Đo đường kính Trái Đất của Eratosthenes Đo đường kính Trái Đất của Eratosthenes Thí nghiệm được tiến hành cách đây khoảng 2 300 năm, tại thành phố Awan của Ai Cập, Eratosthenes, một người thủ thư ở Al[.]
Đo đường kính Trái Đất Eratosthenes Thí nghiệm tiến hành cách khoảng 2.300 năm, thành phố Awan Ai Cập, Eratosthenes, người thủ thư Alexandria xác định thời điểm mà ánh sáng mặt trời chiếu thẳng đứng xuống bề mặt đất Có nghĩa hình chiếu cọc thẳng đứng trùng với chân cọc Sau năm, ơng đo bóng cọc đặt Alexandria (Ai Cập), phát ánh nắng Mặt Trời nghiêng độ so với phương thẳng đứng Trái Đất hình cầu nên chu vi tương ứng với góc 360 độ Nếu hai thành phố (Awan Alexandria) cách góc độ, góc phải tương ứng với khoảng cách hai thành phố (với giả định hai thành phố nằm đường xích đạo) Dựa vào mối liên hệ này, Eratosthenes tính chu vi Trái Đất 250.000 stadia Đến nay, người ta chưa biết xác stadia theo chuẩn Hy Lạp mét, nên chưa thể có kết luận độ xác thí nghiệm Eratosthenes Tuy nhiên, phương pháp ơng hồn tồn hợp lý mặt logic Nó cho thấy Eratosthenes khơng biết Trái Đất hình cầu, mà cịn hiểu chuyển động quanh Mặt Trời Vật rơi tự Galilei Cho đến cuối kỷ 16, có quan niệm phổ biến lúc vật thể nặng rơi nhanh vật thể nhẹ Tuy nhiên, Galileo Galilei lại khơng tin vào điều Ơng vốn thầy giáo dạy toán Đại học Pisa, Ý Ông thực thí nghiệm Tháp nghiêng Pisa Thí nghiệm sau: Các vật có khối lượng khác ông thả rơi tự từ tháp xuống đất kết luận rút từ thí nghiệm thời gian rơi chúng bỏ qua sức cản không khí Các viên bi lăn mặt dốc Galilei Một thí nghiệm tiếng Galileo Galilei thí nghiệm xác định đại lượng có ảnh hưởng đến thời gian di chuyển vật thể vật thể di chuyển đến gần mặt đất (gần tâm Trái Đất) Ông thiết kế ván dài 5,5 m, rộng 0,22 m ván có xẻ rãnh nhỏ Tấm ván dựng theo độ dốc định viên bi đồng thả theo rãnh Để đo thời gian di chuyển viên bi, ông dùng đồng hồ nước có nguyên lý khối lượng nước thu thời gian tương ứng Ông thấy rằng, xuống chân dốc, viên bi chạy nhanh Kết thí nghiệm rằng, quãng đường tỷ lệ thuận với bình phương thời gian di chuyển, viên bi ln chịu tác dụng đại lượng gọi gia tốc tự (g = 9,8 m/s²) Gia tốc gây lực hấp dẫn Trái Đất Tán sắc ánh sáng Newton Trước Isaac Newton người ta cho ánh sáng dạng khiết, phân tách Tuy nhiên, Newton sai lầm này, ông chiếu chùm tia sáng Mặt Trời qua lăng trụ kính chiếu lên tường Những thu từ thí nghiệm Newton cho thấy ánh sáng trắng không "nguyên chất", mà tổng hợp dải quang phổ màu bản: đỏ, da cam, vàng, xanh cây, xanh nước biển, chàm, tím Thí nghiệm thể hiện tượng tán sắc ánh sáng "Sợi dây xoắn" Cavendish Mọi người biết Newton người tìm lực hấp dẫn Ơng hai vật có khối lượng ln hút lực tỷ lệ thuận với khối lượng tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng Tuy nhiên, người khác thấy lực hấp dẫn thí nghiệm q yếu? Vào năm 1797 - 1798, thí nghiệm thực nhà khoa học người Anh Henry Cavendish Ông sử dụng thiết bị thuê người dân nông thôn Thiết bị thuê cân độ xoắn, thực chất dây