Реферат: Пусть не погаснет свет науки

Пусть не погаснет свет науки!

Человек может сделать путь великим, а не путь делает великим человека.

Конфуций

«КОЛОСОК-осенний-2011»

Ответы на Задания

для 7–8 классов


ИСТОРИЯ ФИЗИКИ


В. Галилео Галилея.

В IV веке до н. э. Аристотель впервые сформулировал законы движения. Он считал: чем тяжелее камень, тем быстрее он достигнет поверхности земли. Для всех других движений необходима постоянно действующая сила, причем, чем больше сила, тем быстрее двигается тело. Если тело не толкать (не тянуть), оно сразу же останавливается. На первый взгляд – все логично, но на самом деле эти выводы неверны, потому что они не основаны на опыте. Нет, Аристотеля никак нельзя считать основоположником экспериментального метода.

Архимед – древнегреческий математик, физик, механик и инженер из Сиракуз был просто одержим математикой. Работы Архимеда относились почти ко всем областям математики того времени: ему принадлежат замечательные исследования по геометрии, арифметике, алгебре. Архимед прославился многими механическими конструкциями, он автор важных изобретений. Он – большой теоретик и, конечно же, изобретатель.

Основоположником экспериментального метода можно считать Галилея, а все великие мыслители после него этим методом успешно пользовались. В том числе и Ньютон с Эйнштейном.

Когда Аристотеля спросили, почему стрела летит после того, как на нее перестала действовать тетива, он ответил, что стрелу подталкивает воздух. Сегодня мы знаем: тело движется, пока на его пути не встретится препятствие, или пока его не остановит сила трения. Галилей доказал: если с одинаковой высоты бросить пятикилограммовую и килограммовую гири, то они упадут на землю одновременно.

Установка Галилея не сохранилась, но найдены довольно детальные описания экспериментов и чертежи наклонного желоба. Ученики московской школы № 1060 воссоздали для школьного музея науки модель наклонного желоба Галилея. Основная идея конструкции – сделать желоб наподобие коромысла весов, чтобы в ходе эксперимента можно было легко менять его наклон.

Историки не склонны разделять распространенное мнение о том, что Галилей бросал гири с «падающей» Пизанской башни. Но как он смог открыть законы движения падающих тел, не имея стробоскопических фотографий, современных электронных датчиков для хронометража падающего тела? Он придумал гениальный способ – «замедлить» падающее тело! Галилей изучал движение шарика, скатывающегося вдоль гладкого желоба. То, что справедливо для движения при малом наклоне, будет действовать и при большом, и при самом большом, то есть – в свободном падении.



Оказалось, что расстояния, пройденные шариком за последовательные одинаковые промежутки времени (за первую, вторую, третью и т. д. секунды), соотносятся как 1:3:5:7:9 и т. д. То есть, расстояние, пройденное шариком за вторую секунду, в три раза, а за третью – в пять раз больше, чем за первую.

Суммы последовательных чисел этого ряда образуют квадраты:

1=12;

1+3=4=22 – за две секунды;

1+3+5=9=32 – за три секунды;

1+3+5+7=16=42 – за четыре секунды.

А это значит, что расстояния, пройденные шариком за одну, две, три, четыре и т. д. секунды от начала движения соотносятся как 12:22:32:42 и т. д.

Каким бы путем не пришел Галилей к этому выводу, в результате его исследований открыт новый фундаментальный закон движения. Чем круче наклонная плоскость, тем быстрее будет двигаться шарик, но его движение будет подчиняться одному и тому же закону. Очевидно, закон выполняется и тогда, когда угол наклона достигает 90°, то есть когда шарик падает вниз по прямой. И наоборот, когда угол наклона равен нулю (горизонтальная поверхность), ускорения движения не будет. Скатившийся вдоль желоба и достигший поверхности стола шарик будет двигаться равномерно бесконечно долго, если представить, что поверхность стола бесконечна, а трение отсутствует.

Прошло больше 350 лет со дня смерти Галилея. Осматривая экспозицию, посетители Музея истории науки во Флоренции с замиранием сердца смотрят на высохший палец, который каждый раз поднимал шарик после того, как он скатывался с наклонной плоскости. Три пальца, зуб, пятый поясничный позвонок Галилея сохранил его приверженец, когда тело великого итальянца через 100 лет после захоронения было эксгумировано и перенесено на почетное место. Тонкий длинный палец, который потомки хранят в раке, будто мощи святого, указывает вверх, будто манит к себе небо…



^ Модель желоба Галилея в музее занимательной науки школы №1060 (г.Москва)


2. А. Белой. В. Зелёной.

