Những phát minh trong Vật lý học. Phần 1

[08/09/2006 - Vatlysupham]


Trích từ cuốn sách “Thế giới phát minh” (Le Livre mondial des Inventions), tập III. Sách gồm 4 tập, do Valérie-Anne Giscard d’Estaing chủ biên, NXB Khoa học và Kỹ thuật, HN, 1994.



MẪU CHUẨN



Cân và đo

Những đơn vị đo lường đầu tiên thường rất phù hợp với kích thước cơ thể người: ngón tay, cẳng tay, khoảng cách giữa đỉnh mũi và đầu bàn tay của đức vua đối với người Anh thời Trung Đại (iat) – hoặc với các hoạt động của thân thể: bước đi và khoảng cách tương đương với một giờ đi bộ.

Sau một thời gian dài hình thành các đơn vị đo lường thì sự phát triển khoa học và kỹ thuật đòi hỏi phải áp đặt trong thực tiễn một hệ thống đo lường chặt chẽ. Với sự thiết lập hệ mét thập phân thì ở nước Pháp đã chám dứt tình trạng lôn xộn.

ở các nước Ănglo-Xắcxông, mãi đến nửa sau của thế kỷ XX hệ quốc tế SI mới được chấp nhận. Mãi tới năm 1980 nước Anh mới chấm dứt giai đoạn thích ứng với hệ mét.



Hệ mét (1795)

Ở Pháp, nguyên tắc bắt buộc áp dụng các đơn vị đo đã được ấn định trong Công ước theo sắc lệnh ngày 18 tháng nảy mầm năm thứ III của nước Cộng hòa, tức 7-4-1795. sắc lênh đó thiết lập hệ mét, ấn định danh mục các đơn vị và lần đầu tiên đã định nghĩa mét một cách hợp pháp. Một định nghĩa mới của mét đã được đưa ra vào năm 1983.

Mặt khác, đơn vị khối lượng là kilogam.

Ngày 22 tháng 6 năm 1799, những mẫu chuẩn đầu tiên của mét và kilogam đã được đặt ở Viện lưu trữ quốc gia Pháp, tại Paris. Cũng năm đó, ở Pháp, đạo luật ngày 19 tháng Giá năm VII (tức ngày 10-12-1979) quy định bắt buộc áp dụng hệ mét. Việc sử dụng hệ mét tiến triển rất chậm.

Hệ đơn vị quốc tế SI (1960)

Năm 1960, hệ đơn vị này đã xác định 7 đơn vị cơ bản từ đó suy ra các đơn vị khác. Đó là các đơn vị:

- độ dài (mét);

- khối lượng (kilogam);

- thời gian (giây);

- cường độ dòng điện (ampe);

- nhiệt độ (kenvin, vốn tương đương với Celsius, song thang Kenlvin xuất phát từ không độ tuyệt đối chứ không phải 0oC; 00C = 276,16 K);

- lượng chất (mol);

- cường độ sáng (canđela).
TĨNH HỌC VÀ CƠ HỌC



Tĩnh học (thế kỷ XVI-XVII)
Nhà bác học xứ Flandre S. Stevin (1548-1620), gọi là Simon de Bruges, được coi là người sáng tạo ra tĩnh học thời nay. Tĩnh học là khoa học nghien cứu sự cân bằng của các vật thể, cũng như các điều kiện tạo nên sự cân bằng đó. Thiên tài đi trước Stevin là Archimède (287-212 tr. CN), người Hy lạp ở Syracuse.

Trọng tâm (thế kỷ II tr. CN)

Nhà bác học thời cổ đại là Archimède, người Hy Lạp sinh ra ở Syracuse vào năm 287 trước CN, ông là người đầu tiên đã xác định được trọng tâm của những vật rắn đồng chất có hình dạng xác định như hình trụ, hình cầu và hình nêm. Archimède đã phát triển khái niệm đó trong tác phẩm Sách về sự cân bằng. Ở đó, ông cũng đã trình bày một lý thuyết đòn bẩy chặt chẽ nhất.



Cân (khoảng 3500 tr. CN)
Khoảng 3500 trước CN, để cân lúa mì hoặc vàng, người Ai Cập đã sử dụng cân hai đĩa treo trên một tay đòn.

Cân thiên bình (thế kỷ X tr. CN)

Loại cân này có hai tay đòn không đều do người Trung Quốc phát minh ra vào thế kỷ X trước CN, được những dân du mục cưỡi ngựa mang đến phương Tây khoảng gần trước khi chúa Giêsu ra đời. Hiện nó vẫn đang được sử dụng.

