物理“大咖”們的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)

如煙

愛科技的“童鞋”們一定都對物理知識感興趣，其中最有趣的莫過于自己動(dòng)手做物理實(shí)驗(yàn)了。歷史上也有很多物理學(xué)科方面的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)者們用最簡單的儀器和設(shè)備發(fā)現(xiàn)了最根本、最精簡的科學(xué)概念，解除了人們長久的困惑和不解，開辟了人類對自然界的嶄新認(rèn)識。

了解一些物理“大咖”的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，說不定會開啟你大腦中的“奇思妙想”呢！

1851年法國科學(xué)家米歇爾·傅科當(dāng)眾做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：用一根長67m的鋼絲吊著一個(gè)重28kg、帶有鐵筆的鐵球并將其懸掛在屋頂下，觀測記錄它的擺動(dòng)軌跡。當(dāng)周圍的觀眾發(fā)現(xiàn)鐘擺每次擺動(dòng)都會稍稍偏離原軌跡并發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，無不感到驚訝。

傅科的演示說明地球圍繞地軸旋轉(zhuǎn)。在巴黎的緯度上，鐘擺的軌跡是順時(shí)針方向，30小時(shí)一周期。在南半球鐘擺應(yīng)是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而在赤道上將不會轉(zhuǎn)動(dòng)，在南極的轉(zhuǎn)動(dòng)周期是24小時(shí)。

1911年，盧瑟福還在曼徹斯特大學(xué)做放射能實(shí)驗(yàn)時(shí)，原子在人們的印象中好比“葡萄干布丁”——在大量正電荷聚集的糊狀物質(zhì)中間包含著電子微粒。

然而，盧瑟福和他的助手驚訝地發(fā)現(xiàn)，向金箔發(fā)射帶正電的阿爾法微粒時(shí)有少量被彈回，他們因此計(jì)算出原子并不是一團(tuán)糊狀物質(zhì)，而是大部分物質(zhì)集中在一個(gè)中心小核上，電子在它周圍環(huán)繞。

亞里士多德曾預(yù)言，滾動(dòng)球的速度是均勻不變的，即銅球滾動(dòng)兩倍的時(shí)間就走出兩倍的路程。伽利略卻證明銅球滾動(dòng)的路程和時(shí)間的平方成比例：兩倍的時(shí)間里，銅球滾動(dòng)4倍的距離，因?yàn)榇嬖谥亓铀俣取?/p>

他先做了一個(gè)長約6m、寬約3m的光滑直木板槽，再把木板槽傾斜固定，讓銅球從木槽頂端沿斜面滑下，最后測量銅球每次下滑的時(shí)間和距離，研究它們之間的關(guān)系。

公元前3世紀(jì)，在埃及一個(gè)名叫阿斯瓦的小鎮(zhèn)上，夏至正午的陽光正投射在頭頂，物體沒有影子，太陽光直接照入井中。埃拉托色尼意識到這可以幫助他測量地球的圓周。

在幾年后同一天的同一時(shí)間，他記錄了同一地點(diǎn)物體的影子。結(jié)果他發(fā)現(xiàn)太陽光線稍有偏離，與垂直方向大約成7°角。假設(shè)地球是球狀，那么它的圓周應(yīng)是360°。如果兩座城市成7°角，就是7/360的圓周，相當(dāng)于當(dāng)時(shí)5000個(gè)希臘運(yùn)動(dòng)場的距離，因此地球圓周應(yīng)該是25萬個(gè)希臘運(yùn)動(dòng)場?，F(xiàn)在我們知道，埃拉托色尼的測量誤差僅僅在5%以內(nèi)。

牛頓在物理學(xué)上的重要貢獻(xiàn)之一是萬有引力理論：兩個(gè)物體之間的吸引力與它們質(zhì)量的平方成正比，與它們距離的平方成反比。但是萬有引力到底多大？

18世紀(jì)末，英國科學(xué)家亨利·卡文迪許決定要找到一個(gè)計(jì)算方法。他把兩頭帶有金屬球的1.82m長的木棒用金屬線懸吊起來，再將兩個(gè)重158.75kg的皮球放在足夠近的地方，以吸引金屬球轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使金屬線扭動(dòng)，然后用自制的儀器測量出微小的轉(zhuǎn)動(dòng)幅度。

卡文迪許測出了萬有引力的參數(shù)恒量，且結(jié)果驚人地準(zhǔn)確。在此基礎(chǔ)上，還可計(jì)算地球的密度和質(zhì)量。

牛頓也不是永遠(yuǎn)都對，他曾認(rèn)為光是由微粒組成的，而不是一種波。1830年，英國醫(yī)生兼物理學(xué)家托馬斯·楊向這個(gè)觀點(diǎn)發(fā)起了挑戰(zhàn)。

他在百葉窗上開了個(gè)小洞，然后用厚紙片蓋住，再在紙片上戳一個(gè)很小的洞讓光線透過，并用一面鏡子反射透過的光線。接著用一塊厚約0.84mm的紙片把這束光從中間分成兩束，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了相交的光線和陰影。這說明兩束光線可以像波一樣相互干涉。這個(gè)實(shí)驗(yàn)為一個(gè)世紀(jì)后量子學(xué)說的創(chuàng)立起到了至關(guān)重要的作用。

物理學(xué)家們一直對電充滿了好奇。1897年，英國物理學(xué)家托馬斯已經(jīng)知道如何獲取負(fù)電荷電流。1909年，美國科學(xué)家羅伯特·米利肯開始測量電流的電荷。

他用一個(gè)香水瓶的噴頭向一個(gè)透明小盒子里噴油滴。小盒子的頂部和底部分別放有一個(gè)通正電和通負(fù)電的電板。當(dāng)小油滴通過空氣時(shí)，就帶有了一些靜電，它們下落的速度可以通過改變電板的電壓來控制。

經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，米利肯得出結(jié)論：電荷的值是某個(gè)固定的常量，最小單位就是單個(gè)電子的帶電量。

16世紀(jì)末，人人都認(rèn)為重量大的物體比重量小的物體下落得快，因?yàn)閭ゴ蟮膩喞锸慷嗟略@么說過。伽利略當(dāng)時(shí)在比薩大學(xué)數(shù)學(xué)系任職，他大膽地向傳統(tǒng)觀點(diǎn)挑戰(zhàn)，從斜塔上同時(shí)扔下一輕一重兩個(gè)物體，讓大家看到兩個(gè)物體同時(shí)落地的現(xiàn)象，向世人展示了尊重科學(xué)而不畏權(quán)威的可貴精神。