Historie vědy, Atom, atomové jádro, radioaktivita Doc. Ing. Ivan Štekl, CSc. Ústav technické a experimentální fyziky ČVUT
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Historie vědy (antika, středověk, matematika, astronomie) obecné předpoklady technického pokroku stav vědy na konci 19. století objev záření X (rentgenové záření) objev radioaktivity objev elektronu objev atomového jádra modely atomového jádra, model atomu
Historie matematiky (Příběhy matematiky – Milan Mareš) 1) Asyřané, Babylóňané: (3000 l. př. n.l.) - Lékařství, právo, počítání - Škola = dům tabulek (měli tabulky mocnin, např. součin dvou čísel převedli na počítání s druhými mocninami a jednoduché dělení: a.b = [(a+b)2 – (a-b)2 ]/ 4 - 60 soustavu - uměli počítat obsahy ploch, objemy koule, krychle, válce.
2) Číselné soustavy Desítková – Arabové, Indové, 423 = 4.102 + 2.101 + 3.100 Pětková – např. 4.52 + 2.51 + 3.50 = 4.25 + 2.5 + 3.1 (v desítkové = 113) Dvojková – jen 0,1, např. 101001 = 1.25 + 1.23 + 1.20 = 32 + 8 + 1 = 41
3) Řecko (antika) - udělali vědu (schopnost popisovat a zkoumat obecné struktury a zákony) - trvalo asi 2000 let (1800 př.n.l. – křesťanství) - mykénská doba (→ 1100 př.n.l); homérská doba (1100 – 800 př.n.l); archaická doba (800 – 500 př.n.l) – rozvoj matematiky - 1. olympiáda 776 př.n.l. (do 396 n.l.) - 1. univerzita Academia (Athény, Platón, 387 př.n.l) - řešili úlohy geometricky (součin dvou čísel = obdélník, součin tří čísel = kvádr) Thales z Milétu (625 – 546 př.n.l.) Pralátka (podstata hmoty) = voda Řekové mu říkali otec vědy (Solon z Athén, Chilon ze Sparty, Thales z Milétu, Bias z Prieny, Kleobulos z Lindu, Pittakos z Mytileny, Periandros z Korinthu) – 7 mudrců, na základě slavných výroků „Všechno je cvičení“ - Periandros
asi -590 aţ -500 Součet obsahů čtverců nad odvěsnami pravoúhlého trojúhelníka je roven obsahu čtverce nad přeponou. Na Sicílii v městě Krotón zakládá filozofickou školu (sekta s přísnými pravidly): - filozofie, hudba, matematika, astronomie, lékařství - při vstupu odevzdat majetek (při výstupu dostali 2x tolik) - nesměli uveřejňovat objevy - působili 9-10 generací (700 lidí), byli konzervativní, ale přijímali ţeny jako rovnocenné partnerky (celkem 17, Theano – ţena Pythagora) - „Nemáš důkaz? Pak nemáš nic.“
Vysvětlil měsíční fáze a zatmění Měsíce Přemýšlel o povaze nebeských těles -500 aţ -427
- Slunce je pouze rozţhaveným valounem - Nebeská tělesa jsou stejné povahy jako Země.
- Mohou na nich ţít lidé, podobně jako na Zemi.
V Athénách obţalován z bezboţnosti, souzen a uvězněn. Emigroval do Malé Asie.
-384 aţ -322
Ţák Platonův, filozofická škola Lykeion Jeden ze zakladatelů evropské vědy a kultury
Základy přírodní filosofie, logiky, etiky, psychologie, politiky Úvahy o pohybu, o sloţení a fungování světa De Caelo (O nebi)
Svět rozdělil na sublunární (podměsíční) a supralunární (nadměsíční)
Sublunární svět je proměnný a je sloţen ze 4 ţivlů: země, voda, oheň, vzduch Kaţdý pohyb má svůj cíl
Země a voda mají své přirozené místo dole, zatímco vzduch a oheň nahoře. Jejich přirozený pohyb je po přímce Jsou moţné i jiné pohyby neţ po přímce. Ty jsou však nucené po celou dobu působící silou.
