Banner   

Topics:  Fotografi    Rejseliv    Lidt af hvert    Teknikhjørnet    Scrapbogen    Pulterkammeret    Site Map    


Indhold:

-Overordnede-
Fysik & teknik

-Sideordnede-
Newton
Einstein
Bohr
Kvantecomputeren

Den klassiske fysik

Før den moderne naturvidenskab

Fra de ældste har mennesket betragtet verden og undret sig over de fænomener, man kunne iagttage i den. Sammenhængen og årsagerne til det, man kunne se, blev forklaret f.eks. ved religiøse forestillinger eller gennem spekulative myter uden nogen bagvedliggende eksperimenter, der kunne be- eller afkræfte disse tidlige 'teorier' om verdens beskaffenhed.

Ja, det var faktisk ofte sådan, at de tidlige forsøg på en 'naturvidenskabelig' forklaring stødte an mod de herskende religiøse forestillinger og ikke mindst mod de religiøse ledere, der udøvede deres magt over almuen netop gennem sådanne forestillinger. Man kunne være fræk og påstå, at sådan er det undertiden stadig - selv i vore "oplyste" tidsalder!

Newtons verden

Nye videnskabelige principper

I modsætning hertil står den naturvidenskab, der trods visse menneskers trang til mystik stadig er fremherskende - og forhåbentlig bliver ved med at være det - nemlig tanken om at beskrive fænomenerne på en systematisk måde (f.eks. matematisk) således, at man dels kan forklare iagttagelser i dagligdagen, men også beregne, hvordan fremtidige udfald af endnu ikke udførte eksperimenter vil blive. Hvis den bagvedliggende teori altså holder stik!

To væsentlige forhold gør sig altså gældende:

  1. at kunne opstille en teori, der kan forklare iagttagelser i naturen
  2. at kunne be- eller afkræfte denne teori gennem eksperimenter

Isaac Newton (1642 - 1727)

Denne mand - en af videnskaben største - var åbenbart et ret beskedent menneske, der kort før sin død skulle have udtalt "Hvis jeg har skuet videre end de fleste, har det været ved at stå på giganters skuldre".

Måske hentydede Newton til Galileo Galilei (studerede faldende legemer), Tycho Brahe (bl.a. astronom)og Johannes Kepler (opstillede regler for planeternes baner).

Newton er især kendt for sine generelle love vedrørende legemers bevægelse. Disse Newtonske love vil uden tvivl være kendte for de, som har hørt lidt efter i fysiktimerne:

Første lov:

Et legeme, der er i hvile eller i en konstant bevægelse, vil forblive i denne tilstand, indtil det påvirkes af en ydre kraft.

Anden lov:

Et legeme, der påvirkes af en konstant kraft, vil accelerere proportionalt med kraften og omvendt proportionalt med legemets masse.

Eller udtrykt på en anden måde:

Kraften er lig med produktet af masse og acceleration.

Tredie lov:

Et legeme, der påvirker et andet med en kraft, vil selv blive påvirket af en lige så stor men modsat rettet kraft.

Om første lov: Enhver bilist, som nærmer et sving på en isglat vej, bør tænke nøje på konsekvenserne af denne lov! Og uanset, om man tænker på den eller ej, så virker den med de uheldige konsekvenser, det måtte få!

Om den anden lov: Her introduceres begrebet 'masse'. Det er den egenskab ved et legeme, hvorved det modsætter sig en bevægelse - eller en ændring i den bevægelse, det allerede har.

Denne anden lov var årsagen til Gaileis revolutionerende opdagelse - en stor og en lille sten kastet samtidigt ud fra det skæve tårn i Pisa ramte (i modsætning til Aristoteles påstand) jorden samtidigt! Hvorfor? Fordi den store stens masse (og dermed tyngdens træk i den) var større end ved den lille sten. Mange mange år senere viste et eksperiment på månen (Armstrong & Co) at det stadig er gyldigt - denne gang med en hammer og en fjer. Sidstnævnte eksperiment kunne jo udføres i et lufttomt rum, hvilket hverken Gaililei eller Newton af gode grunde havde adgang til.

Om den tredie lov: Alle, der i deres soldatertid (eller som jæger) har haft lejlighed til at affyre et våben, vil vide, at der kommer et rekyl, når skuddet går. Til alt held er geværets - eller kanonens - masse så meget større end projektilets, at hastigheden bliver tilsvarende mindre. Sikke et held (for skytten altså!). Folk med hang til billard har også stor erfaring med denne lov.


