(การทดลองครึ่งทรงกลม Magdeburg โดยใช้ม้าจำนวนมาก ประมาณช่วงปี 1657)
อากาศรอบตัวเราประกอบด้วยโมเลกุลของก๊าซประเภทต่างๆ หลายพันล้านล้านล้านโมเลกุล องค์ประกอบทั่วไปคือไนโตรเจน 78.09 % ออกซิเจน 20.95 % อาร์กอน 0.93 % ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 0.04 % ก๊าซขนาดเล็กอื่น ๆ และบางส่วนไอน้ำ
แม้เราจะมองไม่เห็นอากาศในบริเวณรอบตัว แต่โมเลกุลของก๊าซเหล่านี้เคลื่อนที่ตลอดเวลา เมื่อโมเลกุลของอากาศจำนวนมากมายนี้ปะทะกับผิวของวัตถุต่างๆ ไม่ว่าจะมีขนาดใหญ่หรือเล็ก มันจะทั้งชนกันและตีกลับจากทุกอย่างและทำให้เกิดแรง แรงนี้เองที่ทำให้เกิดความดันของอากาศ (ตัวชี้วัดของพลังของอากาศเหล่านั้นทั้งหมดที่ชนกันของโมเลกุลบนพื้นผิว) หรือความดันบรรยากาศ
อะไรก็ตามที่เพิ่มความเร็วหรือความรุนแรงของการชนกันของโมเลกุล อากาศจะยิ่งเพิ่มความดันอากาศเนื่องจากแรงโน้มถ่วง โดยความกดอากาศจะสูงขึ้นใกล้กับโลกและลดลงตามระดับความสูง ในขณะที่ อากาศที่อุ่นกว่ามีความกดอากาศมากกว่าอากาศที่เย็นกว่าเพราะความร้อนทำให้โมเลกุลของอากาศเคลื่อนที่มากขึ้น
แต่ในอดีต เป็นที่เชื่อกันมานานแล้วว่า ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติและทางกายภาพหลายอย่าง เช่น ลม การเคลื่อนไหวและการล้มของร่างกาย และการเพิ่มของของเหลวด้วยเครื่องสูบอากาศ เกิดจากหลักการฟิสิกส์ของ " horror vacuii " หรือความน่ากลัวของความว่างเปล่า โดยถูกสันนิษฐานว่า "ธรรมชาติเกลียดชังพื้นที่ว่าง" และจะพยายามทุกวิถีทางเพื่อป้องกันการมีอยู่ของมัน ตามความเชื่อนี้ อากาศจะพุ่งเข้าไปในพื้นที่ว่างเพื่อสร้างแรงขับเคลื่อนขึ้นด้านหลังและผลักไปข้างหน้าด้วยกำลัง เช่น ของเหลวถูกดันขึ้นไปในท่อเปล่าเพียงเพื่อเติมเต็มพื้นที่ว่าง
ภาพเหมือนของ Otto von Guericke
จนกระทั่งในปี 1654 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Otto von Guericke หนึ่งในบุคคลสำคัญในการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ในศตวรรษที่ 17 ให้ความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ของเทคโนโลยีสูญญากาศ ได้ทำการทดลองอันน่าทึ่งเกี่ยวกับผลกระทบของแรงดันอากาศ โดยเครื่องทดลองความดันของอากาศแบบโลหะ กึ่งทรงกลมกลวงสองซีกประกบกัน ซึ่งเป็นการทดลองทางฟิสิกส์แบบคลาสสิกที่แสดงให้เห็นว่า มีความกดดันที่น่าเหลือเชื่อที่บรรยากาศรอบตัวเรากระทำต่อร่างกายของเราและทุกสิ่งทุกอย่าง
แม้ว่าก่อนหน้ามีการทดสอบแนวคิดนี้แล้วโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี Evangelista Torricelli ซึ่งประสบความสำเร็จในท่อตั้งตรง แต่ Guericke ใช้ปั๊มลมสร้างสูญญากาศ พร้อมกับทำการทดลองจำนวนมากจากคุณสมบัติของสุญญากาศ(บางส่วน) รวมทั้งการใช้งาน เช่น การทดสอบแรงยกและปลอกหุ้มกันลม
เครื่องมือของ Guericke ประกอบด้วยครึ่งทรงกลมสองซีกที่ประกบเข้าด้วยกันเป็นทรงกลมเดียวเพื่อผนึกแน่นด้วยอากาศ โดยซีกหนึ่งมีท่อที่สามารถติดกับปั๊มสุญญากาศและวาล์วเพื่อปิดผนึก เมื่ออากาศถูกดูดออกจากภายในแต่ละซีกและปิดวาล์ว ทั้งสองส่วนจะถูกยึดเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนาโดยแรงดันอากาศของบรรยากาศโดยรอบ และแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะดึงทั้งสองซีกออกจากกันด้วยแรงมือของคนมากมาย
