Newtonove experimenty. Newtonove experimenty so svetlom. Ako vieme

V roku 1704 vychádza slávna práca Isaac Newton (1642- .1727) "optika", v ktorej bola opísaná experimentálna metóda štúdia farieb videnie. Nazýva sa metóda prídavného zmiešavania farieb a výsledky získané touto metódou označili začiatok experimentálnej vedy o farbe.

Experimenty Newton sú opísané v mnohých príručkách, takže ich budeme zvážiť len v súvislosti s otázkou povahy farby. Obr. 1.1 je systém inštalácie Newton a ilustruje podstatu experimentov.

Ak si vezmete tesný list bielej kartóny ako obrazovka 1, potom po prechode solárneho lúča cez hranol, bude obvyklé lineárne farebné spektrum premýšľať na obrazovke. Ak chcete skontrolovať hypotézu, kde sa vyskytnú farebné lúče - vo svetle alebo hranolu, Newton odstránila obrazovku 1 a vynechal spektrálne lúče na šošovke, opäť ich zhromaždili do lúča na obrazovke 2, a tento zväzok bol taký bezfarebný pôvodného svetla.

Newton teda ukázal, že farby nie sú tvorené hranolom, ale ...! A tu je nutné zastaviť na minútu, pretože doteraz majú fyzické skúsenosti so svetlom a len tu sú experimenty na zmiešanie kvetu. Takže sedem farebných lúčov zmiešalo spolu, dáva biely lúč, čo znamená, že zloženie svetla bolo dôvodom na vzhľad farby, ale kam idú po zmiešaní? Prečo, ak sa pozriete na biele svetlo, nie je žiadny náznak farebných lúčov, z ktorých pozostáva?

Je to tento fenomén, ktorý bude poskytovať príležitosť formulovať jeden zo zákonov miešacích farieb a priniesol Newton k rozvoju metódy miešania. Opäť otočte na obr. 1.1. Dodávame 1 ďalšiu obrazovku 1 namiesto pevnej obrazovky, v ktorom sú otvory rezané tak, že len časť lúčov (dva, tri alebo štyri zo siedmich) prechádza, a zvyšok sú blokované svetelnými oddielmi. A tu začnú zázraky. Na obrazovke 2 sa farby objavia neznáme, odkiaľ nie je známe, ako. Napríklad sme zavreli dráhy s fialovým, modrými, modrými, žltými a oranžovými a zmeškanými zelenými a červenými lúčmi. Avšak prechádzanie šošovky a dosiahnutie obrazovky 2, tieto lúče zmizli, ale namiesto toho sa objavila žltá. Ak sa pozriete na obrazovku 1, sme presvedčení, že žltý lúč je zadržaný týmto obrazovkou a nemôže sa dostať na obrazovku 2, ale na obrazovke 2 presne rovnakú žltú farbu. Odkiaľ pochádza?

Rovnaké zázraky sa vyskytujú, ak oneskorenia všetkých lúčov, okrem modrej a oranžovej. Počiatočné lúče opäť zmiznú a biele svetlo sa objaví, rovnako ako keby sa skladalo z dvoch lúčov, ale zo siedmich. Ale najviac úžasný fenomén vzniká, ak len extrémne lúče spektra - fialová a červená. Na obrazovke 2 sa objaví úplne nová farba, ktorá ani medzi pôvodnou sedem farieb, alebo medzi ich ďalšími kombináciami, je fialová.

Tieto pozoruhodné fenomény prinútili Newtonovi, aby starostlivo zvážili lúče spektra a ich rôzne zmesi. Ak sa pozrieme do spektrálneho rada, uvidíme, že jednotlivé zložky spektra nie sú od seba oddelené s ostrou hranicou, a postupne sa dostanú do seba, takže susedné lúče v spektre sa zdajú byť viac podobné vzdialený. A tu newton otvoril ďalší fenomén.

Ukazuje sa, že pre extrémny fialový lúč spektra najbližšieho vo farbe nie je len modrá, ale aj nepatrná fialová. A rovnaká fialová spolu s oranžovým je pár susedných farieb pre extrémny červený lúč spektra. To znamená, že ak usporiadate farby spektra a zmesí v súlade s ich vnímanou podobnosťou, tvoria nie je riadok ako spektrum, ale uzavretý kruh (obr. 1.2), takže sa najviac líši v spektre žiarenia, Tj, najvýraznejšie fyzicky lúče sa ukážu byť veľmi blízko farby.

To znamenalo, že fyzikálna štruktúra spektra a farebná štruktúra pocitov sú úplne rôzne javy. A bol to hlavný záver, že Newton urobil z jeho experimentov v "optike"

"Keď hovorím o svetle a lúče s farebnými alebo spôsobujúcimi farbami, malo by sa pochopiť, že nehovorím vo filozofickom zmysle, a ako hovoria o týchto konceptoch, obyčajných ľudí. Essencia lúčov nie je farebná; Nemajú nič iné ako určité schopnosti a predispozíciu, aby spôsobili pocit jednej alebo inej farby. Rovnako ako Zvuk ... V každom znejúcom tele nie je nič iné ako pohyb, ktorý je vnímaný zmyslami vo forme zvuku a farbou predmetu nie je nič iné ako predispozície, aby odrážali jeden alebo iný vzhľad lúčov vo väčšej miere Ako zvyšok farby lúčov je ich predispozíciou jedným alebo iným spôsobom, aby ovplyvnili orgány zmyslov, a ich pocit má formu kvetov "(Newton, 1704).