Země je kulatá
Supralunární svět je neproměnný a je tvořen pátým dokonalým ţivlem – éterem. Kruţnice má dokonalý tvar
Měsíc, Slunce a planety vykonávají dokonalý kruhový pohyb. Sféta hvězd je neměnná
Aristotelův model přetrval 19 století
Ptolemaios (generál Alexandra Velikého) - získal Egypt, založil Alexandrii - v ní založil Múseion (Sídlo múz) – druhá univerzita na světě, její součástí byla Alexandrijská knihovna (jenom katalog knih měl 120 svitků, v r. 48 př.n.l. prý měla 700 000 exemplářů) – trvale v ní pracovaly stovky vědců - skoncoval s ní nástup křesťanství (netolerantní k antice), budovy Múzeionu a knihovny byly zničeny ve 3 st.n.l., v r. 391 n.l. alexandrijský patriarcha Theofil prosadil vyhnání pohanských učenců z Alexandrie.
Theon z Alexandrie (vedoucí knihovny, asi 335-405) - zařídil souborné vydání antických znalostí (Eukleidovy Principie, astronomická díla, matematické tabulky) - zachránil antické znalosti (Principia, 1500 let základní učebnice matematiky)
Dcera Hypatie (370 – 415 n.l.) – nadaná matematička, zavraždili ji křesťané
-3. století
Zbavil nebeská tělesa boţské nedotknutelnosti a začal je zkoumat. Pokoušel se porovnat vzdálenost k Měsíci a ke Slunci a porovnat velikosti těchto těles.
x
y
Měření a výpočet vzdálenosti k Měsíci a ke Slunci Změřil úhel a = 87° x y
cos a
x y
1 19
Slunce je 19-krát dál neţ Měsíc Na obloze se však obě tělesa jeví přibliţně stejně velká Slunce bude tedy 19-krát větší neţ Měsíc
Podle velikosti stínu Země na Měsíci odhadl, ţe Země je 2krát větší neţ Měsíc.
Povaţoval za nepravděpodobné, ţe by velké Slunce obíhalo kolem malé Země. Je spíše pravděpodobné, ţe Země obíhá kolem Slunce a ještě se při tom otáčí. Aby se během roku neměnila poloha hvězd na obloze, měly by být podstatně dál neţ Slunce.
Aristarchovy chyby: Úhel a není 87°, ale přibliţně 89°51' . Vzdálenost ke Slunci pak vyjde přibliţně 390-krát větší neţ k Měsíci.
Slunce je 390-krát větší Měsíc. Průměr Země je 3,67-krát větší neţ průměr Měsíce.
Vzhledem k nedokonalým měřicím technikám nevyšly vzdálenosti moc přesně, ale všechny myšlenky byly v pořádku!
Aristarchův model heliocentrické soustavy upadl na mnoho století v zapomnění.
+85 aţ +165
Megalé syntaxis = Almagest = Velká skladba Geocentrismus - epicykly Předpovědi poloh planet
Geocentrický systém
Katalog 1022 hvězd 48 souhvězdí Magnitudy
Na 14 století je to základní učebnice astronomie +827 překlad do arabštiny Ve 12. století z arabštiny do latiny Jak vznikaly dnešní názvy hvězd? Ptolemaios: „Jasná hvězda na chvostu" ptáka. Arabové přeloţili na Al Dhanab al Dajajah Při zpětném překladu do latiny zůstalo Deneb
Neuvěřitelně přesní pozorovatelé oblohy Uctívali Mléčnou dráhu, říkali jí strom ţivota Pozorování Venuše, Marsu, Merkuru,… Znalost synodické oběţné doby Venuše Předpovědi zatmění Měsíce
Propracovaná matematika, kalendář a písmo Největší astronomické objevy v městě Copán
Nejrozvinutější období 2. stol. aţ 9. stol. Oblast Mayské civilizace
1. Chichén Itzá
9. Tikal
2. Palenque
10. Uaxactún
3. Yaxchilán
11. Copán
4. Bonampak
12. Cuello
5. Lagartero
13. Tulúm
6. Iazapa
14. Cobá
7. Kaminaljuyú
15. Dzibilchaltun
8. Piedras Negras
16. Uxmal
10
0 1
Dvacítková soustava
11 12
13
2 3 4
5
14 15 16
6 7
17
8
18
9 19
Poziční číselná soustava Naše desítková soustava:
Mayská dvacítková soustava:
584 = 5 x 100 + 8 x 10 + 4 x 1
584 = 1 x 400 + 9 x 20 + 4 x 1
Mayové psali čísla pod sebe, nejniţší pozice odpovídala nejniţšímu řádu
1 x 400 9 x 20 4x1
Dokáţete přečíst toto číslo?