Опыт Ньютона с призмой хорошо известен всем со школьного учебника физики. В 1690 году Ньютон проделал еще один, менее известный широкой аудитории опыт. Вы легко можете повторить его.

Налейте в широкий сосуд воду и растворите в ней немного мыла. Взбалтывайте раствор (сгодится и венчик, которым мама сбивает белок) до тех пор, пока вся вода не превратится в пену. Когда пена успокоится, посмотрите на нее издали. Она – белая-белая! А теперь рассмотрите пену вблизи. Оказывается, она состоит из огромного количества маленьких пузырьков, каждый из которых переливается всеми цветами радуги, как мыльный пузырь, который вы, без сомнения, видели или выдували сами. Пузырьки мыльной пены разноцветные, маленькие и их так много, что издали все цвета сливаются, а пена приобретает белый цвет.

Хаотично расположенные поверхности пузырьков пены отражают попадающий на нее свет в разные стороны, то есть, рассеивают его. Это придает пене цвет падающего на нее света. Чтобы пена приобрела красный цвет, надо посветить на нее красным светом, например, фонарем стоп-сигнала автомобиля. Тоненькая пленка любой жидкости (пива, шампуня, газированного напитка), которая покрывает пузырьки газа, практически бесцветна на просвет и не влияет на цвет пены. Поэтому пена разных жидкостей имеет один и тот же цвет - это цвет падающего на нее света.





А. Гюйгенс. Г. Попов. Д. Кюри.





4. Б. Резерфорд.

Как-то зимой 1911 года вошел Резерфорд в лабораторию и громким голосом объявил: "Теперь я знаю, как выглядит атом!" По Резерфорду атом выглядел так. В центре находится ядро с положительным зарядом, равным целому числу, помноженному на величину заряда электрона, но с обратным знаком. Вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца, вращаются электроны. Электронов ровно столько, сколько единиц положительного заряда в ядре. Так что в целом атом электрически нейтрален. Расстояние от ядра до электрона примерно в сто тысяч раз больше размеров самого ядра. Поэтому любое вещество, как не раз говорилось, есть пустота, а кое-где в этой пустоте расположены ядра с вращающимися вокруг них электронами. Поэтому и альфа-частицы в большинстве своем проходят через вещество совершенно свободно. Лишь те немногие из них, которые пролетают очень близко от ядра, испытывают электростатическую силу отталкивания. Поскольку ядро атома металла намного тяжелее альфа-частиц, то отклоняется именно альфа-частица. И, наконец, совсем-совсем немногие альфа-частицы, которые летят прямо на ядро, отталкиваются от него и поворачивают назад.

Электроны вращаются вокруг ядра потому, что ядро заряжено положительно, а электрон отрицательно. Разноименные заряды притягиваются, поэтому если бы электрон просто находился где-то вблизи ядра, он бы обязательно притянулся к нему и упал на ядро. А он не падает, поскольку вращается. Ниже на рисунке показан простейший из атомов - атом водорода по представлению Резерфорда.



В центре шарик с единичным положительным зарядом, протон, а вокруг по орбите вращается отрицательно заряженный шарик, электрон. Масса протона в 1840 раз больше массы электрона, это и без Резерфорда было известно, поэтому протон в какой-то степени можно считать неподвижным.

Открытие Резерфорда потрясло умы практически всех тогдашних физиков. Мало того, что сразу удалось объяснить результаты всевозможных опытов, в том числе и с прохождением альфа-частиц. Идея Резерфорда была просто красива. Электроны вращаются вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца. И в большом, и в малом мир подчиняется законам, которые открыл еще Ньютон.


^ 5. В. Архимед.

Архимед родился и провел большую часть жизни в Сиракузах (Сицилия). Учился в Александрии (Египет), был советником царя Сицилии Гиерона II. По легенде, он с помощью системы зеркал, отражающих солнечные лучи, сжег римский флот, осадивший Александрию (эта история отражает его успехи в оптике). Считается изобретателем катапульты. Установил правило рычага и автором изречения: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю».

