Đang tải... (xem toàn văn)
Lịch sử các phát minh vật lý
Lịch sử các phát minh Vật Lý Lịch sử các phát minh vật lý- P1 LỊCH SỬ CHUẨN HÓA Cân và đo Những đơn vị đo lường cổ thường được chuẩn hóa tùy theo địa phương và thời đại. Theo truyền thuyết, ở nước Anh thời Trung Đại chúng được tính theo kích thước cơ thể vua Anh thời ấy: đốt ngón tay (inch), độ dài từ mũi đến hết bàn tay (yard) – hoặc theo hoạt động di chuyển: bước chân (foot) và khoảng cách tương đương với một giờ đi bộ (mile). Ở Trung Hoa thời cổ thì có các đơn vị khác như thốn (đốt), xích (thước), trượng, lý (dặm), lượng (lạng), cân, canh, khắc (giờ), v.v Bội số củacác đơn vị đo cũng khácnhau, nó cóthể theo hệ đếm thập phân hoặc hệ 4, 7, 16, 20,24, 60 v.v. nên tính toánvà chuyểnđổi rất phiền phức, gây thiệt hại kinh tế lớn. Ý tưởng thống nhất một đơn vị đo lường cơ bản làdo nhà bác học AnhJohn Wilkinsđề ra đầu tiên trong một tác phẩm xuấtbản năm 1668(hình trên). Năm 1675, nhà bác học Ý TitoLivio Burattini gọi nó là mét vàđịnh nghĩa bằngmột mẫu chuẩn (nay đođược khoảng 993,9mm). Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Sau một thời giandài giaothương cácsản phẩm công nghiệp cùng sự phát triển khoahọc và kỹ thuật, nhiều chínhquyền thấyphải ápđặt trong thựctiễn một hệ thốngđo lường chuẩn hóachặt chẽ. Với sự thiết lập hệ mét-thập phân ở nước Pháp cách mạng tư sản thì châu Âu mới chấm dứtdần dần tìnhtrạngđolộn xộn. Hệ nàyđược Vươngquốc HàLan dùngtừ 1816nhưng ngaytại Pháp thì bị bãibỏ năm 1812khiNapoleonđổ vàchỉ tái lập saukhởi nghĩaParis 1830. Hệ mét (1795) Ở Pháp, nguyên tắc bắt buộcáp dụng cácđơn vị đo đã được ấn định trong Công ướctheo sắc lệnh ngày 18tháng Nảy mầm nămthứ III của Nhànước Cộng hòa, tức 7-4-1795.Sắc lệnh đó thiết lập hệ mét, ấn định danhmục cácđơn vị và lần đầu tiên đã chínhthức dùngđịnh nghĩa 1 métbằng 1/40triệu độ dài kinhtuyến Trái đất. Mặt khác lấyđơn vị khối lượng là kilogram. Ngày 22tháng 6năm 1799, những mẫu chuẩn đầu tiên của mét và kilogram đã đượcđặt ở Viện lưutrữ quốc gia Pháp, tại Sèvres, gần Paris.Cũng năm đó, ở Pháp, đạo luậtngày 19 tháng Giá rét nămVII (tứcngày10-12-1799)quy định bắt buộcáp dụng hệ mét. Quá trìnhchuyển sangsử dụng hệ mét trên thế giới tuy nhiênđã tiến triển mấtgần hai thế kỷ. Hệ đơn vị quốc tế SI (1960) Năm 1832nhà báchọc Đức Gaussđưa ra hệ thống Gauss,rồi 30 năm sau, các nhà vật lý AnhMaxwell etThomsonđưa ra hệ thống CGS,cả hai hệ nàyđều dựa trên 3đơn vị cm, gram,giây. Năm 1946hệ thống MKSA rađời, dựa trên 3 đơn vị mét,kilogram, giâyvà thêm ampe.Năm1954 thêm kenvin vàcanđela. Năm 1960,hệ đơnvị đo lườngquốc tế SI (Systèmeinternationald’unités, tức ISO 1000)đã xác định6đơn vị cơ bản trên, từ đó suy ra các đơnvị khác (thí dụ vận tốcm/s, áp suất kg/m2).Năm 1971thêm đơnvị mol và vì vậy hiệnnay hệ SI bao gồm 7đơn vị cơ bản ký hiệulà: m, kg,s, A, K, mol,cd. Cụ thể: độ dài: mét (m); khối lượng: kilogram(kg); thời gian: giây (s); Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com cường độ dòngđiện: ampe (A); nhiệt độ: kenvin(K, tương đương với°C tứcđộ Celsius, nhưngthangnhiệt kế kenvinxuất pháttừ không độ tuyệt đốichứ khôngphải 0°C,0°C = 276,16°K); lượng chất (mol); cường độ sáng canđela(cd). Các đơnvị đo lớn nhỏ hơn thìđược thống nhất tính theohệ thập phân (trừ thời gian tính riêng theo hệ 60/24/7/365). Tại khối Ănglo-Xắcxông,tới năm1980 nước Anhmới hoàntoàn chuyển đổi xong sanghệ SI và cùng Canada, NamPhi, New Zeland,Úc là5 nước chuyển chậm nhất. Tuy nhiên những đơnvị truyền thống (ounce,karat, inch,galon ) vẫn được dùngphổ biến ở một vài lĩnhvực riêngnhư kimloại đá quý, điệntử và bia,rượu, sữa v.v. TĨNH HỌC VÀ CƠ HỌC Tĩnh học (thế kỷ XVI-XVII) Nhà bác học xứ Flandre S. Stevin(1548-1620), tứcSimon deBruges, được coi là ngườisáng tạoramôn tĩnh học thời nay. Tĩnh học là khoa học nghiên cứu sự cân bằng của các vậtthể, cũng như các điều kiện tạo nên sự cânbằng đó. Thiên tài đi trước Stevin là nhàbác học người Hy Lạp thời cổ đạiArchimède. Trọng tâm (thế kỷ II tr. CN) Archimède sinhra ở Syracusevào năm287 trước CN, ônglà người đầu tiên đã xácđịnhđược trọngtâm của nhữngvật rắn đồngchất có hìnhdạng xác định như hìnhtrụ, hìnhcầu và hìnhnêm. Archimède đã phát triển khái niệm đó trong tác phẩm Sách về sự cân bằng.Ở đó, ông cũng đã trình bày một lý thuyếtđònbẩy chặt chẽ nhất. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Cân treo (khoảng 3500 tr. CN) Khoảng3500 trước CN, để cân lúa mì hoặc vàng, người Ai Cập đã sử dụng cân hai đĩa treo trên một tay đòn. Cân thiên bình (thế kỷ X tr. CN) Loại cân này có hai tay đòn không đềudo người Trung Quốc phát minhra vào thế kỷ X trước CN, được những dându mụccưỡingựa mangđến phương Tây khoảng gần trước khichúa Giêsura đời. Hiệnnó vẫn đang được sử dụng. Cân Roberval (1670) Năm1670, nhà toán học,vậtlývàcơ học PhápG. P.deRoberval(1602-1675) đã giới thiệu một trong những phátminhcủa mình với Viện hàn lâmKhoa học Paris.Đó là cái cân hai đĩa được đỡ bởi một đòn cânvà gắn với mộtđòn đỡ bởi hai cọc cứngdẫn hướng cho chuyểnđộng của chúng. Một thời giandài, cân Robervallà phổ biến nhất trong cácloại cân thương mại. Nó đã được thay thế bởi cân Roberval bán tự động rồisau đó bởi cânđiện tử. Cân nhanh nhất trên thế giới (1988) Do tổ chức Pháp Savipharhiệu chỉnh,loại cân này, đượcgọi là RegulatorII, là một hệ thống đo lườngmới có gắn với máy tính cho phép cân được hơnhai trăm lần trong mộtphút. Vậy nên nó là loại cân nhanhnhất trên thế giới, có thể sử dụng trong nhiều lĩnh vực cần chínhxác như trong công nghiệp dượchoặc công nghiệp Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com chất nổ. Nhờ lắp máy vi tính vàlực kế điện tử tự động nên độ chính xáccủa cân vào cỡ 1/10.000. Thủy tĩnh học (Hydrostatics) Nguyên lý Archimède Archimède (287-212 tr. CN) là ngườiđầutiên đã phátbiểu nguyên lý vậtnổi mang tên ông: toàn bộ vật nhúng trong một chất lưu (lỏng hoặc khí) ở cân bằng trong đó sẽ chịu mộtlực đẩy thẳng đứng,hướng từ dưới lên trên, bằng trọng lượng của chất lưu bị vật chiếm chỗ vàđặt tại trọngtâm phầnchấtlưubị chiếm chỗ. Ơreka! Ta