2 x 8000 5 x 400 8 x 20 17 x 1
18 177
Snaha o zachování antické učenosti – např. Boethius (480 – 524) - z Itálie, napsal knihy Geometrie (nedochovala se) a Aritmetika (základ výuky až do novověku, překlad z řečtiny do latiny) - Quadrivium = aritmetika, geometrie, astronomie, teorie hudby - Trivium = gramatika, logika, rétorika
Vztah církve k vědě – císař Justián (527 – 565) - „Zavrženíhodné umění matematické je zakázáno především“
Univerzity v Evropě - Konstantinopol (849), Salermo (9. století), Bologna (1088), Paříž (1100), Padova (1222), Praha (1348)
Původ matematických výrazů a znaků - Nulu – zavedl ji Ind Brahmagupta (asi 596 – 668) - Algebra – Muhamad ibn Musa al Chwárizmí (780 – 850) Bagdád, napsal knihu „Aldžebr-wa-b-magábala“
René Descartes (1596 – 1650) - přírodovědec, filozof, teolog, učitel, matematik - „Základy filozofie“, „Rozprava o metodě“ - fyzika – zabýval se optikou, tvary čoček, sestavováním optických přístrojů - Matematika – kartézskou soustavu souřadnic, pojem funkce a proměnné veličiny, zavedl např. matematické zkratky x2, x3; a,b,c pro koeficienty; x,y,z pro neznámé veličiny; analytickou geometrii.
obecné předpoklady technického pokroku Johann Gutenberg (Johannes Gensfleisch zur Laden) • vynálezce knihtisku, narozen a zemřel v Mohuči (1400-1468) • v 15. století Evropa zaostávala za Čínou a arabským světem • 1. kniha v Číně ~868 n.l. (deskotisk), nevýhoda: nová kniha=nová sada dřevorytů • 4 základní součásti moderního tisku: - pohyblivá písmena, způsob zhotovování sazby - vlastní tisknutí - vhodná tiskařská barva - vhodný materiál používaný pro tisk
obecné předpoklady technického pokroku Johann Gutenberg (Johannes Gensfleisch zur Laden) • Gutenberg vylepšil součásti 1., 2. a 3. => hromadná výroba knih • 1. kniha = bible (r. 1454) • špatný obchodník => přišel o výrobní zařízení ve prospěch společníka Johanna Fausta • po vynálezu knihtisku nastal bouřlivý rozvoj evropské společnosti („moderní“ doba)
obecné předpoklady technického pokroku Cchaj Lun • vynálezce papíru • eunuch, předložil r. 105 n.l. čínskému císaři vzorek papíru • zbohatl, získal aristokratický titul (!!! vynálezce=výhodné povolání) • zapletl se do intrik, upadl do nemilosti => otrávil se • před ním se knihy vyráběly z bambusu, hedvábí, pergamonu, papyrusu • do 2. st. byla Čína zaostalejší proti Evropě, pak do 15. st. naopak • výroba papíru je složitá (Arabové papír viděli, ale nebyli schopni ho vyrobit až do r. 751, s pomocí čínských výrobců; technologie výroby byla stejná až do konce 18. století)
1473 aţ 1543 „Zemi v pohyb uvedl a Slunce a nebe zastavil“ O oběhu nebeských sfér (1543) církevní právo
matematika
národohospodářství
astronomie
politika
medicína
staré jazyky,
Kanovník, zástupce biskupa, státní funkce, obrana hradu Olštýna
vypracoval 1507 – 1515, vydal 1543 Střed Země není středem světa, nýbrţ toliko středem tíţe a dráhy Měsíce. Všechny dráhy obklopují Slunce, jako by stálo v jejich středu, a proto střed světa leţí poblíţ Slunce. Poměr vzdálenosti Země-Slunce k výšce nebe stálic je mnohem menší neţ poměr zemského poloměru ke vzdálenosti Slunce, takţe tato vzdálenost je proti výšce nebe stálic nepatrná. Všechen pohyb viditelný na nebi stálic není reálný, tak jak jej vidíme ze Země. Země se tedy otáčí s přidruţenými elementy při denním pohybu jednou kolem svých pólů. Přitom zůstává nebe stálic nepohnuté jakoţto nejzazší nebe. Všechen pozorovaný pohyb Slunce nepřísluší jemu samému, nýbrţ je důsledkem rotace Země a jejího pohybu po kruhové dráze kolem Slunce, který je vlastní všem planetám. A tak se Země pohybuje několikerým způsobem. Co se u planet jeví jako pohyb zpětný a pohyb vpřed, není takové samo sebou, nýbrţ se tak jeví ze Země. Její pohyb sám o sobě tedy stačí k vysvětlení četných rozmanitých jevů na nebi.
První výtisk svého díla viděl Koperník aţ na smrtelné posteli.