Архимед блестяще сочетал таланты инженера-изобретателя и ученого-теоретика. Кроме военных машин сконструировал планетарий и винт для подъема воды, который до сих пор используют. Написал трактаты: «О спиралях», «О шаре и цилиндре» (эти фигуры изображены на его могильной плите), «О коноидах и сфероидах», «О рычагах», «О плавающих телах» и др. Вычислил объем сферы и значение числа «пи». Подсчитал число песчинок в объеме земного шара (трактат «О песчинках»).



С именем Архимеда связано немало легенд, подлинность которых вряд ли можно подтвердить. Безусловно, он не мог с помощью зеркал сжечь вражеские корабли. А вот история с царской короной вполне правдоподобна (но была ли ванна?). Рассказывают, что Гиерон предложил ему поднять большую массу малой силой. Ученый изобрел механизм (или полиспаст, сложный блок), с помощью которого вытащил на берег тяжелую груженую триеру. Один из историков науки высказал предположение, что Архимед применил свой винт в соединении с системой зубчатых колес. Правда, скорее всего данная история выдумана для того, чтобы ярче представить инженерный гений Архимеда.



Греческие моряки, по-видимому, умели вытаскивать на берег даже крупные суда с помощью рычагов и блоков, а вот способен ли был один Архимед справиться с такой задачей? Вряд ли. Более достоверными считаются слухи о созданном им планетарии. В центре находилась Земля, Солнце, Луна и несколько планет вращались вокруг нее, приводимые в движение каким-то механизмом (возможно, водяным двигателем). Об этом сооружении с восторгом упомянул Цицерон, не оставив подробного описания. Предполагается, что по образцу архимедова планетария в Средние века создавали аналогичные.

Однако если в памяти поколений имя Архимеда связано с изумительными изобретениями, то историки науки отмечают прежде всего его математические открытия. В сочинении об измерении окружности он вычислил число «пи», использовав остроумный метод сближения периметров вписанного в круг и описанного вокруг него многоугольников Изучая плоские фигуры, он вышел за пределы элементарной математики, учил определять площадь параболы и эллипса, открыл свойства кривых высшего порядка, например спиралей Поразили современников его работы о шаре и цилиндре вычисление их поверхностей, отношение объемов цилиндра и шара, вписанного в него (как 3x2) и т. д. По преданию, римский полководец Марцелл, войско которого осаждало Сиракузы, очень высоко ценил гений Архимеда, несмотря на то что изобретенные ученым метательные орудия причиняли большой урон нападавшим. В отличие от других сицилийских городов, Сиракузы держались долго, несколько месяцев. Многопудовые камни, выброшенные из архимедовых катапульт, сметали десятки римлян, крушили их осадные сооружения. По-видимому, корабли сожгли «огненные снаряды» (сосуды с горючей смесью), которые метали катапульты. Это, кстати, могло послужить поводом для фантазий о «зажигательных зеркалах» Архимеда. Когда Сиракузы пали под натиском римлян, разъяренные захватчики устроили страшную резню, жертвой которой стал и Архимед. Рассказывали, будто он во время штурма был занят решением геометрической задачи. По одной версии, когда римский солдат занес над ним свой короткий меч, ученый сказал «Не трогай моих чертежей», а по другой версии «Подожди, сейчас я решу задачу».









6. ^ А. Роберт Гук.


Роберт Гук (1635-1703)был одним из наиболее значительных ученых 17-ого столетия. В то время как его исследования и результаты часто скрывались его соперником Исааком Ньютоном, было невозможно подвергнуть сомнению значение его разработок в таких областях как физика, астрономия, биология, медицина.   Заинтересовавшись оптической новинкой XVII века – микроскопом – он реконструировал этот прибор. Микроскопические наблюдения исследователя изложены им в труде "Микрография, или некоторые физиологические описания мельчайших тел, осуществленные посредством увеличительных стекол" (1665 г.). Рассматривая самые разнообразные объекты из мертвой и живой природы, Р. Гук, в частности, открывает клеточное строение растений; он является и автором термина "клетка", вошедшего со временем в научный обиход.





Микроскоп Гука (гравюра из «Микрографии»)


Можно было бы сказать, что для Англии он был эквивалентом гения 14-ого столетия Леонардо да Винчи, что он был истинным человеком Ренессанса, который постоянно искал ответы на вопросы, и изобретал новые научные приборы. Изобретения Гука включают пружинное управление балансиром в часах и первый телескоп-рефлектор. Гук также работал как архитектор, хотя его мечты о новом проекте Лондона после Большого пожара 1666 были ограничены меньшими размерами.

