角的进化：从古代角度量测到现代角度测量技术

信途科技新闻资讯 2024-09-10 10 0

角是一类用于量测角度大小的几何单位，在数学、科学和工程等领域有着广泛的应用。从古代到现代，角度测量技术经历了不断的演变和完善，本文将深入探讨角的进化历程，从古代的直觉测量到现代精密仪器的应用。

古代角度测量

在古代，人们对于角度概念的认识还比较粗略，角度量测主要依赖于直觉和经验。

太阳的影子： 古埃及人利用太阳的影子来测量角度，他们通过观察太阳在不同时间投射在杆上的影子长度，来估计太阳与地平线之间的夹角。
格诺蒙： 格诺蒙是一种简单的天文仪器，由一根垂直插在地面的杆组成。通过测量杆上不同时间投射的影子的长度和方向，可以计算出太阳相对于地平线的仰角。
星盘： 星盘是一种用于导航和观测天文的工具，它由一个圆盘组成，刻有代表天体的不同位置。通过旋转星盘并与实际观测的星体位置对齐，可以测量出星体与地平线或其他参照物之间的角度。

中世纪角度测量

中世纪时期，随着科学和技术的进步，角度测量技术也得到了进一步的发展。

象限仪： 象限仪是一种用于测量天体高度角的仪器，由一个四分之一圆弧和一条可转动的指针组成。通过调节指针与水平面的角度，可以测量出天体与地平线之间的夹角。
六分仪： 六分仪是一种用于测量两个物体之间夹角的仪器，由一个带刻度的半圆形刻度盘和两个可到现代精密仪器的应用，角的进化是一个不断进步和完善的过程。随着科学技术的发展，角度测量技术也将继续朝着更高精度、更高自动化和更智能化的方向发展，为数学、科学和工程等领域的进一步发展提供更强大的支撑。

角度是什么

角度是一个几何概念。它表示两条射线或平面之间的夹角的度数或方向。通常，角度是用来描述旋转或转向的度量单位，其大小为旋转时转过的部分所对应的圆心角。在数学中，角度通常以度、弧度或梯度等单位来量测。当描述平面内的方向变化时，角度是逆时针旋转还是顺时针旋转也是需要考虑的因素。角度的应用广泛，涉及到几何学、物理学、工程学等多个领域。接下来将对角度的概念进行更详细的解释：在平面几何中，两条射线的交点构成了一个角。角的度数通常是通过旋转其中一条射线到另一条射线来测量的，度量单位为度。同时，角也可以通过弧长和半径来表示，即弧度。角度可以表示物体之间的相对位置关系或方向变化。例如，三角形内角之和总是等于180度，这一性质在实际几何问题中经常被应用。此外，角度也用于计算平行线和相交线的性质等几何概念。在三维空间中，角度的应用更为广泛，如计算两点之间的方位角、仰角等。此外，在物理学中，角度也被用于描述力和运动的旋转变化。工程学上也会在构建和测量机械装置的角度关系时使用到角度测量。综上所述，角度是一个重要的几何概念，具有广泛的应用价值。以上内容仅供参考，如需更多关于角度的信息，建议查阅几何相关的专业书籍或咨询相关领域的专业人士。