biếtrằng sau khitìm ra nguyên lý mangtên ông, Archimède đã thốt lên “Ơreka!” (Tìmthấy rồi!) và chạy ra khỏi buồng tắm quên mặcquần. Những tình tiết khác quanhkhám phá đó được biết đến ít hơn: người ta kể rằngtên bạo chúa thành Syracuse,Hiéron II, một kẻ bảntính đa nghi,đã giao vàngròng chomột người thợ kimhoàn để đúc và chạm một chiếc vương miện.Archimèdeđã được giao nhiệm vụ kiểm tra công việc của người thợ thủ côngđó. Lúcbây giờ ông đã có ý nhấnchìm vào trong một cái chậu đầy ắp nước trước hết là vương miện, rồi sau đó là vàng và bạc cùng trọng lượngnhư trọng lượng của vương miện. Người ta kể rằng saumỗi lầnnhúng như thế ông lại cân nước trào ra. Cuối cùng ông đã phát hiện ra consố của lần cân đầunằm giữa các con số của hailần cân sau,chứng tỏ rằngvươngmiện đã được làm từ một hỗn hợpcủa vàng và bạc.Và thế làngười thợ kimhoàn, kẻ đã ăn cắp vàng ròngphải sửalại vươngmiện. Nghịch lý thủy tĩnh (1586) Nhà toán học và vậtlý họcxứ FlandreS. Stevin, nhân viên thanh tra đê điều của chínhphủ Hà Lanvà với chức đó, ông trực tiếp quantâm tới các lựcbên trong các chất lỏngvà là người đầu tiên tiến hành nghiên cứukhoa học thực sự về chúng. Năm 1586đã xuấthiện ba cuốnsách cơ học của ông.Ở đó ông đã trình bày nghịch lý thủy tĩnh nổitiếng: áp suất của mộtchất lỏnglên đáy của bình chứa chỉ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com phụ thuộc vào độ cao so vớiđáy bình của chất lỏngvà khôngphụ thuộcvào hình dạng bìnhchứa. Ngược lại, trọng lượng củachất lỏng chứa ở trong lạiphụ thuộc vào hìnhdạng bình chứa. Hệ thức cơ bản (1651-1654) Năm 1663,đã xuấtbản cuốn “Khảo luậnvề sự cân bằng của các loại rượu” của B.Pascal (1623-1662). Trong công trìnhviết giữa các năm 1651 và 1654 đó, Pascal đã phát biểu lại theoý ông nghịch lý thủytĩnh do Stevin nêu lên: hiệu áp suất lựcgiữa haiđiểm trong một chất lỏng ở trạng thái cân bằng thì bằngtrọng lực của cột chấtlỏng cóđộ cao bằng hiệucácđộ cao của haiđiểm. Về sau từ đó suyra nguyênlý bình thông nhau. Định lý cơ bản Vẫn xuất phát từ hệ thứccơ bản, Pascal đã rút ra định lýcơ bản của ông: toànbộ phầnáp suất tăng ở một điểmtrong mộtchất lỏng không nén được ở cân bằngđều được truyền nguyên vẹn sang tất cả các điểm của chất lỏng đó. c Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Lịch sử các phát minh vật lý - P2 Sự rơi của các vật (1602) Nhà vật lý và thiên văn Italia Galilée (1564-1642) đã chứng minh rằng các vật rắn rơi với tốc độ không phụ thuộc vào trọng lượng của chúng, nếu ta bỏ qua sức cản của không khí. Trong tác phẩm Về chuyển động xuất hiện năm 1602, Galilée đã chứng minh rằng khoảng rơi tỉ lệ với bình phương thời gian và tốc độ rơi tỉ lệ với thời gian. Trong tác phẩm Thảo luận và những chứng minh toán học liên quan tới hai khoa học mới, xuất hiện năm 1638, Galilée đã phát biểu nguyên lý quán tính. Ông cũng đã nêu các định luật liên quan tới chuyển động đều và chuyển động biến đổi đều. Cơ học chất lỏng (thế kỷ XIX-XX) Số Reynolds Kỹ sư AnhO. Reynolds(1842-1912)đã tiến hành các nghiên cứu trongthủy độnglựchọc. Đặcbiệt, ôngđã nghiêncứucácchế độ chảycủanhữngchất lưunhớt. