BEVEZETÉS
1.
Érzékeink segítségével tudomást szerzünk a minket környékező számtalan tárgy létéről; évek során a természet folytonos megfigyelése révén mindig új meg új, azelőtt észre nem vett dolgokkal ismerkedünk meg; érzékeink tehetségét pedig kitünő műszerekkel fokozva, mindinkább tágítjuk a ránk nézve hozzáférhető dolgok határát. Tanúi vagyunk a minden meglevő dologban végbemenő szakadatlan változásoknak, s meggyőződünk, hogy a változások bizonyos rendben követik egymást; a mikor pedig látjuk, hogy állandóságuk van, zavartalan lefolyásuk iránt bizalommal vagyunk eltelve. Így midőn a Nap felkel, nem kételkedünk, hogy másnap reggel, a nagy égitestnek a szemhatárhoz való közeledésével, a sötétség ismét el fog oszlani; újra való megjelenéséhez annyira hozzá vagyunk szokva s olyan bizonyosan számítunk reá, hogy a midőn lenyugodni látjuk, épen nem jut eszünkbe, hogy tőle, mint jótevőnktől elbúcsúzzunk. A természet jelenségeinek eme szabályszerű sorakozását az ember tanulmányozni kezdte, hosszasan, türelmesen tanulmányozni, sőt az újabb időkben ernyedetlenül, buzgón és szenvedélyesen is.A vad ember is tudta, hogy az elejtett kő mindig a földre esik, de GALILEI kellett hozzá, hogy megállapíttassék a törvény, mely ezt az esést kormányozza. A természettudományokban való, kezdetben lassú és jelentéktelen haladás immár szédítő gyorsaságúvá lett s olyan fontosságra tett szert, mely nem csupán
azokban a találmányokban nyilvánul, melyek jólétünket a legmagasabb fokra emelték, hanem hasonló vagy még nagyobb mértékben jelentkezik az olyan dolgok és tények beigazolásában, melyek az érzékek tehetségére nézve sokkal titkosabbak és ehhez sokkal kevésbbé foghatók, hogy sem a közvetetlen érzéki észrevétel alá eshetnének. Ez a tanulmány, mely az emberi elmét annyira felemeli és nemesíti, teljességében a természeti tudományokat alkotja, melyeknek alapja a tulajdonképeni fizika. Azon leszünk, hogy legfontosabb fogalmait előterjesszük.
2.
Anyagnak nevezzük azt, a mi a testeket alkotja, és megkülönböztetunk különféle minőségű anyagokat, melyektől a testek minden chemiai tulajdonsága származik.3.
De a különböző testek fel vannak ruházva más tulajdonságokkal is, melyek nem származnak szükségképen az őket alkotó anyagnak minőségétől. E tulajdonságok közül felemlítjük a különböző halmazállapotot.Azok a testek, melyeknek részei könnyen elmozdulnak egymás fölött, folyadékok, a többi test pedig szilárd test. A folyadékok cseppel-folyósak, ha cseppekké összegyülemleni igyekeznek, és gázok vagy légneműek, ha nagyobb tért elfoglalni törekszenek. A különböző halmazállapot nem tételez fel különböző minőségű anyagot; így a jég, a víz és a gőz a három halmazállapotban megfigyelhető egyazon anyagnak példája.
4.
A szilárd testek kemények, ha részeik szétválasztására tetemes erő kivántatik; az ellenktző esetben puhák vagy lágyak. Különböző testekből, keménységök rendje szerint, sort állítottak össze oly módon, hogy bármelyik test az utána következőket karczolja, az előtte levők pedig őt karczolják. E sor legelején van a gyémánt, mely tehát a legkeményebbnek ismert test, ellenben a szén, jóllehet ugyanazon minőségű anyagból van, a lágyabb testek közé tartozik. Azokat a testeket, melyek külső hatásokra alakjukban vagy térfogatukban megváltoznak,de azután a változtató hatások megszüntével kezdetbeli alakjukat és térfogatukat visszakapják, rugalmasaknak nevezzük; azokat, melyek könnyen apríthatók, törékenyeknek, melyek maradandó alakváltozást vesznek fel, idomíthatóknak mondjnk. Szívósak, ha vékony drótta húzhatók, nyujthatók, ha vékony lemezzé alakithatók. A platina a legszívósabb, az arany pedig a legnyujthatóbb test.