Важно понять, что Роберт Гук революционно продвинул микроскопию и астрономию, открыл двери, которые в один прекрасный день привели к открытиям других ученых. Известны некоторые другие его изобретений: кардан, который используется в автомобильной промышленности, пружинный балансир, который являются основной частью наручных механических часов. Закон Гука и его теория окисления все еще используются современными учеными.

Увы, для такого гения и для всех его триумфов, Гук был болезненным с детства ребенком, а в 13 лет потерял отца.

Роберт Гук был повторно захоронен где-то в Северном Лондоне в 18-ом столетии, в месте, которое никому не известно достоверно. Если его останки будут найдены, профессор Майкл Купер из Лондонского университета планирует использовать судебную методику антропологии для восстановления лица Роберта Гука, и благодаря этому, возможно большего признания, которое он заслуживает.  


7. ^ А. Алессандро Вольта. Б. Майкл Фарадей.






Граф Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта

(18 февраля 1745 - 5 марта1827)





Изобретатель электрической батарейки Вольта родился в родовом имении, где много веков жили его предки. В семье было 7 детей. Все дети как дети, один Алессандро был плох – он развивался ненормально как умственно, так физически. Долго его считали немым, пока он в 4 года не сказал свое первое “Нет!”. Затем развитие “дефективного” ребенка пошло очень быстро.

В 30 лет он уже знаменит – изобрел электрофор – прибор для опытов со статическим электричеством. Прибор Вольта был очень прост. Он состоял из сургучной подушки, металлического диска со стеклянной ручкой, собственного пальца и… кошки. Принцип действия электрофора, по сути дела, тот же, что и у современных школьных электрофорных машинах. Заряд, сообщенный сургучу, при трении его кошкой, может накапливаться при повторении опускания металлической плиты на сургуч и отведения ее назад. При этом палец экспериментатора служил тем мостиком, по которому на диск убегали заряды “ненужного” противоположного знака.



Электрофор Вольта. Кошка прилагается

Электрофор был значительно эффективнее электростатических машин трения. С его помощью можно было получать мощные заряды статического электричества. Электрофор Алессандро Вольты послужил основой для создания целого класса индукционных электрофорных машин.

В 1776 г. молодой ученый изобрел газовый пистолет – “пистолет Вольты”, в котором метан взрывался от электрической искры, а в 1781 г. – электроскоп с расходящимися соломинками, более чувствительный, чем прежние – с подвешенными на нитях пробковыми или бузиновыми шариками.



Газовый пистолет А. Вольта

В 1782 г. он сконструировал конденсаторный электроскоп (рис. 12), прикрепив к головке электроскопа плоский конденсатор. Изменяя расстояние между пластинами конденсатора, ученый пришел к пониманию взаимосвязи между емкостью (С), потенциалом (V) и зарядом (Q), которая в современной записи выражается формулой V=Q/C.



Электроскоп (современная модификация)

На Вольта золотым дождем сыплются почести многих академий. Но главное открытие Вольта впереди – это изобретение источника электричества нового, невиданного типа, не электричества , скапливающегося на расческе, на куске янтаря или на нейлоновых вещах, а электричества движущегося, динамичного, мощного. Толчком к открытию стало чтение трактата Гальвани “Об электрических силах в мускуле”. Гальвани, исследовал так называемое “животное электричество” и описывает в книге эффект содрогания лапок лягушки. Автор трактата не придал особого значения тому факту, что лапки содрогались лишь тогда, когда к ним прикасались двумя разными металлами.

Теперь Вольта можно было увидеть со странным занятием: он брал две монеты – обязательно из разных металлов… и клал их себе в рот – одну на язык, другую – под язык. Если после этого монеты или кружочки Вольта соединял проволочкой, он чувствовал солоноватый вкус, тот самый вкус, но гораздо слабее, что мы можем почувствовать, лизнув одновременно два контакта батарейки. Их опытов, проделанных раньше с электрофором, Вольта знал, что такой вкус называется электричеством.

Поставив друг на друга свыше 100 металлических (цинк и серебро) кружочков, разделенных бумагой, смоченной соленой водой, Вольта получил довольно мощный источник электричества – вольтов столб.




