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Análisis:
Los diez experimentos de física "más bellos"
Los instrumentos y equipos más simples descubrieron los conceptos científicos más fundamentales y simples. Estos experimentos "capturan" el alma científica "más bella" a los ojos de los físicos. Al igual que los monumentos históricos, la confusión y la ambigüedad a largo plazo de la gente desaparecen en un instante y su comprensión de la naturaleza se vuelve más clara.
Robert Criss es miembro del cuerpo docente del Departamento de Filosofía de la Universidad de Nueva York en Stony Brook e historiador del Laboratorio Nacional Brookhaven. Recientemente realizó una encuesta entre físicos estadounidenses, pidiéndoles que nombraran los experimentos científicos más bellos de todos los tiempos. La edición de septiembre de "Physics World" anunció los 10 experimentos más bellos, la mayoría de los cuales son clásicos muy conocidos. Sorprendentemente, la mayoría de los diez experimentos principales fueron realizados solo por científicos, con como máximo uno o dos asistentes. Todos los experimentos se llevaron a cabo en el banco experimental y no se utilizaron herramientas de cálculo grandes, como computadoras, como máximo se utilizó una regla o calculadora.
A partir de la selección de los diez mejores experimentos científicos clásicos, también podemos ver claramente la trayectoria de los descubrimientos más importantes de los científicos desde el año 2000, al igual que tenemos una vista de pájaro de la historia.
Physics World clasifica estos experimentos según su comprensión pública, comenzando con experimentos que demuestran las propiedades cuánticas del mundo físico. Sin embargo, el desarrollo de la ciencia es un proceso de acumulación. El 25 de septiembre, la revista estadounidense *** reorganizó estos experimentos en orden cronológico y dio una explicación sencilla.
Eradoteo midió la circunferencia de la tierra.
Pueblo del antiguo Egipto, hoy llamado Asuán. En esta pequeña ciudad, el sol del mediodía de verano cuelga muy alto: los objetos no proyectan sombras y el sol incide directamente en los pozos profundos. Eratóstenes fue el director 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. Durante los siguientes años, el mismo día y hora midió la sombra de un objeto en el mismo lugar de Alejandría. Se encontró que los rayos del sol estaban ligeramente inclinados, aproximadamente 7 grados con respecto a la vertical.
El resto es cuestión de geometría. Suponiendo que la Tierra es esférica, su circunferencia debería ser de 360 grados. Si dos ciudades formaran un ángulo de 7 grados, sería 7/360 de la circunferencia, que era la distancia de 5.000 estadios griegos en ese momento. Así pues, la circunferencia de la Tierra debería ser de 250.000 estadios griegos. Hoy en día, a través de mediciones orbitales, sabemos que las mediciones de Eratóstenes tenían una precisión de 5 segundos. (Séptimo puesto)
Experimento de caída libre de Galileo
Al final de 16, todo el mundo pensaba que los objetos más pesados caían más rápido que los más ligeros porque lo dijo una vez el gran Aristóteles De. Galileo, que entonces trabajaba en el Departamento de Matemáticas de la Universidad de Pisa, desafió audazmente la opinión popular. El famoso experimento de la Torre Inclinada de Pisa se ha convertido en una historia científica: dejó caer un objeto ligero y otro pesado desde la torre inclinada al mismo tiempo, de modo que todos pudieran ver los dos objetos aterrizando al mismo tiempo. Puede que Galileo haya perdido su trabajo al desafiar a Aristóteles, pero mostró la naturaleza de la naturaleza, no la autoridad humana, y la ciencia tuvo la última palabra. (Rango 2)
Experimentos de aceleración de Galileo
Galileo continuó refinando 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 la artesa de madera en ángulo, deje que la bola de cobre se deslice por el plano inclinado desde la parte superior de la artesa de madera, mida el tiempo de cada deslizamiento de la bola de cobre con un reloj de agua y estudie la relación entre ellos. Aristóteles predijo que la velocidad de la bola rodante sería constante; la bola de cobre rodaría el doble de distancia y viajaría el doble. Galileo demostró que la distancia de rodadura de una bola de cobre es proporcional al cuadrado del tiempo: en el doble de tiempo, dado que la aceleración de la gravedad es constante, la bola rueda cuatro veces. (Octavo puesto)
El prisma de Newton descompone la luz solar.
Galileo murió el mismo año en que nació Isaac Newton. Newton se graduó en el Trinity College de Cambridge en 1665 y permaneció en casa durante dos años para escapar de la plaga antes de encontrar trabajo.
En aquella época, todo el mundo creía que la luz blanca era luz pura sin otros colores (así lo creía Aristóteles), y la luz de colores era luz que cambiaba de alguna manera.
Para probar esta hipótesis, Newton acercó un prisma a la luz del sol y, a través de él, se dividió en diferentes colores en la pared, lo que más tarde llamamos espectro. La gente sabe que los arcoíris son coloridos, pero creen que es porque no es normal. Newton concluyó que eran los diferentes espectros de los colores básicos rojo, naranja, amarillo, verde, cian, índigo y violeta los que producían una única luz blanca en la superficie. Si miras profundamente, verás que la luz blanca es muy hermosa. (Cuarto clasificado)
Experimento de torsión de Cavendish
Otro aporte importante de Newton es su ley de gravitación universal, pero ¿qué tamaño tiene la gravitación universal?
