Наука

Как возникли цифры?

Это очень просто: если к двум копейкам вы прибавите еще две, то у вас будет четыре копейки. Но знаете ли вы, что чтобы человек научился думать так, как вы, ему понадобились миллионы лет? Действительно, самое трудное – научить ребенка пользоваться современной системой чисел.

В древние времена, когда человек хотел показать, сколькими животными он владел, он еще не умел пользоваться числами. В большой мешок он клал столько камешков, сколько у него было животных. Чем больше животных, тем больше камешков. Слово «калькулятор» произошло от латинского «калькулюс», что означало «камень»!

Позднее человек научился использовать символы для разных единиц счета. Он рисовал черточку или другую отметку для любого предмета, который он считал, но у него по-прежнему не было слов, чтобы обозначить цифры. Еще позднее человек начал считать с помощью пальцев на руке. Так как у нас 10 пальцев на руках, это привело к использованию цифры 10 в системах счета.

В древние времена не существовало единой для всех стран системы счета. Некоторые системы исчисления брали за основу 12, другие – 60, третьи – 20, 2, 5, 8. Система исчисления, которую ввели римляне, была распространена по всей Европе вплоть до XVI века. До сих пор римские цифры используют в часах и для оглавления книг, но такая система исчисления была слишком сложной.

Система счета, которую мы используем сегодня, была изобретена в Индии тысячу лет назад. Арабские купцы распространили ее по всей Европе к 900 году. В этой системе использовались цифры 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 0. Это десятичная система, построенная на основе десятки.

Как возникли единицы измерения?

Задолго до того как были установлены стандартные единицы измерения, человек измерял один предмет, сопоставляя его с другим. Удобнее всего было соизмерять со своим собственным телом.

Например, если человек хотел измерить расстояние от своего дома до соседнего, он делал это шагами. Единицей измерения была длина шага. Чтобы измерить комнату, человек ставил одну ногу перед другой по очереди. Расстояние измерялось длиной ступни (по-английски «фут»).

Руки, кисти рук и пальцы использовались для измерения таких вещей, как ткани или одежда. Единицами измерения становились расстояние от кончика носа до кончика пальцев вытянутой руки, расстояние от кончиков пальцев до локтя, расстояние от большого пальца до мизинца в растопыренном состоянии, ширина ладони, ширина большого пальца.

Проблема состояла в том, что эти размеры у всех людей разные. Ноги, руки, пальцы у одного человека короче или длинней, чем у другого. Поэтому возникла необходимость установить стандартные единицы измерения. И вот в Средние века сообщество торговцев договорилось о единицах измерения. Позже такие стандарты стали утверждаться правительствами.

В настоящее время существует международное соглашение по стандартным единицам измерения. Правительства разных государств договорились использовать одни и те же меры. Во многих правительствах существуют специальные органы, отвечающие за стандарты.

В 1791 году во Франции была изобретена метрическая система измерения, которая сейчас находится в употреблении во многих странах. Соединенные Штаты, Канада, Австралия, Новая Зеландия и Великобритания постепенно также принимают метрическую систему.

Эта система была изобретена во Франции в 1791 году, во время революции. Ее вожди хотели избавиться от всего, что напоминало о ненавистном прошлом. Поэтому они были рады ввести новую систему измерения.

Они начали с меры длины. Было решено установить единицу измерения длины – метр (от латинского слова «мера»). Именно поэтому вся система называется метрической. Первоначально хотели сделать метр равным примерно 1/40 000 000 длины экватора Земли. Но когда оказалось, что экватор измерен неправильно, за метр приняли расстояние между делениями на платино-иридиевой линейке. Все измерения в этой системе – длина, объем, масса – так или иначе связаны с метром.

Действительно, метрическая система легка для запоминания и употребления. Сначала, тем не менее, люди не хотели никаких перемен. В 1840 году французское правительство вынуждено было настоять на обязательном использовании под страхом наказания метрической системы измерения.

