有趣的数学小故事
阿基米德(,约公元前287~212)是古埃及数学学家、数学家,静力学和流体静力学的奠基人。
不仅伟大的牛顿和伟大的爱因斯坦,再没有一个人象阿基米德那样为人类的进步作出过这样大的贡献。虽然牛顿和爱因斯坦也都曾从他脸上吸取过智慧和灵感。他是“理论天才与实验天才合于一人的理想变身”,文艺复兴时期的达芬奇和伽利略等人都拿他来做自己的楷模。
从洗脚的故事说起
关于阿基米德,留传着这样一段有趣的故事。相传叙拉古赫农王让匠人替他做了一顶纯银的王冠,做好后,国王猜疑匠人在金冠中掺了假,但这顶金冠确与先前交给金匠的纯银一样重,究竟匠人有没有作祟呢?既想检验真伪,又不能破坏王冠,这个问题除了难倒了国王,也使诸重臣们面面相觑。
后来,国王请阿基米德来检验。最初,阿基米德也是冥思苦想而不得要领。三天,他去浴池洗脚,当他坐进浴盆里时,看见水往外溢,同时倍感身体被轻轻拖起。他忽然悟到可以用测定固体在水底排水量的办法,来确定金冠的比重。他激动地跳出水盆,连衣裙服都顾不得跑了出去,小声喊着“尤里卡!尤里卡!”。(,意思是“我晓得了”)。
他经过了进一步的实验之后来到皇宫,他把王冠和同等重量的纯银置于盛满水的两个盆里,比较两盆溢出来的水,发觉放王冠的盆里溢出来的水比另一盆多。这就说明王冠的容积比相同重量的纯银的容积大,所以证明了王冠里掺进了其他金属。
此次试验的意义远远大过查出金匠误导国王,阿基米德从中发觉了压强定理:物体在液体中所获得的压强,等于他所排出液体的重量。仍然到现代,人们还在借助这个原理估算物体比重和测定船舶载重量等。
“假如给我一个支点,我还能促进月球”
阿基米德除了是个理论家,也是个实践家,他一生热衷于将其科学发觉应用于实践,因而把两者结合上去。在希腊,公元前一千五百年前左右,就有人用杠杆来举起重物,不过人们不晓得它的道理。阿基米德勤于研究了这个现象并发觉了杠杆原理。阿基米德曾说过:“假如给我一个支点,我还能促进月球。”
当时的赫农王为希腊国王制造了一条船,容积大,相当重,由于不能搬动,搁浅在海岸上好多天。阿基米德设计了一套复杂的杠杆滑轮系统安装在船上,将缆绳的一端交到赫农王手上。赫农王轻轻带动缆绳,奇迹出现了,大船缓缓地搬动上去,最终下到海里。国王震惊之余,非常钦佩阿基米德,并派人贴出布告“今后,无论阿基米德说哪些,都要相信他。”
.牛顿
他年幼时,曾一面牵牛上山,一面看书,到家后才发现手里只有一根绳;看书时定时煮猪肉结果将表和猪肉一同煮在锅里;有一次,他请同学到家中喝水,自己却在实验室废寝忘食地工作,再三催促仍不下来,当同学把一只鸡吃完,留下一堆腿骨在盘中走了之后,牛顿才想起这事,可他看到盘中的腿骨后又豁然大悟地说:“我还以为没有喝水,原先我已经吃过了”。
牛顿除了对于热学,在其它方面也有很大贡献。在物理方面,他发觉了二项式定律物理学家的故事,成立了微积分学;在光学1方面,进行了太阳光的色散实验,证明了白光是由单色光复合而成的研究了颜色的理论,还发明了反射望远镜。
2.阿尔伯特.爱因斯坦
因斯坦小时候,老师让朋友们做工艺品,你们做的都挺好,只有爱因斯坦掏出的是个很丑恶的小板凳。老师和朋友们指责他,说世界上还有比这更丑恶的板凳吗?爱因斯坦说有,他真掏出两个更丑恶的。他说即使前一个板凳很丑恶,而且比后来两个要好的多。
