1. Eratóstenes midió la circunferencia de la tierra
Había un pueblo en el antiguo Egipto llamado Asuán. Aquí el sol del mediodía de verano cae sobre nosotros: los objetos no proyectan sombras y el sol incide directamente en el profundo pozo. Eratóstenes, bibliotecario de la Biblioteca de Alejandría en el siglo III a.C., se dio cuenta de que esta información podría ayudarle a estimar la circunferencia de la Tierra, y la midió en Alejandría el mismo día y a la misma hora durante los siguientes años. el mismo lugar. Se descubrió que los rayos del sol estaban ligeramente inclinados, desviándose de la dirección vertical unos 7 grados. El resto es cuestión de geometría. Suponiendo que la Tierra es esférica, su circunferencia debería abarcar 360 grados. Si las dos ciudades estuvieran en un ángulo de 7 grados, sería 7/360 de un círculo, que era la distancia de 5.000 campos deportivos griegos en ese momento. Por lo tanto, la circunferencia de la Tierra debería ser de 250.000 estadios griegos. Hoy en día, mediante cálculos de seguimiento, sabemos que el error de medición de Eratóstenes estaba sólo dentro de 5.
2. El experimento de caída libre de Galileo
A finales del siglo XVI todo el mundo creía que los objetos más pesados caían más rápido que los más pequeños porque eso ya lo decía el gran Aristóteles. Galileo Galilei, que entonces trabajaba en el Departamento de Matemáticas de la Universidad de Pisa, desafió audazmente a la opinión pública. El famoso experimento de la Torre Inclinada de Pisa se ha convertido en una historia científica: dejó caer un objeto ligero y uno pesado desde la torre inclinada al mismo tiempo, de modo que todos pudieran ver los dos objetos aterrizando al mismo tiempo. El desafío de Galileo a Aristóteles puede haberle costado su puesto, pero demostró la naturaleza de la naturaleza, no la autoridad humana, y la ciencia emitió el veredicto final.
3. Los experimentos de aceleración de Galileo
Galileo continuó perfeccionando sus ideas sobre el movimiento de los objetos. Hizo una artesa de madera lisa y recta de más de 6 metros de largo y 3 metros de ancho. Luego fije el tobogán de la tabla de madera y deje que la bola de cobre se deslice por el plano inclinado desde la parte superior del tobogán. Utilice un reloj de agua para medir el tiempo de cada deslizamiento de la bola de cobre y estudie la relación entre ellos. Aristóteles predijo una vez que la velocidad de una bola rodante sería uniforme; una bola de cobre recorrería el doble de distancia si rodara el doble de distancia. Galileo demostró que la distancia recorrida por la pelota es proporcional al cuadrado del tiempo: en el doble de tiempo, la pelota recorre cuatro veces esa distancia debido a la aceleración gravitacional constante.
4. El prisma de Newton descompone la luz solar
Galileo falleció el año en que nació Isaac Newton. Newton se graduó en el Trinity College de la Universidad de Cambridge en 1665. Se quedó en casa durante dos años para evitar la plaga y luego consiguió un trabajo. En aquella época, todo el mundo creía que la luz blanca era luz pura sin otros colores (eso creía Aristóteles), mientras que la luz de colores era luz que de alguna manera había cambiado.
Para comprobar esta hipótesis, Newton colocó un prisma bajo la luz solar. A través del prisma, la luz se descomponía en diferentes colores en la pared, lo que más tarde llamamos espectro. La gente conoce los muchos colores del arcoíris, pero creen que es porque es anormal. La conclusión de Newton es: son los diferentes espectros de color de estos colores básicos de rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta los que forman la luz blanca con un solo color en la superficie. Esa luz blanca es muy hermosa.
5. Experimento de Torsión de Cavendish
Otro gran aporte de Newton es su ley de gravitación universal, pero ¿qué tan grande es la gravitación universal? A finales del siglo XVIII, el científico británico Henry Cavendish decidió descubrir esta gravedad. Colgó una varilla de madera de 6 pies con pequeñas bolas de metal unidas a sus lados, como mancuernas, suspendidas de cables metálicos. Se colocan dos bolas de tiro de 350 libras bastante juntas para crear suficiente gravedad para hacer girar las mancuernas y torcer el cable. Luego se midieron las pequeñas rotaciones utilizando instrumentos caseros.
Los resultados de la medición fueron sorprendentemente precisos. Midió los parámetros de la constante gravitacional. Sobre esta base, Cavendish calculó la densidad y la masa de la Tierra. Los resultados de sus cálculos se acercan mucho a los valores reconocidos hoy en el mundo.