Знаменитый вольтов столб


Сразу вслед за этим Вольта сделал еще одно изобретение – он изобрел электрическую батарею, пышно названную “короной сосудов” и состоящую из многих последовательно соединенных цинковых и медных пластинок, опущенных попарно в сосуды с разбавленной кислотой. Это был довольно солидный источник электрической энергии.

20 марта 1800 года Вольта сообщил о своих исследованиях Лондонскому королевскому обществу. Можно считать, что с этого дня источники постоянного электрического тока – вольтов столб и батарея – стали известны многим физикам и нашли широкое применение.

Он прожил долгую и счастливую жизнь. К сожалению, почти все его личные вещи, приборы, а также 11 громадных папок его трудов сгорели во время пожара. Но Вольта вечен, не смотря на то, что никто уже не пользуется вольтовыми столбами. Вольта вечен в вольте – едини це электрического напряжения.




Майкл Фарадей (1791 - 1867)


Фарадей родился в провинциальной деревушке, его отец был кузнецом, а мать – горничной. Он рано узнал нужду. В 9 лет каравай хлеба был ему недельной нормой пищи. Образования Майкла было самым заурядным и включало в себя навыки чтения, письма и арифметики. Ему повезло. Случайно 12-летний Майкл попал на работу в книжный магазин, а не в кузницу к своему отцу. Он работает рассыльным, а затем подмастерьем переплетчика в книжном магазине. Он имеет возможность держать в руках тысячи книг, и не только держать, а и читать. Там, в переплетной мастерской, познакомился Фарадей с книгами, навсегда поразившими его воображение и изменившими его судьбу: “Британской энциклопедией”, “Беседами о химии”, “Письмами о разных физических и философских материях, написанных некоторой немецкой принцессе” русского академика Леонарда Эйлера, возникшими под впечатлением долгой и плодотворной переписки автора с Ломоносовым.




Лаборатория Фарадея в Королевском институте

Фарадей тратил много денег на постановку опытов, описанных в “Энциклопедии”. Но не только книги были сокровищем книжной лавки. Лавку посещало большое число образованных людей того времени, и завсегдатаи не могли не заметить молодого (Фарадею исполнилось 19) переплетчика, жадно читавшего книги. Один из покупателей, мистер Денс, член Королевского института в Лондоне, с удивлением узнал, что юноша читает последний номер научного журнала “Химическое обозрение” и подарил ему абонемент на лекции своего друга – сэра Гэмфри Дэви. Это решило судьбу Майкла.

Прослушав четыре лекции Дэви, Майкл пишет ему письмо и присовокупляет к нему конспекты лекций в отличном переплете. Дэви был тронут, к тому же во время одного из опытов в лаборатории произошел взрыв, и осколки разорвавшейся колбы попали Дэви в глаза. Дэви не мог читать и писать, и взял Майкла к себе секретарем, а вскоре - лаборантом.

Вместе с Дэви Фарадей путешествует по свету. В Париже на глазах у Фарадея Дэви признает в неизвестном веществе, переданном ему Ампером, новый химический элемент – йод. В Генуе они проводят опыты с электрическим скатом и пытаются выяснить, не разлагает ли электрический разряд ската воду. Во Флоренции – сжигают алмазы в в атмосфере кислорода и окончательно доказывают единую природу алмаза и графита, с восхищением рассматривают уникальные экспонаты – бумажный телескоп самого Галилея и магнитный камень, поднимающий 150 фунтов. В Милане познакомились с Вольтой.

Через 11 лет после назначения на должность лаборанта Фарадей напишет первую научную статью и опишет в ней изобретение, без которого не мыслим современный мир – электрический двигатель. Дэви ревновал ученика к его успехам, тем более, что сам он переживал творческий кризис. По словам Дэви, он сделал много открытий, но самым великим его открытием было то, он открыл Фарадея.



Фарадей читает публичную лекцию


В 1831 году Фарадей открыл явления электромагнитной индукции. Эти явления, детально изученные Фарадеем, открыли новую эпоху в истории техники. Электричество ставилось на службу развитию человеческого общества.

Гениальные работы переплетчика Михаила Фарадея положили основание электротехнике. Три тысячи параграфов в тридцати сериях его записок шаг за шагом раскрывали людям сущность электрических явлений. Фарадей умер в 1867 году. К этому моменту он был обладателем девяноста семи почетных титулов от Академий наук разных стран, причем ни одной не было получено за соавторство.


^ 8. В. Туннельный.