5.
Némely tulajdonságra minden testben rátalálunk, miért is e tulajdonságokat az anyag általános tulajdonságainak mondjuk. Ezek közé tartozik:6.
A kiterjedés. – Minden testnek van kiterjedése, azaz a tér egy bizonyos részét tölti be; a tér eme részét a test térfogatának nevezzük.7.
Az oszthatóság. Minden test részekre osztható, porrá törhető, és olyan részecskékre vezethető vissza, melyek meg nem tapinthatók és a legerősebb mikroszkóppal felfegyverzett szemmel sem láthatók. Az anyag rendkívüli oszthatóságára a következő példákat szokás említeni: a pézsmát, mely illatával igen tágas helyiségeket áraszt el a nélkül, hogy észrevehetőleg fogyna; a karmint, mely nálánál 100 000-szer nagyobb térfogatú vizet fest meg; az aranyat, mely olyan vékony lemezekké lapítható, hogy csak 700 000-nek együttes vastagsága tesz egy milliimétert. De a legmeglepőbb példát a mikroszkópi állatok szolgáltatják: ezer meg ezernek egy rakáson alig van akkora térfogata, mint egy vízcseppnek, és mégis mindegyikök el van látva folyadékok járta csatornákkal, és ezekben a folyadékokban fel vannak oldva más anyagok, melyek, miként a chemia tanítja, több különböző anyagra bonthatók szót.Mindazonáltal, különösen pedig chemiai okoknál fogva, jelenleg csaknem általánosan el van fogadva, hogy az anyag nem osztható végtelenül; az utolsó, oszthatatlan részecskéket atómoknak nevezzük, és az atómoknak mintegy hatvan-hetven faját
különböztetjük meg; nem állapíthatjuk meg az ismert atómok pontos számát, mert a szám az elemző módszerek tökéletesedésével változik. Ezenfelül feltesszük, hogy az egynemű vagy különnemű atómoknak bizonyos meghatározott csoportosulásai vannak, melyek molekuláknak neveztetnek. A molekulák vagy az atómok számában vagy minőségében, vagy elrendezkedésében különböznek; ezek a különböző molekulák mind megannyi különböző anyagot alkotnak: egyszerű anyagokat azok, melyek egynemű atómokból vannak összetéve, összetett anyagokat a többiek.
Ez a felfogás uralkodik az anyag szerkezetére nézve. Az égitestek is hasonló módon vannak csoportosulva. A tejút számtalan csillagból álló ködfolt; e csillagok akként vannak elhelyezve, hogy az ég eme mérhetetlen régiója egy folytonos egésznek képét nyujtja. Eme csillagoknak mindegyike a Napunkhoz hasonló izzó test, s miként ennek, megvannak a maga bolygói és holdjai. Ha tehát összehasonlítjuk azokat a dolgokat, melyek nagyságukkal bámulatba ejtenek, és azokat az elannyira kicsinyeket, melyeket érzékeinkkel közvetetlenűl nem figyelhetünk meg, úgy látjuk, hogy a testek megfelelnek a ködfoltoknak, a molekulák a naprendszereknek, az atómok az egyes csillagoknak. És az analógia még tovább is vihető; mert látni fogjuk, hogy valamint az égitestek mozognak, úgy kell az atómoknak is, ha vannak, egymáshoz képest folytonosan elmozdulniok.
8.
Az áthatatlanság. – Két test nem foglalhatja el egyidejűleg a térnek egyazon részét. E tényre minduntalan ráakadunk, és fennáll akkor is, mikor a felületes megfigyelő be nem igazoltnak gondolná; ez áll a levegőre nézve, mely helyet enged ugyan a beléje merített testeknek, de a melyet ezek át nem hatolhatnak, a mint hogy a víz alatt felfordított palaczkban levő levegő megakadályozza, hogy a víz a palaczkot kitöltse.
