¿Cuáles son las herramientas para medir la luz?
La islandita es un cristal de calcita pura, transparente e incoloro. Tiene el mayor rendimiento de birrefringencia y polarización entre los minerales transparentes. Es un cristal natural que no puede ser fabricado ni reemplazado por humanos. La práctica ha demostrado que la piedra del continente helado es un buen material óptico y optoelectrónico, que se puede utilizar para fabricar componentes ópticos como interruptores láser, pantallas grandes, telescopios electrónicos para observaciones astronómicas de manchas solares, espejos dicroicos de gemas, telémetros láser, etc. Los requisitos de calidad para estos materiales de elementos ópticos son incoloros, completamente transparentes, sin inclusiones, sin grietas, sin cristalización en la prueba de interferencia, sin nódulos y sin fluorescencia bajo irradiación ultravioleta. Es absolutamente posible tener una excelente piedra de Islandia.
Los cristales de Iceberg de alta calidad se producen en vetas de calcita de basalto y zeolita, y su formación está relacionada con la acción hidrotermal. Las estadísticas muestran que los lugares que producen buenos cristales de calcita en el mundo son: la mina de cobre de Lake Superior en Estados Unidos; en Sajonia y Adresberg en Alemania; en las montañas de Harz, Derbyshire, Durham, Cornwall y Lancaster en Inglaterra; Guanajuato, México, etc. Las piedras del continente helado de China superan a las de otros países tanto en calidad como en cantidad.
La piedra de Islandia tiene una amplia gama de usos, pero se utiliza principalmente en la industria de defensa y en la fabricación de instrumentos ópticos de alta precisión, como equipos de visualización de pantallas grandes, refracción de ordenadores electrónicos, polarizadores, Prismas de nicol en microscopios de polarización, espejo de polarización, fotómetro, medidor óptico de azúcar, analizador de imágenes por láser de interferencia, colorímetro para análisis químicos, etc. Además, se puede utilizar para fabricar telémetros y accesorios para telémetros. El iceberg es cada vez más favorecido por la industria moderna y se ha convertido en un material mineral no metálico indispensable para la defensa nacional moderna, la investigación aeroespacial y científica.
El reloj de sol
El reloj de sol es un antiguo instrumento astronómico chino para medir la longitud de la sombra del sol. Consta de dos partes: el reloj de sol y el reloj. Los puntos de referencia y pilares que se mantienen erguidos sobre el terreno plano para medir la sombra del sol se llaman tablas; las placas rígidas utilizadas para medir la longitud de la sombra del suelo en las direcciones sur y norte se llaman guis.
Hace mucho tiempo, la gente descubrió que las casas, los árboles y otras cosas producen sombras bajo la luz del sol, y estas sombras cambian según ciertas reglas. Entonces erigió un poste o pilar en el terreno llano y observó los cambios en la sombra. Este poste o pilar se llama "reloj"; puedes saber la hora midiendo la longitud y dirección de la sombra con una regla. Más tarde, descubrí que la sombra de la mesa al mediodía siempre se proyectaba en dirección norte, así que puse una regla hecha de losas de piedra en el suelo, perpendicular a la mesa vertical. Un extremo de la regla está conectado a la pata de la mesa y el otro extremo se extiende hacia el norte. Este tipo de regla hecha de losas de piedra se llama "Gui". Al mediodía, se proyectaban sombras sobre las losas de piedra y los antiguos podían leer directamente la longitud de las sombras.
Después de una larga observación, los antiguos no sólo aprendieron que la sombra de la cara es la más corta al mediodía del día, sino que también concluyeron que la sombra de la cara en el solsticio de verano es la más corta al mediodía. mediodía del año. Al mediodía del solsticio de invierno, el sol brilla oblicuamente y las sombras son más largas. Por lo tanto, los antiguos utilizaban la longitud de la sombra del mediodía para determinar los términos solares y la duración del año. Por ejemplo, si el valor más largo de una sombra de superficie se mide dos veces seguidas, el número de días entre los dos valores más largos es la duración de un año. No es de extrañar que los antiguos chinos supieran que un año equivale a 365 días.