Vzhľadom na vzťah medzi odlišnými vo fyzickom zložení lúčov svetla a farieb spôsobených nimi, Newton sa najprv uvedomil, že farba je atribútom vnímania, pre ktoré je pozorovateľ potrebný, schopný vnímať lúče svetla a interpretovať ich ako farby. Samotné svetlo nie je natreté viac ako rádiové vlny alebo röntgenové lúče.

Newton sa teda najprv experimentálne dokázal, že farba je majetkom nášho vnímania a jeho povaha v zariadení zmyslových orgánov schopných interpretovať účinok elektromagnetického žiarenia.

Keďže Newton bol podporovateľom korpuskulárnej teórie svetla, veril, že transformácia elektromagnetického žiarenia vo farbách bola vykonaná vibráciou nervových vlákien, takže "určitá kombinácia vibrácií rôznych vlákien spôsobuje určitý pocit farby v mozog.

Teraz vieme, že Newton bol nesprávny, za predpokladu, že rezonančný mechanizmus generácie farieb (na rozdiel od sluchu, kde prvá fáza transformácie mechanických oscilácie do zvuku sa uskutočňuje rezonančným mechanizmom, farebné videnie je v podstate inak), druhé Vec je to, že NEWTON prvýkrát prideľoval špecifický triád: Fyzické žiarenie - fyziologický mechanizmus je mentálnym fenoménom, v ktorom je farba určená interakciou fyziologických a psychologických úrovní. Preto môžeme zavolať pohľad na Newtonovú myšlienku psychofyziologickej povahy farby.

Na približne 1666, Newton urobil nasledujúce jednoduché, ale mimoriadne dôležité skúsenosti (obr. 157): "Urobil som rušný kúsok hrubého čierneho papiera s paralelnými stranami a rozdelil som ho na dve rovnaké polovicu čiary jedna časť, ktorú som maľoval červenú farbu, druhá - modrá. Papier bol veľmi čierny, farby boli intenzívne a aplikované na hrubú vrstvu tak, že fenomén by mohol byť výraznejší. Tento papier som si pozrel cez hranol masívneho skla, ktorých strany boli ploché a dobre leštené.

Berúc do úvahy, že som ju držal a hranol pred okennou stenou miestnosti na hmnici, pod oknom, bol pokrytý čiernou látkou, ktorá bola v tme; To by sa teda nemohlo odraziť, ktorý, ktorý prechádza okolo okrajov papiera do oka, by sa miešali so svetlom z papiera a zatemnilo fenomén. Inštaláciou položiek tak som zistil, že v prípade, že sa v prípade, keď sa refrakčný uhol hranolu otočí smerom nahor, takže papier sa zdá v dôsledku lomu zdvihnutého (obrazu), potom modrá strana je zvýšená refrakciou vyššou ako červená, ak je uhol refrakčného hranolu otočený a papier sa zdá byť spadnutý v dôsledku lomu (obraz, potom modrá časť bude o niečo nižšia ako červená

Tak, v oboch prípadoch, svetlo prichádzajúce z modrej polovice papiera cez hranol do očí testy s rovnakými okolnosťami väčšieho refrakcie, než svetlo vychádzajúce z červenej polovice. "

Z moderného hľadiska je tento fenomén vysvetlený skutočnosťou, že index lomu skla, z ktorého je hranol, závisí od vlnovej dĺžky prechádzajúceho svetla. Rámy s rôznou vlnovou vlnovou dĺžkou hranolových lávok rôznymi spôsobmi. Sklenený index lomu pre modré lúče je väčšie ako pre červenú, t.j. index lomu sa znižuje so zvýšením vlnovej dĺžky.

Obr. 157. Systém Skúsenosti Newton dokazuje existenciu disperzie.

Newton popisuje druhú, nemenej dôležitú skúsenosť v tej istej oblasti. V úplne temnej miestnosti urobil malý otvor v uzávere okna, cez ktorý sa držal biely slnečný lúč (obr. 158). Po prešiel cez hranol, tento lúč dal na stene celé maľované spektrum. To bolo dokázané, že biele svetlo je zmes farieb a že táto zmes môže byť rozložená do kompozitných farieb, pomocou rozdielu v lomu pre lúče rôznych farieb.

Nemyslite si však, že Newton má otvorenie prizmatických farieb. Si Vavilov, jeden z najviac jemných znalcov Newton, napísal: "Newton neotvoril przatické farby vôbec, pretože často píšu a hlavne hovoria: boli známe dlho pred ním, Leonardo da Vinci, Galilee a mnoho ďalších vedeli o nich ; \\ T Sklenené hranoly boli predávané v XVII storočí. Je to kvôli hranolovým farbám. " Zásluhou Newtona je vykonávať jasné a jemné experimenty, ktoré zistili závislosť indexu lomu z farby lúčov (pozri napríklad prvý zážitok).

