1. Năm 1654, Ghê-rích -- Thị trưởng thành phố Mác - đơ - buốc của Đức đã làm thí nghiệm chứng minh hùng hồn sự tồn tại mạnh mẽ của áp suất khí quyển:
Ông lấy hai bán cầu bằng đồng rỗng đường kính 37cm, mài nhẵn mép, úp chặt vào nhau sao cho không khí không lọt vào được. Sau đó dùng máy bơm hút hết không khí ra khỏi quả cầu rồi đóng chặt van lại. Người ta đã phải dùng hai đàn ngựa, mỗi đàn 8 con mà không kéo rời được hai bán cầu ra.
Và để tưởng nhớ đến ông, hàng năm người dân thành phố Mác-đơ-buốc lại tổ chức tiến hành thí nghiệm tương tự. Các em có thể xem video tham khảo theo đường dẫn sau https://www.youtube.com/watch?v=qL9viva4fl4
Em hãy cho biết:
a. Tại sao hai nửa bán cầu lại không tách rời được dưới sức kéo của đàn ngựa? Điều kiện lí tưởng của thí nghiệm này là gì? Muốn dễ dàng tác hai nửa bán cầu ra thì ta nên làm như thế nào?
b. Biết áp lực khí quyển tác dụng lên 1$cm^{2}$ là 10N. Mỗi con ngựa có lực kéo 800N. Cần tối thiểu bao nhiêu con ngựa mỗi bên để kéo tách rời hai bán cầu ra?
(Ở đây ta tính diện tích của vòng tròn chứ không phải bề mặt của bán cầu, bởi vì áp suất khí quyển chỉ có độ lớn như đã nói khi tác dụng vuông góc với một bề mặt, còn khi tác dụng vào những bề mặt nằm nghiêng thì áp suất đó nhỏ hơn. Trong trường hợp này phải lấy hình chiếu vuông góc của mặt cầu lên mặt phẳng, nghĩa là lấy diện tích của vòng tròn lớn hơn).
Bài Làm:
a. Khi hút hết không khí bên trong hai bán cầu ra, áp suất bên trong hai bán cầu gần như bằng 0. Mà áp suất khí quyển bên ngoài rất lớn nên hai bán cầu dính chặt vào nhau không bị tách rời được.
Điều kiện lí tưởng của thí nghiệm là hai bán cầu được ép chặt vào nhau không có kẽ hở để không khí lọt vào được.
Muốn dễ dàng tách hai nửa bán cầu ta đục lỗ nhỏ để không khí chui vào trong khí đó áp suất bên trong và bên ngoài hai bán cầu cân bằng.
b. Diện tích vòng tròn lớn nhất là: S = $\pi r^{2} = \pi 37^{2} = 4300,84 cm^{2}$
Áp lực khí quyển tác dụng lên một nửa bán cầu là:
F = 10. 4300,84 = 43008,4 (N)
Số ngựa mỗi bên cần để tách hai bán cầu là:
43008,4 : 800 = 53,7 (con)
Vậy cần tối thiếu 54 con ngựa mỗi bên.