kéo căng đỡ trọng lượng hình cầu Ơng cho gắn hai viên bi kim loại vào hai đầu gỗ, dùng sợi dây mảnh treo hệ thống lên, cho gỗ nằm ngang Sau đó, Cavendish dùng hai cầu chì, nặng 195 kg (350 pound), tịnh tiến lại gần hai viên bi hai đầu gậy Theo giả thuyết, lực hấp dẫn hai cầu chì tác dụng vào hai viên bi làm cho gậy quay góc nhỏ, sợi dây bị xoắn vài đoạn Kết quả, thí nghiệm Cavendish xây dựng tinh vi đến mức phản ánh gần xác giá trị lực hấp dẫn Ơng tính số hấp dẫn gần với số mà biết Thí nghiệm biết cân Trái Đất xác định lực hấp dẫn, cho phép tính tốn khối lượng Trái Đất Thậm chí Cavendish cịn sử dụng ngun lý thí nghiệm để tính khối lượng Trái Đất × 1024 kg Giao thoa ánh sáng Young Qua nhiều tranh luận, Isaac Newton hướng lý thuyết vật lý chất ánh sáng hạt khơng phải sóng Vào năm 1803, nhà thầy thuốc nhà vật lý trẻ người Anh tên Thomas Young tiến hành thí nghiệm theo suy nghĩ Anh cắt lỗ nhỏ cửa sổ bao phủ bìa dày có lỗ nhỏ sử dụng gương để làm lệch hướng chùm tia ánh sáng mảnh xuyên qua Sau đó, anh cầm lấy thẻ nhỏ dày khoảng 1/13 inch đặt chùm tia, chia chùm tia sáng thành hai phần Kết thu tường hình bóng bao gồm băng ánh sáng bóng tối giao thoa với nhau, tượng giải thích hai chùm tia sáng sóng ánh sáng Điểm sáng nơi hai đỉnh sóng giao nhau, điểm tối nơi đỉnh sóng giao thoa với bụng sóng Với thí nghiệm Thomas Young phản bác lý thuyết Newton chất ánh sáng hạt Con lắc nhà thờ Pathéon Foucault Vào năm 1851, nhà khoa học người Pháp Léon Foucault sử dụng dây thép dài 68 m để treo cầu sắt nặng 31 kg từ mái vòm nhà thờ Panthéon tác dụng lực ban đầu, cho lắc lắc lại Để đánh dấu trình chuyển động cầu, ông cho gắn kim nhọn vào cầu cho vẽ vòng tròn cát ẩm mặt đất phía chuyển động cầu Trước mắt người chứng kiến, cầu để lại vệt đường khác sau chu kỳ chuyển động Thực ra, mặt phẳng cát có vệt đường chuyển động chậm chạp việc Trái Đất quay tròn xung quanh trục Tại đường vĩ độ qua thành phố Paris, đường chuyển động lắc thực vòng quay thuận chiều kim đồng hồ sau 30 Tại Nam Bán Cầu, đường ngược chiều kim đồng hồ, xích đạo, khơng quay trịn chút Tại Nam Cực, nhà khoa học ngày xác nhận chu kỳ đường lắc 24 Như vậy, với thí nghiệm này, Foucault rằng, Trái Đất tự quay xung quanh trục Giọt dầu Millikan Từ thời xa xưa, nhà khoa học nghiên cứu điện, tượng đến từ bầu trời tia chớp tạo đơn giản bạn chải tóc lược Vào năm 1897, nhà vật lý người Anh J J Thomson phát loại hạt tích điện, gọi điện tử (electron) Có điều Thomson không xác định giá trị điện tích electron Sau đó, thí nghiệm hạt nhà khoa học Mỹ Robert Milikan thực vào năm 1909 để đo tích nạp chúng Sử dụng máy phun hương thơm, Milikan phun giọt dầu vào hộp suốt Đáy đỉnh hộp làm kim loại nối với nguồn pin với đầu âm (-) đầu dương (+) Trong thí nghiệm này, Millikan đặt hiệu điện cực lớn (khoảng 10.000 V) hai điện cực kim loại Milikan quan sát giọt rơi thay đổi điện áp ghi lại tất hiệu ứng Ban đầu, giọt dầu khơng tích điện, nên rơi tác dụng trọng lực Tuy nhiên sau đó, Millikan dùng