5 9.
1. ábra. Fémrud kiterjedése.
Ellenben a testek kivétel nélkül fel vannak ruházva a térfogat változékonyságával, midőn őket összenyomjuk vagy nyujtjuk, vagy szintén midőn hevítjük. Így valamely fémpálcza, mely egyik végén, A-ban (1. ábra) meg van erősítve, a másik, a szabad végével pedig a DO mutatónak fekszik neki, ez utóbbit felemeli, ha alatta a borszeszt meggyujtjuk. Ha a tüzet eloltjuk, a mutató visszatér kezdetbeli helyzetébe, s ezzel arról tanuskodik, hogy a pálcza kezdeti hosszát visszakapta.
Egy B golyó (2. ábra), mely hidegen keresztül fér az A gyűrűn, nem megy többé keresztül mindjárt annak utána, hogy bizonyos ideig lángban tartottuk.
Hosszú nyakú üveggömbben hevített folyadék felemelkedik, jeléül annak, hogy az üvegnél erősebben terjed ki.
Levegővel töltött s nyakával a vízbe fordított üveggömbből pusztán a kéz melegétől légbuborékok szállanak fel, s midőn azután kibújt, nyakába a víz felszáll s a legcsekélyebb melegítésre vagy hűtésre le-fel mozog, ami azt bizonyítja, hogy a levegő, valamint a többi gáz is, sokkal erősebben terjed, ki mint a szilárd testek és a folyadékok.
2. ábra. Fémgolyó kiterjedése.
10.
A testek eme terjedékenységéhez folyamodunk, midőn meg akarjuk nézni a hő különböző fokát, vagy a mint mondani szoktuk, a hőmérsékletet. A hőmérsékletnek tudományosahb meghatározását magunknak fentartva, egyelőre a hőmérőnek, vagyis azon műszernek ismertetésére szorítkozunk, melyet a mérséklet mérésére rendszerint használunk. Ez hengeres vagy gömbalakú, higanynyal telt edénynyel ellátott üvegcső, mely a mindjárt ismertetendő módon be van osztva.Készítésére belsejében teljesen hengeres csövet választunk, mi végből a csőbe mintegy négy cm hosszú higanyszálat vezetünk, ezt a cső egyik végétől a másikig elmozdítjuk, és hosszát különböző helyzeteiben megmérjük; ha ez a hossz egy mm-nél kevesebbet változik, a cső hasznavehető, máskülönben félretesszük.
A kiválasztott csövet először salétromsavval, azután vízzel jól kimosván, melegített levegőt hajtunk át rajta s ekként megszárítjuk. Ezután megfujjuk üvegolvasztó lámpán a hőmérő edényét, nyilt végén pedig egy második, öblösebb gömböcskét, mely a töltés míveletében mintegy tölcsérként szerepel. Ha az edényt hevítjük, mialatt nyílt vége higanyba merül, a levegő a higanyon át elillan, ez pedig lehűléskor a gömbbe nyomul; hogy ebben semmi nedvesség se maradjon hátra, a higanyt a hőmérő edényében fel kell forralni. Mielőtt a csövet a felső végén elzárnók, ki kell tenni annak a legmagasabb mérsékletnek, melyet még mutatnia kell, hogy a felesleges higany kimenjen. Ezután eltávolítjuk a tölcsért, és a tele csövet a végén lángon beforrasztjuk. |
3. ábra. A zéruspont meghatározása. |
A beosztás elkészítésére először is hóba merítjük, mely egy átlyukasztott M edényben (3. ábra) olvadoz, s időközönként felemelgetjük, hogy lássuk, mely pontnál állapodik meg a higanyszál vége; itt egy jelet csinálunk, mely a beosztás zéruspontja.