6. El experimento de interferencia de la luz de Thomas Young
Newton no siempre tiene razón. Después de muchas disputas, Newton convenció a la comunidad científica de aceptar la opinión de que la luz está hecha de partículas, no de una onda. En 1830, el médico y físico británico Thomas Young utilizó experimentos para verificar esto. Hizo un pequeño agujero en las persianas para dejar pasar la luz y usó un espejo para reflejar la luz que pasaba. Luego usó un trozo de papel de aproximadamente 1/30 de pulgada de grosor para dividir la luz en dos haces por la mitad. El resultado es ver luces y sombras que se cruzan. Esto muestra que dos rayos de luz pueden interferir entre sí como ondas. Este experimento jugó un papel crucial en la creación de la ciencia cuántica un siglo después.
7. El experimento del péndulo de Michel Foucault
El año pasado, los científicos colocaron un reloj de péndulo en la Antártida y observaron su oscilación. Estaban repitiendo un famoso experimento en París en 1851. En 1851, el científico francés Foucault llevó a cabo un famoso experimento en público. Utilizó un alambre de acero de 220 pies de largo para colgar una bola de hierro de 62 libras con un lápiz en la cabeza debajo del techo, y observó y registró la trayectoria de su oscilación. ida y vuelta. Todos los espectadores de los alrededores se sorprendieron cuando descubrieron que cada golpe se desviaba ligeramente de la trayectoria original y giraba. En realidad, esto se debe a que la casa se está moviendo lentamente.
La demostración de Foucault demostró que la tierra gira alrededor de su eje. En la latitud de París, el péndulo se mueve en el sentido de las agujas del reloj, con un ciclo de 30 horas. En el hemisferio sur, el péndulo debería girar en el sentido contrario a las agujas del reloj, mientras que en el ecuador no girará. En la Antártida, el período de rotación es de 24 horas.
8. El experimento de la gota de petróleo de Robert Milligan
Los científicos llevan mucho tiempo estudiando la electricidad. Se sabía que esta sustancia invisible se podía obtener de un rayo caído del cielo o frotando el cabello. En 1897, el físico británico J.J. Thomas estableció que la corriente eléctrica está compuesta de partículas cargadas negativamente, es decir, electrones. En 1909, el científico estadounidense Robert Milligan empezó a medir la carga de la corriente eléctrica. Milligan usó la boquilla de un frasco de perfume para rociar gotas de aceite en una pequeña caja transparente. Conecte una batería a la parte superior e inferior de la caja pequeña, haciendo de un lado una placa positiva y el otro una placa negativa. Cuando pequeñas gotas de aceite pasan por el aire, atraen algo de electricidad estática. La velocidad a la que caen las gotas de aceite se puede controlar cambiando el voltaje entre las placas eléctricas.
Milligan siguió cambiando el voltaje y observó atentamente el movimiento de cada gota de aceite. Después de repetidos estudios, Milligan concluyó que el valor de la carga es una constante fija y la unidad más pequeña es la carga de un solo electrón.
9. El experimento de Rutherford para descubrir los núcleos
Cuando Rutherford hacía experimentos de energía radiactiva en la Universidad de Manchester en 1911, los átomos eran como “pasas” en la mente de la gente. "Pudding" es un Sustancia pastosa que contiene una gran cantidad de carga positiva, con partículas de electrones en el medio. Pero él y sus asistentes se sorprendieron al descubrir que cuando disparaban partículas alfa cargadas positivamente a la lámina de oro, una pequeña cantidad rebotaba. Rutherford calculó que el átomo no era una masa blanda, sino que la mayor parte de la materia estaba concentrada en un pequeño núcleo central, ahora llamado nucleón, con electrones orbitando a su alrededor.
10. La demostración de la doble rendija de Thomas Young se aplicó al experimento de la interferencia de electrones
Ni Newton ni Thomas Young llegaron a conclusiones del todo correctas en sus estudios sobre las propiedades de la luz. La luz no está compuesta simplemente de partículas ni de una simple onda. A principios del siglo XX, Max Planck y Albert Einstein demostraron que algo llamado fotón emite y absorbe luz, respectivamente. Pero otros experimentos también demostraron que la luz es una sustancia ondulatoria. Después de décadas de desarrollo, la teoría cuántica finalmente resume dos verdades contradictorias: los fotones y las partículas subatómicas (como electrones, fotones, etc.) son partículas con dos propiedades al mismo tiempo, en física se les llama dualidad onda-partícula.
Un giro en la demostración de la doble costura de Thomas Young ilustra bien este punto. Los científicos utilizaron una corriente de electrones en lugar de un haz para explicar el experimento.
Según la mecánica cuántica, el flujo de partículas eléctricas se divide en dos corrientes. Las corrientes de partículas más pequeñas divididas producen un efecto ondulatorio que interactúa entre sí para producir la luz y la sombra mejoradas que aparecieron en el experimento de la doble rendija de Thomas Young. Esto demuestra que las partículas también tienen un efecto ondulatorio. No fue hasta 1961 que cierto científico realizó este experimento en el mundo real.