Cân Roberval (1670)

Năm 1670, nhà toán học, vật lý và cơ học Pháp G. P. de Roberval (1602-1675) đã giới thiệu một trong những phát minh của mình với Viện hàn lâm Khoa học Paris. Đó là cái cân hai đĩa được đỡ bởi một đòn cân và gắn với một đòn đỡ bởi hai cọc cứng dẫn hướng cho chuyển động của chúng.

Một thời gian dài, cân Roberval là phổ biến nhất trong các loại cân thương mại. Nó đã được thay thế bởi cân Roberval bán tự động rồi sau đó bởi cân điện tử.

Cân nhanh nhất trên thế giới (1988)

Được tổ chức Pháp Saviphar hiệu chỉnh, loại cân này, được gọi là Regulator II, là một hệ thống đo lường mới có gắn với máy tính cho phép cân được hơn hai trăm lần trong một phút. Vậy nên nó là loại cân nhanh nhất trên thế giới, có thể sử dụng trong nhiều lĩnh vực cần chính xác như trong công nghiệp dược hoặc công nghiệp chất nổ. Nhờ lắp máy vi tính và lực kế điện tử tự động nên độ chính xác của cân vào cỡ 1/10.000.



Thủy tĩnh học

Nguyên lý Archimède

Archimède (287-212 tr. CN) là người đầu tiên đã phát biểu nguyên lý vật nổi mang tên ông: toàn bộ vật nhúng trong một chất lưu (lỏng hoặc khí) ở cân bằng trong đó sẽ chịu một lực đẩy thẳng đứng, hướng từ dưới lên trên, bằng trọng lượng của chất lưu bị vật chiếm chỗ và đặt tại trọng tâm phần chất lưu bị chiếm chỗ.



Ơrika!

Ta biết rằng sau khi tìm ra nguyên lý mang tên ông, Archimède đã thốt lên “Ơrika!” (ta tìm thấy rồi!). Những tình tiết quanh khám phá đó được biết đến ít hơn: người ta kể rằng tên bạo chúa thành Syracuse, Hiéron II, một kẻ bản tính đa nghi, đã giao vàng ròng cho một người thợ kim hoàn để đúc và chạm một chiếc vương miện. Archimède đã được giao nhiệm vụ kiểm tra công việc của người thợ thủ công đó. Lúc bây giờ ông đã có ý nhấn chìm vào trong một cái chậu đầy ắp nước trước hết là vương miện, rồi sau đó là vàng và bạc cùng trọng lượng như trọng lượng của vương miện. Người ta kể rằng sau mỗi lần nhúng như thế ông lại cân nước trào ra.

Cuối cùng ông đã phát hiện ra con số của lần cân đầu nằm giữa các con số của hai lần cân sau. Và đó là bằng chứng rằng vương miện đã được làm từ một hỗn hợp của vàng và bạc. Và thế là người thợ kim hoàn, kẻ đã ăn cắp vàng ròng phải sửa lại vương miện.

Nghịch lý thủy tinh (1586)

Nhà toán học và vật lý học xứ Flandre S. Stevin (1548-1620), gọi là Simon de Bruges, nhân viên thanh tra đê điều của chính phut Ha Lan và với chức đó, ông trực tiếp quan tâm tới các lực bên trong các chất lỏng và là người đầu tiên tiến hành nghiên cứu khoa học thực sự về chúng.

Năm 1586, xuất hiện ba cuốn sách cơ học của ông. Ở đó ông đã trình bày nghịch lý thủy tinh nổi tiếng: áp xuất của một chất lỏng lên đáy của bình chứa chỉ phụ thuộc vào độ cao so với đáy bình của chất lỏng và không phụ thuộc vào hình dạng bình chứa. Ngược lại, trọng lượng của chất lỏng chứa ở trong lại phụ thuộc vào hình dạng bình chứa.

Hệ thức cơ bản (1651-1654)

Năm 1663, đã xuất hiện “Khảo luận về sự cân bằng của các loại rượu” của B. Pascal (1623-1662). Trong công trình viết giữa các năm 1651 và 1654 đó, Pascal đã phát biểu lại theo ý ông nghịch lý thủy tĩnh do Stevin nêu lên: hiệu áp suất lực giữa hai điểm trong một chất lỏng ở cân bằng bằng trọng lực của cột chất lỏng có độ cao bằng hiệu các độ cao của hai điểm. Về sau từ đó suy ra nguyên lý bình thông nhau.

Định lý cơ bản

Vẫn xuất phát từ hệ thức cơ bản, Pascal đã rút ra định lý cơ bản của ông: toàn bộ phần áp suất tăng ở một điểm trong một chất lỏng không nén được ở cân bằng đều được truyền nguyên vẹn sang tất cả các điểm của chất lỏng đó.