Závislosť indexu lomu na vlnovej dĺžke prechádzajúceho svetla sa nazýva svetelná disperzia. Na obr. 159 znázorňuje disperzné krivky pre rad kryštálov.

Prakticky disperzia sa vyznačuje špecifikáciou množstva hodnôt indexu lomu pre niekoľko vlnových dĺžok zodpovedajúcich tmavým frang-poháňaným vedením v slnečnom spektre.

Sovietske optické rastliny sú zvyčajne používané štyrmi hodnotami skleneného indexu lomu: index lomu pre červené svetlo s vlnovou dĺžkou 656,3 milimekrónom pre žlté svetlo s vlnovou dĺžkou pre modré svetlo s vlnovou dĺžkou a modrým svetlom s vlnovou dĺžkou

Obr. 158. Disperzné spektrum bieleho svetla.

Obr. 159. Disperzné krivky rôznych látok.

Okuliare s malou špecifickou gravitáciou - Crowns - majú menšiu disperziu, ťažké okuliare - Flinty - väčšia disperzia.

Tabuľka zobrazuje numerické údaje o disperzii sovietskych optických pohárov a niektorých kvapalných a kryštalických telies.

(Pozri Scan)

Z čísel uvedených v tabuľke existuje množstvo zaujímavých následkov. Dajte nám prebývať na niektorých z nich. Disperzia ovplyvňuje vo väčšine extrémneho prípadu len pri zmene druhého desatinného znaku v hodnote indexu lomu. Zároveň, ako to vidíme ďalej, disperzia zohráva kolosálnu úlohu pri prevádzke optických nástrojov. Ďalej, aj keď veľká disperzia

Tesné slnečné svetlo cez sklenenú hranolu, Newton zistil, že slnečné svetlo má komplexnú kompozíciu. Skladá sa z emisií rôznych žiarkových a rôznych farieb. Stupeň žiabrovej vody a farby žiarenia sú spojené vzájomne jedinečne. Newton napísal: "Najmenej refrakcie lúče sú schopné generovať len červenú a naopak, všetky lúče, ktoré hľadajú červenú, majú najmenšiu žiarlivosť." Schéma jedného z experimentov je zachytená na starej gravírovaní.

Zvýraznenie žiarenia jednej z farieb zo spektra a sekútne ich prechádza cez hranol, newton zistil, že už nie sú rozdelené do spektra, ako sú jednoduchýalebo uniforma v zložení.

Newton vystavený rovnomernému žiareniu na všetky druhy transformácií: Refrakcia, zaostrenie, odrážajúc z rôznych maľovaných povrchov. Ukázal, že toto homogénne žiarenie nemôže zmeniť svoju pôvodnú farbu, bez ohľadu na to, ako transformácie nie sú podrobené. Všetky rôzne farby sa skladá z farieb homogénneho žiarenia slnečného spektra a farieb ich zmesí. Okrem toho neexistujú žiadne nové farby odvodené z akýchkoľvek transformácií svetla, pretože Akákoľvek konverzia Essence len rôzne transformácie toho istého žiarenia. "... Ak sa slnečné svetlo skladalo z rôznych lúčov, potom po celom svete by mal len jednu farbu ..." - Schválené Newton.

Newton Najprv nájdeme rozdelenie vedy o farbe v dvoch častiach: cieľ - Fyzické I. subjektívnyspojené so zmyslovým vnímaním. Newton píše: "... ... Rámy, ak poviete presne, nie maľované. V nich nie je nič iné, okrem určitej sily alebo predispozície k excitácii jednej alebo inej farby." Newton newton vykonáva analógiu medzi zvukom a farbou. "Rovnako ako pohyby vzduchu oscillatory, pôsobia na uchu, spôsobujú pocit zvuku, akcia svetla na oko produkuje pocit farby."

Newton poskytol správne vysvetlenie farieb prírodných telies, povrchy objektov. Jeho vysvetlenie môže byť podávané doslova. "Tieto farby pochádzajú zo skutočnosti, že niektoré prírodné telá odrážajú niektoré odrody lúčov, iných telies - iné odrody sú bohatšie ako zvyšok. SURIRRUKTUJE THE NAJVYŠŠIEJŠTORÉHO RYBULOSTI, ktoré vytvárajú červenú farbu, a preto sa zdá byť červená. Fialky odrážajú Najviac bohatí najviac refrakčných lúčov, vďaka ktorému majú túto farbu; ako aj iné telá. Každé telo odráža lúče jeho vlastnej farby viac hojne ako zvyšok, a vďaka nadbytku a primárni z nich má v odrazenom svetle vlastnú farbu. "

Newton patrí do prvých experimentov optické miešanie kvetovrovnako ako aj klasifikácia a kvantitatívny výraz.

Newton napísal: "S pomocou farieb miešania, farieb, podobne ako farby homogénneho svetla, zrejme, ale nie vo vzťahu k invazeniu farieb a štruktúry svetla." Je to určite ukázané, že rôzne žiarenie na spektrálnej kompozícii môže byť vnímané ako rovnaká farba. V moderných kvetoch sa tento fenomén nazýva nezávislosť farby zo spektrálneho zloženia žiarenia. Dôvodom je určiť farbu zmesi žiarenia vo farbách zmiešaného žiarenia bez zohľadnenia ich spektrálnej kompozície.

