نصفا كرة ماغديبورغ: الهواء يُمسك بقوة

لعبة محاكاة تعليمية. توقّع بأي قوة يجب أن تسحب لتفصل نصفي كرة لا يمسكهما معًا إلا الهواء، ثم اسحب وراقب النصفين.

الضغط الجويالقوة

ماغديبورغ

افصلهما

جاهز
فعّل ⁦JavaScript⁩ لسحب نصفي الكرة. تبقى التعليمات والمثال المحلول متاحة للقراءة.
نصفا الكرة أو الكوبالهواء الضاغطتوقّعكالحبال والحِمل
القوة من الضغطF = Δp·A

الزمن

0.00 s

t

السحب أو الحِمل

— kN

F_pull

إمساك الهواء

— kN

Δp·A

فرق الضغط

— kPa

Δp = p_out − p_in

المساحة

— m²

A = π·r²

توقّع قبل أن تسحب

اكتب توقّعك لتجهيز الاختبار. يبقى زر السحب معطلًا حتى توجد إجابة.

توقّع مدى قوة إمساك الهواء.

نتيجة المهمة—

يجب أن يفصل السحب النصفين بفائض لا يزيد على ⁦‎2%⁩، ويجب أن يكون الفريق أقل عدد من الأحصنة يفعل ذلك، ويجب أن يصمد الحِمل بفائض لا يزيد على ⁦‎2%⁩: كل منها يربح ⁦100⁩ نقطة. والإجابة الصحيحة من التشغيل الأول تضيف ⁦50⁩. يُحتسب التشغيل بمجرد أن يبدأ.

✓ إجابة صحيحة① من المحاولة الأولى

كيف تلعب نصفا كرة ماغديبورغ

  1. اختر اختبارًا واقرأ نصف القطر والضغطين في الخارج والداخل في البطاقة.
  2. يمسك الهواء النصفين معًا بقوة ⁦F = (p_out − p_in)·π·r²⁩، أي فرق الضغط مضروبًا في الدائرة المسطحة حيث يلتقيان.
  3. اكتب توقّعك واضغط اسحب. يكبر السحب، أو الحِمل، بانتظام حتى يستسلم شيء.
  4. راقب الأعمدة: يكبر السحب نحو إمساك الهواء، وتُظهر العلامة البرتقالية توقّعك.

ما مدى قوة دفع الهواء؟

يضغط الهواء على كل شيء، نحو ⁦101 kPa⁩ عند مستوى البحر. عادة يكون الدفع متساويًا على جهتي السطح، فيلغي بعضه. فرّغ الهواء من جهة واحدة فلا يعود الدفع متوازنًا. في عام ⁦1654⁩ أحكم أوتو فون غيريكه نصفي كرة من النحاس، وفرّغ منهما الهواء، فلم يستطع فريقان من الأحصنة أن يفصلاهما. القوة التي تمسكهما هي فرق الضغط مضروبًا في مساحة الدائرة المسطحة حيث يلتقيان: ⁦F = (p_out − p_in)·π·r²⁩. الدفعات على السطح المنحني تشير في اتجاهات كثيرة، لكن أجزاءها الجانبية تلغي بعضها، والباقي يساوي الدفع على تلك الدائرة المسطحة. فرّغ نصف الهواء تحصل على نصف القوة؛ والفراغ التام يعطي أكبر قوة، ⁦p_out·π·r²⁩. على الجبل يضغط الهواء الخارجي أقل، لذا يسهل فصل النصفين. وكوب الشفط يعمل بالطريقة نفسها: إنه لا يمتص؛ بل يدفعه الهواء الخارجي نحو الجدار.

نموذج تعليمي مركّز

نصفا الكرة صلبان ومحكمان تمامًا، ويحافظ الهواء في الداخل على الضغط نفسه أثناء سحبهما. يكبر السحب، أو الحِمل، بانتظام من الصفر مدة ⁦2 s⁩؛ وينفصل النصفان، أو يُفلت الكوب، تمامًا حين يبلغ ⁦F = (p_out − p_in)·π·r²⁩، ثم يُرسمان متباعدين مدة ⁦1 s⁩. وما يقع ضمن ⁦‎0.05%⁩ يُحتسب في الحالتين، لذا تنجح الإجابة المقرّبة. يُهمل وزن النصفين والكوب والحبال. يكون السحب صحيحًا إذا فصل النصفين بفائض لا يزيد على ⁦‎2%⁩، والفريق إذا كان أقل عدد من الأحصنة يفعل ذلك، والحِمل إذا حمله الكوب بفائض لا يزيد على ⁦‎2%. g = 9.8 m/s²⁩. الرسم ليس بمقياس صحيح. يجري في الزمن الحقيقي.

تغيير اللغة يحتفظ باختبارك وتوقّعك ومحاولاتك وتشغيلك.