Номер 151, страница 26 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

151. В известном опыте О. Герике (1654 г.) с магдебургскими полушариями по изучению атмосферного давления, чтобы разнять два полушария, из которых был выкачан воздух, впрягали шестнадцать лошадей (по восемь к каждому полушарию). Можно ли обойтись в таком опыте меньшим количеством лошадей?

Решение

В знаменитом опыте Отто фон Герике два медных полушария были сложены вместе, и из образовавшейся сферы был откачан воздух. В результате на полушария стала действовать сила, обусловленная атмосферным давлением, которая прижимает их друг к другу.

Сила, с которой атмосфера сжимает полушария, направлена перпендикулярно их поверхности. Однако результирующая сила, которую необходимо преодолеть для их разъединения, равна произведению атмосферного давления $p_{атм}$ на площадь большого круга сферы (площадь сечения) $S$. Эта сила равна $F_{атм} = p_{атм} \cdot S$.

В эксперименте для разъединения полушарий использовали две упряжки по восемь лошадей, тянущих в противоположные стороны. Рассмотрим силы, действующие на одно из полушарий (например, правое). На него действует сила тяги восьми лошадей $F_{8\;лошадей}$, направленная вправо. Влево на него действует сила, с которой его удерживает левое полушарие. Эта удерживающая сила как раз и равна силе атмосферного давления $F_{атм}$. В момент разрыва полушарий сила тяги лошадей становится равной силе атмосферного давления: $F_{8\;лошадей} = F_{атм}$.

Вторая упряжка из восьми лошадей, тянущая левое полушарие, по сути, создает силу противодействия. Согласно третьему закону Ньютона, действие равно противодействию. Роль второй упряжки заключается в том, чтобы служить опорой для первой. То есть, восемь лошадей, тянущих влево, выполняют ту же функцию, что и неподвижная опора (например, стена).

Если бы одно из полушарий было прикреплено к неподвижному объекту (например, к прочной стене), то для разъединения полушарий понадобилась бы только одна упряжка из восьми лошадей, тянущая второе полушарие. Стена в этом случае обеспечила бы необходимую силу реакции, которую в оригинальном опыте создавала вторая упряжка лошадей.

Таким образом, для проведения опыта можно было обойтись вдвое меньшим общим количеством лошадей.

Ответ: Да, можно. Если одно из полушарий закрепить неподвижно (например, привязать к стене), то для разъединения будет достаточно силы тяги восьми лошадей, приложенной ко второму полушарию. Вторая упряжка из восьми лошадей в опыте Герике выполняла роль такой же неподвижной опоры.