Vrátime sa k tejto otázke a zistime, že fenomén nezávislosti kvetov je vysvetlený štruktúrou oka. Ale počas Newtonu nebolo známe. Tento fenomén otvoril experimentálnym spôsobom a použil ho v budúcnosti nájsť farby zmesi žiarenia vo farbách zmiešaného žiarenia.

Newton veril, že existuje sedem hlavných farieb, ktorých miešanie je možné získať v prírode v prírode. Toto je červená, oranžová, žltá, zelená, modrá, modrá a fialová farba slnečného svetla. Rozdelenie spektra na siedmich farbách do určitej miery. Pri tejto príležitosti Wilhelm Osvald (1853-1932, nemecký fyzikáň-chemist, zorganizoval špeciálny inštitút v Nemecku, aby študoval problémy s farbou v Nemecku, poznamenáva, že chladné more a tmavé litvy greeny sú odlišné od vizuálneho vnímania, ako aj červených a fialových farieb. Ale na Newton všetky zelené farby predstavujú iba jednu farbu. Okrem toho, Newton mylne veril, že získanie všetkých farieb je možné zmiešať sedem hlavných. Teraz vieme, že pre to existuje dosť troch hlavných farieb. Avšak aj v ruštine, rovnako ako v mnohých iných, jednoduché slová sa používajú na označenie týchto sedem farieb. Ďalšie farby Buď zavoláme komplexné slová odvodené z týchto siedmich, ako je modro-zelená, alebo použiť na to nie je názov farieb, ale mená objektov (tel), napríklad tehál, tyrkysové, smaragd atď.

Newton prvýkrát predstavil farebný harmonogram, s názvom Newtonov farebný kruh. Použil ho na systematizáciu rôznorodých farieb a určenie farebných zmesí v zmesi farieb. Základom grafického prírastku do Newtonových farieb bol dal pravidlo nájsť ťažisko. Toto pravidlo je široko používané a teraz pre výpočty farieb na farebných diagramoch a pre kvantitatívne charakteristiky farieb.

Na základe farebného programu a grafických skladacích farieb logicky naznačuje, že akákoľvek farba je možné získať zmiešaním iba troch farieb. Avšak, to trvalo viac ako sto rokov po Newtonovej smrti, aby sa tento základný zákon o kvetináči konečne ustanovil a zistil jeho vysvetlenie ako povaha tricolor.

Igor Sokalsky,
kandidát na fyzické a matematické vedy
"Chémia a život" №12, 2006

V piatich predchádzajúcich článkoch cyklu "Vesmír: Hmotnosť, čas, priestor", pomocou analógie divadla, sme povedali o tom, ako naše svet funguje. Čas a priestor tvoria scénu, na ktorej sú najkomplikovanejšie a mätúce pozemky zohrávajú hlavnými a sekundárnymi aktérmi, ako aj neviditeľnými hercami. Zostáva hovoriť o nás s vami - o publiku. Nemali sme čas začať výkon, ktorý začal pred 14 miliardami rokov, a objavil sa v auditóriu v poslednej dobe na vesmírnej úrovni času - prešlo len niekoľko tisíc rokov. Ale dokázali sme sa veľa pochopiť v divadelnom akcii, aj keď je ešte viac zistiť. Nie všetci zástupcovia ľudského druhu sú venované svojim životom vedomosti o zákonoch prírody. Len malá časť, vedci. O tom, ako to robia - dve posledné cyklické články. Po prvé, povedzme o najkrajších fyzických experimentoch minulosti.
(Pokračovanie. Začiatok nájdete v №7, №9-, 2006)

Pľuvať do očí, ktorí povie, že môžete objať obrovský.
Kozíky

Zem - lopta s polomerom asi 6400 km. Jadro atómu hélia pozostáva z dvoch protónov a dvoch neutrónov. Sila gravitačnej atrakcie medzi týmito dvoma orgánmi je priamo úmerná produktu svojich masy a je nepriamo úmerná štvorcom vzdialenosti medzi nimi. V našej galaxii asi 100 miliárd hviezd. Povrchová teplota slnka je asi 6 tisíc stupňov. Tieto jednoduché fyzické fakty dodávajú s desiatkami tisíc druhých, z rôznych, sú rovnaké jednoduché pre pochopenie, alebo nie príliš jednoduché, alebo dosť zložité, - tvoriaci fyzický obraz sveta.

Osoba, ktorá sa začína zoznámiť s fyzikou, nevyhnutne vzniká aspoň dve vážne otázky.

Ak chcete pochopiť, musíte si zapamätať všetko?

