里,里面的气压接近地球大气压,光靠人力也是拉不开的。

其实太空中的马德堡半球,会发生一些特殊的变化。科学家经过研究发现,两个金属在太空中贴合,会出现冷焊现象。NASA曾经就忽视了这个问题,差点把探测器弄报废了。伽利略号木星探测器上装备了高增益天线,NASA在检查设备时没有意识到两个高增益天线接触会发生冷焊现象,所以当木星探测器进入设定轨道后,冷焊现象发生了。

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好在NASA发现的足够及时,做出了特殊指令,稳定住了高增益天线,减少它的工作量,这才使得木星探测器能够顺利完成任务。冷焊现象在航天器上比较常见,预防方法就是事先涂抹上润滑油,让金属表面保持光滑。

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