Tyndekraften

Opdagelsen af tyndekraften tilskrives ofte Newton - jævnfør historien om æblet, der efter sigende faldt ned på hans kloge hoved. Men det var faktisk ikke blot tyndekraften; men mere generelt loven om massetiltrækning, som Newton formulerede således:

To legemer tiltrækker hinanden med en kraft, der er proportional med produktet af deres masse og omvendt proportional med kvadratet på afstanden mellem dem.

Den ligning, der beskriver ovenstående lov, må tillige indeholde en konstant - i dag kaldet "Newtons tyngdekonstant". Størrelsen af denne afhænger selvsagt af de måleenheder for masse (f.eks. Kg) og afstand (f.eks. meter), der anvendes.

Hvordan vejer man jorden?

Når vi ikke allesammen for længst er fløjet væk i det ydre rum, så skyldes det jo netop, at massetiltrækningskraften holder os nede på Moder Jords overflade. Tilrækningen mellem andre legemer (bortset fra de elskende i parken måske!) er i sammenligning hermed lille, da jordens masse er så meget større. Men hvor stor er den egentlig eller hvad vejer jorden?

En kløgtig herre ved navn Henry Cavendish udførte sidst i 1700-tallet et eksperiment, der under anvendelse af Newtons massetiltrækningslov kunne give svaret. Det udføres på følgende måde:

En ca 2 m lang stang ophænges vandret ved sit midtpunkt drejeligt i en lang metaltråd, hvorved der dannes et torsionspendul, når stangen drejer omkring en lodret akse. I hver ende af stangen sidder en blykugle med m en diameter på omkring 5 cm. På den lodrette tråd sidder en lille spejl således, at det følger stangens drejning. Fra en lyskilde sendes en stråle mod spejlet, hvorfra den reflekteres ud på en krum måleskala, der anbringes i ganske stor afstand fra opstillingen. Lysstrålen udgør derved en meget lang 'viser', der indikerer selv en ganske lille drejning af stangen.

Der bruges desuden to blykugler M med en diameter på omkring 30 cm (tunge). Disse bringes nu tæt til de mindre kugler på stangens ender, en på hver side. Og se! Stangen drejer ganske lidt som følge af massetiltrækningen. De store kugler flyttes nu om på den anden side af de små kugler, og hver gang dette gøres, noteres drejningen af stangen.

Når man så fra tidligere kalibrering af opstillingen ved, hvilken kraft, der skal til for at frembringe en given drejning, så kan man nu beregne tiltrækningen mellem blykuglerne.

Når men herefter ved, hvad tiltrækningen er mellem et 1 Kg lod og jorden, hvis diameter er kendt, så kan man indsætte disse værdier i det fra Cavendish eksperimentet fundne regneudtryk. Den eneste ubekendte størrelse, der så er tilbage er jordens masse, som herefter kan bestemmes.

Skulle nogen være interesseret, så er den 5.97 x 1024 Kg.

Da de involverede kræfter og bevægelser er små, så var hele opstillingen anbragt i en separat bygning og blev betjent udefra for at undgå forstyrrende luftstrømninger.

Fortæller disse Newtons love så ikke alt om legemers bevægelser?

Nej!

Og jo! For datidens mennesker, hvis rejser ikke bragte dem til fjerne galakser med hastigheder, der nærmede sig lysets, var det godt nok. Og det er det stadig i stor udstrækning også for os i dagligdagen; men Newtons love har deres begrænsninger - de må udbygges for at gælde mere generelt.

Det var der bl.a. en hvis hr. Einstein der indså - mere herom i næste afsnit.

Newton erkendte mere endnu

Apropos lys, så var det også Newtons fortjeneste at opdage dagslyset som værende sammensat af alle spektrets farver.

Matematiske landvindinger

At beskrive et legemes bevægelse som funktion af en varierende acceleration kræver, at man kan beskrive legemets hastighed på ethvert givet tidspunkt. Det kræver så igen, at man kan beskrive hastighedsændringen i et umådeligt lille (d.v.s. mod nul gående tidsrum). Den matematiske regnemetode til behandling af den slags problemer kaldes differentialregning og blev udviklet af både Newton og Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 - 1716), dog uden at de herrer (så vidt jeg ved) var vidende om hinandens bestræbelser.

Integralregningen er den modsatte regningsart der gør det muligt at behandle en situation, hvor uendeligt smalle (mod nul gående) strimler af arealet under en kurve i et koordinatsystem kan summeres.

Jeg skal ikke her komme nærmere ind på dette, blot konstatere, at hverken Newton eller Leibnitz var rene sinker!

April 2010

'De Lyse Sider' senest opdateret: Wed Oct 4 11:44:23 2017