Otázkou je prvá: naozaj s cieľom pochopiť zariadenie vesmíru a zákonov, pre ktoré existuje, musíte vedieť a pamätať všetky fyzické fakty akumulované tak ďaleko?! Samozrejme, že nie. To je nemožné. Príliš veľa. Nezmerateľne viac, než by sa mohlo zapadnúť nielen v ľudskom mozgu, ale aj na magnetickom disku najmodernejšieho superpočítača. Iba množstvo informácií o veľkostiach, teplote, spektrálnej triede a umiestnením všetkých hviezd našej galaxie je 2-3 terabajty. Ak tu pridáte ďalšie charakteristiky hviezd, potom tento objem bude rásť v niekoľkých desiatok alebo dokonca stokrát. Ďalší milióny časov údajov sa zvýšia, ak zvážite hviezdy v iných galaxiách. A tiež informácie o planétach, plyn-prachová hmlovina. A viac informácií o základných časticiach, ich vlastnostiach a distribúcii objemu vesmíru. A tiež ... a tiež ... a tiež ...

Je absolútne nemožné zapamätať si alebo dokonca napísať niekde takýto množstvo čísel. Našťastie to nie je potrebné. Tam je tiež nevysvetliteľná harmonická krása nášho sveta, že nekonečná rozmanitosť faktov vyplýva z veľmi malého počtu základných princípov. Pochopenie týchto princípov, môžete nielen pochopiť, ale aj predpovedať obrovský súbor fyzických faktov. Napríklad systém elektrodynamických rovníc, navrhol pred 150 rokmi, James Maxwell, obsahuje iba štyri rovnice, ktoré zaberajú 1/10 stránku učebnice. Ale z týchto rovníc môžete vybrať všetky zdanlivo obrovskú horľavosť javov súvisiacich s elektromagnetizmom.

V zásade moderná fyzika z neho robí cieľ vybudovať jednu teóriu, ktorá by zahŕňala len niekoľko rovníc (ideálne jeden), popisuje všetky dobre známe a správne predpovedané nové fyzické fakty.

Ako vieme?

Otázka je druhá: Ako vieme a prečo sme si istí, že toto všetko je pravdivé? Že Zem má tvar lopty. Že v jadre hélia dva protóny a dva neutróny. Že sila príťažlivosti medzi týmito dvoma orgánmi je priamo úmerná ich masy a je nepriamo úmerná štvorcovú námestiu. Že Maxwell rovnice správne opisujú elektromagnetické javy. Vieme to z fyzických experimentov. Raz, už dávno, ľudia z jednoduchej kontemplácie prírodných javov sa postupne presťahovali do ich štúdia s pomocou vedomých experimentov, ktorých výsledky sú vyjadrené číslami. Približne od storočia XVI-XVII bola vyvinutá princíp fyzických znalostí prírody, ktorá je stále v prevádzke s vede a ktorá môže byť schematicky znázornená takto:

Fenomén → Hypotéza → Predikcia → Experiment → Teória.

Ak chcete vysvetliť, aký prírodný fenomén, fyzika formulovať hypotézu, ktorá by mohla vysvetliť tento fenomén. Na základe hypotézy vytvorte predikciu, ktorá vo všeobecnosti predstavuje číslo. Ten sa skontroluje experimentálne, vyrába meranie. Ak je číslo získané v dôsledku experimentu v súlade s predpokladaným, hypotéza dostane hodnosť fyzickej teórie. V opačnom prípade sa všetko vráti do druhej etapy: Nová hypotéza je formulovaná, nová predikcia sa vykoná a je umiestnený nový experiment.

Experiment - kľúč k pochopeniu vesmíru

Napriek zdanlivej jednoduchosti systému, proces opísaný piatimi slovami a štyrmi šípkami, v skutočnosti zaberá tisícročia. Dobrým príkladom je model sveta, ktorého sme sa už vysledovali v jednom z predchádzajúcich článkov. Na začiatku našej éry bol schválený geocentrický model Ptolemy, podľa ktorého sa Zem nachádzala v centre sveta, a Slnko, Mesiac a planéta sa otočila okolo neho. Tento model, ktorý bol všeobecne prijatý na jeden a pol tisíc rokov, ktorým sa stretol s ešte vážnejšími ťažkosťami. Pozorovanú pozíciu na slnku, mesiaci a planétach neodpovedala predpovediami geocentrického modelu a takýto rozpor sa stal čoraz neodolateľnou, pretože presnosť pozorovaní rástla. To prinútilo Nikolai Copernicus ponúknuť uprostred Xvi storočia Heliocentrický model, podľa ktorého neexistuje žiadna pôda v centre, ale slnko. Heliocentrická hypotéza dostala brilantné potvrdenie kvôli bezprecedentnej presnosti (pre tento čas) pozorovania tichého skrine, ktorého výsledky sa zhodujú s predpovediami heliocentrického modelu. Ten sa všeobecne uznáva, čím sa získal stav teórie.

Tento príklad, ako aj schéma, ktorú uvažuje, ukazuje kľúčovú úlohu experimentu v procese vedeckých poznatkov okolitého sveta. Iba s pomocou experimentu možno skontrolovať fyzický model. Skutočnosť, že výsledky experimentu, ako aj predpovede fyzického modelu, nie sú kvalitatívne a kvantitatívne boli mimoriadne dôležité. To znamená, že predstavuje súbor najbežnejších čísel. Porovnanie vypočítaných a meraných výsledkov je preto úplne jednoznačným postupom. Len kvôli tomu, fyzický experiment bol schopný stať sa kľúčom, ktorý objavuje cestu k pochopeniu vesmíru.

