Наиболее зрелищные опыты в физике

Наиболее зрелищные опыты в физике (NYT)

1. Опыт Йоссона: корпускулярно-волновая природа света  Мнения Юнга и Ньютона не совпадали в вопросе природы света. Свет не был лишь потоком частиц, не был он и только волной. В начале ХХ ст. Макс Планк и Альберт Эйнштейн предположили, что свет есть поток фотонов. На помощь пришла квантовая теория, которая объединила две предыдущие и доказала их справедливость, ведь фотоны имеют двойную природу, ведут себя как корпускулы и как волны. В 1961 году ученый Клаус Йонссон первый в реальном опыте доказал этот постулат квантовой теории. Он доказал, что законы интерференции и дифракции действуют для пучков элементарных частиц так же, как и для световых волн. Эксперимент Йонссона практически повторял выполненный за два столетия до того эксперимент Томаса Юнга, только вместо волны света был использован пучок электронов. Однако полученный ученым результат, доказывающий справедливость законов квантовой механики, никого не удивил — Юнг уже доказал все на практике с помощью эксперимента по интерференции волн. Поэтому этот опыт оставил автора без лавров.

2. Опыт Галилея: сила тяжения Еще в ХVI в. люди полагали, что тяжелые предметы падают быстрее, чем легкие. Почему? Ибо так говорил еще Аристотель. Галилео Галилей, который возглавлял математический факультет Пизанского университета, имел достаточно мужества, чтобы подвергнуть сомнению незыблемую, казалось бы, истину. История с шариком и перышком, которые были брошены с Пизанской башни одновременно и одновременно же приземлились, уже стала научным фольклором. Но красота эксперимента Галилео заключается в том, что он доказал единообразие силы притяжения для предметов любой массы в условиях Земли чисто теоретическим путем — и бросать ничего не было нужно. «Пусть тяжелое тело падает быстрее, а легкое — медленнее, — рассуждал ученый. — Тогда легкое тело, прикрепленное к тяжелому, должно замедлить падение тяжелого. Но ведь этого не может произойти, потому что полученный предмет будет иметь большую массу, а следовательно, будет падать быстрее, чем одно тяжелое тело. Но предмет не может падать одновременно и быстрее, и медленнее. Значит, все тела, независимо от массы, падают на землю с одинаковой скоростью».

3. Опыт Милликена: заряд электрона В 1909 году американский физик, лауреат Нобелевской премии Роберт Милликен измерил заряд электрона. Опыт заключался в изучении поведения заряженных капель масла в электрическом поле конденсатора. Заряд электрона равен 1602 • 10 ‑19 Кл — это значение столь малое, что нужна большая изобретательность, чтобы его измерить. Милликену удалось это сделать с помощью достаточно оригинального приема. Он создал электрическое поле, распылив в нем микрокапли масла так, чтобы они попадали под действие поля. Скорость движения капель, которые несли заряд статической энергии, можно было измерить с изменением напряжения. Пока капли двигались в ионизированном пространстве, к ним присоединялись свободные электроны, вызывая появление отрицательного заряда в микрокаплях. Милликен повторял эксперимент, изменяя напряжение, и пришел к выводу, что размеры отрицательного заряда всегда приобретают одни и те же значения. Наименьшее из них — это и был заряд одного электрона.

4.Опыт Ньютона: Дисперсия светаИсаак Ньютон родился в год, когда умер Галилео Галилей. Эксперимент же Ньютона заключался в том, что он пропустил волну белого света сквозь призму. В результате этого эксперимента Ньютон выяснил, что видимый свет не является белым, чистым (как считал Аристотель), а состоит из семи цветов спектра: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового.

5.Опыт Юнга: интерференция Томас Юнг — английский врач и физик. В 1803 году он сделал важное открытие. Пропуская световые волны сквозь две близко расположенные отверстия, он обнаружил, что полученное изображение состоит из темных и светлых полос, которые чередуются. Так было открыто явление интерференции, которое доказывало волновую природу света. Этот опыт достаточно простой в исполнении, а потому убедительный, поставил точку в длительном споре о том, имеет свет корпускулярную или волновую природу. Несомненная волновая природа явлений интерференции и дифракции, наблюдение поляризации света и других явлений, которые объясняются только с точки зрения волновой теории, заставили сторонников корпускулярной теории отступить на некоторое время. Однако в 1905 году Эйнштейн высказал гипотезу о том, что свет есть поток фотонов — квантов электромагнитного поля. Так родилась квантовая теория.

6.Опыт Кавендиша: сила гравитации Английский физик в 1797 – 1798 годах измерил силу притяжения между двумя телами, имеющими массу. Для этого он использовал крутящиеся весы. В результате была достаточно точно определена гравитационная константа, что позволило Кавендишу впервые определить массу Земли из соотношения G = GM/R, которое связывает ускорение свободного падения и радиус Земли.

7.Опыт Ератосфена: радиус Земли Один из самых древних экспериментов, выполненный Ератосфеном Киренским. Ератосфен, библиотекарь Александрийской библиотеки, живший в III ст. до н.э., определил радиус земного шара. Его результат составил примерно 6300 км, что отличается от современного значения менее чем на 5%. Схема рассуждений Ератосфена такова: в полдень в день летнего солнцестояния в г. Сиена (ныне Асуан) солнце было в зените, а предметы не отбрасывали тени. В тот же день и в то же время в Александрии, что лежит за 5000 стадий от Сиены, солнце отклонялось от зенита примерно на 7°. Это примерно ¹⁄₅₀ полного круга (360°), из чего следует, что радиус Земли равен 250 тыс. стадий — 6300 км.

8.Опыт Галилея: зависимость между временем и расстоянием Еще один эксперимент Галилео Галилея с шарами, которые катятся по наклонной плоскости. Он фиксировал время, за которое шарики прокатятся на определенное расстояние. Галилей выяснил, что если время увеличить вдвое, то шарик пробежит в четыре раза большее расстояние, то есть открыл Квадратичную зависимость между временем и расстоянием.

9.Опыт Резерфорда: структура атомаЭксперимент английского физика, лауреата Нобелевской премии Эрнеста Резерфорда (1910 г.) объяснил структуру атома. Изучая рассеяние альфа-частиц при прохождении через золотую фольгу, Резерфорд пришел к выводу, что весь положительный заряд атомов содержится в их центре — в очень массивном и компактном ядре, а отрицательно заряженные частицы (электроны) вращаются вокруг ядра. Эта модель в корне отличалась от принятой в то время модели Томпсона, в которой положительный заряд равномерно заполнял весь объем атома, а электроны были вкраплены в него. Модель Резерфорда ныне принята в планетарном масштабе.

10.Маятник Фуко: вращение ЗемлиЭксперимент Жана Бернара Леона Фуко должен был доказать вращение Земли вокруг собственной оси. Французский физик осуществил замысел с помощью 67-метрового маятника, который был подвешен к вершине свода парижского пантеона. 28-килограммовая гиря на маятнике была оснащена острием, которое прочеркивало траекторию маятника на песке, рассыпанном под устройством. При каждом колебании маятник отклонялся на 3 мм. За 32 часа маятник сделал полный круг.