请介绍3位科学家

1、焦耳(，1818.12—1889.10)——英国曼彻斯特一位酿酒世家的儿子，业余科学家。致力于热功当量的精确测定达40年之久，他用实验证明“功”和“热量”之间有确定的关系，为热力学第一定律（first law of thermodynamics）的建立确定了牢固的实验基础。安培(Andre-Marie Ampere, 1775-1836) 法国物理学家，电动力学的创始人。少年时期主要跟随父亲学习技艺，没有受过正规系统的教育。安培自幼聪慧过人，对事务有敏锐的观察力。他兴趣广泛，爱好多方面的科学知识。 1799年安培开始系统研究数学，1805年定居巴黎，担任法兰西学院的物理教授，1814年参加了法国科学会，1818年担任巴黎大学总督学，1827年被选为英国皇家学会会员。他还是柏林科学院和斯德哥尔摩科学院院士。安培是近代物理学史上功绩显赫的科学家。特别在电磁学方面的贡献尤为卓著。从1814年参加科学会开始，在以后的二十多年中，他发现了一系列的重要定律、定理，推动了电磁学的迅速发展。 1827年他首先推导出了电动力学的基本公式，建立了电动力学的基本理论，成为电动力学的创始人。安培善于深入研究他所发现的各种规律，并且善于应用数学进行定量分析。 1822年在科学学会上，他正式公布了他发现的安培环路定理。在电动力学中，这是一个重要的基本定律之一。安培的研究工作结束了磁是一种特殊物质的观点，使电磁学开始走上了全面发展的道路。为了纪念他的贡献，以他的名字命名了电流的单位。法拉第(Michael Faraday 1791－1867) 2、法拉第是英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。 1791年9月22日萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭。因家庭贫困仅上过几年小学，13岁时便在一家书店里当学徒。书店的工作使他有机会读到许多科学书籍。在送报、装订等工作之余，自学化学和电学，并动手做简单的实验，验证书上的内容。利用业余时间参加市哲学学会的学习活动，听自然哲学讲演，因而受到了自然科学的基础教育。由于他爱好科学研究，专心致志，受到英国化学家戴维的赏识，1813年3月由戴维举荐到皇家研究所任实验室助手。这是法拉第一生的转折点，从此他踏上了献身科学研究的道路。同年10月戴维到欧洲大陆作科学考察，讲学，法拉第作为他的秘书、助手随同前往。历时一年半，先后经过法国、瑞士、意大利、德国、比利时、荷兰等国，结识了安培、盖.吕萨克等著名学者。沿途法拉第协助戴维做了许多化学实验，这大大丰富了他的科学知识，增长了实验才干，为他后来开展独立的科学研究奠定了基础。 1815年5月回到皇家研究所在戴维指导下进行化学研究。 1824年1月当选皇家学会会员，1825年2月任皇家研究所实验室主任，1833----1862任皇家研究所化学教授。 1846年荣获伦福德奖章和皇家勋章。 1867年8月25日逝世。法拉第主要从事电学、磁学、磁光学、电化学方面的研究，并在这些领域取得了一系列重大发现。 1820年奥斯特发现电流的磁效应之后，法拉第于1821年提出“由磁产生电”的大胆设想，并开始了艰苦的探索。 1821年9月他发现通电的导线能绕磁铁旋转以及磁体绕载流导体的运动，第一次实现了电磁运动向机械运动的转换，从而建立了电动机的实验室模型。接着经过无数次实验的失败，终于在1831年发现了电磁感应定律。这一划时代的伟大发现，使人类掌握了电磁运动相互转变以及机械能和电能相互转变的方法，成为现代发电机、电动机、变压器技术的基础。法拉第能够这样坚持10年矢志不渝地探索电磁感应现象，重要原因之一是同他关于各种自然力的统一和转化的思想密切相关的，他始终坚信自然界各种不同现象之间有着无限多的联系。也是在这一思想的指导下，他继续研究当时已知的伏打电池的电、摩擦电、温差电、伽伐尼电、电磁感应电等各种电的同一性，1832年他发表了〈不同来源的电的同一性〉论文，用大量实验论证了“不管电的来源如何，它的本性都相同”的结论，从而扫除了人们在电的本性问题认识上的种种迷雾。为了说明电的本质，法拉第进行了电流通过酸、碱、盐的溶液的一系列实验，从而导致1833----1834年连续发现电解第一和第二定律，为现代电化学工业奠定了基础，第二定律还指明了存在基本电荷，电荷具有最小单位，成为支持电的离散性质的重要结论，对于导致基本电荷e的发现以及建立物质电结构的理论具有重大意义。为了正确描述实验事实，法拉第制定了迁移率、阴极、阳极、阴离子、阳离子、电解、电解质等许多概念、术语。在电与磁的统一性被证实之后，法拉第决心寻找光与电磁现象的联系。 1845年他发现了原来没有旋光性的重玻璃在强磁场作用下产生旋光性，使偏振光的偏振面发生偏转，此即磁致光效应，成为人类第一次认识到电磁现象与光现象间的关系。 1846年他发表了《关于光振动的想法〉一文，最早提出了光的电磁本质的思想。他曾设计并不畏艰苦地作过许多实验，试图发现重力和电的关系，寻找磁场对光源所发射光谱线的影响，寻找电对光的作用等等，由于当时实验条件所限，虽未获成功，但他的思想和观点完全正确，均为后人的实验所验证。