Rukopis si v Polsku koupil také Komenský, ale nevěřil modelu vesmíru
Církev prohlásila roku 1616 Koperníkovu knihu za kacířský spis. Na indexu zůstala více neţ 200 let a “klatby” byla zproštěna aţ v roce 1835
1547 aţ 1600 Je filozofem s názory na vesmír, které se neopírají o vědecké metody Uznává Koperníkův heliocentrismus Ale přidává:“ Slunce není středem vesmíru, protoţe vesmír je nekonečný. Ve vesmíru je mnoho sluncí podobných tomu našemu a okolo nich krouţí mnoho planet. Jsou to světy jako ten náš.
Po 7 letech věznění byl katolickou církví odsouzen a roku 1600 v Římě upálen
1564 aţ 1642 Kritériem správnosti fyzikální teorie je experiment zakladatel novověké fyziky
zastánce Koperníkovy teorie profesorem v Pise a Padově matematika astronomie
medicína zájem o hudbu a malířství proces s inkvizicí
1609
krátery na Měsíci skvrny na Slunci prstenec Saturnu fáze Venuše
Jupiterovy měsíce
Od dětství mechanicky zručný – zhotovování hraček
Kyvadlo měření času na vlastním tepu
Akustika – kmity struny
Volný pád dvou těles před zraky studentů a profesorů z věţe v Pise
Princip relativity
„Poznatky vědy by měly být oddělovány od pravd Písma“ „Autorita svatých knih spočívá pouze ve věcech týkajících se spásy člověka“ Odvolává se na slova kardinála Baronia: "Duch Svatý nás prostřednictvím Písma nechtěl naučit jak funguje nebe, ale jak se do něj dostat". "V Písmu svatém se nacházejí věty, které nemají, jsou-li brány doslova, platnost pravdy: jsou takto použity, protože tak lépe vyhovují nevzdělaným lidem". Kardinál Belarmine prohlásil, ţe „stačí vzít zdravý rozum do hrsti a každému musí být jasné, že Země je nehybná“. A Galileovi doporučil, aby se nepletl do Písma svatého
1616 Papeţ Pavel V. dal pokyn, aby bylo Galileovi nařízeno zříci se svého názoru. Pokud tak neučiní, měl se zavázat, ţe nebude své názory ani vyučovat , ani obhajovat a dokonce ani o nich diskutovat. Jinak bude uvrţen do vězení. 1623, se stal papeţem Urbanem VIII. Galileův přítel kardinál Barberini
1630 dokončil Galileo své dílo "Dialog o dvou největších systémech" Názory stoupenců tradičního Aristotelova učení vloţil autor do úst hloupého prosťáčka Simplicia, jehoţ myšlenky dosti korespondovaly s názory papeţe Soud začal v dubnu 1633 v Římě Galileo byl uznán vinným z neposlušnosti a z kacířství a byl vyzván, aby se veřejně zřekl svých bludných názorů.
Odsouzený přiznal, ţe se v astronomii mýlil a ţe oni mají pravdu. Odvolával v kleče na dlaţdicích kláštera a přísahal křivě proti svému přesvědčení
1634 umírá Galileiho dcera Maria Celeste
Po osmiletém domácím vězení Galileo umírá Urban VIII nepovolil postavit Galileimu pomník
1981 dal Jan Pavel II. pokyn k sestavení komise k prozkoumání Galileiho případu. Po 11 letech práce komise byl v roce 1992 Galileo rehabilitován
1546 aţ 1601 Nejpřesnější pozorovatel oblohy bez dalekohledu Dánský šlechtic Vlastní uspořádání Sluneční soustavy Dvorní astronom Rudolfa II. Přivedl do Prahy Keplera Pohřben v Praze
Pochází z 12 dětí, 8 se doţilo dospělosti Na vychování u strýce (velitel dánského loďstva), zachránce krále Ve 14 letech rozsáhlé zatmění Slunce Ve 20 letech ze zatmění Měsíce astrologicky předpovídá smrt paši Sulejmana Posměšky od bratrance - souboj
Studuje medicínu a právo - nedostudoval, baví ho astronomie
Kontakty s Čechy – Ciprián Lvovický ze Lvovic, univerzita v Bavorsku Tadeáš Hájek z Hájku, korunovace Rudolfa II. v Řezně
Vzplanutí supernovy v Kassiopeji (1572) – měří paralaxu. Hvězda je za Měsícem a není to kometa. Aristoteles neměl pravdu!
Nová kometa (1577) podle paralaxy je za Měsícem a ne v atmosféře Aristoteles neměl pravdu!