 

 

Lịch sử các phát minh vật lý Phần 2

[08/09/2006 - Vatlysupham]

Sự rơi của các vật (1602)

Nhà vật lý và thiên văn Italia Galilée (1564-1642) đã chứng minh rằng các vật rắn rơi với tốc độ không phụ thuộc vào trọng lượng của chúng, nếu ta bỏ qua sức cản của không khí. Trong tác phẩm Về chuyển động xuất hiện năm 1602, Galilée đã chứng minh rằng khoảng rơi tỉ lệ với bình phương thời gian và tốc độ rơi tỉ lệ với thời gian. Trong tác phẩm Thảo luận và những chứng minh toán học liên quan tới hai khoa học mới, xuất hiện năm 1638, Galilée đã phát biểu nguyên lý quán tính. Ông cũng đã nêu các định luật liên quan tới chuyển động đều và chuyển động biến đổi đều.


Cơ học chất lỏng (thế kỷ XIX-XX)

Số Reynolds

Kỹ sư Anh O. Reynolds (1842-1912) đã tiến hành các nghiên cứu trong thủy động lực học. Đặc biệt, ông đã nghiên cứu các chế độ chảy của những chất lưu nhớt. Số Reynolds là một hệ số không thứ nguyên biểu thị tỷ số giữa lực quán tính và lực nhớt.

Số Froude

Kỹ sư Anh W. Froude (1818-1879) là người đầu tiên đã nghiên cứu bằng thực nghiệm sức cản chuyển động của chất lỏng. Để thực hiện các- thí nghiệm của mình, ông đã chế ra chiếc bể đầu tiên để thử các mô hình.

Số Mach

Nhà triết học và vật lý Áo E. Mach (1838-1916) là người đầu tiên đã chỉ ra vai trò của tốc độ trong các dòng chảy khí động lực. Chẳng hạn tốc độ của một cái máy bay được xác định bởi số Mach (M). nếu M > 1 thì máy bay là loại vượt âm, nghĩa là nhanh hơn âm thanh (340m/s trong không khí).



Hiện tượng hấp dẫn

Nguồn gốc các thuyết (Cổ đại)

Vào thế kỷ V trước CN, những người theo trường phái Pythagore (nhà bác học và triết học nổi tiếng Hy Lạp), cùng với Eudoxe de Cnide, người Hy lạp, đã hình dung ra một hệ các hình cầu đồng tâm, có các trục quay nghiêng khác nhau và đi qua một tâm chung: đó là Trái Đất.

C. Ptolémée (khoảng 85-165 sau CN), nhà thiên văn cuối cùng của thời Cổ đại, đã hệ thống hóa hệ thống vũ trụ học đó.



Hệ thống Copernic (thế kỷ XVI)

N. Copernic (1473-1543), tiến sĩ luật, phụ tá linh mục và nhà thiên văn đam mê người Ba Lan,từ đầu thế kỷXV đã xây nên một thuyết tinh nguyên học vốn đã làm cho ông trở nên nổi tiếng: trái đất quay xung quanh mình nó, và cũng như các hành tinh khác, nó còn quay xung quanh mặt trời.

Con người thận trọng này hiểu rõ Giáo hội. Chắc chắn ông đã hình dung ra những sư la ó phản đối mà các nhà thần học không quên kích động, bởi vì chính lý thuyết của ông làm tan biến niềm tin của họ rằng Trái Đất, và do vậy con người, “hình ảnh của Chúa”, là trung tâm của vũ trụ. Ông cũng đã không vội vã công bố tác phẩm “Về chuyển động quay của các thiên thể” của ông mà ông đã phó thác cho một người bạn là G. Rhaethicus. Tác phẩm đã xuất hiện mấy ngày trước ngày mất của Copernic, ngày 24 tháng 5 năm 1543.

Ta hãy nhắc lại một sự kiện ít được biết đến song lại rất đáng quan tâm: mười tám thế kỷ trước Copernic, Aristarque de Samos (310 - khoảng 230 tr. CN), người Hy Lạp, là người đầu tiên đã tưởng tượng ra hình ảnh nhật tâm của vũ trụ. Trái với các lý thuyết thời đó, theo ông thì Trái Đất và các hành tinh khác quay xung quanh Mặt Trời chứ không phải ngược lại. Hơn nữa, ông đã nhận ra chuyển động của Trái Đất xung quanh mình nó.

VẬT CHẤT



Chất khí (thế kỷ XVII)

Bác sĩ và nhà hóa học xứ Flandre J. B. V. Helmont (1577-1644) là người đầu tiên đã nhận ra sự tồn tại của những chất khí khác nhau, như khí cacnonic, oxit cacbon và oxi mà mãi sau này người ta mới xác định được. Cho đến thế kỷ XVII thì những kiến thức về trạng thái vật chất đó vẫn chỉ là thuần túy kinh nghiệm.

