BEVEZETÉS A FIZIKÁBA
ALAPFOGALMAK
Érzék: Külső ingerek felfogásának képessége.
Érzékelés: Valaminek érzékeinkkel való felfogása.
Érzékszerv: A külső ingerek felfogására alkalmas testrész, szerv.
Megfigyelés: A megfigyelő
környezetében lévő dolgok, jelenségek tudatos érzékelése.
Mérés: A mérendő mennyiség összehasonlítása az alapul választott mennyiséggel, vagyis a
mértékegységgel.
Hosszúság
A hosszúság a sorba (vonalba)
elhelyezhető tárgyak darabszámából kialakult fogalom.
1 láb
~ 0,3 m
Első hosszúság mértékegységek (mértékek):
Az első hosszúságmértékek
- az emberi testrészek (pl. ujj; láb;
1 hüvelyk
25,4 mm
hüvelyk) méretiből,
1 lépés
~ 0,76 m
- az emberi testrészek egymáshoz
viszonyított helyzetének (pl. arasz;
lépés)méreteiből,
valamint
- a természetben könnyen megtalálható tárgyak (pl. nádszál; vessző) méreteiből
származnak.
A viták elkerülésére az
egyes országrészekben (pl. hercegségekben) és városokban a kötelező
hosszúságegység, a helység uralkodója testrészeinek valamilyen
mérete volt.
Ilyenek:
- hüvelyk
(ujj; inch; col): a hüvelykujj szélessége az első izületnél
25,4 mm
(ma is ezt a mértékegységet használják pl. a faiparban;
valamint víz- és gázve-
zetékeknél)
- láb (foot): a lábfej hosszúsága a sarokcsonttól a nagylábujj
végéig 0,3 m;
- kisarasz: a kifeszített hüvelyk- és mutatóujj végei között lévő távolság
- nagyarasz: a kifeszített hüvelyk- és kisujj végei között lévő távolság
- lépés: lépésnél a két sarokcsont távolsága 0,76 m;
- könyök: a könyökcsont és a kifeszített hüvelykujj vége közötti távolság
- öl: az ülő ember combjától és hasától határolt homorulat hossza 6 láb
kb. 1,9 m;
- rőf: a mellkas közepétől számított kartávolság kb. 78 cm ,
- yard: a király orrhegye és kinyújtott karjának hüvelykujjhegye közötti távolság
kb. 0,91 m
A tudatos hosszúságmérés
az emberi civilizációval kezdődött. Az egyes mértékek kialakulásának
helyéről és idejéről a legtöbb esetben nem maradtak fenn pontos
adatok, csak néhánynak tudjuk kb.-i létrejöttét. Régi egyiptomi
sírok feltárása alapján tudjuk, hogy már ie. 4000-ben királyi
rőffel mértek, s hogy a yard bevezetése
I. Henrik angol király nevéhez fűződik 1100 körül.
XV. sz. Huygens (höjhensz; holland tudós) javasolta először, hogy a mértékegységeket ne az
emberi test méreteiből, hanem természeti állandókból határozzák meg, de elképze-
lését kortársai nem támogatták.
XVI. sz. "igazságos mérővessző": 16 láb (vegyesen kicsik és nagyok) mérőpálca
ajánlások: a felnőtt ember szemének pupillatávolsága; a méhek által készített
sejtek mérete
XVIII. sz. 1790 Talleyrand francia püspök javasolta egységes nemzeti mérésrendszer beve-
zetését, megbízták a Francia Tudományos Akadémiát a célszerű egység-
rendszer kidolgozására.
A bizottság javaslatai:
legyen az egységrendszer
- a decimális (tízes) számrendszeren alapuló,
- a neve: metrikus rendszer (metron: görög eredetű szó, azt je-
lenti, mérték),
- hosszúság, tömeg és űrmérték alapegységekre épülő.
1791 A hosszúság egységének a métert választották,
amelynek meghatározása: a Párizson áthaladó délkör negyedének
tízmilliomod része, amelyet mérésekkel és számításokkal segítségével adtak
meg.
a Párizson áthaladó délkör
A Föld
egyenlítői délköre
FÖLD
1 m
1795 A méter törvényesítése; prefixumok (szorzók) bevezetése. (pre: -latin-
előtti; fix: állandó), szavak elé tett szócskák, amelyek módosítják a szavak
jelentését milli; centi; deci; deka; hekto;
1799 Ősméter (etalon) átadták a francia köztársasági levéltárnak. (levéltári
méter) Véset: "Minden időkre, minden népnek!"
etalon (francia): hiteles mérték
1812 Napóleon a nagy közéleti ellenállás miatt a metrikus rendszer mellett ismét
megengedi a régi mértékegységek használatát.