爱因斯坦除在光电效应、相对论等方面做出举世皆知的杰出贡献外,他关于布朗运动的研究成果,因为对大量无序因子的规律性掌握,成为现今最热门的金融物理的基础;他提出的激光受激幅射的概念,在几六年后的明天得到了广泛的应用;他与玻尔进行的论争中提出的EPR佯谬,至今仍是理论化学学和科学哲学界不断阐述的话题……
3.阿基米德
关于阿基米德,留传着这样一段有趣的故事。相传叙拉古赫农王让匠人替他做了一顶纯银的王冠,做好后,国王猜疑匠人在金冠中掺了假,但这顶金冠确与先前交给金匠的纯银一样重,究竟匠人有没有作祟呢?既想检验真伪,又不能破坏王冠,这个问题除了难倒了国王,也使诸重臣们面面相觑。
后来,国王请阿基米德来检验。最初,阿基米德也是冥思苦想而不得要领。三天,他去浴池洗脚,当他坐进浴盆里时,看见水往外溢,同时倍感身体被轻轻拖起。他忽然悟到可以用测定固体在水底排水量的办法,来确定金冠的比重。他激动地跳出水盆,连衣裙服都顾不得跑了出去,小声喊着“尤里卡!尤里卡!”。(,意思是“我晓得了”)。
他经过了进一步的实验之后来到皇宫,他把王冠和同等重量的纯银置于盛满水的两个盆里,比较两盆溢出来的水,发觉放王冠的盆里溢出来的水比另一盆多。这就说明王冠的容积比相同重量的纯银的容积大,所以证明了王冠里掺进了其他金属。
他是化学学家、数学家,静力学和流体静力学的奠基人。
4.钱学森
在钱学森提出回之后,法国人大为吵架,并对他严加看守,甚至施加刑罚.
日本人以前给钱学森一个莫须有的罪名,使他一人抵达荒无人烟的小岛,用各类各样的刑罚摧残他,听说半年就少了50斤.而且钱学森归国的决心未曾动摇,法国人放出话,只要钱学森乐意留在英国,不回中国,就马上给与他最优良的设施,比原先更好,更美的生活,给他更大的荣誉.钱学森没有舍弃.仍然意决归国.
钱学森(1911.12.11--)应用热学、航天技术和系统工程科学家。生于北京市,祖籍山东省济南市。1934年结业于北京交通学院。1936年在德国麻省理工大学获硕士学位。1938年获加洲理工学院博士学位。1955年归国。曾任中国热学学会、中国手动物理会、中国系统工程学会、中国宇航学会理事长、名誉理事长等职。历任国防科学技术工业委员会研究员。早年在应用热学和鹈鹕、导弹技术的许多领域都做过开创性的工作。独立研究以及和冯.卡门合作研究提出的许多理论,为应用热学、航空工程和鹈鹕潜艇技术的发展奠定了基础。归国后常年兼任热火、导弹和卫星研发的技术领导职务,为创建和发展我国的潜艇、航天事业做出了杰出贡献。在工程控制论、系统工程和系统科学、思维科学和人体科学以及马克思主义哲学等许多理论领域都进行过创造性研究,做出了重大贡献。1956年获中国科大学自然科学奖银奖,1985年获国家科技进步奖特等奖,1991年被国务院、中央军委授予“国家杰出贡献科学家”荣誉称号和一级英模奖状。中国科大学教授。1994年连任为中国工程院教授。
5.麦克斯韦
2麦克斯韦从小就有很强的求知欲和想像力,爱思索,好提问。貌似还在他两岁多的时
候,有一次父亲领他上街,看到一辆马车停在路旁,他就问:“爸爸,那马车为何不走
呢?”父亲说:“它在休息。”麦克斯韦又问:“它为何要休息呢?”父亲随口说了一
