物理小故事

物理小故事

阿基米德(Archimedes，约公元前287～212)是古希腊物理学家、数学家，静力学和流体静力学的奠基人。 除了伟大的牛顿和伟大的爱因斯坦，再没有一个人象阿基米德那样为人类的进步做出过这样大的贡献。即使牛顿和爱因斯坦也都曾从他身上汲取过智慧和灵感。他是“理论天才与实验天才合于一人的理想化身”，文艺复兴时期的达芬奇和伽利略等人都拿他来做自己的楷模。 从洗澡的故事说起 关于阿基米德，流传着这样一段有趣的故事。相传叙拉古赫农王让工匠替他做了一顶纯金的王冠，做好后，国王疑心工匠在金冠盯岁隐中掺了假，但这顶金冠确与当初交给金匠的纯金一样重，到底工匠有没有捣鬼呢？既想检验真假，又不能破坏王冠，这个问题不仅难倒了国王，也使诸大臣们面面相觑。 后来，国王请阿基米德来检验。最初，阿基米德也是冥思苦想而不得要领。一天，他去澡堂洗澡，当他坐进澡盆里时，看到水往外溢，同时感到身体被轻轻拖起。他突然悟到可以用测定固体在水中排水量的办法，来确定金冠的比重。他兴奋地跳出澡盆，连衣服都顾不得跑了出去，大声喊着“尤里卡！尤里卡！”。(Fureka，意思是“我知道了”)。 他经过了进一步的实验以后来到王宫，他把王冠和同等重量的纯金放在盛满水的两个盆里，比较两盆溢出来的水，发现放王冠的盆里溢出来的水比另一盆多。这就说明王冠的体积比相同重量的纯金的体积大，所以证明了王冠里掺进了其他金属。 这次试验的意义远远大过查出金匠欺骗国王，阿基米德从中发现了浮力定律：物体在液体中所获得的浮力，等于他所排出液体的重量。一直到现凯厅代，人们还在利用这个原理计算物体比重和测定船舶载重量等。 “假如给我一个支点，我就能推动地球” 阿基米德不仅是个理论家，也是个实践家，他一生热衷于将其科学发现应用于实践，从而把二者结合起来。在埃及，公元前一千五百年前左右，就有人用杠杆来抬起重物，不过人们不知道它的道理。阿基米德潜心研究了这个现象并发现了杠杆原理。阿基米德曾说过：“假如给我一个支点，我就能推动地球。” 当时的赫农王为埃及国王制造了一条船，体积大，相当重，因为不能挪动，搁浅在海岸上很多天。阿基米德设计了一套复杂的杠杆滑轮系统安装在船上，将绳索的一端交到赫农王手上。赫农王轻轻拉动绳索，奇迹出现了，大船缓缓地挪动起来，最终下到海里。国王惊讶之余，十分佩服阿基米德，并派人贴出告示“今后，无论阿基米德说什么，都要相信他。”.牛顿 他年幼时，曾一面牵牛上山，一面看书，到家后才发觉手里只有一根绳；看书时定时煮鸡蛋结果将表和鸡蛋一齐煮在锅里；有一次，他请朋友到家中吃饭，自己却在实验室废寝忘食地工作，再三催促仍不出来，当朋友把一只鸡吃完，留下一堆骨头在盘中走了以后，牛顿才想起这事，可他看到盘中的骨头后又恍然大悟地说：“我还以雀旅为没有吃饭，原来我早已吃过了”。 牛顿不仅对于力学，在其它方面也有很大贡献。在数学方面，他发现了二项式定理，创立了微积分学；在光学方面，进行了太阳光的色散实验，证明了白光是由单色光复合而成的研究了颜色的理论，还发明了反射望远镜。 2.阿尔伯特．爱因斯坦 因斯坦小时候，老师让同学们做工艺品，大家做的都很好，只有爱因斯坦拿出的是个很丑陋的小板凳。老师和同学们嘲笑他，说世界上还有比这更丑陋的板凳吗？爱因斯坦说有，他真拿出两个更丑陋的。他说虽然前一个板凳很丑陋，但是比后来两个要好的多。 爱因斯坦除在光电效应、相对论等方面作出举世皆知的杰出贡献外，他关于布朗运动的研究成果，由于对大量无序因子的规律性把握，成为当今最热门的金融数学的基础；他提出的激光受激辐射的概念，在几十年后的今天得到了广泛的应用；他与玻尔进行的论战中提出的EPR佯谬，至今仍是理论物理学和科学哲学界不断探讨的话题…… 3. 阿基米德 关于阿基米德，流传着这样一段有趣的故事。相传叙拉古赫农王让工匠替他做了一顶纯金的王冠，做好后，国王疑心工匠在金冠中掺了假，但这顶金冠确与当初交给金匠的纯金一样重，到底工匠有没有捣鬼呢？