1816 XVIII. Lajos betiltja a metrikus rendszert, majd
1837-ben ismét törvényesítik.
1872 Elvetik a délkört, etalon az 1799-es ősméter. 33 db platina-irídium ötvözet-
ből készült méterrudat gyártottak. Ezek közüla 6. sz. közelítette meg leg-
jobban 0 oC-on a levéltári métert. Teljes hossz: 102 cm.
1889 első Általános Súly- és Mértékügyi Értekezlet
[CGPM (Conférence Générale des Poids et Mesures)]
a méter nemzetközi alapmértékké válik.
Súly
(tömeg)
kb. ie. 5000 Egyiptom. Kétkarú
mérleg.
k
k
kb. ie. 2000 Babilon sékel (kb 10 kg) talentum (kb 30 kg)
kb. ie. 500 római kor
csúszósúlyos kétkarú mérleg (gyorsmérleg)
Egységek: (mértékek): font 0,56 kg; lat 1/32 font 17,5 g
karát (arab; szárított szentjánoskenyér magja)
Etalon: az uralkodó előírása szerint: használati tárgyának másolata, miniatűr
mellszobra
1791 A tömeg egységének a kilogrammot választották. Meghatározása: 1 dm3; 4 oC-
os desztillált víz tömege tengerszinti (760 Hgmm) nyomáson.
1795 A kilogramm törvényesítése.
1799 Őskilogramm hengeres; magasság = átmérő (0,39 mm), platina iridium
ötvözet
1889
A tömeg nemzetközi alapmértékké válik
Idő
A különböző jelenségek, folyamatok egymásutánjának és tartamának mérésére az időt használjuk.
Mint minden méréshez, az idő méréséhez is mértékre, mértékekre, etalonra, etalonokra van szükség. Az idő mérésére használt mértékek az emberiség kultúrájának fejlődésével folyamatosan alakultak.
Nagy valószínűséggel az
ember, környezetének megfigyelése során látta az égbolton a Nap,
a Hold és a többi égitest helyzetének folytonos változását. Megfigyelései
során nyomon követhette azok szakaszosságát, periodicitását. [Periódus
(görög-latin): szakasz, tartam. Periodicitás: szakaszosság]
Az idő múlását számára ezek a változások jelezték.
Az égitestek helyzetének
változása rövidebb, hosszabb szakaszokat jelentettek. Ezek a szakaszok
voltak számára az idő legfontosabb mértékei. Fontosságukra mi
sem jellemzőbb, mint az, hogy a mai napig fennmaradtak azok az
építmények, amelyeknek rendeltetését
a mai legkorszerűbb tudományos ismeretek segítségével sem sikerült
teljes bizonyossággal tisztázni, de az égitestek helyzetének változásával
való kapcsolatuk és így az idő mérésében játszott szerepük
ma már nyilvánvaló. Ilyenek pl. az angliai Stonehenge vagy az egyiptomi
piramisok.
Rövidebb időtartamok mérésére
természetesen más megfigyeléseket használtak fel. Pl. a homokszemcsék
lefelé történő mozgása, vagy a víz párolgása kiválóan
megfelelt ezeknek a céloknak.
A homokóra ill. a vízóra
voltak a legkezdetlegesebb időmérő eszközök
A technika fejlődésével természetesen ezek a kezdetleges eszközök is fejlődtek, az egyszerű érzékszervi megfigyelést az egyre tudatosabb mérés,
az egyszerű eszközöket a
bonyolultabb szerkezetek váltották fel.
De készítettek
időmérő szerkezeteket árnyék ill. napórákat a Nap helyzetének
folyamatos változását felhasználva is.