Yizheng Copper Standard es el estándar más antiguo existente en mi país. En 1965, fue desenterrado de la Tumba No. 1 de la Dinastía Han del Este en Shibeicun, ciudad de Yizheng, provincia de Jiangsu. La escala de cobre Yizheng mide 34,5 cm de largo, 1,5 pies en chino, con unidades de tamaño grabadas en el lateral. La altura del reloj es de 19,2 cm y la versión china mide 8 pulgadas. Guiyu y el reloj están conectados por un pivote, haciéndolos uno. Cuando está en uso, el reloj se coloca verticalmente sobre la cola de la tortuga; en momentos normales, el reloj se puede plegar en el espacio dejado en el cuerpo de la GUI para facilitar su transporte. Según la tradición, la altura del reloj es de 8 pies, lo que se utiliza desde hace mucho tiempo. La altura del metro es exactamente 1/10 de 8 pies, lo que indica que se trata de un instrumento de medición portátil, lo que puede probar la credibilidad de la afirmación de que el observatorio permanente en aquel momento utilizaba 8 pies para las observaciones.
En muchos casos, la precisión de las mediciones de la hora estándar es directamente proporcional a la longitud del reloj. Guo Shoujing, un destacado astrónomo de la dinastía Yuan, diseñó y construyó una plataforma de observación del paisaje desde donde inspeccionó al duque Zhou. Consiste en una plataforma de 9,46 metros de altura y un edificio largo alicatado al norte desde un hueco en la pared norte de la plataforma. Esta plataforma equivale a un reloj sólido, y un "transportador", también conocido como Shigui, se coloca en el suelo en Taipei. Este enorme "estándar" mejora enormemente la precisión de las mediciones.
Según los registros históricos, hasta las dinastías Ming y Qing, el tiempo se medía mediante tablas estándar. El reloj estándar actual en el Observatorio de la Montaña Púrpura en Nanjing se fabricó durante el período Zhengtong de la dinastía Ming (1437 ~ 1442).
En la antigüedad, la gente trabajaba al amanecer y descansaba al atardecer. Desde el día en que el sol salió y se puso con regularidad, sintieron intuitivamente la relación entre el sol y la hora, y comenzaron a determinar la hora a través de la posición del sol en el cielo, pero era difícil ser exacto. Según los registros, hace 3.000 años, Zhou Gongdan, primer ministro de la dinastía Zhou Occidental, instaló un instrumento para determinar el tiempo midiendo la longitud de la sombra del sol, llamado reloj estándar, en el condado de Dengfeng, Henan. Este debería ser el reloj más antiguo del mundo.
Además, los relojes estándar se pueden utilizar para una variedad de propósitos. Durante la dinastía Zhou, se creía que si la longitud de la sombra solar entre el norte y el sur en el mismo día era de 65,438+0 pulgadas, entonces la distancia entre ellos sería de aproximadamente 65,438+0,000 millas. Se dice que este era el método utilizado por la familia real Zhou para ennoblecer a los marqueses. Los medidores también pueden determinar la dirección. Dibuja muchos círculos concéntricos en el suelo y coloca un poste de vigilancia en el centro del círculo. Cuando los vértices de la sombra caen en el mismo círculo por la mañana y por la tarde, conectan estos puntos correspondientes, y la línea que conecta sus trayectorias de punto medio con el centro del círculo es la dirección norte-sur. Cuando miras el Polo Norte a través de la parte superior de tu reloj por la noche, esta dirección también es norte-sur. Cuando los antiguos construían casas, caminos y palacios, tenían que determinar cuidadosamente la dirección norte-sur (dirección del meridiano). "El Libro de las Canciones" dice: "Toma al nieto como una bofetada y ve con la familia Chu. Bofetada significa adivinar". Se puede interpretar que toda la oración determina la dirección de construcción del Palacio Chu observando la sombra del sol.
Reloj de sol
Un reloj de sol es un dispositivo que utiliza la sombra proyectada por el sol para medir el tiempo. También se le llama "reloj de sol". Sombra del sol para medir el tiempo.
El reloj de sol más antiguo del mundo nació en el Reino de Babilonia hace 6.000 años. El registro más antiguo documentado en China es el nivel de sombra corto, el reloj de sol del horizonte, inventado por Yuan Chong en el año 14 de la dinastía Sui (574 d.C.) mencionado en "Sui Shutian Wen Zhi". El registro claro de un reloj de sol ecuatorial se vio por primera vez en el mapa de sombras descrito en el Volumen 2 de la Revista Duxing por Zeng Minxing de la Dinastía Song del Sur.