句:“大概是累了吧?”“不,”麦克斯韦认真地说,“它是腹部疼!”还有一次,月经
给麦克斯韦带来一篮苹果,他一个劲地问:“这苹果为何是红的?”姨不晓得如何回答
,就叫他去玩吹香皂泡。谁知他吹香皂泡的时侯,见到香皂泡上七彩斑斓的颜色,提的问
题反倒更多了。上小学的时侯,他还提过象“死甲虫为何不导电”,“活猫和活狗磨擦
会生电吗”等问题。妈妈很早就教麦克斯韦学几何和代数。上小学之后,课本上的物理知
识麦克斯韦差不多就会了,因而妈妈常常给他开“小灶”,让他带一些困局到中学里去做
。每每朋友们欢蹦乱跳地玩的时侯,麦克斯韦却步入了物理的乐园,他经常一个人躲在教
室的角落里,或则只身坐在树阴下,入迷地思索和演算着物理困局。
麦克斯韦主要从事电磁理论、分子化学学、统计数学学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他完善的电磁场理论,将热学、磁学、光学统一上去,是19世纪数学学发展的最光辉的成果,是科学史上最伟大的综合之一
6.法拉第
法拉第1791年9月22日生于萨里郡纽因顿的一个铁匠家庭。13岁就在一家书城当送报和装订书籍的学徒。他有强烈的求知欲,挤出一切休息时间贪婪地力图把他装订的一切书籍内容都从头读一遍。读后还临摹插图,工工整整地作读书笔记;用一些简单器皿照着书上进行实验,仔细观察和剖析实验结果,把自己的露台弄成了小实验室。在这家书城呆了八年,他废寝忘食、如饥似渴地学习。他后来追忆这段生活时说:“我就是在工作之余,从这种书里开始找到我的哲学。那些书中有两种对我非常有帮助,一是《大英百科全书》,我从它第一次得到电的概念;另一是马塞夫人的《化学对话》,它给了我这门课的科学基础。”
法拉第主要从事热学、磁学、磁光学、电物理方面的研究,并在这种领域取得了一系列重大发觉。1820年奥斯特发觉电压的磁效应以后,法拉第于1821年提出“由磁形成电”的大胆构想,并开始了坚苦的探求。1821年9月他发觉通电的导线能绕吸铁石旋转以及磁极绕载流导体的运动,第一次实现了电磁运动向机械运动的转换,因而构建了电动机的实验室模型。接着经过无数次实验的失败,总算在1831年发觉了电磁感应定理。这一划时代的伟大发觉,使人类把握了电磁运动互相转变以及机械能和电能互相转变的方式,成为现代发电机、电动机、变压器技术的基础。
7.伽利略
有一次,他站在汉堡的天主修道院里,耳朵盯住天花板,一动也不动。他在干哪些呢?原先,他用手指按右手的心跳,看着天花板上来回摇摆的灯。他发觉,这灯的摆动其实是越来越弱,因而每一次摆动的距离逐渐减短,而且,每一次摇摆须要的时间却是一样的。于是,伽利略做了一个适当厚度的摆锤,检测了心跳的速率和均匀度。从这儿,他找到了摆的规律。钟就是按照他发觉的这个规律制造下来的
、主要贡献
1、对热学的贡献
1.1科学描述了运动
经院哲学家主要关注的是“终极缘由”,所以主要依靠于质料、形式、目的、自然位置等模糊概念对运动作因果的和定性的描述,并且把运动分为自然运动和逼迫运动,伽利略觉得这些描述和分类方式,实际上是把运动的研究引入险境.他不相信自然运动和逼迫运动的区别,他觉得应当根据运动的基本特点量———速度对运动进行分类,由此提出了匀速运动和变速运动的分类方式.