Azt részletesen áttekinteni
nincs módunkban, hogy napjainkra hogyan alakult ki pontosan az időmérés,
és ebből adódóan a naptár és a naptárkészítés ma használatos
formája. Most meg kell elégednünk azzal, hogy a fejlődés néhány
(de nagyon fontos) állomását vizsgáljuk csak.
nappalok; éjszakák a Föld egy fordulata: egy nappal és egy éjszaka
égitestek látszólagos mozgása
(a csillagászat minden tudományt
megelőzve alakult ki); nappal a Nap,
éjjel a csillagok állásából határozták
meg az időt.
Időszámláló
rendszerek
holdciklusok (3500 éves!)
csillagok állása (primitív ausztrál törzs a vadászatok időpontját most is a
csillagok
állásából határozza meg)
Egységek
nap
hét (holdhónap 1/4-ed része ) Eredetileg két vásári nap közötti időtartam: 4-10
nap. A hétnapos hét valószínűleg a zsidóktól származik.
hónap holdhónap, a Hold keringési ideje. (az év 1/12-ed része)
év
amíg a Föld megkerüli a Napot
A
napok, a hetek és a hónapok rendszerbe foglalása a naptár.
számrendszer kialakulása)
szürkület 1-1 óra. Az órák nem voltak azonos időtartamúak.
Probléma: a napév nem áll egész számú napból. 365 nap
(kb. 6 óránál rövidebb a kelleténél). Ezért bevezetik a szökőnapot
minden negyedik évben.
A 365-höz a 60-as számrendszerben a 360 áll a legközelebb.
(szögmérés)
A tízes számrendszerhez hasonlóan (10.10 =100; 102 = 100)
jön létre az "idő számrendszer"-e. (60.60 =
3600; 602 = 3600)
ie. 100 rómaiak Juliánus naptár (Julius Caesar) 365 nap, 6 óra, 11 sec
(ez azonban már túl
hosszú, a 16. sz.-ra a hiba már 10 napra nőtt.
16.
sz.-i portugál naptár
arab naptár
azték naptár-kő
XVI. sz. kialakulnak a kisebb időtartamokra használatos nap [dies (latin)]; óra [hora
(latin)]; perc (minutum; a latin minutus: kicsiny, jelentéktelen szó alapján) és
a másodperc (secundum ; a latin secundus: csekélyebb, silányabb szó alapján)
egységek.
1 d = 24 h; 1 h = 60 min; 1 min = 60 sec
1 nap = 24 óra; 1 óra = 60 perc; 1 perc = 60 másodperc
1582 Gergely pápa által bevezetett naptár. A szökőnapokat a százzal osztható
esztendőkből elhagyja, kivéve a négyszázzal oszthatókat. Így
az eltérés évente "csak" 26 sec; ami 3000 évenként jelent
1 napot.
1791
az idő egységének a másodpercet választották.
1889
az idő nemzetközi alapmértékké válik.
FELADATLAP
I.
Eratoszthenész (ie.
III. sz.) [ill. Poszeidoniosz]
A víz szintje
Szyénében
Alexandria
Szyéné
Asszuán
A delelő nap iránya VI. 21-én
Avíz szintje
Alexandriában
Függőleges
Alexandriában
Függőleges
Szyénében
FÖLD
Megfigyelés:
Az ábra alapos áttekintése
után, írd le, hogy miket figyelt meg Eratosztenész!
Kérdések; feladatok:
-
Szerinted, melyik irányt könnyebb meghatározni, a vizszinte, vagy
a függőleges irányt?
-
Mivel (milyen eszközzel) határoznád meg ezeket az irányokat?
-
Milyen volt a Nap helyzete junius 21-én Szyénéből nézve?
-
Milyen volt a Nap helyzete ugyanakkor Alexandriából nézve?
-
Mit feltételezett Eratosztenész a Föld alakjáról?
-
Milyen ismeretekre lenne szükség ahhoz, hogy a Föld kerületét meg
lehessen határozni?
Etalon készítés:
Minek
a méréséhez készítenél etalont? Mit választanál etalonnak?
Mérés:
Szerinted
milyen jellemzőket mért meg Eratosztenész?
Hibalehetőségek:
Próbáld összegyűjteni
azokat a lehetséges hibákat, amelyek a Föld kerületének meghatározását
az ie. III. sz.-ban befolyásolták!
Számítás:
Számítsd
ki a Föld kerületét!
Ellenőrzés:
Milyen
eszközök álltak rendelkezésre abban a korban az eredmény ellenőrzésére?
Mit
gondolsz milyen eredménnyel járt mindez?