Los relojes de sol suelen estar formados por agujas de cobre y discos de piedra. El puntero de cobre se llama "puntero" y pasa verticalmente por el centro del disco y actúa como una varilla neutra en un reloj estándar. Por lo tanto, la aguja del ataúd también se llama "mesa" y la placa de piedra se llama "superficie del ataúd". Se coloca sobre la plataforma de piedra de modo que la superficie del ataúd quede paralela al plano ecuatorial, de modo que el extremo superior de la aguja del ataúd. apunta al polo norte celeste y el extremo inferior apunta al polo sur celeste. Doce grandes cuadrados están grabados en la parte delantera y trasera del ladrillo, cada uno de los cuales representa dos horas. Cuando el sol brilla sobre el reloj de sol, la sombra de la aguja del reloj de sol se proyectará sobre la superficie del reloj de sol. A medida que el sol se mueve de este a oeste, la sombra proyectada por la aguja del reloj de sol sobre la superficie se moverá lentamente de oeste a este. . Las proporciones de la superficie del ladrillo son uniformes. Por lo tanto, la sombra en movimiento de la aguja del ataúd parece ser las manecillas de un reloj moderno, y la esfera del ataúd es la superficie del reloj que muestra la hora. Por la mañana, se proyectan sombras cerca de la lanza de piedra en el extremo occidental del disco. Luego, la sombra gradualmente se acorta y se mueve hacia el norte (abajo). Cuando el sol alcanza su posición más alta hacia el sur (meridiano superior), la sombra de la aguja se ubica hacia el norte (inferior), lo que indica la hora local del mediodía. Por la tarde, el sol se mueve hacia el oeste y su sombra se inclina hacia el este, señalando cada hora por turno. Desde el equinoccio de primavera hasta el equinoccio de otoño, el sol siempre se mueve en el lado norte del ecuador celeste, por lo que la sombra de la aguja del rayo se proyecta sobre el plano del rayo; desde el equinoccio de otoño hasta el equinoccio de primavera, el sol se mueve en el lado norte; lado sur del ecuador celeste, por lo que la sombra de la aguja se proyecta debajo de la superficie del equinoccio de primavera. Por lo tanto, al observar un reloj de sol, primero debe comprender las posiciones de proyección de la aguja del reloj de sol en dos períodos diferentes.
Este método de cronometraje a través de la proyección de la luz solar es un invento importante de la humanidad en el campo de la cronometraje astronómico, y ha sido utilizado por la humanidad durante miles de años. Sin embargo, el reloj de sol tiene una debilidad fatal, es decir, no se puede utilizar en días de lluvia y de noche. Los primeros relojes mecánicos no aparecieron en Italia y Alemania hasta 1270, mientras que en China no fue hasta 1601 que el emperador Wanli de la dinastía Ming obtuvo dos campanadas extranjeras. Aunque había muchos relojes nacionales e importados en la dinastía Qing, todos eran utilizados por príncipes y nobles, y la gente corriente todavía contemplaba el amanecer. Por lo tanto, sigue siendo algo moderno abandonar por completo el reloj de sol y comprender la luz del sol mirando el reloj.
Los relojes de sol medidos por la sombra del sol tienen cualquier forma de manecilla de hora. El ángulo entre la manecilla de la hora y el suelo debe ser el mismo que la latitud geográfica local y debe apuntar correctamente al Polo Norte, es decir, debe haber un puntero paralelo al eje de rotación de la Tierra. Al observar la proyección de este puntero en un área específica, se puede determinar el tiempo. Los relojes de sol ordinarios existentes tienen las siguientes formas diferentes:
(1) Reloj de sol horizontal. Es el reloj de sol más utilizado, con esfera horizontal. La inclinación del eje del reloj de sol se establece según la latitud del lugar de uso y la escala debe calcularse mediante funciones trigonométricas. Adecuado para uso en zonas de baja latitud.
②Reloj de sol ecuatorial.