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Số Reynolds làmột hệ số không thứ nguyên biểuthị tỷ số giữa lựcquán tính và lực nhớt. Số Froude Kỹ sư AnhW. Froude(1818-1879) là người đầutiên đã nghiên cứu bằng thực nghiệm sức cản chuyển động của chất lỏng. Để thực hiện các- thí nghiệm của mình, ôngđã chế rachiếc bể đầutiên để thử các môhình. Số Mach Nhà triết học vàvật lý Áo E. Mach(1838-1916)là ngườiđầu tiên đã chỉ ra vai tròcủa tốc độ trong các dòngchảy khí độnglực. Chẳng hạn tốc độ của mộtcái máy bayđược xác định bởi số Mach(M). nếu M> 1 thì máy baylà loại vượt âm, nghĩa là nhanhhơn âmthanh (340m/strong không khí). Hiện tượng hấp dẫn Nguồn gốc các thuyết (Cổ đại) Vào thế kỷ V trước CN,những người theo trườngphái Pythagore(nhà bác học và triếthọc nổi tiếng Hy Lạp),cùng với Eudoxe deCnide, người Hylạp, đã hình dungra một hệ các hìnhcầu đồngtâm, cócác trục quaynghiêng khác nhau và đi qua một tâm chung: đó là Trái Đất. C. Ptolémée(khoảng85-165sauCN), nhà thiên văn cuối cùng của thời Cổ đại, đã hệ thống hóa hệ thống vũ trụ học đó. Ta hãy nhắclại một sự kiện ít đượcbiết đến songlại rất đáng quantâm: 18 thế kỷ trước Copernic,Aristarque deSamos(310 - khoảng230 tr. CN), người Hy Lạp, là người đầu tiênđã tưởngtượng ra hình ảnh nhật tâmcủa vũ trụ. Trái vớicác lý thuyết thờiđó, theo ôngthì Trái Đất và các hànhtinh khác quay xungquanh Mặt Trời chứ khôngphải ngược lại.Hơn nữa, ôngđã nhậnra chuyển động của Trái Đất xungquanh mình nó. Hệ thống Copernic (thế kỷ XVI) N. Copernic(1473-1543), tiến sĩ luật, phụ tá linhmục và nhà thiên văn đam mê người BaLan,từ đầuthế kỷXV đã xây nên một thuyết tinhnguyên học vốn đã Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com làm cho ôngtrở nên nổi tiếng: trái đất quayxung quanh mình nó, và cũng như các hành tinhkhác,nócòn quayxung quanh mặt trời. Con người thậntrọng này hiểu rõGiáo hội. Chắc chắnông đã hìnhdung ra những sư la óphản đối mà các nhà thần học không quênkích động,bởi vì chínhlý thuyết của ônglàm tan biến niềm tin của họ rằng TráiĐất, và do vậy con người, “hình ảnhcủa Chúa”, là trung tâmcủa vũ trụ. Ôngcũngđã không vội vãcông bố tác phẩm “Về chuyển động quaycủa các thiênthể” của ông mà ôngđã phó thác cho một người bạnlà G. Rhaethicus. Tác phẩmđã xuất hiện mấy ngày trước ngày mất của Copernic, ngày 24tháng 5 năm 1543. VẬT CHẤT Chất khí (thế kỷ XVII) Bác sĩ và nhà hóa họcxứ FlandreJ. B. V. Helmont(1577-1644) làngười đầu tiên đã nhận rasự tồn tại của những chấtkhí khác nhau,như khí cacnonic,oxit cacbon và oxi mà mãi saunày người ta mới xácđịnh được. Cho đến thế kỷ XVIIthì những kiến thức về trạng thái vật chấtđó vẫn chỉ làthuần túy kinh nghiệm. NgườiHy Lạp đã gọi “khônggian baola và mờ mịt vốn tồn tại trước buổi đầu của sự vật” là khaos. VanHelmont dựa theo âm mà nó gọi là gaz (chất khí). Không khí (thế kỷ XVII) Đối với ngườiCổ đại thì không khí – cùngvới đất, nướcvà lửa – là mộttrong bốn nguyên tố cơ bản của tự nhiên. Người