既想检验真假，又不能破坏王冠，这个问题不仅难倒了国王，也使诸大臣们面面相觑。 后来，国王请阿基米德来检验。最初，阿基米德也是冥思苦想而不得要领。一天，他去澡堂洗澡，当他坐进澡盆里时，看到水往外溢，同时感到身体被轻轻拖起。他突然悟到可以用测定固体在水中排水量的办法，来确定金冠的比重。他兴奋地跳出澡盆，连衣服都顾不得跑了出去，大声喊着“尤里卡！尤里卡！”。(Fureka，意思是“我知道了”)。 他经过了进一步的实验以后来到王宫，他把王冠和同等重量的纯金放在盛满水的两个盆里，比较两盆溢出来的水，发现放王冠的盆里溢出来的水比另一盆多。这就说明王冠的体积比相同重量的纯金的体积大，所以证明了王冠里掺进了其他金属。 他是物理学家、数学家，静力学和流体静力学的奠基人。 4.钱学森 在钱学森提出回过后,美国人大为生气,并对他严加看守,甚至施加刑罚. 美国人曾经给钱学森一个莫须有的罪名,使他一人前往荒无人烟的小岛,用各种各样的刑罚折磨他,据说半年就少了50斤.可是钱学森回国的决心从未动摇,美国人放出话,只要钱学森愿意留在美国,不回中国,就马上给予他最优良的设施,比原来更好,更美的生活,给他更大的荣誉.钱学森没有放弃.依然意决回国. 钱学森（1911.12.11--）应用力学、航天技术和系统工程科学家。生于上海市，原籍浙江省杭州市。1934年毕业于上海交通大学。1936年在美国麻省理工学院获硕士学位。1938年获加州理工大学博士学位。1955年回国。曾任中国力学学会、中国自动化学会、中国系统工程学会、中国宇航学会理事长、名誉理事长等职。现任国防科学技术工业委员会研究员。早年在应用力学和火箭、导弹技术的许多领域都做过开创性的工作。独立研究以及和冯.卡门合作研究提出的许多理论，为应用力学、航空工程和火箭导弹技术的发展奠定了基础。回国后长期担任火箭、导弹和卫星研制的技术领导职务，为创建和发展我国的导弹、航天事业作出了杰出贡献。在工程控制论、系统工程和系统科学、思维科学和人体科学以及马克思主义哲学等许多理论领域都进行过创造性研究，作出了重大贡献。1956年获中国科学院自然科学奖一等奖，1985年获国家科技进步奖特等奖，1991年被国务院、中央军委授予“国家杰出贡献科学家”荣誉称号和一级英模奖章。中国科学院院士。1994年当选为中国工程院院士。 5．麦克斯韦 麦克斯韦从小就有很强的求知欲和想象力，爱思考，好提问。据说还在他两岁多的时 候，有一次爸爸领他上街，看见一辆马车停在路旁，他就问：“爸爸，那马车为什么不走 呢？”父亲说：“它在休息。”麦克斯韦又问：“它为什么要休息呢？”父亲随口说了一 句：“大概是累了吧？”“不，”麦克斯韦认真地说，“它是肚子疼！”还有一次，姨妈 给麦克斯韦带来一篮苹果，他一个劲地问：“这苹果为什么是红的？”姨不知道怎么回答 ，就叫他去玩吹肥皂泡。谁知他吹肥皂泡的时候，看到肥皂泡上五彩缤纷的颜色，提的问 题反而更多了。上中学的时候，他还提过象“死甲虫为什么不导电”，“活猫和活狗摩擦 会生电吗”等问题。父亲很早就教麦克斯韦学几何和代数。上中学以后，课本上的数学知 识麦克斯韦差不多都会了，因此父亲经常给他开“小灶”，让他带一些难题到学校里去做 。每当同学们欢蹦乱跳地玩的时候，麦克斯韦却进入了数学的乐园，他常常一个人躲在教 室的角落里，或者独自坐在树荫下，入迷地思考和演算着数学难题。 麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一 6.法拉第 法拉第1791年9月22日生于萨里郡纽因顿的一个铁匠家庭。13岁就在一家书店当送报和装订书籍的学徒。他有强烈的求知欲，挤出一切休息时间贪婪地力图把他装订的一切书籍内容都从头读一遍。读后还临摹插图，工工整整地作读书笔记；用一些简单器皿照着书上进行实验，仔细观察和分析实验结果，把自己的阁楼变成了小实验室。在这家书店呆了八年，他废寝忘食、如饥似渴地学习。