Lịch sử các phát minh vật
lý- P1
LỊCH SỬ CHUẨN HÓA
Cân và đo
Những đơn vị đo lường cổ thường được chuẩn hóa tùy theo địa phương và
thời đại. Theo truyền thuyết, ở nước Anh thời Trung Đại chúng được tính
theo kích thước cơ thể vua Anh thời ấy: đốt ngón tay (inch), độ dài từ mũi
đến hết bàn tay (yard) – hoặc theo hoạt động di chuyển: bước chân (foot) và
khoảng cách tương đương với một giờ đi bộ (mile). Ở Trung Hoa thời cổ thì
có các đơn vị khác như thốn (đốt), xích (thước), trượng, lý (dặm), lượng
(lạng), cân, canh, khắc (giờ), v.v
Bội số củacác đơn vị đo cũngkhác nhau,nó có thể theo hệ đếm thập phân
hoặc hệ 4, 7, 16, 20,24, 60 v.v. nên tính toánvà chuyển đổirất phiền phức, gây
thiệt hại kinh tế lớn.
Ý tưởng thống nhất một đơn vị đolườngcơ bản làdo nhà báchọc Anh John
Wilkinsđề ra đầu tiên trong một tác phẩm xuất bảnnăm 1668 (hình trên). Năm
1675, nhà bác học ÝTitoLivio Burattini gọi nó là mét vàđịnh nghĩabằng mộtmẫu
chuẩn (nay đođược khoảng 993,9 mm).
Sau một thời gian dài giaothương cácsảnphẩm côngnghiệpcùng sự phát
triển khoahọc và kỹ thuật, nhiềuchínhquyền thấyphải ápđặttrong thực tiễn một
hệ thốngđo lường chuẩn hóachặt chẽ. Với sự thiết lập hệ mét-thập phân ở nước
Pháp cách mạng tư sản thì châu Âumới chấm dứtdần dần tìnhtrạng đo lộn xộn.
Hệ nàyđược Vươngquốc Hà Landùng từ 1816 nhưng ngaytại Pháp thì bị bãi bỏ
năm 1812khiNapoleonđổ vàchỉ tái lập saukhởi nghĩaParis 1830.
Hệ mét (1795)
Ở Pháp, nguyên tắc bắt buộcáp dụng cácđơn vị đo đã được ấn định trong
Công ướctheo sắc lệnh ngày 18tháng Nảymầm nămthứ III của Nhànước Cộng
hòa, tức 7-4-1795.Sắc lệnh đó thiết lập hệ mét, ấn định danhmục các đơn vị vàlần
đầu tiên đã chínhthức dùngđịnh nghĩa 1 métbằng 1/40triệu độ dài kinhtuyến
Trái đất. Mặt khác lấyđơn vị khối lượnglà kilogram.
Ngày 22tháng 6năm 1799, những mẫu chuẩn đầu tiên của mét và kilogram

đã đượcđặt ở Viện lưutrữ quốc giaPháp, tạiSèvres, gần Paris. Cũngnăm đó, ở
Pháp, đạo luật ngày 19 tháng Giá rét nămVII (tức ngày10-12-1799)quy định bắt
buộcáp dụng hệ mét. Quá trìnhchuyển sangsử dụng hệ mét trên thế giới tuy
nhiênđã tiến triển mấtgần hai thế kỷ.
Hệ đơn vị quốc tế SI (1960)
Năm 1832nhà báchọc Đức Gaussđưa rahệ thống Gauss,rồi 30 năm sau,các
nhà vật lý AnhMaxwell etThomsonđưa ra hệ thống CGS,cả hai hệ nàyđều dựa
trên 3đơnvị cm, gram,giây. Năm 1946 hệ thống MKSA rađời, dựa trên3 đơn vị
mét,kilogram, giâyvà thêm ampe.Năm1954 thêm kenvin vàcanđela.