đầu tiên khẳngđịnh rằng không khí là một hỗnhợp là một học trò của Boyle(Xem Sự giãn nở của chất khí, ở phần dưới), J. Mayow(1640-1679), nhà hóa họcvà sinh lý họcAnh. Oxi và nito (thế kỷ XVIII) Chínhvào năm 1777, trong một báo cáo khoa học (mãi năm1872mới được công bố), A. L. deLavoisier(1743-1749),người sánglập ra ngànhhóa học hiện đại – sauđó là công trình củanhà hóa họcAnh J.Priestley và củanhà hóa học Thụy Điển C. W Scheele– đã gọi không khísống (nghĩa là không khí tạo ra một axit)là oxi, còn không khí chết(nghĩa làkhông duy trì sự sống) là nitơ. Từ năm 1772,bác Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com [...]...sĩ kiêm nhà vật lý D Rutherford (1748-1819) đã ghi lại khám phá nitơ trong luận Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com án tiến sĩ của mình Khí hiếm Phân tích chính xác đầu tiên (1783) Năm 1783, nhà hóa học Anh H Cavendish (1731-1818) lần đầu tiên đã tiến hành phân tích không khí một cách tương đối chính xác Ông đã tìm thấy 20,8% oxi,... (1852-1916) và J W Rayleigh (1842-1919), bằng cách phân tích phổ đã phát hiện ra sự có mặt một loại khí trơ trong không khí Họ đã gọi nó là argon Argon trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là lười Heli (1895) Năm 1895, Ramsay và nhà hóa học Thụy Điển P T Cleve (1840-1905) đã xác định được sự có mặt của heli trong một loại quặng (cleveit) Nhà thiên văn Pháp J Janssen (1842-1907) đã phát hiện ra sự có mặt của heli trong... Travers (1872-1966) đax tách nước từ không khí các chất khí hiếm khác: neon, kripton, xenon Rađon (1900) Năm 1900, E Dorn, người Đức, đã khám phá ra khí trơ cuối cùng, rađon, trong cặn bã phóng xạ của rađi Ranđon là một chất khí nguy hiểm Thực ra, năm 1986, ở Mỹ người ta đã phát hiện ra rằng nó có thể gây ô nhiễm cho cư dân trong một số vùng Hiện nay, 12% các ngôi nhà riêng của người Mỹ bị nhiễm một... Năm 1781, nhà hóa học Anh H Cavendish (1731-1810) đã có ý tưởng đem đốt đồng thời oxi và hiđro với nhau Ông đã đo các lượng khí đem đốt và nhận xét rằng chúng đã biến đổi thành một lượng nước có trọng lượng bằng tổng trọng lượng của hai chất khí đem đốt Lavoisier đã lặp lại và bổ sung các thí nghiệm của Cavendish Ông đã phân tích nước thành hai thành phần Ông đã có ý tưởng làm nước bay hơi và phân... ý tưởng làm nước bay hơi và phân ly hơi nước thành hai thành phần mà ông đã cho kết hợp để tái tạo thành nước Loại thí nghiệm đó đã dẫn ông đến việc đưa ra một định luật nổi tiếng: định luật bảo toàn vật châts trong một phản ứng hóa học . Lịch sử các phát minh Vật Lý Lịch sử các phát minh vật lý- P1 LỊCH SỬ CHUẨN HÓA Cân và đo Những đơn vị đo lường cổ thường được. sang tất cả các điểm của chất lỏng đó. c Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Lịch sử các phát minh vật lý - P2 Sự rơi của các vật (1602) Nhà vật lý và thiên. 1/10.000. Thủy tĩnh học (Hydrostatics) Nguyên lý Archimède Archimède (287-212 tr. CN) là ngườiđầutiên đã phátbiểu nguyên lý vậtnổi mang tên ông: toàn bộ vật nhúng trong một chất lưu (lỏng hoặc khí)