Popudlivá povaha – ostrov Hven (1576) – staví hvězdárnu Uraniborg moderní observatoř: pozorovatelny matematické oddělení mechanické dílny tiskárna alchymistická laboratoř sextant kvadrant Program: pozorování poloh planet (Mars) pozorování poloh hvězd Nejlepší na světě, významné návštěvy na Hvenu
Země je nehybná, neotáčí se ani kolem své osy Kolem Země obíhá Měsíc i Slunce Kolem Slunce obíhají planety: Merkur Venuše Mars Jupiter Saturn Střed Země je středem sféry stálic
Umírá dánský král (1594), slábne Tychonova podpora (doga, maják…) Bloudění Evropou Pozvání do Prahy na dvůr Rudolfa II., zásluha Tadeáše Hájka Brahe se vydává na cestu (podzim 1598) Problémy: Mor v Praze, měsíce čeká u Jana Jesenia ve Wittenbergu Doprava přístrojů – po moři do Hamburku po Labi do Litoměřic Brahe přijíţdí do Prahy (červen 1599) Aţ v říjnu 1600 měl Brahe většinu přístrojů v Čechách Na Hvenu jeho podaní zatím ničí zařízení, která vybudoval
Buduje hvězdárnu na zámku v Benátkách nad Jizerou, mor
Odchází do Prahy, pozorování provádí v letohrádku Belvedere a v okolních zahradách
Tychonovi přibývají naměřená data o polohách planet Cítí, ţe jeho model není s nimi v plném souladu Cítí, ţe sám hádanku planet neumí rozluštit Kepler mu posílá svoji knihu Tajemství vesmíru (napsal 1596) Brahe sice s modelem platonovských=kosmických těles vloţených mezi sféry planet nesouhlasí, ale vidí, ţe Kepler je výborný matematik Roku 1600 zve o 25 let mladšího Keplera do Čech do svých sluţeb Gymnaziální profesor matematiky ve Štýrském Hradci váhá, ale jako protestant raději utíká před rekatolizací do Prahy
Poprvé se setkávají 3. února 1600 v Benátkách nad Jizerou Povýšenecký přístup Tychona ke Keplerovi, nejedná s ním jako rovný s rovným Kepler ţádá zabezpečení pro rodinu a plat, Brahe velmi přehlíţivý Září 1601 oba pozváni na audienci k Rudolfu II. Nabízí Keplerovi postavení císařského matematika, ale za podmínky, ţe s Brahem sestaví nové tabulky poloh planet pro astrologické účely
Oba nabídku přijali, Brahe poţádal císaře, aby se tabulky mohly jmenovat Rudolfínské Nikdo netušil, ţe tabulky vzniknou aţ 1627 a toho se ani Brahe ani Rudolf II. nedoţijí
Brahe přece jenom dává Keplerovi k dispozici naměřené polohy Marsu a ten začíná uvaţovat a počítat Kompletní záznamy všech planet však Kepler nikdy nedostal Brahe nemocný, prchlivý, řeší věci alkoholem 13. října 1601 při hostině Petra Voka na Hradčanech zřejmě selhání ledvin Brahe umírá 24. října 1601 Velkolepý pohřeb a hrobka v Týnském chrámu (protestant)
1571 aţ 1630
Císařský matematik Rudolfa II. V Praze publikoval Astronomia Nova
Úplné vyřešení tisíciletého problému o pohybu planet Rudolfínské tabulky Návrh konstrukce Keplerova dalekohledu Vynikající výpočty bez pomoci jakýchkoli strojů
Otec ţoldnéř, matka hostinská
Studuje a stává se duchovním, zajímá jej matematika a astronomie Profesorem matematiky a astronomie na evangelickém lyceu ve Štýrském Hradci Má 12 dětí Od roku 1600 do smrti císařským matematikem a astronomem Rudolfa II., Matyáše, Ferdinanda II. Chatrné zdraví, manuálně málo zručný Z Prahy odchází do Lince (1612), umírá mu ţena a 2 synové Znovu se ţení, má finanční potíţe, umírají mu dvě dcery Matka zatčena coby čarodějnice Ţiví jej sestavování kalendářů a horoskopů Umírá 15. listopadu 1630 v Řezně
Praha 1609 Obsahuje 1. a 2. Keplerův zákon o pohybu planet
1. Keplerův zákon: Planety se pohybují kolem Slunce po elipsách velmi podobných kruţnicím. Slunce se nachází v jejich společném ohnisku.
