“大咖們”的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)

如煙

愛(ài)科技的“童鞋”們一定都對(duì)物理知識(shí)感興趣，其中最有趣的莫過(guò)于自己動(dòng)手做物理實(shí)驗(yàn)了。歷史上有很多物理學(xué)科方面的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)者們用最簡(jiǎn)單的儀器和設(shè)備發(fā)現(xiàn)了最根本、最精簡(jiǎn)的科學(xué)概念，解開(kāi)了人們長(zhǎng)久的困惑，開(kāi)辟了人類(lèi)對(duì)自然界的嶄新認(rèn)識(shí)。了解一些物理“大咖們”的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，說(shuō)不定會(huì)開(kāi)啟你大腦中的“奇思妙想”呢！

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?chē)h(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)四倍的距離，因?yàn)榇嬖谥亓铀俣?。他先做了一個(gè)長(zhǎng)約6m、寬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(cè)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)，在埃及的一個(gè)名叫阿斯瓦的小鎮(zhèn)上，夏至正午的太陽(yáng)正懸在頭頂，物體沒(méi)有影子，太陽(yáng)直接照入井中。埃拉托色尼意識(shí)到這可以幫助他測(cè)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)果發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光線(xiàn)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)5 000個(gè)希臘運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的距離，因此地球圓周應(yīng)該是25萬(wàn)個(gè)希臘運(yùn)動(dòng)場(chǎng)?，F(xiàn)在我們知道埃拉托色尼的測(cè)量誤差僅僅在5%以?xún)?nèi)。

牛頓在物理學(xué)上的重要貢獻(xiàn)之一是萬(wàn)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(wàn)有引力到底多大？18世紀(jì)末，英國(guó)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(zhǎng)的木棒用金屬線(xiàn)懸吊起來(lái)，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(xiàn)扭動(dòng)，然后用自制的儀器測(cè)量出微小的轉(zhuǎn)動(dòng)幅度?？ㄎ牡显S測(cè)出了萬(wàn)有引力的參數(shù)恒量，且結(jié)果驚人的準(zhǔn)確。在此基礎(chǔ)上還可計(jì)算地球的密度和質(zhì)量。

物理學(xué)家們一直對(duì)電充滿(mǎn)了好奇。1897年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯已經(jīng)得知如何獲取負(fù)電荷電流。1909年美國(guó)科學(xué)家羅伯特·米利肯開(kāi)始測(cè)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(guò)空氣時(shí)，就帶有了一些靜電，它們下落的速度可以通過(guò)改變電板的電壓來(lái)控制。經(jīng)過(guò)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(shuō)過(guò)。伽利略當(dāng)時(shí)在比薩大學(xué)任職，他大膽向傳統(tǒng)觀(guān)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。

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