Un reloj de sol ecuatorial es un dispositivo que fija el eje (aguja horaria) hacia el Polo Norte en función de la latitud del lugar donde se utiliza, y juzga la hora observando la escala proyectada por el eje sobre un disco perpendicular al eje. Las escalas del disco están divididas por igual y las sombras de los ejes de verano e invierno proyectadas en el disco se dividirán en las partes norte y sur del disco, que es adecuado para latitudes medias y bajas. Si el disco se transforma en un anillo, se llama reloj de sol con brújula ecuatorial.
(3) Cueva polar. El plano sobre el que se proyecta el puntero es paralelo al puntero, es decir, en el mismo ángulo que el plano del suelo y la latitud geográfica, mirando al norte verdadero. La representación del tiempo se puede manejar mediante un diagrama geométrico simple, siendo el eje del tiempo proyectado una línea paralela. Apto para todas las latitudes.
(4) Reloj de sol vertical orientado al sur. Un reloj de sol con la esfera orientada al sur y perpendicular al suelo. Este tipo de reloj de sol es adecuado para latitudes medias (30° ~ 60°).
(5) Reloj de sol vertical este u oeste. Un reloj de sol con su esfera orientada hacia el este u oeste y perpendicular al suelo. Este tipo de reloj de sol sólo se puede utilizar en la primera mitad (este) o en la segunda mitad (oeste), pero es adecuado para todas las latitudes del mundo.
(6) Reloj de sol horizontal y vertical. La esfera presenta un reloj de sol vertical. Este tipo de reloj de sol debe escalarse según la dirección de la pared del edificio y no es fácil de hacer. Dependiendo de la estación y la época, a veces no hay sombra. Los relojes de sol sur y perpendiculares este-oeste pueden verse como casos especiales de esta forma.
(7) Reloj de sol de proyección. Sin configurar una manecilla de hora, simplemente dibuje elipses con diferente planitud en el plano del suelo según las diferentes latitudes geográficas, y dibuje una línea de tiempo en ellas. Es necesario grabar fechas en los ejes cortos que apuntan en dirección este-oeste y norte-sur. Dirección para indicar la dirección vertical. La posición correcta de la varilla para medir el tiempo.
En la ceremonia inaugural de los Juegos Olímpicos de Beijing, hubo una emocionante escena de fuegos artificiales iluminando el reloj de sol. Cuando el reloj se acerca a las 20:00, los fuegos artificiales florecen sobre el "Nido de Pájaro". De repente, un deslumbrante fuego artificial atravesó el estadio y activó el antiguo reloj de sol. El reloj de sol refleja la luz sobre una matriz de 2008 lados, y la matriz cuadrada muestra los segundos de la cuenta regresiva cuando marca. Enorme 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1...
El impacto de la escena es inolvidable.
Espejo plano
Los humanos tenemos una larga historia en el uso de espejos. Los primeros espejos eran naturalmente horizontales. Si los pueblos del Paleolítico querían ver cómo eran, tenían que correr hasta un estanque y admirarse en el agua que parecía un espejo. En el Neolítico, los humanos ya podían fabricar vasijas de barro y ya no tenían que correr al río para llenar sus casas de agua. El registro más antiguo de espejos antiguos en Europa fue el descubrimiento de un objeto parecido a un espejo en la tumba de la XI Dinastía en Egipto, que tiene una historia de más de 4.000 años. Los arqueólogos chinos también recolectaron espejos de bronce de este período. Los espejos de metal de Egipto y los espejos de metal populares en China entre los siglos V y XIII estaban hechos de bronce. En el siglo XV, Venecia, Italia, utilizaba el método de estañado para fabricar espejos de vidrio, es decir, se recubría una película de metal en la parte posterior del vidrio para reflejar la luz y el efecto de reflexión era excelente. Por eso, los espejos de cristal tan blancos como el plateado se venden en muchos países y son muy populares en Europa. Más tarde, Francia robó esta tecnología de fabricación de espejos y la desarrolló aún más. A finales del siglo XVII, el método de fabricación de espejos de vidrio se mejoró del método de soplado de bolas al método de solución, lo que facilitó la producción de espejos de vidrio planos. En cuanto al método de platear la parte posterior del vidrio, no se inventó hasta el siglo XIX. Los espejos de vidrio aluminizado se utilizan ahora ampliamente.