2. Keplerův zákon: Plochy opsané průvodičem planety za stejný čas jsou stejné
Linec 1619) 3. Keplerův zákon (1619): Poměr druhých mocnin oběţných dob dvou planet je stejný jako poměr třetích mocnin jejich hlavních poloos.
T1
2 2
3
T2
Jupiter
a 2 5 , 20257 S
a1
a2
Země
a1
3
a2 AU
T1 1 rok a 1 1 AU 3
T 2 T1 Oběţná doba Jupiteru
a2
3
a1
T 2 11 ,867 rok ů
1642 aţ 1727 Zakladatel dynamiky Objev gravitačního zákona Optika, Newtonův dalekohled
Zakladatel diferenciálního a integrálního počtu Sir Newton - Povýšený za vědu do šlechtického stavu Profesorem v Cambridge Velmistr anglické mincovny Prezident Royal Society
Po narození tak malý a slabý, ţe matka nevěřila, ţe se doţije večera Nikdy neopustil Anglii Zůstal po celý ţivot svobodný a vlastně bez přátel Zaujal-li ho problém, myslel jen na něj bez ohledu na své potřeby Teprve po vyřešení problému krátkodobě odpočíval:
Alchymie Astrologie Teologie
Během ţivota mnoho rozporů s jinými učenci, např. spor s Leibnitzem o prvenství objevu diferenciálního počtu
Jako mincmistr přivedl řadu padělatelů na šibenici
1687 Philosophiae naturalis principia mathematica Moţná nejvýznamnější dílo v dějinách vědy, zásluha Edmonda Halleyho Ucelený systém dynamiky hmotných bodů, tuhých těles, kapalin i plynů Newtonův gravitační zákon Pohyb v gravitačním poli po kuţelosečkách Odporová síla při pohybu těles
Sláva po celé Evropě
1668, 1672 Zrcadla měděná s příměsí arsenu a cínu sám sléval
V letech 1665 propuká v Londýně mor. Univerzity jsou uzavřeny, bakalář Newton odchází na dva roky na venkov do svého rodiště Woolsthorpu Pro Newtona to nejsou dva roky prázdnin, ale moţná nejplodnější léta jeho ţivota
Newton přemýšlí o tom, jaká síla nutí Měsíc obíhat kolem Země a planety kolem Slunce Je přesvědčen, ţe při obíhání planet je původ síly ve Slunci
Tušil, ţe síla ve větší vzdálenosti je menší
Jablko padá ke středu Země se zrychlením
g = 10 m/s2
Toto zrychlení je přímo úměrné působící síle Jablko je vzdáleno od středu Země
Měsíc je od středu Země průměrně vzdálen coţ je přibliţně 60 krát dále
R = 6400 km
r = 384 000 km,
Měsíc vlastně také neustále padá, ale na Zemi nedopadne. Pohybuje se po kruţnici Jeden oběh trvá T = 27 dní 7,75 h Pro měsíc lze spočítat jeho dostředivé zrychlení
2
2 a r T
a 0 , 00272 m/s
2
Poměr vzdáleností Měsíce a jablka od středu Země je
r : R = 60 : 1 Poměr zrychlení, se kterými tělesa padají je přibliţně
a : g = 1 : 3600 = 1 : 602
Kaţdá dvě tělesa se přitahují gravitačními silami, které jsou přímo úměrné součinu jejich hmotností a nepřímo úměrné druhé mocnině jejich vzdáleností
Fg m1
m1 m 2 r
Fg
2 Fg
m2
r
Nyní bylo jiţ moţné spočítat, jak se Měsíc vlivem gravitace pohybuje kolem Země, jak se planety pohybují v gravitačním poli Slunce, podařilo se vypočítat, kdy přiletí Halleyova kometa (Edmund Halley)
obecné předpoklady technického pokroku Isaac Newton (1642-1727) - již v dětství byl velmi šikovný mechanik, ve škole velmi nepozorný, matka jej přestala dávat do školy - v 18 letech nastoupil na Cambridgskou univerzitu, dokončil v 21 letech - od 21-27 let položil základy všech svých teorií, převrst ve světě vědy a) bílé světlo = směs všech barev duhy b) zákony odrazu a lomu světla c) 1. zrcadlový hvězdářský dalekohled (1668) d) integrální počet (1687 – Philosophiae naturalis principia mathematica) e) 3 základní zákony mechaniky, gravitační zákon
obecné předpoklady technického pokroku V 17. století nastal bouřlivý rozvoj vědy - Bacon, Descartes – přestali spoléhat na Aristotela, nutnost experimentovat - Galileo, Harvey (krevní oběh), Kepler (zákony oběhu planet kolem Slunce) Ernest Mach (1901) „Všechno, čeho se dosáhlo v matematice od jeho dnů, je deduktivní, formální a matematický vývoj mechaniky na základě Newtonových zákonů“