В 1981 году ученые изобрели микроскоп нового типа, работающий на туннельном эффекте. Это достаточно сложный эффект, который не изучают в школе. Но ведь микроскоп работает, и открытия, совершенные с его помощью, могут совершить в ближайшее время настоящую техническую революцию. Этот новый прибор позволяет получать изображение отдельных молекул на экране монитора. С помощью туннельного микроскопа можно не только увидеть атом, но и “прикоснуться” к нему. И даже переместить его с помощью маленькой иголочки. Как правило, если ты прикасаешься к предмету, миллиарды атомов твоих пальцев соприкасаются миллиардами атомов этого предмета. Но иголка туннельного микроскопа такая тоненькая, что способна прикоснуться лишь к одному атому. Она – словно продолжение пальцев ученого, передвигая отдельные атомы, может создавать из них свою собственную, неповторимую архитектуру.

Туннельный микроскоп – удивительный инструмент. Теперь ученые могут совершить новый технологический подход: рассматривать атомы в качестве отдельных кирпичиков и создавать из них миниатюрные машины и инструменты, которые могут работать так же, как те, к которым мы привыкли.


9. ^ Б. Роберт Милликен.

Американский физик Роберт Эндрюс Милликен (1868-1953) - лауреат Нобелевской премии по физике 1923 года «за работы по изучению элементарного электрического заряда и фотоэффекта». В своей нобелевской лекции Милликен, посылаясь на указанные работы, высказал убеждение в том, что “наука шагает вперед на двух ногах – на теории и эксперименте. Иногда впереди оказывается одна нога, иногда – вторая, но неуклонный прогресс достигается лишь в том случае, когда вперед шагают обе ноги”.

Роберт Милликен был чрезвычайно разговорчив. Друзья в шутку предложили ввести в обиход новую единицу измерения болтливости - “кен”. Ее тысячная часть – милликен – должна была превышать разговорчивость среднестатистического человека.

После открытия электрона ученые прекрасно осознали, что эта частица является фундаментальной составляющей всего материального мира. Соответственно, встал вопрос об изучении и измерении ее свойств. Первое прецизионное измерение электрического заряда электрона — заслуга Роберта Милликена. Его экспериментальная установка представляла собой большой и емкий плоский конденсатор из двух металлических пластин с камерой между ними. На обкладки конденсатора Милликен подавал постоянное напряжение от мощной батареи, создавая на них высокую разность потенциалов, а между обкладками помещал мелко распыленные капли — сначала воды, а затем масла, которое, как выяснилось, ведет себя в электростатическом поле значительно устойчивее, а главное — испаряется гораздо медленнее. Сначала Милликен измерил предельную скорость падения капель — то есть скорость, при которой сила земного притяжения, действующая на капли, уравновешивается силой сопротивления воздуха. По этой скорости ученый определил объем и массу капель аэрозольной взвеси. После этого он распылил идентичный аэрозоль в присутствии электростатического поля, то есть при подключенной батарее. В этом случае масляные капли оставались в подвешенном состоянии достаточно долго, поскольку силы гравитационного притяжения Земли уравновешивались силами электростатического отталкивания между каплями аэрозоля.

Причина, по которой капли масляного аэрозоля электризуются, банальна. Это простой электростатический заряд, подобный тому, который накапливается, скажем, на белье, которое мы достаем из сушильной центрифуги, в результате того что ткань трется о ткань — он возникает в результате трения капель о воздух, заполняющий камеру. Однако из-за микроскопического размера масляных капель в камере они не могут получить большого заряда, а величина заряда капель будет кратна единичному заряду электрона. Значит, постепенно понижая внешнее напряжение, мы будем наблюдать, как капли масла периодически «выпадают в осадок», и по градациям шкалы напряжения, при которых осаждается очередная порция аэрозоля, мы можем судить об абсолютной величине единичного заряда, поскольку дробного заряда наэлектризованные капли нести на себе не могут.

Кроме того, Милликен облучал масляную взвесь рентгеновскими лучами и дополнительно ионизировал ее органические молекулы, чтобы повысить их электризацию и продлить время экспериментального наблюдения, одновременно повышая напряжение в камере, и делал так многократно для уточнения полученных данных. Наконец, накопив экспериментальных данных для статистической обработки, Милликен вычислил величину единичного заряда и опубликовал полученные результаты, которые содержали максимально точно для тех лет рассчитанный заряд электрона.