Telescopio de seguimiento
En 1623, Galileo, el fundador de la ciencia moderna, hizo un análisis objetivo de la invención del telescopio. Dijo: "Podemos estar seguros de que el primer inventor del telescopio fue simplemente un hombre que fabricaba anteojos. Tenía una variedad de anteojos y ocasionalmente miraba a diferentes distancias a través de lentes cóncavos y convexos, viendo y notando cosas inesperadas. El resultado. Entonces Encontré este aparato”. Entre los muchos discos, el más famoso es el de Hans Lipsky, un óptico de Middelburg, Países Bajos: Un día del año 1600, mientras sus dos hijos jugaban en la tienda, accidentalmente doblé dos lentes. y los usé para ver la veleta de la iglesia a lo lejos. De repente, su hijo gritó emocionado: "¡Papá, ven a ver!" "¿Qué viste?" “Vi la veleta en lo alto de la torre de la iglesia. "Tonterías, la iglesia está tan lejos de nosotros que debes estar equivocado". "Si no me crees, compruébalo tú mismo". "Fue por casualidad que el analfabeto Hans de repente se convirtió en inventor. El 2 de octubre, el Parlamento holandés recibió la solicitud de patente de Hans Lipper. En ese momento, los Países Bajos estaban en guerra con mercenarios apoyados por el gobierno español.
El príncipe Morris, comandante del ejército independiente, subió a una torre en el patio interior del Palacio del Príncipe y utilizó un telescopio para observar la ciudad a vista de pájaro. En repetidas ocasiones dijo que sí y elogió: "Puede ser útil". Holanda." Sin embargo, Hans Lipps Key no tuvo suerte. La estructura del telescopio es relativamente simple y algunas personas lo copiaron inmediatamente y afirmaron ser el verdadero inventor. En el caos de la guerra, el gobierno holandés rechazó su solicitud de patente.
Pronto, el embajador francés en La Haya compró un telescopio para Enrique IV. Desde entonces, han aparecido en Milán, Venecia, Padua y otros lugares telescopios llamados "columnas holandesas", "lentes" o "cilindros".
En 1611, el astrónomo alemán Kepler, famoso por descubrir las tres leyes del movimiento planetario, también hizo algunos esfuerzos en el desarrollo de telescopios para observar el movimiento de los cuerpos celestes. El telescopio que creó, llamado telescopio Kepleriano, constaba de dos lentes convexas: la lente objetivo y el ocular. La distancia focal de la lente del objetivo es larga y la distancia focal del ocular es corta. El principio de funcionamiento del telescopio Kepler es: dado que el cuerpo celeste que se observa está bastante lejos, la luz que emite ingresa a la lente del objetivo en forma de luz paralela. Después de atravesar la lente del objetivo, forma una imagen real invertida y reducida. del cuerpo celeste muy cerca del foco de la lente del objetivo. Debido a que el punto focal del objetivo coincide con el punto de intersección del ocular, la imagen real del cuerpo celeste obtenida por el objetivo cae exactamente dentro de la distancia focal del ocular, y la imagen del objetivo se convierte en el "objeto". " del ocular, dentro de la distancia focal del ocular. Cuando un observador mira por el ocular, la luz que entra al ojo parece provenir directamente de la imagen virtual ampliada. El ángulo de visión de la imagen virtual es mayor que el de observar objetos celestes directamente con los ojos, por lo que los objetos celestes vistos a través del telescopio hacen que las personas sientan que los objetos celestes se acercan más y se vuelven claramente visibles.
Microscopio
Al mismo tiempo que surgía el telescopio, nacía otro importante instrumento óptico, el microscopio. También fue inventado por accidente. Como puedes imaginar, alguien con binoculares intentaría naturalmente ampliar los objetos cercanos. El propio Galileo intentó construir su propio microscopio. Un día le dijo a un amigo: "Las moscas que vi con este tubo (telescopio) eran tan grandes como corderos. Tenían pelos por todas partes y sus garras eran muy afiladas. Alrededor de 1625, el naturalista John Faber describió este dispositivo". se llama microscopio.
