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太空中马德堡半球很容易打开吗?

马德堡半球是一个形象展示大气压的实验,一个直径0.36米的对开铜球,合在一起将内部抽成高真空,然后两边各8匹马,当然16匹马的力量还是很强大的,但拉开这个铜球也花了不少力气。

马德堡半球是一个形象展示大气压的实验,一个直径0.36米的对开铜球,合在一起将内部抽成高真空,然后两边各8匹马,当然16匹马的力量还是很强大的,但拉开这个铜球也花了不少力气。

马德堡半球实验

太空中能拉开马德堡半球吗?

1654年由德国物理学家、时任马德堡市长奥托·冯·居里克举行的一个展示大气压的实验,因为非常形象,现在还是中学物理中的经典实验被继续保留!尽管马匹最后将铜球拉开了,但大家应该很好奇,标准的马德堡半球大概需要多少牛顿的力才能拉开?

居里制造的铜球直径为0.36米,根据大气压计算,这个尺寸的铜球假如在抽到高度真空的条件下,总共拉开这两个半球大约需要2万牛顿,一匹马的拉力大约是1000-2000N,因此用16匹马确实在稍稍努力下即可拉开马德堡半球!现代有很多迷你型马德堡半球,那种一个人用两只手用力即可搞定了哈!

马德堡半球合在一起的力量是大气压给予的,如果它在真空中就不会有一丝大气压,所以将其带入太空中的话它就很容易分开了是吗?其实也是有条件的,因为太空中有两个方式存在:

在太空的国际空间中

在太空的真空中

前者仍然存在大气压,因为国际空间站的大气压是标准一个大气压,所以压力是一样的,想要拉开马德堡半球同样不容易,但在太空的真空中就彻底没有压力了,所以很轻松就能打开!

NASA曾经犯过的致命错误,伽利略探测器差点废了

其实这和马德堡半球关系确实不大,但有一点必须说明的是,两个表面非常光洁,贴合在一起的金属表面在太空中会发生非常神奇的现象:冷焊

伽利略探测器的木星之路

伽利略木星探测器是1989年10月18日由航天飞机亚特兰蒂斯号送入太空的,在探测器准备变轨离开地球之前,NASA就发现一个问题,用来与探测器传输数据的高增益天线无法打开,这是探测器的图像资料下载到地球到主要通讯手段,失去高增益天线后本来几分钟一张的照片变成了几天才能传输一张。后来技术改进了压缩算法才勉强解决了这个问题。

理想中完全的天线(左侧)和实际中打不开(右图)

NASA工程师分析是伽利略探测器的高增益天线在折叠过程中没有涂抹润滑脂,它可以避免金属直接接触,导致高增益天线互相接触在太空中发生一种叫做冷焊的现象,这是处在高真空环境下,表面处于原子级别的清洁状态,金属表面的原子键结合造成粘接现象,简单的说就是长在一起了。

幸亏旅行者天线没犯错

除了涂抹润滑脂以外,三氧化二铝、三氧化二铬及二硫化钼、二氧化锆等薄膜层能有效降低冷焊现象,所以现代航天器在表面接触的部位都会加以处理以避免冷焊。

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