Ezután a hőmérőt (4. ábra) parafával az ábrában előtüntetett készülékbe illesztjük, és pedig úgy, hogy a hengeres forralóban levő vizet ne érintse. Ha ezt a vizet forraljuk, gőze körülövezi a hőmérőt, a belső hengerben felszáll, az ezt körülfogó vezetéken leszáll, s a jobb oldalt látható csövön át elillan. Megvárjuk, míg a higany megállapodik s végső pontjánál jelet
csinálunk. Ez megfelel 100 °-nak, ha abban a pillanatban, melyben csináltuk, a barométer 76 cm nyomást mutatott. Máskülönben más mérsekleteknek felel meg, melyeket a későbbiekben meg fogunk ismertetni.
4. ábra. A forráspont meghatározása.
A két állandó pont ekként meg lévén határozva, csak még a köztük levő távolságot, az alaptávolságot kell 100 egyenlő részre osztani s a beosztást e pontokon túl folytatni. Mindegyik részt foknak nevezzük; a zéruson alul levő részek a negativ fokokat, vagy a mint mondani szokás, a zérus alatti mérsékleteket adják.
|
Az ily módon beosztott hőmérőt száz fokos, vagy CELSIUS-félének mondjuk. De még más két hőmérői skálát is használnak: a RÉAUMUR-félét, és Angolországban a FAHRENHEIT-félét (5. ábra). Az előbbeni a CELSIUS-félétől csak annyiban különbözik, hogy a forró víz mérséklete 100° helyett 80°-kal van jelölve, minélfogva
Az utóbbiban 0 helyett 32 és 100 helyett 212 áll; hogy tehát a FAHRENHEIT-féle skála n fokát kifejezztk a CELSIUS-féle skálán, először is n-ből ki kell vonni 32-t, és a különbség meg fogja mutatni, hogy az adott hőmérséklet hány FAHRENHEIT-fokkal áll el az olvadó jég mérsékletétől, még pedig hány fokkal van fölötte, ha a különbség pozitiv, és hánynyal alatta, ha negativ. Mivel továbbá az egymástól 100 C. foknyira levő állandó pontok között 112–32=180 Fahrenheit-fok van, 1° F. egyértékű 100:1.80=5:9 CELSIUS-fokkal, következőleg n° F egyértékű
és m° C egyértékű
|
5. ábra. |
Hogy példáúl meghatározzuk a 0° F-nek megfelelő Celsius-fokokat, csak n = 0 teendő, és legott
m = –32×5:9 = –17,78° C.
10 11.
12.
A gravitáczió vagy egyetemes vonzás a testeknek az a törekvése, hogy egymáshoz közeledjenek, és látni fogjuk, hogy a Föld épen azért kering a Nap körül, mert e két égitest egymást vonzza; hasonló okból kering a Hold a Föld körül. És mikor a Föld felületéhez igen közel levő testek esnek, vagyis a Földhöz mindaddig közelednek, míg valamely akadály fel nem tartóztatja, úgy ez csak különös esete a gravitácziónak, melyet nehézségnek nevezünk; azt a nyomást, melylyel valamely test azt a támasztékot éri, mely őt esésében megakadályozza, súlyának szokták mondani.Emez általános tulajdonságokhoz még igen sok mást sorozhatnánk, mint a mozgékonyságot, tehetetlenséget, az elektromozódást, mágneseződést stb.; de ezekről alkalmas helyen eredményesebben fogunk szólhatni.
13.
A különböző testeknek egyenlő térfogat mellett általában véve különböző súlyuk van. Egy köbdecziméternyi ólomnak sokkal nagyobb súlya van, mint ugyanannyi víznek, s ezt akkéntfejezzük ki, hogy azt mondjuk, hogy az ólom fajilag súlyosabb a víznél. Ez a különbség minden egyes molekula nagyobb súlyától és a figyelembe vett térfogatban felhalmozott molekulák nagyobb számától származhatik.