Почти все страны со временем приняли метрическую систему измерения. И почти весь мир в наши дни пользуется ею.

Кто такой Архимед?

Один из величайших математиков и физиков древности Архимед жил в греческом городе Сиракузы на острове Сицилия в III веке до нашей эры. Ему принадлежит честь создания многочисленных механизмов и открытия ряда физических законов. Некоторые из его работ намного опередили уровень развития науки того времени. Например, предложенные им методы нахождения длин кривых линий, а также площадей и объемов сложных фигур предвосхитили интегральное исчисление, детально разработанное И. Ньютоном и Г. Лейбницем почти 2000 лет спустя.

Среди многочисленных изобретений Архимеда одним из наиболее известных является Архимедов винт – устройство для поднятия воды и сыпучих материалов. Он представляет собой цилиндрическую трубу, открытую с обоих концов. Внутри трубы устанавливается вращающийся вал с винтовой поверхностью (аналогичной резьбе на винтах и шурупах, но с гораздо большим шагом, т. е. расстоянием между соседними витками). Архимедов винт до сих пор широко используется в различных производственных машинах и бытовых приспособлениях, например в ручной мясорубке.

Архимед открыл правило рычага, которое гласит, что два груза, подвешенные к стержню, уравновешивают друг друга, если они расположены по разные стороны от точки опоры рычага и удалены от нее на расстояния, обратно пропорциональные их массам. Из этого правила вытекало, что при наличии достаточно длинного рычага человек в состоянии поднять любую тяжесть. Говорят, что сам Архимед однажды сказал в шутку: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!»

Широко известна история, весьма похожая, впрочем, на легенду, о том, как Архимеду удалось открыть свой знаменитый закон о выталкивающей силе, действующей на тело, погруженное в жидкость. Однажды правитель Сиракуз, заподозривший в мошенничестве мастера, изготовившего ему корону, поручил Архимеду проверить, из чистого ли она золота. Для этого требовалось найти объем короны, чтобы затем по ее массе вычислить плотность материала, из которого она сделана. Ученый долго и безуспешно бился над этой задачей, пока, устав, не решил отдохнуть в бане. Едва Архимед погрузился в ванну, как его осенила блестящая догадка, и, громко крича: «Эврика! Эврика!» (что в переводе с древнегреческого означает: «Нашел! Нашел!»), он выскочил из бани и помчался нагишом по улицам Сиракуз. Суть идеи состояла в том, что если поместить корону в сосуд, до краев наполненный водой, то объем вытесненной из него воды будет в точности равен объему короны. Как повествует легенда, таким образом Архимеду удалось выполнить поручение правителя и уличить мастера в обмане, а «заодно» и открыть закон, названный впоследствии в его честь законом Архимеда.

Полагают, что Архимед сыграл свою роль и в реконструкции одного из 7 чудес Древнего мира. Это был маяк в Александрии, который придумал Птолемей I, правитель Египта. Маяк был примерно 122 метра высотой, его высотные огни всегда находились в зажженном состоянии. На маяке применялась система зеркал, разработанная Архимедом. Благодаря ей свет маяка был ночью виден на расстоянии в 50 километров.

Согласно легенде, Архимед погиб во время осады его родного город Сиракуз от руки одного из римских воинов.

Почему считают, что открытия Майкла Фарадея перевернули мир?

О каждом выдающемся ученом принято рассказывать множество легенд. Говорят, что Майкл Фарадей (1791–1867) посетил в свое время одну из лекций Хемфри Деви, великого английского физика, изобретателя безопасной лампы для шахтеров. Фарадей сделал подробные записи лекции, переплел их и отослал Деви, который был настолько поражен, что предложил Фарадею работу. Так в двадцать два года Фарадей стал ассистентом в одной из лабораторий Королевского института в Лондоне. А в 1825 году он сменил Деви на посту директора лаборатории.