Người Hy Lạp đã gọi “không gian bao la và mờ mịt vốn tồn tại trước buổi đầu của sự vật” là khaos. Van Helmont dựa theo âm mà nó gọi là gaz (chất khí).

Không khí (thế kỷ XVII)

Đối với người Cổ đại thì không khí – cùng với đất, nước và lửa – là một trong bốn nguyên tố cơ bản của tự nhiên. Người đầu tiên khẳng định rằng không khí là một hỗn hợp là một học trò của Boyle (Xem Sự giãn nở của chất khí, ở phần dưới), J. Mayow (1640-1679), nhà hóa học và sinh lý học Anh.

Oxi và nito (thế kỷ XVIII)

Chính vào năm 1777, trong một báo cáo khoa học (mãi năm 1872 mới được công bố), A. L. de Lavoisier (1743-1749), người sáng lập ra ngành hóa học hiện đại – sau đó là công trình của nhà hóa học Anh J. Priestley và của nhà hóa học Thụy Điển C. W Scheele – đã gọi không khí sống (nghĩa là không khí tạo ra một axit) là oxi, còn không khí chết (nghĩa là không duy trì sự sống) là nitơ. Từ năm 1772, bác sĩ kiêm nhà vật lý D. Rutherford (1748-1819) đã ghi lại khám phá nitơ trong luận án tiến sĩ của mình.

Khí hiếm.

Phân tích chính xác đầu tiên (1783)

Năm 1783, nhà hóa học Anh H. Cavendish (1731-1818) lần đầu tiên đã tiến hành phân tích không khí một cách tương đối chính xác. Ông đã tìm thấy 20,8% oxi, 79,2% nitơ và xác định sự có mặt của một loại bọt chiếm khoảng 1% thể tích khí đem phân tích. Bọt đó dường như vốn có một tính trơ lớn.

Agon (1894)
Năm 1894, hai nhà nghiên cứu Anh, W. Ramsay (1852-1916) và J. W. Rayleigh (1842-1919), bằng cách phân tích phổ đã phát hiện ra sự có mặt một loại khí trơ trong không khí. Họ đã gọi nó là agon. Agon trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là lười.

Heli (1895)

Năm 1895, Ramsay và nhà hóa học Thụy Điển P. T. Cleve (1840-1905) đã xác định được sự có mặt của heli trong một loại quặng (cleveit).

Nhà thiên văn Pháp J. Janssen (1842-1907) đã phát hiện ra sự có mặt của heli trong khí quyển trong thời gian nhật thực ngày 18 tháng 8 năm 1868.

Neon, kripton, xenon (1898)

Năm 1898, Ramsay và nhà hóa học Anh M. W. Travers (1872-1966) đax tách nước từ không khí các chất khí hiếm khác: neon, kripton, xenon.

Rađon (1900)

Năm 1900, E. Dorn, người Đức, đã khám phá ra khí trơ cuối cùng, rađon, trong cặn bã phóng xạ của rađi. Ranđon là một chất khí nguy hiểm. Thực ra, năm 1986, ở Mỹ người ta đã phát hiện ra rằng nó có thể gây ô nhiễm cho cư dân trong một số vùng. Hiện nay, 12% các ngôi nhà riêng của người Mỹ bị nhiễm một lượng rađon đủ khiến cho những người sống trong nhà bị cùng một mối nguy là nạn nhân của bệnh ung thư phổi như khi họ hút nửa bao thuốc lá mỗi ngày trong suốt cuộc đời.

Nước (1781)

Bác sĩ Paracelse (1493-1541) là người đầu tiên đã ghi nhận sự tồn tại của hiđro.

Năm 1781, nhà hóa học Anh H. Cavendish (1731-1810) đã có ý tưởng đem đốt đồng thời oxi và hiđro với nhau. Ông đã đo các lượng khí đem đốt và nhận xét rằng chúng đã biến đổi thành một lượng nước có trọng lượng bằng tổng trọng lượng của hai chất khí đem đốt.

Lavoisier đã lặp lại và bổ sung các thí nghiệm của Cavendish. Ông đã phân tích nước thành hai thành phần. Ông đã có ý tưởng làm nước bay hơi và phân ly hơi nước thành hai thành phần mà ông đã cho kết hợp để tái tạo thành nước. Loại thí nghiệm đó đã dẫn ông đến việc đưa ra một định luật nổi tiếng: định luật bảo toàn vật chất trong một phản ứng hóa học.