Tải trọng không khí bằng bao nhiêu?

Giữa thế kỷ XVII dân cư và những thành viên dự cuộc Đại hội đế chế ở thành phố Reghenbua, đứng đầu là hoàng đế Ferdinan III, đã chứng kiến một cảnh tượng khác thường: 16 con ngựa đang cật lực kéo để tách hai bán cầu bằng đồng ghép úp lại với nhau. Cái gì đã buộc chúng lại? «Không có cái gì cả», — chỉ có không khí. Thế mà phải dùng đến 16 con ngựa kéo, mỗi phía 8 con những vẫn không đủ sức để tách chúng ra được. Thị trường Otto von Guericke đã chỉ cho mọi người thấy một cách trực quan rằng, không ...

Thí nghiệm này được tiền hành rất trọng thể vào ngày mồng 8 tháng Năm năm 1654. Nhà khoa học — thị trường đã có khả năng làm cho mọi người tập trung chú ý đến các công trình nghiên cứu của mình, mặc dù công việc xảy ra vào thời điểm quyết liệt nhất của các cuộc chiến tranh tàn phá và lộn xộn về chính trị lúc bấy giờ.

Tôi tin rằng bạn đọc thích được nghe chính bản thân Guericke, — «nhà bác học Galilê người Đức», như một đôi khi người ta vẫn gọi nhà vật lý xuất sắc này như thế, — kể về các thí nghiệm «các bán cầu Magơđebua» nổi tiếng. Quyển sách này rộng khổ, mô tả hàng loạt các thí nghiệm bằng tiếng la tinh được xuất bản vào năm 1672 ở Amxtecđam. Và cũng như tất cả các cuốn sách khác của thời bấy giờ đều mang cái tên rất dài dòng thế này:

OTTO von GUERICKE

Tên gọi các thí nghiệm mới ở Magơđebua

KHOẢNG CHÂN KHÔNG

những mô tả đầu tiên của giáo sư toán

KASPAR SHOTT trường Đại học tổng hợp Viurzbua

ấn phẩm của chính tác giả,

có mô tả tỉ mỉvà bổ sung nhiều

thí nghiệm mới

Thí nghiệm mà bạn quan tâm đã được viết ởchương XXIII trong cuốn sách đỏ. Chúng tôi trích dẫn bản dịch đúng theo nguyên văn như sau:

«Thí nghiệm cho thấy áp suất không khí đã gắn liền hai nửa quả cầu lại chắc đến nỗi sức của 16 con ngựa không thể tách ra được.

Tôi đặt làm hai bán cầu bằng đồng có đường kính bằng ba phần tư lokot Magơđcbua[1] Nhưng thực tế đường kính của chúng chỉ có 67/100, vì những người thợ theo thói quen họ không thể gia công đúng với yêu cầu. Cả hai bán cầu rất khớp nhau. Ở một bán cầu có lắp van để hút không khí bên trong ra và ngăn không khí bên ngoài lọt vào. Ngoài ra, hai bán cầu còn được gia cô bốn cái vòng mắc dây chảo để thắng vào các bộ yên ngựa. Tôi cũng cho khâu một cái đai bằng da có tấm hợp chất sáp trong nhựa thông rồi độn vào giữa hai bán cầu để ngăn không khí lọt vào. Lắp ống của máy bơm vào van và hút hết không khítrong quả cầu ra. Lúc này phát hiện thấy, không hiểu bằng một lực nào đó mà hai bán cầu ép rất mạnh vào nhau. Áp suất của không khí bên ngoài đã nén chặt chúng lại, đến nỗi 16 con ngựa (giật mạnh) vẫn không thể nào tách ra được, hoặc phải khó khăn lắm mới tách được. Nhưng đến khi mà hai bán cầu không còn giữ nổi sức kéo của 16 con ngựa, chúng bị tách ra và kèm theo tiếng ầm vang như tiếng súng nổ. Thế nhưng chỉ cần vặn van cho không khí vào thì — dùng tay cũng tách được hai bán cầu ra một cách dễ dàng».

Những phép tính đơn giản có thể giải thích cho chúng ta hiểu được tại sao phải cần đến một lực lớn như thế(8 con ngựa ởmỗi phía) để tách ra hai phần của quá cầu rỗng. Không khí nén với một lực gần bằng 1 kG trên một centimet vuông; diện tích hình tròn[2] có đường kính 0,67 lokot (37 cm), bằng 1060 cm2. Nghĩa là áp suất của khí quyển lên mỗi bán cầu phải lớn hơn 1000 kG = 1 T. Do đó, mỗi bên tám con ngựa phải kéo với một lực 1 T để có thể chống chịu với áp suất của không khí bên ngoài.

Cứ tưởng là đối với tám con ngựa (mỗi phía) thì đó không phải là tải trọng lớn cho lắm. Nhưng các bạn đừng quên rằng khi làm di chuyển, chẳng hạn, hành lý có trọng lượng 1 T, các con ngựa phải thắng một lực không phải 1 T, mà ít hơn nhiều, đó là — lực ma sát của các bánh xe với trục xe và mặt đường (ví dụ, đối với đường nhựa) thì tất cả chỉcó năm phần trăm, tức là 50 kG đối với hành lý nặng 1 T. (Đây là chúng ta chưa nói đến khi có hợp lực của tám con ngựa kéo ngược lại, mà như thực tếcho thấy lực kéo sẽ yếu đi 50%). Do đó, lực kéo 1 T sẽ ứng với tải trọng của chiếc xe 20 T khi có tám ngựa kéo. Đây, «tải trọng» không khí là như vậy đó. Để kéo cái tải trọng này cần phải có các con ngựa của thị trưởng thành phố Magơđebua! Chẳng khác nào chúng phải kéo dời chỗ cái đầu máy xe lứa cỡ nhỏ không đặt trên đường ray.

Đã xác định được rằng, một con ngựa khỏe kéo chiếc xe tải chỉ hết một lực bằng 80 kG[3].Do đó để tách được hai bán cầu Magơđebua phải cần đến một lực kéo đều đặn bằng 1000 kG/80 kG, tức là 13 con ngựa mỗi bên[4].

Chúng ta chắc là rất ngạc nhiên khi biết rằng một số các khớp động ở bộ xương người không bị rã ra cũng chính là do nguyên nhân giống như các bán cầu Magơđebua. Khớp động xương đùi của chúng ta chính là các bán cầu Magơđebua. Có thể

Các xương ở khớp động xương đùi không bị rời ra là vì cũng giống như các bán cầu Magơđebua.

bóc hềt các liên kết cơ và sụn mà đùi vẫn không bị rời ra: nó được áp suất không khí nén vào, bởi vì ở khoảng trống của gian khớp không có không khí.