แต่เมื่อปล่อยอากาศกลับเข้าไป ทั้งสองส่วนจะหลุดออกจากกันอย่างง่ายดาย ด้วยวิธีนี้ Guericke จึงทำการสาธิตสาธารณะที่แสดงให้เห็นถึงพลังมหาศาลของความดันบรรยากาศเป็นครั้งแรก โดยแสดงให้เห็นว่า แม้ทีมม้าสองทีมก็ไม่สามารถดึงทรงกลมที่ประกอบด้วยซีกโลหะสองซีกออกจากกันได้ เมื่ออากาศถูกกำจัดออกไป
ความสำเร็จนี้ Guericke เรียกว่า "Magdeburg Hemispheres" นอกจากนั้น เขายังผลิตบารอมิเตอร์น้ำ (water barometer) เพื่อทำนายการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ ต่อมา การทดลองที่ดำเนินการอยู่ค้นพบธรรมชาติของไฟฟ้าและได้ปูทางไปสู่ความก้าวหน้าในด้านนี้ โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันและรัฐบุรุษ Benjamin Franklin ในปี 1752
Otto von Guericke นั้นเกิดในตระกูลขุนนางของเมือง Magdeburg ในปี 1602 เขาได้รับการสอนเป็นการส่วนตัวจนถึงอายุสิบห้าปี หลังจากนั้นเขาเริ่มเรียนกฎหมายและปรัชญาที่มหาวิทยาลัย Leipzig หลังจากนั้นเขาศึกษาโปรแกรม Academia Julia ในมหาวิทยาลัย Helmstedt และมหาวิทยาลัยJena รวมทั้งเข้าเรียนหลักสูตรคณิตศาสตร์ ฟิสิกส์ และวิศวกรรมการทหารที่ Leiden เป็นครั้งแรกในปี 1631
Guericke ได้รับแต่งตั้งให้เป็นวิศวกรก่อสร้างเพื่อช่วยสร้างเมือง Magdeburg ขึ้นใหม่หลังจากที่ได้รับความเสียหายอย่างรุนแรงในช่วงสงครามสามสิบปี ในปี 1646 เขาได้รับเลือกให้เป็นเจ้าเมือง ซึ่งเป็นหัวหน้าผู้พิพากษาหรือผู้บริหารของเมือง Magdeburg ที่มีอำนาจมากกว่านายกเทศมนตรี เขาดำรงตำแหน่งนี้จนกระทั่งเกษียณอายุในปี 1678 ในช่วงสี่ทศวรรษที่เขาดำรงตำแหน่งเขารับหน้าที่ทางการทูตมากมาย
ภาพพิมพ์แสดงการทดลอง 'Magdeburg hemispheres' ของ Otto von Guericke
แม้ว่าเขาจะมีหน้าที่รับผิดชอบในที่สาธารณะมากมาย แต่ Guericke ก็ยังหาเวลาไปไล่ตามความสนใจทางวิทยาศาสตร์ของเขา หนึ่งในนั้นคือสุญญากาศ ในช่วงเวลาของ Guericke ปั๊มน้ำมีพื้นฐานมาจากการดูด แต่ปั๊มเหล่านี้สามารถดึงน้ำได้ในระดับหนึ่งเท่านั้น จากการทดลองพบว่าความสูงนี้อยู่ที่ประมาณ 34 ฟุต ข้อจำกัดนี้เป็นข้อกังวลในโครงการชลประทาน การระบายน้ำของเหมือง และน้ำพุประดับตกแต่งที่ ดยุคแห่ง Tuscany วางแผนไว้
ดังนั้น ดยุคจึงมอบหมายให้กาลิเลโอ (Galileo Galilei) ตรวจสอบปัญหา กาลิเลโอแนะนำอย่างไม่ถูกต้องว่า เสาน้ำแตกด้วยน้ำหนักของมันเองเมื่อยกน้ำขึ้นถึง 34 ฟุต ในขณะที่ Gasparo Berti นักคณิตศาสตร์ นักดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวอิตาลี ยังรับความท้าทายนี้และพยายามสร้างสุญญากาศเหนือเสาน้ำแต่เขาอธิบายไม่ถูก สุดท้าย Evangelista Torricelli นักเรียนของกาลิเลโอ เป็นคนแรกที่เขียนข้อโต้แย้งที่น่าเชื่อถือว่าพื้นที่ด้านบนเป็นสุญญากาศ ความสูงของเสาจึงจำกัดอยู่ที่น้ำหนักสูงสุดที่ความกดอากาศสามารถรองรับได้ และนี่คือความสูงที่จำกัดของปั๊มดูด
