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2024-02-21 07:13

研究指出了一个最著名的科学实验的插图中的错误

科学实验插图在科学教育和向公众传播科学知识方面发挥着重要作用。这些对著名实验的描述证实了“一幅图胜过千言万语”这句格言,它们留在了研究这些实验的人的脑海中,并成为科学过程的权威版本。阿基米德在浴中发现浮力定律;牛顿用棱镜折射阳光,定义了现代光学的原理;孟德尔种植豌豆和奠定遗传学基础——这些只是几个众所周知的例子。

许多这样的描述传达了错误的信息,要么是因为实验从未真正发生过,要么是因为实验的执行方式完全不同。试图根据插图所描绘的内容复制它们的人可能根本得不到任何结果,甚至可能面临危险的后果。

巴西 圣保罗州ABC联邦大学(UFABC)的研究员布里诺·阿尔西奥利·莫拉(Breno Arsioli Moura)进行了一项研究,调查了对其中一个著名实验的描述。在这个实验中,本杰明·富兰克林(1706-1790)放风筝从雷雨云中吸取电力。

关于这项研究的一篇文章发表在《科学与教育》杂志上。

富兰克林是美国独立战争的领导人之一,也是第一位美国驻法国大使。他是自然神论者,共济会成员,是18世纪启蒙运动最著名的化身之一。他的兴趣包括宗教、哲学、政治、道德和社会改革,他是那个时代最重要的发明家和科学家之一。

风筝实验是富兰克林最著名的科学成就。在这篇文章中,我分析了后来在19世纪发表的七幅关于这一事件的插图,”Moura告诉Agência FAPESP。

事实上,他补充说,风筝实验是富兰克林在1750年想出的另一个实验的简单版本,这个实验现在被称为“岗亭”实验。“在塔、尖顶或山顶上设置一种类似岗亭的东西,一个人站在一个蜡制的绝缘台上,里面插着一根长约10米的尖尖铁棒。富兰克林希望这根杆子的尖端能从云层中“引火”。如果实验者把他的指关节靠近棒子的底部,他就会产生火花,”Moura说。

“注意两件事很重要。这个实验不能在暴风雨中进行,以利用雷击,而且电棒也不能接地,而是由绝缘支架固定,以便提取的所有电力都能储存在里面。”

富兰克林的建议一直停留在纸上,直到1752年法国研究人员进行了一个非常相似的实验。它的成功使他在电力方面的工作得到了更多的国际关注。当他听说法国的实验后,富兰克林写信给英国的一位记者,说他住的费城已经进行了一个更简单的实验。这实际上是风筝实验,”莫拉说。

富兰克林写道,风筝是由“两条轻杉木条做成的小十字架,伸出来的风筝臂长到一块大而薄的丝绸手帕的四个角。”一根“非常尖尖的铁丝”被绑在“十字架的顶端,比木头高出一英尺或更多”。原则和岗亭的提议是一样的。一把钥匙系在一根丝带的末端,丝带又系在绳子的末端(丝绸是绝缘体)。

“实验者用丝带托住仪器,这样风筝从云层中‘无声地’拉下来的电就会沿着线传送到钥匙里。和哨兵箱实验一样,风筝是绝缘的,而不是接地的。通过接近手指或指关节,实验者可以画出火花,”Moura解释道。

像其他18世纪的自然哲学家一样,富兰克林认为电是一种流体,从一个地方流动到另一个地方,然后被释放。这种液体可以在实验室里通过用一块皮革摩擦玻璃管来获得,并储存在莱顿罐中,莱顿罐是荷兰科学家在本世纪中叶发明的。哨兵箱和风筝实验背后的一般想法是表明液体也可以从云中提取。富兰克林着迷于云电气化的物理学和气象学的其他方面。

例如,他认为海水充满了电流体,当海水蒸发形成海洋上空的风暴时,它带走了这些流体,因此云层中充满了电。

在富兰克林的著作中,没有详细说明是他还是其他人做了这个实验,但它似乎确实发生了。15年后,也就是1767年,约瑟夫·普里斯特利(Joseph Priestley)在《电力的历史和现状》(the History and Present State of Electricity)一书中记述了这个实验。富兰克林帮助普里斯特利获得了这本书的材料,因此被认为同意这本书的内容。普里斯特利的描述要详细得多,包括富兰克林的儿子参与实验。然而,它与1752年的原始记录在几个方面有所不同。”

在他对描绘富兰克林风筝实验的插图的研究中,莫拉认为它们是基于普里斯特利的描述。许多照片都是富兰克林和他儿子小时候的样子,尽管当时他已经21岁了。有些还包含更重要的错误。

许多实验都显示实验是在露天进行的,尽管富兰克林明确规定实验者必须站在“门或窗户里,或者在一些遮盖物下,这样绸带就不会湿了”,因为湿了绸带就会导电。在大多数情况下,风筝被闪电击中,或者闪电离风筝很近,尽管富兰克林不想让自己被闪电击中。大多数插图都没有展示用来隔离风筝的丝带。富兰克林只是拿着绳子。如果是这样的话,他就会把风筝接地,毁了实验。一幅插图显示富兰克林拿着钥匙靠近或在琴弦上,这是没有任何根据的,”莫拉说。

他认为,这些插图不应该被随意使用,尤其是在科学课上。如果不加以批判地对待,它们所包含的信息可能会以一种令人困惑或错误的方式来解释,无论是在历史上还是在科学上。正如开头所指出的,这些图像留在观众的脑海中,它们所造成的任何错误都很难根除。

更多信息:brno Arsioli Moura,《描绘19世纪本杰明·富兰克林的风筝实验》,《科学与教育》(2023)。DOI: 10.1007 / s11191 - 023 - 00421 - y

引用本文:研究指出了一个最著名的科学实验(2023,5月22日)插图中的错误,该实验于2023年5月22日从https://phys.org/news/2023-05-errors-famous-scientific.html检索

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