Ha egy adott test súlyát P-vel, térfogatát V-vel, térfogategységének súlyát, vagyis fajsúlyát pedig p-vel jelöljük, e három mennyiség között a következő kapcsolat áll fenn:
P = Vp, (1)
és látjuk, hogy a térfogategységtől és a súlyegységtől függ. Ellenben mindezektöl független az úgynevezett viszonylagos sűrűség, vagyis a testnek P súlya és egy ugyanakkora V térfogatú más, alapul felvett testnek P' súlya közötti viszony. Ha az adott test viszonylagos sűrűsége ω és az alapul felvett test fajsúlya p', úgy fennáll a következő két kapcsolat:
ω = P : P'; ω = p : p'.
Ha ezután alapanyagul a tiszta, 4°C hőmérsékletű vizet vesszük, melyből 1 cm3 1 grammot nyom, következik, hogy a 4°-ú víz térfogatát és súlyát egyazon szám fejezi ki, minélfogva a víz fajsúlya egyenlő az egységgel (p'=1) és az előbbeni képlet az ω=p alakot ölti, azaz a méteres rendszerben valamely test fajsúlya egyenlő a vízhez viszonyított sűrűségével, s ennélfogva úgy kapjuk, ha a test súlyát a vele egyenlő térfogatú 4°-ú víznek súlyával elosztjuk.
Ez a körülmény a különböző anyagok fajsúlyának meghatározására szolgáló módszerre vezet. Ha folyadék, például alkohol forog szóban, egy üvegcséhez folyamodunk, melynek alakját a 6. ábra tünteti elő, s a melynek vékony nyakán egy jel van. Miután meghatároztuk súlyát (A) a jelen túlig megtöltjük alkohollal, olvadó jégbe mártjuk, s midőn ennek mérsékletét felvette, itatópapirossal felszivatjuk a jelen felül maradt folyadékot, és megmérjük. Legyen ez a súlya Q, midőn pedig a jelig 4°-ú vízzel van megtöltve, legyen súlya Q'. A 0°-ú alkohol fajsúlya, ha egyelőre nem tekintünk arra a csekély térfogatváltozásra, mely az üvegcsét 0° és 4° között éri, a következő:
| p = |
|
Ha ellenben szilárd test forog szóban, mindenekelőtt megmérjük annak P súlyát, ezután veszünk egy palaczkocskát (7. ábra), melynek tágas nyakába beköszörült, átfúrt és vékonyra kihúzott részén jellel ellátott dugót illeszthetünk. A szilárd testet és a jelig vízzel megtöltött palaczkocskát a mérleg egyik serpenyőjére tesszük és söréttel vagy más teherrel egyensúlyozzuk. Ezután a szilárd testet a palaczkocskába tesszük, a kiszorított vizet letörüljük, s a palaczkocskát visszatesszük a serpenyőre: ekkor még bizonyos P' súlyt kell melléje tennünk, hogy az egyensúly ismét létrejöjjön. Ez a súly a kiszorított víz súlya, mely víz nyilván épen akkora térfogatú, mint a szilárd test. Ha P-t eloszttjuk P'-vel, megkapjuk a fajsúlyt.
6. ábra. Piknométer. |
7. ábra. Piknométer. |
Ha vízben oldható testtel van dolgunk, ugyanezeket a műveleteket hajtjuk végre, de olyan folyadékot használunk, melyben nem olvad fel s a melynek p''fajsúlyát ismerjük. Ha apalaczkocskából kiszorított folyadék súlya P'', úgy P'' = Vp'', és (1) képlet figyelembe vételével:
|
= |
|
vagy szintén p = |
|
p'' (2) |
Ha pedig likacsos szilárd testtel van dolgunk, ezt átjárhatatlan lakknak olyan vékony rétegével kell bevonni, hogy a testnek sem súlyát, sem térfogatát észrevehetőleg ne módosítsa.