Desať najkrajších

Desiatky a stovky tisíc fyzických experimentov boli dodané pre tisícročnú históriu vedy. Nie je ľahké vybrať niekoľko "najviac-najviac", aby ste o nich povedali. Aké by malo byť kritériom výberu?

Pred štyrmi rokmi v novinách " NEW YORK TIMY"Článok bol uverejnený Robert Chris a Stoni Beech. Opísané na výsledky prieskumu vykonaného medzi fyzikmi. Každý posúdený musel pomenovať desať najkrajšie v celej histórii fyzických experimentov. Podľa nášho názoru nie je kritérium krásy horšie ako iné kritériá. Preto budeme hovoriť o experimentoch vstupujúcich do prvej desiatich o výsledkoch výkrikov a bukových volieb.

1. Experiment caratosthene Kirensky

Jedným z najstarších známych fyzikálnych experimentov, v dôsledku čoho bol meraný polomer krajiny, sa konalo v BC III, knihovník slávnej knižnice Alexandrie Eratosthe Kirensky. Experimentálna schéma je jednoduchá. Na poludnie, v deň letného slnovratu, v meste Siena (teraz Aswan) Slnko bolo v Zenitovi a položky nezlikvidovali tieň. V ten istý deň, v tom istom dni, v meste Alexandria, ktorý bol 800 kilometrov od Siena, slnko sa odchýlilo od Zenith o 7 °. To je asi 1/50 z celkového kruhu (360 °), odkiaľ sa ukáže, že obvod Zeme je rovný 40 000 kilometrov a polomer 6 300 kilometrov. Je takmer neuveriteľné, že polomer nameranej pôdy sa ukázal byť len o 5% menej ako hodnota získaná najpresnejšími modernými metódami.

2. Experiment Galileo Galilee

V XVII storočí, pohľad na Aristotele, ktorý učil, že sadzba padania tela závisí od jeho hmoty. Tvrdé telo, tým rýchlejšie to padá. Pripomienky, ktoré každý z nás môže robiť v každodennom živote zdanlivo to potvrdiť. Skúste súčasne uvoľniť svetlé špáradlo a ťažký kameň. Stone ovplyvní zem rýchlejšie. Takéto pripomienky viedli Aristotes k záveru o základnej vlastníctve sily, s ktorou Zem priťahuje iné orgány. V skutočnosti sa miera pádu ovplyvňuje nielen silu príťažlivosti, ale aj silu odolnosti voči vzduchu. Pomer týchto síl pre ľahké predmety a závažné je odlišné, čo vedie k pozorovanom účinku.

Taliansky Galileo Galilee pochyboval o správnosti záverov Aristotela a našla spôsob, ako ich skontrolovať. Aby to urobilo, upustil kanónové jadro do toho istého momentu z veže PisA a výrazne ľahšiemu mrkovaniu guľky. Obe orgány mali približne rovnaký zjednodušený tvar, preto pre jadro, a pre silu odolnosti proti vzduchu, bola sila odporu vzduchu zanedbateľná v porovnaní s silami príťažlivosti. Galiley zistil, že obe položky dostanú na zem a ten istý moment, to znamená, že rýchlosť ich pádu je rovnaká.

Výsledky získané spoločnosťou Galileem sú dôsledkom zákona Svetového zdravia a zákona, v súlade s ktorými je zrýchlenie, ktoré má telo, ktoré má telo priamo úmerné silu konajúcemu, a nepriamo úmerne hmotnosť.

3. Ďalší experiment Galileo Galilee

Galilee zmrazil vzdialenosť, že guľôčky valcované pozdĺž šikmého dosky boli prekonané pre rovnaké intervaly, merané autorom skúseností s vodnými hodinami.

Vedec zistil, že ak je čas na zväčšenie dvakrát, potom sa loptičky valia štyrikrát ďalej. Táto kvadratická závislosť znamenalo, že guličky pod činnosťou gravitácie sa pohybujú zrýchlene, čo bolo v rozpore s Viera na 2000-ročné schválenie Aristotele, ktoré orgány, na ktorých pôsobí sila, sa pohybuje konštantnou rýchlosťou, zatiaľ čo ak sila nie je pripojená telo, potom to spočíva. Výsledky tohto experimentu Galilee, ako aj výsledky jeho experimentu s vežou PISA, neskôr slúžili ako základ pre formulovanie zákonov klasickej mechaniky.

4. Experiment Henry Cavendish

Potom, čo Isaac Newton formuloval svetový zákon: sila príťažlivosti F. medzi dvoma telami s masami M. a m.odstránené z seba r., rovnocenné F. = γ( mm./r. 2) Zostalo, aby určilo hodnotu gravitačnej konštanty γ. Na to bolo potrebné merať účinok príťažlivosti medzi dvoma orgánmi so známymi masami. Toto nie je tak jednoduché, pretože sila atrakcii je veľmi malá. Cítime silu príťažlivosti Zeme. Ale nie je možné cítiť príťažlivosť aj veľmi veľké hory v neďalekom, pretože je veľmi slabý.