Опыт Милликена был крайне трудоемок. Ученому приходилось, в частности, постоянно измерять и учитывать влажность воздуха и атмосферное давление — и так на протяжении всех пяти лет непрерывного наблюдения за своей установкой. Наградой за титанический труд стала Нобелевская премия по физике за 1923 год, присужденная Милликену за публикацию 1913 года. Интересно, что при всей кажущейся простоте камеры Милликена она не стала музейным экспонатом. Уже в 1960-е годы, когда появилась гипотеза кварков (см. Стандартная модель), были построены современные, усовершенствованные установки, работающие по вышеописанному принципу, на которых ученые безуспешно искали свободные кварки. Поскольку обнаружить таковые не удалось (кварки различных типов должны иметь электрические заряды, равные 1/3 и 2/3 заряда электрона), это послужило дополнительным подтверждением теории, согласно которой кварки в свободном виде в современной природе не встречаются и всегда находятся в связанном состоянии внутри других элементарных частиц.


10. ^ А. Джеймс Уатт. Б. Иван Ползунов.

В 1764 году профессор физики университета Глазго Джон Андерсон решил продемонстрировать студентам действие „огненной помпы” или „атмосферной машины” – так в Англии называли механизмы для выкачивания воды из угольных шахт. Машина была слишком велика и тяжела, чтобы поместиться в университетской аудитории. Поэтому решили построить ее копию высотой в метр.

Но профессора ожидало неприятное разочарование: модель не работала! Пришлось отвезти ее в мастерскую к Джеймсу Уатту, который ремонтировал научные приборы. Тот быстро понял, в чем дело: уменьшение объема рабочей камеры привело к тому, что силы атмосферного давления не хватало для преодоления трения между поршнем и стенками камеры. Сообразительный Уатт предложил заменить сжатый воздух водяным паром – и изобрел паровую машину! Со временем изготовили меньший паровой двигатель, и он легко поместился на тележке с колесами. Это изобретение дало возможность перемещаться в пространстве с помощью двигателя. Началась новая эра в науке.

В процессе научных исследований физики осуществили измерение с помощью точных приборов. Джеймс Прескотт Джоуль старался зафиксировать незначительное повышение температуры в баке с водой. Он был пивоваром, как и его отец, а потому научными исследованиями в области соотношения работы и теплоты занимался в свободное от работы время, для души. Он знал, что работу можно превратить в теплоту (например, потереть один предмет о другой) и, наоборот, теплота способна выполнять работу (например, в паровой машине Уатта).

Джоуль пытался определить, какое количество теплоты можно получить за счет определенной „порции” выполненной работы. Для этого он опустил мешалку с лопастями в сосуд с водой, чтобы лопасти, оборачиваясь, нагревали жидкость. В течение получаса лопасти осуществляли 20 оборотов, и вода нагревалась лишь на полградуса. Чтобы измерить такое незначительное повышение температуры, Джоулю понадобился намного более чувствительный измерительный прибор, чем тот, который у него был. И он смастерил чрезвычайно точный миниатюрный термометр.

Принцип действия нового термометра не отличался от других термометров того времени. Все просто: процесс расширения спирта (или ртути) происходит пропорционально к изменению температуры. Итак, если наполнить спиртом трубку, на которую нанесены деления, то уровень жидкости в трубке будет указывать температуру. Чтобы увеличить точность термометра, Джоуль изготовил очень тонкую трубочку и заполнил ее спиртом. К сожалению, диаметр трубочки оказался не одинаковым, а потому уровень жидкости в трубке не изменялся строго пропорционально к изменению температуры. Чтобы исправить этот недостаток, Джоуль рассмотрел трубочку с помощью оптического микроскопа, измерил все неровности и нанес на нее неравномерную шкалу.

Деления на трубочку наносились довольно оригинальным способом. Джоуль покрыл стеклянную трубочку тонким слоем пчелиного воска и очень тонким ножом нанес на воск поперечные штрихи. Потом он погрузил трубочку в разбавленную кислоту. Кислота не взаимодействует с воском, но разъедает стекло, поэтому на стекле образовались деления, причем погрешность промежутка между делениями не превышала 6 микрон! Таким образом, Джоулю удалось превратить тоненькую трубочку в сверхточный термометр. Его метод гравировки с предыдущим нанесением маскировочного слоя до сих пор используют в микроэлектронике.

Это изобретение, а также невероятная настойчивость, помогли Джоулю в 1850 году впервые в мире установить соотношение между теплотой и работой.