Основные работы Фарадея связаны с электричеством и магнетизмом. Намотав в виде спирали проволоку на кусок железа, он доказал, что при прохождении электричества через спираль железо превращается в магнит. Затем Фарадей удалил железо и выяснил, что магнитные свойства спирали не изменились. Этот прибор был назван им электромагнитом.

После этого Фарадей провел следующий опыт. Он намотал другую, изолированную спираль на тот же самый кусок железа. Присоединив провода к прибору, ученый обнаружил, что при извлечении куска железа в проводе появляется ток. Это явление было названо им электромагнитной индукцией. На нем основана работа таких широко распространенных приборов, как трансформатор и генератор. Они обессмертили имя Фарадея и дали начало эре практического использования электричества.

Однако ученый прославился не только этим. Фарадей хотел, чтобы то, чем он занимается, было понятно и тем, кто не получил специального образования. Для этого он занялся популяризацией научных знаний.

С 1826 года Фарадей начал читать свои знаменитые рождественские лекции. Одна из самых известных лекций Фарадея называлась «История свечи с точки зрения химии». Позже она была издана отдельной книгой и стала одним из первых научно-популярных изданий в мире.

Любопытно, что в Лондонском Королевском институте такие лекции ежегодно проводятся до сих пор и для их чтения приглашаются крупнейшие ученые.

Что такое теория относительности Эйнштейна?

Когда была опубликована эта теория, считалось, что во всем мире ее смогут понять не больше десятка ученых! Вот почему мы и не будем стараться представить ее технические особенности. Однако будет полезно понять, чем занимался Эйнштейн, какие исследовал проблемы.

Мы знаем, что любое движение «относительно». Это означает, что его можно измерить по отношению к чему-то. Например, мы находимся в вагоне поезда и смотрим в окно. Наблюдая за мелькающими за окном предметами, мы знаем, что поезд движется. Но по отношению к пассажиру, сидящему напротив вас, вы остаетесь на месте!

Поэтому наличие движения можно определить по отношению к чему-то неподвижному. Это первая часть теории Эйнштейна. Мы можем сформулировать его следующим образом: движение тела с постоянной скоростью в космическом пространстве невозможно зафиксировать безотносительно к другим объектам.

Вторым основным положением теории Эйнштейна является то, что единственным неизменным параметром во Вселенной является скорость света. Нам известна эта скорость – около 300 000 километров в секунду. Но нам трудно даже представить, что это неизменная величина. И вот почему: если автомобиль движется со скоростью 100 километров в час, это означает, что его скорость по отношению к неподвижно стоящему наблюдателю, составляет 100 километров в час. Если первый автомобиль обгоняет второй, движущийся со скоростью 60 километров в час, это значит, что скорость первого на 40 километров в час выше, чем второго. А если второй автомобиль едет навстречу, их суммарная скорость в точке встречи составит 160 километров в час.

Итак, согласно теории Эйнштейна, если измерять скорость движения луча света таким же образом (например, мы движемся в одном направлении, а луч света – в противоположном), его скорость останется неизменной – порядка 300 000 километров в секунду. Это дает только общее представление о теории относительности Эйнштейна. Кроме того, он исследовал вопросы, связанные с массой и энергией, способами перехода одного состояния в другое.

Что такое шкала Цельсия?

Для измерения любой физической величины создается специальная шкала, которую можно представить в виде линии с нанесенными на ней числовыми значениями измеряемой величины. Чтобы создать такую шкалу, требуется предварительно выбрать точку отсчета (то есть такую точку, в которой значение измеряемой величины принимается равным нулю), а также единицу измерения. Для одной и той же величины может существовать много различных шкал. Так, в роли единицы измерения длины в различных системах мер, т. е. в различных шкалах, выступают метр, фут, аршин и т. д.

Для измерения температуры также существует несколько шкал. Одной из них (кстати, именно ей мы пользуемся в быту) является шкала Цельсия. Эта шкала названа так по имени шведского астронома Андерса Цельсия, предложившего ее в 1742 году.