Potrebovali sme veľmi jemnú a citlivú metódu. Bol vynájdený a aplikovaný v roku 1798 s národným Newton Henrym Cavenish. Použil skrútené váhy - rocker s dvoma guľôčkami, suspendované na veľmi tenkej šnúrke. Cavendish meral povlak rocker (rotácie) pri približovaní sa k cibuľkom šupín iných guličiek väčšej hmotnosti. Na zvýšenie citlivosti sa posunutie určilo svetelnými zajačikmi, ktoré sa odrazili z zrkadiel upevnených na miskách rockovača. V dôsledku tohto experimentu sa CAVENDISH podarilo úplne presne určiť hodnotu gravitačnej konštanty a prvýkrát vypočítať hmotnosť Zeme.

5. Experiment Jean Bernard Foucault

Francúzsky fyzik Jean Bernard Leon Foucault v roku 1851, experimentálne dokázal otáčanie Zeme okolo svojej osi s pomocou 67-metrového kyvadla, pozastaveného na vrchol kupoly Parížskeho panteónu. Pendová hojdačka si zachováva konštantnú polohu vo vzťahu k hviezdam. Pozorovateľ, ktorý sa s ním s ním otáča, vidí, že rotačná rovina sa pomaly otočí na bok oproti smeru otáčania Zeme.

6. Experiment Isaac Newton

V roku 1672, Isaac Newton urobil jednoduchý experiment, ktorý je opísaný vo všetkých učebniciach školy. Po nahromadení uzáverov v nich urobil malú dieru, cez ktorú prešiel Sunbeam. Na ceste lúča bola vložená do hranolu a pre hranoly - obrazovka. Na obrazovke Newtonová som sledoval "Rainbow": Biely Sunbeam, prechádzal cez hranol, sa zmenil na niekoľko farebných lúčov - z fialovej na červenú. Tento fenomén sa nazýva disperzia svetla.

SIR ISAAC nebol prvý, kto tento fenomén pozoroval. Už na začiatku našej éry bolo známe, že veľké jednotlivé kryštály prírodného pôvodu majú vlastnosť, aby sa rozložili svetlo na farby. Prvé štúdie disperzie svetla v experimentoch so skleneným trojuholníkovým hranolom pred Newtonom boli vykonané Angličanom Hariotom a českým prírodným vedecky Marti.

Neexistujú však takéto pripomienky pre Newton a zistenia, ktoré sa na nich uskutočnili, neboli zopakované ďalšími experimentmi. A Chariot a Marzi zostali nasledovníkmi Aristotele, ktorí tvrdili, že rozdiel vo farbe je určený rozdielom v množstve temnoty, "zmiešané" na biele svetlo. Fialová farba, podľa Aristotele, sa vyskytuje s najväčším pridaním tmy k svetlu a červenej - s najmenšími. Newton urobil ďalšie experimenty s prekríženým hranolom, keď svetlo prešlo cez jeden hranol, potom prechádza cez druhý. Na základe agregátu experimentov dospel k záveru, že "žiadna farba vzniká z belosti a čiernej, zmiešaná, s výnimkou medziproduktov; Množstvo svetla nezmení typ farby. " Ukázal, že biele svetlo by sa malo považovať za kompozitu. Hlavné farby z fialovej na červenú.

Tento newtonový experiment slúži ako nádherný príklad toho, ako rôzni ľudia, sledujú rovnaký fenomén, interpretovať ho rôznymi spôsobmi a len tí, ktorí spochybňujú ich výklad a dávajú ďalšie experimenty, dospievajú k správnym záverom.

7. Experiment Thomas Jung

Až do začiatku storočia XIX prevládali myšlienky o korpuskulárnej povahe svetla. Svetlo sa považovalo pozostávajúce zo samostatných častíc - corpuscless. Hoci fenomény difrakcie a interferencie svetla tiež pozorovalo Newton ("Newton Rings"), všeobecne akceptované hľadisko zostalo korpusculárne.

Vzhľadom na vlny na povrchu vody z dvoch opustených kameňov môžete vidieť, ako sa navzájom prekrývajú, vlny môžu interferovať, to znamená vzájomne sa vzájomne prepojené. Na základe tohto, anglický fyzik a lekár Thomas Jung urobili v roku 1801 experimenty s lúčom svetla, ktorý sa konal cez dva otvory v nepriehľadnom mieste, čím sa vytvorili dva nezávislé svetelné zdroje podobné dve kamene opustené vo vode. V dôsledku toho pozoroval interferenčný obraz pozostávajúci zo striedajúcich sa tmavých a bielych pásiem, ktoré nemohli byť vytvorené, ak sa svetlo skladalo z corpuscles. Tmavé pásy zodpovedali zónam, kde sa navzájom prestali svetlé vlny z dvoch slotov. Svetelné pruhy vznikli, kde boli svetelné vlny vzájomne sa obojstranne. Ukázalo sa teda, že vlnová povaha svetla bola dokázaná.

8. Experiment Clausa Jonssona

Nemecký fyzik Claus Jonsson uskutočnil experiment v roku 1961 podobný experimentu Thomasu Jung na svetlo rušenia. Rozdiel bol, že namiesto nosníkov svetla Jonsona používali elektrónové lúče. Dostal interferenčný obrázok podobný tomu, že Jung sledoval svetlo vĺn. To potvrdilo správnosť ustanovení kvantovej mechaniky o zmiešanom korpuskulárnej vlnovej povahe základných častíc.