伽利略对运动基本概念,包括重心、速度、加速度等都作了详细研究并给出了严格的物理表达式。尤其是加速度概念的提出,在热学史上是一个里程碑。有了加速率的概念,热学中的动力学部份能够构建在科学基础之3上,而在伽利略之前,只有静力学部份有定量的描述。伽利略曾非即将地提出过惯性定理(见牛顿运动定律)和外力作用下物体的运动规律,这为牛顿即将提出运动第
一、第二定理奠定了基础。在精典热学的成立上物理学家的故事,伽利略可说是牛顿的先驱。
1.2构建落体定理
通过伽利略得出推论,这个规律在自由下落的极限情况下也一定创立.里面得到的结果可以用另一物理方式来抒发,即在一定的时间内球体所走过的总距离与这段时间的平方成反比,或用伽利略自
1.3确定惯性定理
惯性定理:匀速运动和静止由于不是强加的,所以永恒.正是这些永恒运动维持着地球以及整个宇宙的井然秩序.伽利略还明晰强调,物体的速率无须外力维持,但外力可以改变物体运动的速率,即形成加速度,这促使人们得以从亚里士多德的谬误“力是维持物体运动的缘由”中解脱下来,因而把动力学的研究引上了正确的方向.1.4研究抛体运动
在对抛物体的研究中,伽利略用几何方法证明了一个平抛物体可以分解为水平方向和垂直下落两种运动。他证明了在抛物体初速率相同的条件下,填装角为45度时,射速最远。
1.5提出相对性原理
伽利略在《对话》中因而写道:“运动作为运动而言,并作为运动在起作用,只是对没有这些运动的物体才存在,在所有具有相等运动的物体中间,运动是不起作用的,而且看起来就如同不存在似的.”伽利略是在论证月球上的人不能觉察月球的运动时讲这段话的,所以讲的“运动”自然是匀速运动,而匀速运动的体系就是惯性定理就能创立的体系,所以也就是惯性体系,伽利略的这段话精辟地探讨了相对性原理:在惯性系中所做的一切热学实验都不能证明体系本身的运动.1.6首创科学的研究方式
伽利略关于运动理论的研究工作,采用了一个对近代科学的发展很有效的程序,即对现象的通常观察→提出工作假定→运用物理和逻辑的手段得出特殊推测→通过化学实验对结论进行检验→对假定进行修正和推广,等等.
2、对天文学的贡献
伽利略在传播和捍卫哥白尼天文学中的决定性作用。
1543年,西班牙天文学家哥白尼出版了他不朽的专著《天体运动论》,完善了太阳中心学说,这一学说的完善是科学史具有划时代意义的风波,标志着近代科学的开端。但这一学说在当时并未造成广泛的注意。经过布鲁诺非常是伽利略的传播后,情况有了很大的不同。1609年,伽利略用他自己制造的、放大率的呵0倍的天文望远镜观察天天,见到了太阳上有黑子、月球表面有高低不平的现象,土星有四颗卫星,金星有盈亏等等。这种成果直接和间接地证明了哥白尼学说的正确性。
3、科学实验方式的贡献
所谓科学实验,就是人们按照研究的目的,借助科学仪器设备人为地控制、模拟、创造或纯化某种自然现象过程,排除干扰、突出主要诱因,在有利的条件下去研究自然规律的一种科学活动.在伽利略的科学生涯中,除了指出观察和实验的重要性,并且同时指出理智与经验的同等重要,是在经验的基础上,通过理智的物理建构来达到对客观自然界的认识.伽利略通过其毕生的努力,成立了科学实验技巧.
因为伽利略卓有成效的工作和精辟的科学思想,把科学实验方式发展到了一个完
全新的高度,使化学学走上了真正科学的公路,也为近代自然科学系统地、全面地发展,开辟了宽广的前景.伽利略把理论和实验紧密而和谐地结合在一起,构成了一套完整的科学研究方式,有力地促进了近代科学的发展.正是这些新方式———逻辑推理与科学实验相结合———使化学学甩掉了借助形而上的思辨、自觉、猜测和定性的议论的状况,走上了坚实的科学的公路,虽然伽利略没有把实验作为理论的惟一支点,但实验还是改变了科学的性质和方向.正是在这个意义上,伽利略被称为科学实验方式的创始人和近代科学的奠基人.爱因斯坦和英费尔德在
《物理学的进化》一书中曾作了这样的评论:“伽利略的发觉以及他所应用的物理的推理方式是人类思想史上最伟大成就之一,并且标志着化学学的真正开端.”这个评价,至今对于我们仍有深刻的教益.