他后来回忆这段生活时说：“我就是在工作之余，从这些书里开始找到我的哲学。这些书中有两种对我特别有帮助，一是《大英百科全书》，我从它第一次得到电的概念；另一是马塞夫人的《化学对话》，它给了我这门课的科学基础。” 法拉第主要从事电学、磁学、磁光学、电化学方面的研究，并在这些领域取得了一系列重大发现。1820年奥斯特发现电流的磁效应之后，法拉第于1821年提出“由磁产生电”的大胆设想，并开始了艰苦的探索。1821年9月他发现通电的导线能绕磁铁旋转以及磁体绕载流导体的运动，第一次实现了电磁运动向机械运动的转换，从而建立了电动机的实验室模型。接着经过无数次实验的失败，终于在1831年发现了电磁感应定律。这一划时代的伟大发现，使人类掌握了电磁运动相互转变以及机械能和电能相互转变的方法，成为现代发电机、电动机、变压器技术的基础。 7. 伽利略 有一次，他站在比萨的天主教堂里，眼睛盯着天花板，一动也不动。他在干什么呢？原来，他用右手按左手的脉搏，看着天花板上来回摇摆的灯。他发现，这灯的摆动虽然是越来越弱，以至每一次摆动的距离渐渐缩短，但是，每一次摇摆需要的时间却是一样的。于是，伽利略做了一个适当长度的摆锤，测量了脉搏的速度和均匀度。从这里，他找到了摆的规律。钟就是根据他发现的这个规律制造出来的 、主要贡献 1、对力学的贡献 1.1科学描述了运动 经院哲学家主要关注的是“终极原因”,所以主要借助于质料、形式、目的、自然位置等模糊概念对运动作因果的和定性的描述,而且把运动分为自然运动和强迫运动,伽利略认为这种描述和分类方法,实际上是把运动的研究引入绝境. 他不相信自然运动和强迫运动的区别,他认为应该依据运动的基本特征量———速度对运动进行分类,由此提出了匀速运动和变速运动的分类方法. 伽利略对运动基本概念，包括重心、速度、加速度 等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是 加速度概念的提出，在力学史上是一个里程碑。有了加 速度的概念，力学中的动力学部分才能建立在科学基础 之上，而在伽利略之前，只有静力学部分有定量的描述。 伽利略曾非正式地提出过惯性定律（见牛顿运动定 律）和外力作用下物体的运动规律，这为牛顿正式提出 运动第一、第二定律奠定了基础。在经典力学的创立上， 伽利略可说是牛顿的先驱。 1.2 建立落体定律 通过伽利略得出结论,这个规律在自由下落的极限情况下也一定成立. 上面得到的结果可以用另一数学形式来表达,即在一定的时间内圆球所走过的总距离与这段时间的平方成正比,或用伽利略自 1.3 确定惯性定律 惯性定律:匀速运动和静止因为不是强加的,所以永恒. 正是这种永恒运动维持着地球以及整个宇宙的井然秩序.伽利略还明确指出,物体的速度无须外力维持,但外力可以改变物体运动的速度,即产生加速度,这使得人们得以从亚里士多德的谬论“力是维持物体运动的原因”中解脱出来,从而把动力学的研究引上了正确的方向. 1.4研究抛体运动 在对抛物体的研究中，伽利略用几何方法证明了一个平抛物体可以分解为水平方向和垂直下落两种运动。他证明了在抛物体初速度相同的条件下，抛射角为45度时，射程最远。 1.5提出相对性原理 伽利略在《对话》中进而写道:“运动作为运动而言,并作为运动在起作用,只是对没有这种运动的物体才存在,在所有具有相等运动的物体中间,运动是不起作用的,而且看上去就仿佛不存在似的.”伽利略是在论证地球上的人不能觉察地球的运动时讲这段话的,所以讲的“运动”自然是匀速运动,而匀速运动的体系就是惯性定律能够成立的体系,所以也就是惯性体系,伽利略的这段话精辟地阐述了相对性原理:在惯性系中所做的一切力学实验都不能证明体系本身的运动. 1.6首创科学的研究方法 伽利略关于运动理论的研究工作,采用了一个对近代科学的发展很有效的程序,即对现象的一般观察→提出工作假设→运用数学和逻辑的手段得出特殊推论 →通过物理实验对推论进行检验→对假设进行修正和推广,等等. 2、对天文学的贡献 伽利略在传播和捍卫哥白尼天文学中的决定性作用。 