chùm tia Roentgen để ion hóa giọt dầu này, cấp cho điện tích Vì thế, giọt dầu rơi nhanh hơn, ngồi trọng lực, cịn chịu tác dụng điện trường Dựa vào khoảng thời gian chênh lệch hai giọt dầu rơi hết đoạn đường, Millikan tính điện tích hạt tích điện nhỏ electron: e = 1,63 × 10-19 coulomb Năm 1917, Millikan lặp lại thí nghiệm trên, sửa điện tích electron e = 1,59 × 10-19 coulomb Những đo đạc dựa nguyên lý Millikan cho kết e = 1,602 × 10-19 coulomb Bắn hạt alpha vào vàng mỏng Rutherford Trước Ernest Rutherford thực thử nghiệm xạ hạt alpha trường Đại học Manchester vào năm 1911, người ta nhầm tưởng nguyên tử có cấu trúc "mềm": gồm hạt tích điện dương đan xen với electron, tạo thành hỗn hợp "plum pudding" (mứt mận) Nhưng Rutherford với người trợ lý cho thực thí nghiệm bắn hạt alpha vào vàng mỏng, họ ngạc nhiên phần trăm hạt alpha phản hồi lại Rõ ràng, cấu trúc ngun tử có dạng mềm "plum pudding" khơng thể có phản hồi này, mà hạt alpha bị dính hết vào nguyên tử vàng, tương tự người ta ném cục bột mềm vào chậu bánh mứt Điều cho thấy cấu trúc nguyên tử, electron, phải có hạt nhân cứng Rutherford kết luận hầu hết khối lượng nguyên tử phải tập trung lõi nhỏ xíu gọi hạt nhân, với điện tử khác chuyển động xung quanh quỹ đạo khác nhau, khoảng không Với thay đổi từ lý thuyết định lượng, mơ hình ngun tử Rutherford nguyên giá trị Hiện tượng giao thoa hai chùm electron Vào năm 1924, nhà vật lý người Pháp Louis de Broglie đề xướng electron hạt vật chất khác có thuộc tính sóng bước sóng tần số Về sau, có thí nghiệm tính chất sóng electron thực Clinton Joseph Davisson Lester Halbert Germer Phịng thí nghiệm Bells Để giải thích ý tưởng cho thân người khác, nhà vật lý lặp lặp lại thí nghiệm giống của Young giao thoa ánh sáng thay chùm ánh sáng chùm tia electron Theo định luật, dòng hạt sau chia làm hai giao thoa với nhau, để lại phần sáng tối thấy thí nghiệm giao thoa ánh sáng Young Đến nay, người ta thí nghiệm thực lần đâu, tác giả Theo ông Peter Rodger, biên tập viên khoa học tạp chí Physics Today, lần ơng đọc viết thí nghiệm năm 1961, tác giả nhà vật lý Claus Joensson Đại học Tueblingen (Tây Đức) Tuy nhiên, có lẽ thí nghiệm thực trước đó, có điều, thời kỳ mà người ta tập trung nhiều vào chương trình khoa học lớn, khơng có để ý đến Mãi đến người ta lật lại lịch sử thí nghiệm khoa học cảm nhận "vẻ đẹp" chùm electron họ người chứng minh tính sóng chúng ... cát ẩm mặt đất phía chuyển động cầu Trước mắt người chứng kiến, cầu để lại vệt đường khác sau chu kỳ chuyển động Thực ra, mặt phẳng cát có vệt đường chuyển động chậm chạp việc Trái Đất quay tròn... Đất xác định lực hấp dẫn, cho phép tính tốn khối lượng Trái Đất Thậm chí Cavendish cịn sử dụng ngun lý thí nghiệm để tính khối lượng Trái Đất × 1024 kg Giao thoa ánh sáng Young Qua nhiều tranh... thí nghiệm rằng, quãng đường tỷ lệ thuận với bình phương thời gian di chuyển, viên bi ln chịu tác dụng đại lượng gọi gia tốc tự (g = 9,8 m/s²) Gia tốc gây lực hấp dẫn Trái Đất Tán sắc ánh sáng