Guericke ประสบความสำเร็จในปี 1640 โดยการสร้างปั๊มสูญญากาศเครื่องแรก ที่ทำงานร่วมกับลูกสูบและสามารถสูบน้ำในภาชนะทั้งหมดให้ว่างเปล่าได้ เขาแสดงให้เห็นว่า ในสุญญากาศไม่สามารถได้ยินเสียง เทียนจะไม่ไหม้ และนก ปลาสายพันธุ์ที่แตกต่างกัน ไม่สามารถอยู่รอดได้ในความกดอากาศต่ำมาก และยังทดลองกับบารอมิเตอร์ปรอท (ที่คิดค้นโดย Evangelista Torricelli) บนยอดเขา ที่แสดงให้เห็นว่าโลกดักจับอากาศได้ในปริมาณจำกัด ดังนั้น เขาจึงสรุปได้ว่าต้องมีสุญญากาศอยู่นอกชั้นบรรยากาศของเรา
Magdeburg Hemisphere ที่งานนิทรรศการนานาชาติและสากลปี 1967 ในเมือง Montreal ประเทศแคนาดา
ในปี 1654 Guericke ได้รับเชิญไปยังเมือง Regensburg เพื่อแสดงการทดลองของเขาเกี่ยวกับสุญญากาศต่อหน้าบุคคลสำคัญสูงสุดของจักรวรรดิโรมันอันศักดิ์สิทธิ์ Guericke นำทองแดงสองซีกที่ประกบกันอย่างพอดี และใช้ปั๊มสุญญากาศสูบลมออกจากทรงกลม จากนั้นเขาก็ยึดด้วยม้าสองทีม ๆ ละ
แปดตัว แต่พวกมันไม่สามารถดึงแต่ละซีกออกจากกันได้
การทดลองทำซ้ำอีกสองปีต่อมาในบ้านเกิดของเขาที่เมือง Magdeburg จากนั้น การสาธิตแบบเดียวกันนี้เกิดขึ้นอีกครั้งในกรุงเบอร์ลินในปี 1661 (หรือ 1663) ก่อนที่อีกครั้งโดย Frederick William ผู้มีสิทธิเลือกตั้งแห่ง Brandenburg พร้อมม้ายี่สิบสี่ตัว โดยการทดลองของ Guericke กับสุญญากาศนั้นเป็นแรงบันดาลใจให้ Robert Boyle ทำการทดลองของตัวเอง ซึ่งในที่สุดก็นำไปสู่การกำหนดกฎของ Boyle ที่ระบุว่าปริมาตรของวัตถุในอุดมคตินั้นแปรผกผันกับความดันของมัน
อย่างไรก็ตาม การทดลองใน 'Magdeburg hemispheres' กลายเป็นวิธีที่นิยมในการอธิบายหลักการของความกดอากาศ ทุกวันนี้ ในชั้นเรียนวิทยาศาสตร์มีการเลียนแบบการทดลองนี้ด้วยครึ่งทรงกลมที่เล็กกว่าเพื่อความเข้าใจที่มากยิ่งขึ้น
" horror vacuii " Horror Vacui (คำภาษาละติน) หมายถึง "ความกลัวความว่างเปล่า"
แนวคิดนี้ ดูเหมือนจะเกิดขึ้นในยุควิกตอเรียเป็นครั้งแรก ที่ใช้เป็นการวิพากษ์วิจารณ์การออกแบบตกแต่งภายในในงานสถาปัตยกรรม
และไม่ถือว่าเป็นคำชมแต่อย่างใด และแนวคิดเปิดขึ้นในช่วงเวลาของอริสโตเติล
(ขอขอบคุณที่มาของข้อมูลทั้งหมดและขออนุญาตนำมา)
" Magdeburg Hemispheres " การทดลองฟิสิกส์สูญญากาศของ Guericke
กลาง: นำแต่ละครึ่งมาประกบกัน ทำสุญญากาศด้วยซีลหนังและแว็กซ์ระหว่างพวกมัน และไล่อากาศออก
Cr.https://www.famousscientists.org/otto-von-guericke/
แปดตัว แต่พวกมันไม่สามารถดึงแต่ละซีกออกจากกันได้
การทดลองทำซ้ำอีกสองปีต่อมาในบ้านเกิดของเขาที่เมือง Magdeburg จากนั้น การสาธิตแบบเดียวกันนี้เกิดขึ้นอีกครั้งในกรุงเบอร์ลินในปี 1661 (หรือ 1663) ก่อนที่อีกครั้งโดย Frederick William ผู้มีสิทธิเลือกตั้งแห่ง Brandenburg พร้อมม้ายี่สิบสี่ตัว โดยการทดลองของ Guericke กับสุญญากาศนั้นเป็นแรงบันดาลใจให้ Robert Boyle ทำการทดลองของตัวเอง ซึ่งในที่สุดก็นำไปสู่การกำหนดกฎของ Boyle ที่ระบุว่าปริมาตรของวัตถุในอุดมคตินั้นแปรผกผันกับความดันของมัน
อย่างไรก็ตาม การทดลองใน 'Magdeburg hemispheres' กลายเป็นวิธีที่นิยมในการอธิบายหลักการของความกดอากาศ ทุกวันนี้ ในชั้นเรียนวิทยาศาสตร์มีการเลียนแบบการทดลองนี้ด้วยครึ่งทรงกลมที่เล็กกว่าเพื่อความเข้าใจที่มากยิ่งขึ้น