stav vědy na konci 19. století Michael Faraday (1791-1867) -“otec věku elektřiny“ (předchůdci – Coulomb, Volta, Orsted, Ampere) - z chudé rodiny, byl učněm u knihaře a knihkupce (četl knihy) - ve 20 letech začal chodit na přednášky sira H.Davyho, stal se jeho asistentem - sestrojil 1. elektrický motor (magnet, drát s elektr. proudem) - elektromagnetická indukce (1831, uzavřená smyčka drátu, magnet procházející smyčkou, drátem prochází proud pokud se magnet pohybuje) - objevy v chemii (zkapalňování plynů, benzol, elektrochemie – elektrolýza, pojmy – katoda, anoda, elektroda, ion) - fyzika – pojmy magnetické a elektrické siločáry, vztah polarizace světla a magnetického pole (změna polarizace světla při průchodu magn. polem) - popularizátor vědy – demonstrační přednášky, byl hezký, populární, velmi skromný a lhostejný ke slávě, penězům a poctám (odmítl např. Povýšení do rytířského stavu)
Stav vědy na konci 19. století James Clerk Maxwell (1831-1879)
-
-
-
-
teoretický fyzik, který definoval základní zákony elektřiny a magnetismu odvodil rovnice pro elektromagnetické pole, jsou obecné a obstojí za všech okolností dokázal, že rychlost elektromag. vln je cca 300 000 km/s, světlo se skládá z elektromag. vln => rovnice=zákony optiky rovnice naznačily, že kromě světla existují i jiné elektromag. vlny (jiná frekvence a vlnová délka) (!!experim. důkaz H.Hertz, G.Marconi – bezdrátové spojení) dnes – rentgenové záření, záření gama, infračervené a ultrafialové záření termodynamiku, kinetická teorie plynů narodil se v Edinburghu, již v 15 letech předložil 1. vědecké pojednání, byl ženatý, bezdětný, zemřel na rakovinu.
objev radioaktivity Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923) - objevitel rentgenového záření (8.11.1895) - pokus s vakuovanou uzavřenou trubicí, studoval katodové záření (proud elektronů), přikryl ji černým papírem (stínění světla z trubice), vedle trubice ležel fluorescenční štít (platinokyanid barya), který začal svítit => při zapnutém elektrickém proudu vychází z trubice neznámé záření (X) - přerušil jiné výzkumy a soustředil se na záření X: záření X se neodchyluje v magn.poli; záření X prochází svaly, ale ne kostmi; prochází mnoha materiály, které jsou normálně neprůhledné - v prosinci 1895 napsal 1. pojednání => obrovský zájem (do roka bylo napsáno cca tisíc článků) - uplatnění: lékařství, zubní diagnostika, průmysl - obdržel v roce 1901 Nobelovu cenu za fyziku (první)
Objev radioaktivity Antoine Henri Becquerel (1852-1908) - jeho otec a dědeček se věnovali vědě (elektrochemie, fluorescenci, fosforescenci) - testoval záření X a fluorescenci – zmizí, jestliže se zastaví vnější zdroj energie; fosforescence – jev pokračuje i když se odstraní vnější zdroj (např. Slunce, ale i zde je dodávána energie zvnějšku) - v únoru 1896 experimetoval s uranovými solemi, které osvětloval sluncem a pokládal je do tmy na fotografické desky; po vyvolání byly na fotogr. deskách obrysy krystalů; 26. a 27. února bylo v Paříži zataženo, přesto pokus provedl a zjistil, že i bez ozáření sluncem vidí tytéž obrázky na fotogr. deskách => uranové krystaly vysílají záření bez nutnosti externího zdroje energie = > objev radioaktivity = spontánní emise záření z materiálu -
Nobelova cena 1903, nepokračoval ve výzkumu
objev radioaktivity Marie a Pierre Curieovi (1867-1934, 1859-1906) - Pierre byl významný fyzik (společně s bratrem Jacquesem objevili piezoeletrický jev; teplotní bod – curie point – kdy materiály ztrácí magnetické vlastnosti) - s Marií se začali věnovat výzkumu uranové rudy – zkoumali vodivost vzduchu za přítomnosti smolince, termín radioaktivita zavedla Marie, extrahovali uran z uranové rudy, zbytkový materiál byl ještě více aktivní, což vedlo k objevu prvků Polonium a Radium (!! tuny smolince !!) - Nobelova cena v r.1903 za fyziku - Marie se stala 1. ženou, která učila na Sorbonně za 650 let - Nobelova cena v r. 1907 za chemii - Marie objevila fakt zeslabování radiace s časem (radioaktivní zákon) - zbytek kariéry věnovala studium možnosti použít radium pro léčbu rakoviny.