法拉第是电磁场理论的奠基人，他首先提出了磁力线、电力线的概念，在电磁感应、电化学、静电感应的研究中进一步深化和发展了力线思想，并第一次提出场的思想，建立了电场、磁场的概念，否定了超距作用观点。爱因斯坦曾指出，场的思想是法拉第最富有创造性的思想，是自牛顿以来最重要的发现。麦克斯韦正是继承和发展了法拉第的场的思想，为之找到了完美的数学表示形式从而建立了电磁场理论。法拉第对科学坚韧不拔的探索精神，为人类文明进步纯朴无私的献身精神，连同他的杰出的科学贡献，永远为后人敬仰。 3、伽利略( Galileo Galilei, 1564—1642) 意大利著名数学家、天文学家、物理学家、哲学家，是首先在科学实验的基础上融合贯通了数学、天文学、物理学三门科学的科学巨人。伽利略是科学革命的先驱，毕生把哥白尼、开普勒开创的新世界观加以证明和广泛宣传，并以自己在教会迫害下的牺牲唤起人们对日心说的公认，在人类思想解放和文明发展的过程中作出了划时代的贡献。 300多年后的1979年11月10日，罗马教皇才公开承认对伽利略审判的不公正，1980年10月，世界主教会再一次声明，为科学巨人伽利略沉冤昭雪。伽利略1564年出生于意大利比萨城的一个没落贵族大家庭。他从小表现聪颖，17岁时被父亲送入比萨大学学医，但他对医学不感兴趣。由于受到一次数学演讲的启发，开始热衷于数学和物理学的研究。 1585年辍学回家。此后曾在比萨大学和帕多瓦大学任教，在此期间他在科学研究上取得了不少成绩。由于他反对当时统治知识界的亚里士多德世界观和物理学，同时又由于他积极宣扬违背天主教教义的哥白尼太阳中心说，所以不断受到教授们的排挤以及教士们和罗马教皇的激烈反对，最后终于在1633年被罗马宗教裁判所强迫在写有“我悔恨我的过失，宣传了地球运动的邪说的“悔罪书”上签字，并被判刑入狱（后不久改为在家监禁）。这使他的身体和精神都受到很大的摧残。但他仍然致力于力学的研究工作。 1637 年双目失明。 1642年他由于寒热病在孤寂中离开了人世，时年78岁。（时隔347年，罗马教皇多余地于1980年宣布承认对伽利略的压制是错误的，并为他“恢复名誉”。）伽利略的主要传世之作是两本书，一本是1632年出版的《关于两个世界体系的对话》，简称《对话》，主旨是宣扬哥白尼的太阳中心说。另一本是1638年出版的《关于力学和局部运动两门新科学的谈话和数学证明》，简称《两门新科学》，书中主要陈述了他在力学方面研究的成果。伽利略在科学上的贡献主要有以下几方面：伽利略自制的望远镜（1）论证和宣扬了哥白尼学说，令人信服地说明了地球的公转、自转以及行星的绕日运动，他还用自制的望远镜仔细地观测了木星的4个卫星的运动，在人们面前展示了一个太阳系的模型，有力地支持了哥白尼学说。（2）论证了惯性运动，指出维持运动并不需要外力。这就否定了亚里士多德“运动必须推动”的教条。不过伽利略对惯性运动理解还没有完全摆脱亚里士多德的影响，他也认为“维护宇宙完善秩序”的惯性运动“不可能是直线运动，而只能是圆周运动”。这个错误理解被他的同代人笛卡尔和后人牛顿纠正了。（3）论证了所有物体都以同一加速度下落。这个结论直接否定了亚里士多德的重物比轻物下落得快的说法。两百多年后，从这个结论萌发了爱因斯坦的广义相对论。（4）用实验研究了匀速运动。他通过使小球沿`斜面滚下的实验测量验证了他推出的公式：从静止开始的匀加速运动的路程和时间的平方成正比，他还把这一结果推广到自由落体运动，即倾角为90°的斜面上的运动。（5）提出运动合成的概念，明确指出平抛运动是相互独立的水平方向的匀速运动和竖直方向的匀加速运动的合成，并用数学证明合成运动的轨迹是抛物线。他还根据这个概念计算出了斜抛运动在仰角45°时射程最大，而且比45°大或小同样角度时射程相等。（6）提出了相对性原理的思想。他生动地叙述了大船内的一些力学现象，并且指出船以任何速度匀速前进时这些现象都一样地进行，从而无法根据它们来判断船是否在动。这个思想后来被爱因斯坦发展为相对性原理而成了狭义相对论的基本假设之一。（7）发现了单摆的等时性并证明了单摆振动的周期和摆长的平方根成正比。他还解释了共振和共鸣现象。此外，伽利略还研究过固体材料的强度、空气的重量、潮汐现象、太阳黑子、月亮表面的隆起与凹陷等等问题。除了具体的研究成果外，伽利略还在研究方法上为近代物理学的发展开辟了道路，是他首先把实验引进物理学并赋予重要的地位，革除了以往只靠思辨下结论的恶习。他同时也很注意严格的推理和数学的运用，例如他用消除摩擦的极限情况来说明惯性运动，推论大石头和小石块绑在一起下落应具有的速度来使亚里士多德陷于自相矛盾的困境，从而否定重物比轻物下落快的结论。这样的推理就能消除直觉的错误，从而更深入地理解现象的本质，爱因斯坦和英费尔德在《物理学的进化》一书中曾评论说：“伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端”。伽利略一生和传统的错误观念进行了不屈不挠的斗争，他对待权威的态度也很值得我们学习。他说过：“老实说，我赞成亚里士多德的著作，并精心地加以研究。我只是责备那些使自己完全沦为他的奴隶的人，变得不管他讲什么都盲目地赞成，并把他的话一律当作毫不能违抗的圣旨一样，而不深究其他任何依据”。库仑 (Charlse-Augustin de Coulomb 1736 ~1806)