Eme módszerekkel és még másokkal, melyeket később le fogunk írni, és mindazon óvatosságokkal élve, melyekkel lesz még alkalmunk megismerkedni, s a melyeket egyelőre csak egyszerűség kedveért hagytunk említetlenűl, meghatározták 0°-on a következő testek fajsúlyát:
| Platina (a szerint, a mint öntött, nyújtott, stb.) | 20,86 – 23,00 |
| Arany | 19,26 – 19,36 |
| Ólom | 11,35 |
| Ezüst | 10,47 – 10,59 |
| Bizmút | 9,82 |
| Réz | 8,79 – 8,88 |
| Sárgaréz (czink-réz-öntvény) | 8,24 – 8,39 |
| Vas | 7,21 – 7,79 |
| Ón | 7,29 |
| Czink | 6,86 – 7,17 |
| Antimón | 6,72 |
| Gyémánt | 3,50 – 3,53 |
| Flint (súlyos ólomüveg) | 3,20 – 3,78 |
| Aluminium | 2,56 – 2,67 |
| Elefántcsont | 1,92 |
| Olvadó jég | 0,92 |
| Tölgyfa (a szerint, a mint száraz v. nedves) | 0,86 – 1,17 |
| Fenyőfa | 0,66 – 0,93 |
| Parafa | 0,24 |
| Higany | 13,596 |
| Kénsav | 1,841 |
| Chloroform | 1,527 |
| Salétromsav | 1,217 – 1,520 |
| Szénszulfid | 1,263 |
| Sósav | 1,210 – 1,240 |
| Tengervíz | 1,026 |
| 0°-ú lepárolt víz | 0,99987 |
| Bogyó-olaj | 0,815 – 0,915 |
| Abszolut alkohol | 0,793 – 0,815 |
| Éter | 0,715 – 0,723 |
14
. A közbeszédben tüneménynek nevezünk valamely szokatlan, rendkívüli dolgot; a tudomány nyelvén tüneményen bárminő változást értünk, mely a testek tulajdonságában vagy köl-csönös vonatkozásában végbemegy. Valamely csepp esése épen úgy tünemény-számba megy, mint az árvíz.
Hogy valamely tünemény létrejöhessen, kell hogy valamely mennyiség nagyság szerint változzék, mint például a leeső csepp esetében a csepp magassága idő folytán változik. Valamely tüneményt tanulmányozni annyi, mint figyelmesen megvizsgálni, miként jönnek létre az őt meghatározó mennyiségek változásai; és ha végre sikerül megállapítanunk valamelyes állandó kapcsolatot eme változó mennyiségek között, úgy törvényt állapítottunk meg. Az imént említett példában, miként látni fogjuk, a törvény az, hogy az eső csepptől befutott útak arányosak azon idők négyzeteivel, melyek alatt emez útak leirattak.
Valamely tüneményt megmagyarázni annyit tesz, mint meghatározni a törvényt, a mely szerint egy másik egyszerűbb vagy megszokottabb tüneménytől függ. Így tüneményről tüneményre haladva azon vagyunk, hogy valamelyes egyedüli okra találjunk, melytől valamennyi tünemény függ.
Többször megesik, hogy nem sikerül biztosan megjelölni valamely adott tüneménycsoport okát, s ekkor egy ilyen okot úgy tételezünk fel, vagy a mint mondani szokás, hipotézist állítunk fel, melyből mindezek a tanulmányozott tünemények leszármaztathatók. Ugyanezen hipotézisből okoskodás útján leszármaztatunk más, még nem figyelt következményeket, s kisérlettel kipuhatoljuk, vajjon megfelelnek-e a valóságnak. Igenlő esetben a felállított hipotézisnek nagyobb a valószínűsége, ellenkező esetben el kell vetni, módosítani kell rajta, vagy pedig más hipotézissel kell helyettesíteni, mely a már ismert tüneményeken kívül megmagyarázza ezt az új tüneményt is, melyről látjuk, hogy az előbbeni hipotézissel ellenmondásban van.
Ez az az út, melyen a tudományos kutatások járnak, s a következőkben alkalmunk nyílik, hogy erre vonatkozólag kellő számú példával szolgáljunk.