Năm 1960,hệ đơnvị đo lường quốc tế SI (Système internationald’unités,
tức ISO 1000)đã xác định6đơnvị cơ bản trên, từ đó suy ra cácđơn vị khác(thí dụ
vận tốcm/s, áp suất kg/m2).Năm 1971thêm đơnvị mol và vì vậyhiệnnay hệ SI
bao gồm 7đơn vị cơ bản ký hiệulà: m, kg,s, A, K, mol,cd. Cụ thể:
độ dài: mét (m);
khối lượng: kilogram(kg);
thời gian: giây (s);
cường độ dòngđiện: ampe(A);
nhiệt độ: kenvin(K, tương đươngvới °C tức độ Celsius, nhưng thangnhiệt kế
kenvinxuất pháttừ không độ tuyệt đối chứ khôngphải 0°C, 0°C= 276,16°K);
lượng chất (mol);
cường độ sáng canđela(cd).
Các đơnvị đo lớn nhỏ hơn thìđược thốngnhất tính theo hệ thập phân (trừ
thời gian tính riêng theo hệ 60/24/7/365).
Tại khối Ănglo-Xắcxông,tới năm1980 nước Anh mới hoàntoàn chuyểnđổi
xong sanghệ SI và cùng Canada, NamPhi, New Zeland,Úc là 5 nước chuyểnchậm
nhất.
Tuy nhiên những đơnvị truyềnthống (ounce,karat, inch,galon )vẫn được
dùngphổ biến ở một vài lĩnhvựcriêng như kimloại đá quý, điệntử và bia, rượu,
sữa v.v.
TĨNH HỌC VÀ CƠ HỌC

Tĩnh học (thế kỷ XVI-XVII)
Nhà bác học xứ FlandreS. Stevin (1548-1620),tức Simon deBruges, được
coi là người sáng tạo ramôn tĩnh học thời nay. Tĩnh học là khoahọc nghiêncứu sự
cân bằng của các vật thể, cũng như các điều kiện tạo nên sự cânbằng đó.Thiên tài
đi trước Stevin lànhàbác học người Hy Lạp thời cổ đại Archimède.
Trọng tâm (thế kỷ II tr. CN)
Archimède sinhra ở Syracusevào năm287 trước CN, ônglà ngườiđầu tiên
đã xác địnhđược trọngtâm của nhữngvật rắn đồngchất có hìnhdạng xác định
như hìnhtrụ, hìnhcầu và hìnhnêm. Archimède đã phát triển kháiniệm đó trong
tác phẩm Sách về sự cân bằng.Ở đó, ông cũng đã trình bày một lý thuyếtđòn bẩy
chặt chẽ nhất.
Cân treo (khoảng 3500 tr. CN)
Khoảng3500 trước CN, để cân lúa mì hoặc vàng, người Ai Cập đã sử dụng
cân hai đĩa treo trên một tay đòn.
Cân thiên bình (thế kỷ X tr. CN)
Loại cân này có hai tay đòn không đều do ngườiTrung Quốcphát minhra
vào thế kỷ X trước CN, được những dân du mụccưỡingựa mangđến phươngTây
khoảng gần trước khichúa Giêsura đời. Hiện nó vẫn đang được sử dụng.
Cân Roberval (1670)
Năm1670, nhàtoán học,vật lývàcơ họcPhápG. P.deRoberval(1602-1675)
đã giới thiệu một trong những phát minh của mình với Viện hàn lâm Khoa học
Paris.Đó là cáicân hai đĩa được đỡ bởi một đòn cânvà gắn với mộtđòn đỡ bởi hai
cọc cứngdẫn hướng cho chuyểnđộng của chúng.
Một thời giandài, cân Robervallà phổ biến nhất trong các loại cân thương
mại. Nó đã được thay thế bởi cân Roberval bán tự động rồisau đó bởi cânđiện tử.
Cân nhanh nhất trên thế giới (1988)
Do tổ chức Pháp Savipharhiệu chỉnh, loại cân này, đượcgọi là RegulatorII,
là một hệ thống đo lường mới có gắn với máy tính cho phép cân được hơnhai trăm
lần trong mộtphút. Vậy nên nó là loại cân nhanhnhất trên thế giới, có thể sử dụng
trong nhiều lĩnh vực cần chínhxác như trong công nghiệp dượchoặc công nghiệp

chất nổ. Nhờ lắp máy vi tínhvà lực kế điện tử tự động nên độ chính xáccủa cân
vào cỡ 1/10.000.