1543年，波兰天文学家哥白尼出版了他不朽的著作《天体运动论》，建立了太阳中心学说，这一学说的建立是科学史具有划时代意义的事件，标志着近代科学的开端。但这一学说在当时并未引起广泛的注意。经过布鲁诺特别是伽利略的传播后，情况有了很大的不同。1609年，伽利略用他自己制造的、放大率的呵0倍的天文望远镜观察天天，看到了太阳上有黑子、月球表面有高低不平的现象，木星有四颗卫星，金星有盈亏等等。这些成果直接和间接地证明了哥白尼学说的正确性。 3、科学实验方法的贡献 所谓科学实验,就是人们根据研究的目的,利用科学仪器设备人为地控制、模拟、创造或纯化某种自然现象 过程,排除干扰、突出主要因素,在有利的条件下去研究自然规律的一种科学活动.在伽利略的科学生涯中,不仅强调观察和实验的重要性,而且同时强调理性与经验的同等重要,是在经验的基础上,通过理性的数学建构来达到对客观自然界的认识.伽利略通过其毕生的努力,创立了科学实验方法. 由于伽利略卓有成效的工作和精辟的科学思想,把科学实验方法发展到了一个完 全新的高度,使物理学走上了真正科学的道路,也为近代自然科学系统地、全面地发展,开辟了广阔的前景.伽利略把理论和实验紧密而和谐地结合在一起,构成了一套完整的科学研究方法,有力地推动了近代科学的发展.正是这种新方法———逻辑推理与科学实验相结合———使物理学摆脱了依靠形而上的思辨、自觉、猜测和定性的议论的状况,走上了坚实的科学的道路,尽管伽利略没有把实验作为理论的唯一支点,但实验还是改变了科学的性质和方向.正是在这个意义上,伽利略被称为科学实验方法的创始人和近代科学的奠基人.爱因斯坦和英费尔德在 《物理学的进化》一书中曾作了这样的评论:“伽利略的发现以及他所应用的数学的推理方法是人类思想史上最伟大成就之一,而且标志着物理学的真正开端.”这个评价,至今对于我们仍有深刻的教益. 4、对哲学的贡献 他一生坚持与唯心论和教会的经院哲学作 斗争,主张用具体的实验来认识自然规律,认为经验是理 论知识的源泉。他不承认世界上有绝对真理和掌握真理 的绝对权威，反对盲目迷信。他承认物质的客观性、多 样性和宇宙的无限性，这些观点对发展唯物主义的哲学 具有重要的意义。但由于历史的局限性，他强调只有可 归纳为数量特征的物质属性才是客观存在的. 8.焦耳 英国著名科学家焦耳从小就很喜爱物理学，他常常自己动手做一些关于电、热之类的实验。 有一年放假，焦耳和哥哥一起到郊外旅游。聪明好学的焦耳就是在玩耍的时候，也没有忘记做他的物理实验。 他找了一匹瘸腿的马，由他哥哥牵着，自己悄悄躲在后面，用伏达电池将电流通到马身上，想试 一试动物在受到电流刺激后的反应。结果，他想看到的反应出现了，马收到电击后狂跳起来，差一点把哥哥踢伤。 尽管已经出现了危险，但这丝毫没有影响到爱做实验的小焦耳的情绪。他和咯咯又划着船来到群山环绕的湖上，焦耳想在这里试一试回声有多大。他们在火枪里塞满了火药，然后扣动扳机。谁知“砰”的一声，从枪口里喷出一条长长的火苗，烧光了焦耳的眉毛，还险些把哥哥吓得掉进湖里。 这时，天空浓云密布，电闪雷鸣，刚想上岸躲雨的焦耳发现，每次闪电过后好一会儿才能听见轰隆的雷声，这是怎么回事？ 焦耳顾不得躲雨，拉着哥哥爬上一个山头，用怀表认真记录下去每次闪电到雷鸣之间相隔的时间。 开学后焦耳几乎是迫不及待地把自己做的实验都告诉了老师，并向老师请教。 老师望着勤学好问的焦耳笑了，耐心地为他讲解：“光和声的传播速度是不一样的，光速快而声速慢，所以人们总是想见闪电再听到雷声，而实际上闪电雷鸣是同时发生的。” 焦耳听了恍然大悟。从此，他对学习科学知识更加入迷。通过不断地学习和认真地观察计算，他终于发现了热功当量和能量守恒定律，成为一名出色的科学家 焦耳一生都在从事实验研究工作，在电磁学、热学、气体分子动理论等方面均作出了卓越的贡献。他是靠自学成为物理学家的。