В 1754, когда Ползунов строил лесопилку, началась его конструкторская работа. Любознательный, честный, с чувством собственного достоинства, после самостоятельного изучения книг по металлургии и минералогии в 1763 предложил создать «огненный», т.е. пароатмосферный, двигатель, способный заменить гидравлические колеса. Был переведен в «механикусы» с чином и окладом инженерного капитан-поручика. В 1764-1766 сделал первую в России паровую машину для приведения в действие воздуходувных мехов. Заболев чахоткой, умер за неделю до испытаний "большой машины". Ее модель была взята в Кунсткамеру. Сама же машина, испытанная учениками Ползунов, не только окупившая себя, но и принесшая прибыль, в условиях крепостного хозяйства оказалась ненужной и после поломки была разобрана и забыта.


^ ИСТОРИЯ БИОЛОГИИ

11. А. К. Линней.

Часы бывают разные: солнечные, водяные, механические, электронные, башенные... а еще есть цветочные часы. Карл Линней – выдающийся шведский естествоиспытатель, ботаник, зоолог и врач. В 28 лет он стал доктором медицины. Именно он предложил идею цветочных часов.

Первые цветочные часы были известны еще в Древней Греции и в Древнем Риме. Растения - цветы высаживались на клумбах и использовались в качестве своеобразных часов. Многие цветы раскрываются и закрываются в одно время. Эта особенность помогает им защищать пыльцу от дождя и холода, а также открываться именно тогда, когда различные существа прилетают к цветкам.

В 1755 году знаменитый шведский естествоиспытатель Карл Линней использовал этот феномен. Этот выдающийся ученый написал научный трактат "Somnus plantarum", что в переводе означает "Сон растений". Карл Линней всю свою жизнь посвятил систематизации растений. Много лет наблюдал за растениями и обратил внимание на то, что растения можно сгруппировать по особому признаку - времени раскрытия и закрытия цветков, хотя в ночное время цветы закрыты, а с восходом солнца они открывают свои венчики. Карл Линней посадил в своем саду цветочные часы. На круглой клумбе он расположил растения в соответствии с временем. На этой цветочной клумбе росли цикорий и шиповник, одуванчик и картофель, ноготки и многие другие. Карл Линней мог определить время, увидев, какие цветки раскрыты. Даже при пасмурной погоде можно было точно определить время, если нет при себе часов. Часы Карла Линнея, соответственно, были без стрелок.

Современному миру так понравилась эта идея цветочных часов и во многих городах появились такие часы-цветы. До сих пор самыми известными в мире считались швейцарские и японские цветочные часы, причем в Швейцарии были самые большие, пятиметрового диаметра. Теперь рекорд побит: на Поклонной горе в Москве устроили и запустили самый большой в мире цветочно-часовой механизм. В диаметре циферблат достигает 10 метров, а минутная стрелка весит более 30 килограммов. Правда, на московских часах нет секундной стрелки, которой особенно гордятся швейцарцы. "Но на то они и швейцарцы, - объяснили российские специалисты, приехавшие на праздник, - они славятся тонкой ювелирной работой, а мы - масштабом!"



В этих современных часах используется часовой механизм, а цветы служат украшением.


12. В. туберкулез.

Туберкулёз - очень древняя болезнь. Никто не может сказать точно, когда и откуда она взялась. По версии некоторых учёных впервые туберкулёз начал распространяться около 10 тысяч лет назад из деревень и маленьких городков Ближнего Востока. Подробно описал признаки туберкулёза лёгких ещё великий врач древности Гиппократ. Правда, он предполагал, что туберкулёз - наследственное заболевание и возникает оно из-за неправильного распределения в организме слизи. Но уже Авиценна понял, что туберкулез передается от человека к человеку. Ибн Сина так же считал, что на возникновение и течение этого заболевания может влиять окружающая среда.

Доказана же инфекционная природа туберкулёза была в 1882 году ^ Робертом Кохом. В честь него и назвали открытую им микобактерию, вызывающую туберкулёз - палочкой Коха.



Роберт Кох


Палочка Коха чрезвычайно вынослива, она не боится холода, не гибнет в спирте и растворе кислоты, может храниться много лет в земле и даже вечной мерзлоте. В воде бактерии сохраняются до 100 дней, в уличной пыли до 10 суток.

Не любит же палочка Коха хлорку и… солнце. Под длительным воздействием со