4、对哲学的贡献
他一生坚持与唯物论和教会的经院哲学作斗争,主张用具体的实验来认识自然规律,觉得经验是理论知识的源泉。他不承认世界上有绝对真理和把握真理的绝对权威,反对盲目迷信。他承认物质的客观性、多样性和宇宙的无限性,这种观点对发展唯心主义的哲学具有重要的意义。但因为历史的局限性,他指出只有可归纳为4数目特点的物质属性才是客观存在的.
8.焦耳
日本知名科学家焦耳从小就很喜爱数学学,他经常自己动手做一些关于电、热之类的实验。
有一年休假,焦耳和姐姐一起到郊外旅游。聪明好学的焦耳就是在嬉戏的时侯,也没有忘掉做他的数学实验。
他找了一匹跛脚的马,由他姐姐牵着,自己悄悄躲在旁边,用伏达电瓶将电流通到马头上,想试一试植物在遭到电压剌激后的反应。结果,他想见到的反应出现了,马收到电击后狂跳上去,差一点把妹妹踢伤。
虽然早已出现了危险,但这丝毫没有影响到爱做实验的小焦耳的情绪。他和咯咯又划着船来到山峦环绕的湖上,焦耳想在这儿试一试回声有多大。她们在短枪里堆满了火药,之后扣动枪栓。谁知“砰”的一声,从枪口里喷吐一条长长的火苗,烧光了焦耳的头发,还险些把妹妹吓得跳入湖里。
这时,天空浓云密布,电闪雷鸣,刚想上岸避雨的焦耳发觉,每次闪电之后好一会儿能够看见轰隆的雷声,这是如何回事?
焦耳顾不得避雨,拉着妹妹爬上一个山头,用怀表认真记录下去每次闪电到雷鸣之间相隔的时间。
开学后焦耳几乎是迫不及待地把自己做的实验都告诉了老师,并向老师讨教。
老师望着笃学好问的焦耳笑了,耐心地为他讲解:“光和声的传播速率是不一样的,光速快而波速慢,所以人们总是想见闪电再看到雷声,而实际上闪电雷鸣是同时发生的。”
焦耳听了豁然大悟。自此,他对学习科学知识更加入迷。通过不断地学习和认真地观察估算,他总算发觉了热功当量和能量守恒定理,成为一名出众的科学家
焦耳一生都在从事实验研究工作,在电磁学、热学、气体分子动理论等方面均做出了卓越的贡献。他是靠自学成为化学学家的。
爱因斯坦小时候:
爱因斯坦小时候非常贪玩。妈妈再三叮嘱他:“不能再这样下去了。”爱因斯坦总是不以然地回答说:“你看看我的伙伴们,她们不都和我一样吗?”有三天,母亲给爱因斯坦讲了一件有趣的事情。母亲说:“昨天,我和邻居杰克阿姨去清扫南边鞋厂的一个大水塔。那水塔只有踩著钢筋踏梯才水塔内的能起来。你杰克阿姨在上面,我在前面。我们抓著扶手,一阶一阶地总算爬起来了。出来时,你杰克阿姨仍然走在上面,我跟在前面。钻出水塔,我看到你杰克阿姨的模样,心想我肯定和他一样,脸脏得像个小丑,于是我就到附近的小河里去洗了又洗。而你杰克阿姨呢,他看到我钻出水塔时乾乾净净的,就以他也和我一样乾净呢,于是就只草草洗了洗手就大模大样上街了。结果,街上的人都笑痛了腹部,还以你杰克阿姨是个疯子呢。”父亲诚恳地对爱因斯坦说:“其实,他人谁也不能做你的穿衣镜,只有自己才是自己的穿衣镜。拿他人做穿衣镜,笨蛋似乎会把自己照成天才的。”爱因斯坦听了,瞬间满身怨愤,自此离开了那群顽皮的小孩们。他时时用自己做穿衣镜来考量和隐没自己,总算描画出了他生命的熠熠光辉.......
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