Objev elektronu J.J.Thomson (1856-1940) - začal pracovat v Cavendish laboratory v Cambridge (založena r.1871 J.C.Maxwellem), J.J. byl 3. profesorem (Maxwell, Rayleigh) - experimentoval s elektr.proudem v různých plynech (téměř vakuum), proud katody je tvořen záporně nabitými částicemi - objevil 1. část atomu = elektron - v roce 1906 dostal Nobelovu cenu - záporně nabitá částice, hmotnost mnohem menší než hmotnost iont (H 2000x těžší) Fe(elektr.síla)= E(elektr.pole).q(náboj částice) ae=Fe/m = E.(q/m) (Newtonův 2. zákon) Fm(magn.síla)= B(magn.pole).q.v(rychlost částice) am= Fm/m = B.v.(q/m) (Newtonův 2. zákon)
C=katoda, A=anoda, B=uzemněný kroužek D,E=hliníkové desky s napětím. Měnil elektr. či magn.pole, studoval změny trajektorie katodového záření.
představy o podobě atomu Závěr: atomy obsahují elektrony Otázky: Jak jsou elektrony v atomech uspořádány? Protože atomy jsou elektricky neutrální, kde je kladný náboj? 2 modely: - pudinkový model se švestkami - planetární model
objev atomového jádra Ernest Rutherford (1871-1937) - otec jaderné fyziky, narodil se na Novém Zélandě, pracoval v týmu J.J.Thomsona, 7 let strávil v Kanadě, do Anglie se vrátil v roce 1907 (Manchestr) - objevil složení radioaktivních emisí z uranu: 2 komponenty (alfa, beta záření) - později objevil i třetí komponentu: záření gama - důležitým rysem radioaktivity je obsažená energie, Becquerel, Curiovy se domnívali, že energie má vnější zdroj, Rutherford dokázal, že vychází z vnitřku jednotlivých atomů - sen alchymie = přeměna atomů, E.R. A F.Soddy dokázali, že atomy se přemění při rozpadu beta nebo alfa na jiný atom (např. U => Pb), zavedl pojem poločas rozpadu - Nobelova cena za chemii v roce 1907 - zavedl pojmy proton, neutron
objev atomového jádra Rutherford (Geiger, Marsden) sledovali průchod alfa částic tenkou zlatou fólií, počítali počty částic pro různé úhly odrazu, některé se dokonce odrazily zpět, experiment byl mnohokráte opakován
objev atomového jádra úhel po průchodu 150 135 120 105 75 60 45 37.5 30 22.5 15
počet pozorovaných částic 33.1 43 51.9 69.5 211 477 1435 3300 7800 27300 132000
Závěry (1911): - atom zlata je téměř celý prázdný, hmota je soustředěna do nepatrného jádra uprostřed - jádro je kladně nabité - platí planetární model
modely atomového jádra, model atomu Rutherford ukázal složení jádra: - Protony (kladně nabité) - Neutrony (bez náboje)
Problémy: -Planetární model měl nedostatky. Při pohybu elektronu v elektrickém poli by ztrácel energii a nakonec by spadl do jádra, - atom by byl nestabilní
model atomu Niels Bohr (1885-1962) - narozen v Dánsku, pracoval s Thomsonem, Rutherfordem - v roce 1913 navrhl model atomu (orbity elektronů mají přesnou pozici, jsou kvantovány, poslední klasický model atomu) - v roce 1922 dostal Nobelovu cenu
závěr
James Chadwick - v roce 1932 objevil experimentálně neutron
Atom je elektricky neutrální, skládá se z kladně nabitého jádra (nukleony – protony a neutrony) a elektronového obalu (počet elektronů = počtu protonů). Počet protonů v atomu se nazývá atomové číslo. Atom je nejmenší jednotkou hmoty, která se může účastnit chemických reakcí. Nejjednodušší atom je atom vodíku (1 proton, 1 elektron). Ve viditelném vesmíru je cca 10 78 atomů. Hmotnost neutronu = 1.6750 x 10-27 kg Hmotnost protonu = 1.6726 x 10-27 kg Hmotnost elektronu = 9.1095 x 10-31 kg, náboj = 1.6022 x 10-16 C