Thủy tĩnh học (Hydrostatics)
Nguyên lý Archimède
Archimède (287-212 tr.CN) là người đầu tiên đã phát biểu nguyên lý vậtnổi
mang tên ông: toàn bộ vật nhúng trongmột chất lưu(lỏng hoặc khí) ở cânbằng
trong đó sẽ chịu mộtlực đẩy thẳng đứng,hướng từ dưới lên trên, bằng trọng
lượng của chất lưubị vật chiếm chỗ vàđặt tại trọngtâm phầnchất lưu bị chiếm
chỗ.
Ơreka!
Ta biếtrằng sau khitìm ra nguyên lý mangtên ông, Archimède đã thốt lên
“Ơreka!” (Tìmthấy rồi!) và chạyra khỏi buồng tắm quên mặcquần. Nhữngtình
tiết khác quanhkhám phá đó được biết đến ít hơn: ngườita kể rằngtên bạo chúa
thành Syracuse,Hiéron II, một kẻ bảntính đa nghi,đã giao vàngròng chomột
người thợ kimhoàn để đúc và chạm một chiếc vương miện. Archimèdeđã được
giao nhiệm vụ kiểm tra công việc của người thợ thủ côngđó. Lúc bây giờ ông đã có
ý nhấnchìm vào trong một cái chậu đầy ắp nước trướchết là vương miện,rồi sau
đó là vàng và bạc cùng trọng lượngnhư trọnglượng của vương miện.Người ta kể
rằng saumỗi lầnnhúng như thế ông lạicân nướctrào ra.
Cuối cùng ông đã phát hiện ra consố của lần cân đầunằm giữa các con số
của hailần cân sau,chứng tỏ rằngvương miện đã được làm từ một hỗn hợpcủa
vàng và bạc.Và thế làngười thợ kim hoàn, kẻ đã ăncắp vàng ròngphải sửalại
vươngmiện.
Nghịch lý thủy tĩnh (1586)
Nhà toán học và vậtlý học xứ FlandreS. Stevin, nhân viênthanh tra đê điều
của chínhphủ Hà Lanvà với chức đó, ông trực tiếp quantâm tới các lực bên trong
các chất lỏngvà là người đầu tiên tiếnhành nghiên cứu khoahọc thực sự về chúng.
Năm 1586đã xuấthiện ba cuốnsách cơ học của ông.Ở đó ông đã trình bày
nghịch lý thủy tĩnh nổi tiếng:áp suất củamột chất lỏnglên đáy của bình chứa chỉ
phụ thuộc vào độ cao so vớiđáy bình của chất lỏng và không phụ thuộc vào hình

dạng bìnhchứa. Ngược lại, trọng lượng của chất lỏng chứa ở trong lại phụ thuộc
vào hìnhdạng bình chứa.
Hệ thức cơ bản (1651-1654)
Năm 1663,đã xuấtbản cuốn “Khảo luậnvề sự cân bằng của các loại rượu”
của B.Pascal (1623-1662). Trong công trìnhviết giữa các năm 1651 và 1654đó,
Pascal đã phát biểu lại theo ý ôngnghịch lý thủytĩnh do Stevinnêu lên: hiệu áp
suất lựcgiữa haiđiểm trong một chấtlỏng ở trạng thái cân bằng thì bằngtrọnglực
của cột chấtlỏng cóđộ cao bằng hiệucácđộ cao của haiđiểm. Về sau từ đó suyra
nguyênlý bình thông nhau.
Định lý cơ bản
Vẫn xuất phát từ hệ thứccơ bản, Pascal đã rút ra định lýcơ bản của ông:
toànbộ phầnáp suất tăng ở một điểmtrong mộtchất lỏng không nén được ở cân
bằngđều được truyền nguyên vẹn sangtất cả các điểm của chất lỏng đó.
c