En la historia de la invención del microscopio, las figuras más famosas son el gran científico Hooke y el conserje de la Royal Society, Levine Hooke. Levine Hooker trabajaba como conserje en el ayuntamiento y le resultaba aburrido no hacer nada en todo el día. "Hay que hacer algo", pensó. Un día recordó que cuando era aprendiz en una tienda de telas, el jefe le dio una lupa, pero le faltaba la cara. Decidió pulir otra pieza y desde entonces pulir espejos se ha convertido en su afición, casi hasta la obsesión. Se levantó al amanecer, puso un trozo de vidrio sobre la piedra de aceite y lo pulió con cuidado. Podía trabajar desde el amanecer hasta el atardecer siempre que nadie viniera a verlo. Lo ha estado haciendo durante 40 años. Su sala se convirtió en la biblioteca más homogénea y mejor rodada del mundo en su momento. Las lentes que muele son muy pequeñas y algunas ni siquiera son mucho más grandes que la punta de una aguja. Por lo general, incrusta las lentes pulidas entre dos láminas de cobre perforadas y fija las lentes remachando las láminas de cobre. El aumento de las lentes que muele está entre 50 y 300. Su microscopio es en realidad una lupa, también llamada lente única.
La invención de los microscopios y telescopios amplió enormemente los horizontes de la gente, y su fabricación promovió el interés de la gente por estudiar la teoría óptica. La óptica moderna se desarrolló casi a partir de esa época (siglo XVII).
¿Había lentes en la antigua China?
En la familia de los espejos, además de los espejos, también hay lentes. Entonces, ¿tenía China lentes en la antigua China? Hay dos puntos de vista diferentes sobre este tema.
Algunas personas piensan que en la antigua China no existía vidrio ni materiales transparentes equivalentes al vidrio, por lo que era imposible tener lentes. Algunos expertos se han opuesto a esta opinión. Wang Chong, de la dinastía Han del Este, registró en su libro "Lunheng": "Se refinan cinco piedras, se funden en herramientas, se afilan para hacerlas brillar y se elevan hacia el sol, el profesor Lu Zifang cree que las cinco piedras". aquí mencionados se refieren a arcilla, feldespato, arena de sílice, piedra caliza y dolomita. Estas cinco piedras se juntan, se templan y se convierten en vidrio. Después del pulido, se pueden convertir en una lente convexa que puede recoger la luz solar. Por supuesto, esta afirmación sólo puede considerarse como una opinión familiar. Sin embargo, aunque no exista vidrio, en la antigua China existe un material muy transparente llamado esmalte coloreado, que no se puede utilizar para fabricar lentes. Durante la dinastía Tang, el comercio fronterizo suroeste de China era muy próspero, y también se introdujeron en China a través de la Ruta de la Seda del Sur cuentas de fuego muy transparentes, que abundaban en los países del sur de Asia. Según el "Libro Antiguo de la Dinastía Tang", este tipo de cuenta de fuego es "del tamaño de un huevo, redonda y blanca, brilla varios pies y brillará al mediodía".
Durante el período de las Cinco Dinastías en China, el erudito taoísta Tan Qiao vivió recluido en la montaña Songshan y se dedicó al arte de reponer el qi y refinar la alquimia. Tiene un libro llamado "Hablando de Hua Zi Shu", que menciona los cuatro espejos comúnmente utilizados en esa época: "Gui, Zhu, Di y Yu". Los expertos en historia de la ciencia y la tecnología creen que estos cuatro espejos son tipos diferentes. de lentes convexas y lentes cóncavas.
Vale la pena mencionar que ya en el siglo II a. C., algunas personas en China usaban hielo para hacer lentes, moliendo cubitos de hielo hasta obtener lentes convexos, apuntándolos hacia el sol para refractar y recoger la luz solar, y luego ponles palitos de moxa. Cuando los enfoques, el palito de moxa se quemará. Esta maravillosa forma de hacer fuego demuestra que los antiguos estaban familiarizados con las propiedades de las lentes convexas que pueden concentrar la luz solar. Puntos de aprendizaje
Lentes
Las lentes son componentes ópticos hechos de materiales transparentes (como vidrio, cristal, etc.). ) según la ley de refracción de la luz. Una lente es un refractor cuyas superficies refractivas son dos esferas (parte de una esfera) o una esfera (parte de una esfera) y un cuerpo plano transparente. Su imagen es a la vez real y virtual. Las lentes generalmente se pueden dividir en dos categorías: lentes convexas y lentes cóncavas.