9. Experiment Robert Milliken

Myšlienka, že elektrický náboj akéhokoľvek tela je diskrepený (to znamená, pozostáva z väčšej alebo menšej sady základných nábojov, ktoré už nie sú vystavené drveniu), sa objavili na začiatku XIX storočia a podporované takými slávnymi fyzikmi Ako Michael Faraday a Herman Helmholtz. Teória bola zavedená termín "elektrón", ktorý označil určitú časticu - nosič základného elektrického náboja. Tento termín však bol v tom čase čisto formálny, pretože ani samotná časť častíc, ani elementárny elektrický náboj nebola detegovaná experimentálne objavená. V roku 1895, Wilhelm Conrad X-Ray počas experimentov s výbojkou zistil, že jeho anóda pod pôsobením lúčov lietajúcich z katódy je schopná vyžarovať vlastné, lúče alebo Ridzhenové lúče. V tom istom roku francúzsky fyzik Jean Batista perren experimentálne dokázal, že katódové lúče sú tokom negatívne nabitých častíc. Napriek obrovskému experimentálnemu materiálu zostal elektrón hypotetickú časticu, pretože neexistovala jedna skúsenosť, v ktorej by sa jednotlivé elektróny zúčastnili.

Americký fyzik Robert Millique vyvinula metódu, ktorá sa stala klasickým príkladom elegantného fyzického experimentu. Miline bol schopný izolovať niekoľko nabitých kvapôčok vody v priestore medzi doskami kondenzátora. Osvetlenie röntgenových lúčov, bolo možné mierne ionizovať vzduch medzi doskami a zmeniť náboj kvapôčok. Keď je pole povolené medzi doskami, kvapka sa pomaly pohybovala pod akciou elektrickej príťažlivosti. Keď je pole vypnuté, zostúpilo pod činnosť gravitácie. Vrátane a vypnutie poľa, bolo možné študovať každú z kvapôčok vážených medzi doskami 45 sekúnd, po čom sa odparili. Do roku 1909 bolo možné zistiť, že náboj akejkoľvek kvapôčky bola vždy celou viacnásobnou základnou hodnotou. e. (Elektrónový poplatok). Bolo to presvedčivé dôkazy, že elektróny boli častice s rovnakým nábojom a hmotnosťou. Výmena kvapiek vody s kvapôčkami ropy, Milliekin dostal príležitosť na zvýšenie trvania pozorovaní do 4,5 hodiny a v roku 1913, eliminácia jedného po ostatných možných zdrojoch chýb, uverejnil prvý meraný hodnoty elektrónov: e. \u003d (4,774 ± 0,009) × 10 -10 elektrostatické jednotky.

10. Ernst Rutherford Experiment

Na začiatku 20. storočia sa ukázalo, že atómy sa skladajú z negatívne nabitých elektrónov a určitého kladného náboja, vďaka ktorej atóm zostáva všeobecne neutrálny. Avšak predpoklady o tom, ako tento "pozitívny negatívny" systém vyzerá, bolo príliš veľa, zatiaľ čo experimentálne údaje, ktoré by umožnili na výber v prospech konkrétneho modelu, samozrejme. Väčšina fyzikov prijala model Johna Thomsona: Atóm ako jednotne nabitý pozitívny guľôčkový priemer s priemerom približne 10 -8 cm s plávajúcim vo vnútri s negatívnymi elektrónmi.

V roku 1909, Ernst Rutherford (Hans Hayger a Ernst Marsden mu pomohol) dať experimentu, aby pochopili skutočnú štruktúru atómu. V tomto experimente sa ťažko pozitívne nabité a-častíc pohybujúce sa rýchlosťou 20 km / s prešlo cez tenkú zlatú fóliu a rozptýlila sa na atómy zlata, odchyľovalo sa od počiatočného smeru pohybu. Ak chcete určiť stupeň odchýlky, Geiger a Marsden mali byť s pomocou mikroskopu pozorovať vypuknutia na doske scintilátora, ktoré sa vyskytli, kde kapacitou α spadá do dosky. Počítadlo sa dva roky približne o milión prepuknutí a bolo dokázané, že o jednej častice na 8 000 v dôsledku rozptylu zmení smer pohybu o viac ako 90 ° (to znamená, sa vráti späť). To sa nemohlo stať v "voľnom" atóme Thomsona. Výsledky jednoznačne svedčili v prospech tzv planétového modelu atómu - masívne malé jadro s rozmermi približne 10 -13 cm a elektrónov otáčajúcich sa okolo tohto jadra vo vzdialenosti asi 10 -8 cm.

Moderné fyzické experimenty sú oveľa zložitejšie experimentmi minulosti. V niektorých, nástroje sú umiestnené na desiatky tisíc štvorcových kilometrov v oblastiach, iné napĺňajú objem poradia kubického kilometra. Po tretie ... Ale poďme čakať na nasledujúce číslo. Moderné fyzické experimenty sú témou ďalšieho (a posledného) článku cyklu.