A finales de 2018, el científico británico Henry Cavendish decidió descubrir esta gravedad. Su palo de madera de 6 pies de largo, con pequeñas bolas de metal atadas a ambos lados, estaba suspendido de un cable como una mancuerna; luego acercó dos lanzadores de peso de 350 libras para crear suficiente gravedad para hacer girar la mancuerna y torcer el cable. . Luego utiliza instrumentos caseros para medir pequeñas vueltas.
Las medidas son sorprendentemente precisas. Midió los parámetros de la constante gravitacional, a partir de los cuales Cavendish calculó la densidad y la masa de la Tierra. Los cálculos de Cavendish mostraron que la Tierra pesaba 6,0 × 1024 kilogramos, o 13 billones de libras. (Rango 6)
Los experimentos de interferencia óptica de Thomas Young
Newton no siempre tuvo razón. Después de muchas discusiones, Newton convenció a la comunidad científica de que la luz estaba compuesta de partículas, no de ondas. En 1830, el médico y físico británico Thomas Young verificó experimentalmente esta opinión. Hizo un pequeño agujero en la persiana, la cubrió con papel grueso y hizo un pequeño agujero en el papel. Deje pasar la luz y utilice espejos para reflejar la luz transmitida. Luego usó un trozo de papel de aproximadamente 1/30 de pulgada de grosor para dividir la luz en dos haces en el medio. Como resultado vi una cruz de luces y sombras. Esto muestra que dos rayos de luz pueden interferir entre sí como ondas. Este experimento jugó un papel crucial en el establecimiento de la teoría cuántica un siglo después. (Quinto clasificado)
Experimento del péndulo de Michel Foucault
El año pasado, los científicos colocaron un reloj de péndulo en la Antártida y observaron su oscilación. Fueron el resultado de un famoso experimento realizado en París en 1851. En 1851, el científico francés Michel Foucault realizó un experimento en público. Utilice un alambre de acero de 220 pies de largo para colgar una bola de hierro de 62 libras debajo del techo con un lápiz, y observe y registre su balanceo hacia adelante y hacia atrás. Zhou
No sorprende que los espectadores descubran que el péndulo gira ligeramente alejándose de su órbita original con cada movimiento. De hecho, esto se debe a que la casa se mueve lentamente.
El argumento de Foucault muestra 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 período de 30 horas. En el hemisferio sur, el péndulo debería girar en el sentido contrario a las agujas del reloj, pero no en el ecuador. En la Antártida, el período de rotación es de 24 horas. (No. 10)
El experimento de la gota de petróleo de Robert Milliken
Los científicos llevan mucho tiempo estudiando la electricidad. Se sabía que esta sustancia invisible se podía obtener de un rayo en el cielo o frotando el cabello. En 1897, el físico británico J.J. Thomas determinó que la corriente eléctrica está compuesta de partículas cargadas negativamente, es decir, electrones. En 1909, el científico estadounidense Robert Milliken empezó a medir la carga de la corriente eléctrica. Milliken usó la boquilla de una botella de perfume para rociar gotas en una caja pequeña y transparente. La parte superior e inferior de la caja pequeña están conectadas a la batería, de modo que un lado se convierte en la placa positiva y el otro lado se convierte en la placa negativa. Las gotas de aceite absorberán algo de electricidad estática al pasar por el aire, y la velocidad de caída de las gotas de aceite se puede controlar cambiando el voltaje entre las placas.
Millican siguió cambiando el voltaje, observando atentamente el movimiento de cada gota de aceite. Después de repetidos experimentos, Milliken concluyó que el valor de la carga es una constante fija y la unidad más pequeña es la carga de un solo electrón. (tercero en el puesto)
Rutherford descubrió los experimentos nucleares.
En 1911, cuando Rutherford todavía estaba haciendo experimentos sobre energía radiactiva en la Universidad de Manchester, los átomos eran recordados como "pudín de pasas", con una gran cantidad de sustancias blandas cargadas positivamente y partículas de electrones en el medio. Pero él y sus asistentes se sorprendieron mucho al descubrir que una pequeña cantidad de partículas alfa cargadas positivamente rebotaban en la lámina de oro. Rutherford calculó que los átomos no eran una masa blanda, sino que estaban mayormente concentrados en un núcleo central, ahora llamado nucleón.
Los electrones lo rodean. (Rango 9)
La demostración de la doble rendija de Thomas Young se aplicó a los experimentos de interferencia de electrones y las conclusiones de Newton sobre las propiedades de la luz no fueron del todo correctas. La luz no es ni una simple partícula ni una simple onda. A principios del siglo XX, Max Pockrone y Albert Einstein demostraron por separado que algo llamado fotón emite luz además de absorberla. Pero otros experimentos demostraron que la luz es una onda. Después de décadas de desarrollo, la teoría cuántica finalmente ha llegado a la conclusión de dos verdades contradictorias: los fotones y las partículas subatómicas (como electrones, fotones, etc.) son partículas con dos propiedades al mismo tiempo, lo que en física se llama dualidad onda-partícula.
El cambio en la demostración de doble costura de Thomas Young ilustra bien este punto. Los científicos explicaron el experimento en términos de una corriente de electrones en lugar de un haz. Según la mecánica cuántica, una corriente de partículas cargadas se divide en dos corrientes, y la corriente más pequeña crea un efecto de onda que interactúa para crear luces y sombras mejoradas, similar a la demostración de la doble rendija de Thomas Young. Esto demuestra que las partículas también tienen un efecto ondulatorio.
Peter Rogers, editor de "Physics World" especuló que no fue hasta 1961 que un científico realizó este experimento en el mundo real. (En el puesto número 1)