中国人最早应用小数
小数中间的圆点“。”叫做小数点。在小数左边的是整数部分,在小数右边的是小数部分,小数点点在个位的右下角。小数点实际上是小数中的整数部分与小数部分分界的标志。例如,在25.49这个小数里,25是整数部分,小数点后边的“49”是小数部分。又如:0.3这个小数,0是整数部分,小数点右边的“3”是小数部分。
世界上最早应用十进制小数的是中国。早在公元263年时,我国古代大数学家刘徽在他注释的《九章算术》一书中,把开方开不尽时说成“微数”,就指的是小数。这比第一个系统地使用十进制分数的伊朗数学家阿尔·卡西要早1200年,比荷兰数学家斯蒂文所著、1585年在莱顿出版的《论十进》早1300年以上。在《论十进》这本书里,欧洲人才第一次明确地阐述了小数理论。其小数写法是,用没有数字的圆圈把整数部分与小数部分隔开。小数部分每个数后面画上一个圆圈,记上表明小数位数的数字。
14世纪,中国元代的刘瑾,在《律吕成书》中,提出了世界最早的小数表示法,它把小数部分降低一格来写。
15世纪上半叶,伊朗的阿尔·卡西采用垂直线把小数中的整数部分和小数部分分开,在整数部分上面写上“整的”。同时他把整数部分用黑墨水书写,而小数部分则写成红色的。这样小数就成了半边黑半边红的数了。
谈到小数点的使用,那还是在1593年,有一位德国数学家叫克拉维斯,他首先使用小黑点作为整数部分与小数部分分界的符号。1608年他发表的《代数学》中,将小数点公诸于世。从此,小数的现代记法被确定下来。
总之,世界上认识并应用小数最早的是中国人。从上述小数发展史,我们可以看到中国早在两千多年前的春秋战国时代,创造的十进制计数法和整数、小数、分数的四则运算法则是非常先进的。在数值计算的发展和应用方面,古代中国在世界上是遥遥领先的,这是我们中华民族的骄傲。
曹冲称象与计量的进步
在现实生活中,计量是人们常用到的数学概念。计量在生活中不仅发挥着重要的作用,而且应用也十分广泛。但是,计量作为数学的重要组成部分,在实际运用过程中,并不像人们想象的那么简单,有时候,人们也会因为计量不准确而造成很大的影响及损失。所以,无论如何你也要学好数学。只有这样,你才能在计量的过程中少吃亏。
曹冲称象与替代衡量法
大家都知道曹冲称象的故事吧。那么曹冲小小年纪为什么就能解决称量大象的难题呢?这是因为曹冲年龄虽小(当时年仅十二三岁),但已参与接触了不少社会实践。当时正值战争时期,出身军事世家的曹冲在孩提时就常在军中戏耍,对作为重要军事运输工具的舰船非常熟悉,也经常看到船工通过观察吃水线估算粮草、军需品载重量的情形。加之曹冲天资聪慧,平时就善于观察、勤于思考,因此他联想到了以船做秤,巧妙地称出了大象的重量。
曹冲称象的方法是符合科学道理的,以现在的衡量理论去分析,可以发现,这种巧妙的称象方法正是计量学中的“替代衡量法”。
什么是替代衡量法
所谓替代衡量法,就是以已知重量的物体,在衡器上去替代未知重量的被称物,使衡器达到相同的平衡位置,被称物体的重量就等于砝码的重量。
在曹冲称象中,被称物体是大象,已知重量的物体就是往船上装载的已称出其重量的物体,比如用石块。此物体的重量相当于砝码的重量,当两者使“衡器”(船)达到相同的平衡位置(相同的吃水线位置)时,大象的重量就等于船上所装载的物体的重量。
可惜的是,长期处于封建社会的中国,对科学进步没有十分迫切的要求,因而“称象方法”没能进一步发展成为一种科学衡量方法体系。然而这则故事证明了在距今一千七八百年前,我国已能解决称量三四吨大重量的计量科技问题。这一项重大的创造发明,彰显我国古人在计量史上的聪明才智。
沿用至今的替代衡量法
18世纪中叶,法国学者波尔达将这一衡量法正式提出,因此又叫波尔达法。不过这是在曹冲称象大约1500年之后了。
替代衡量法的称量原理虽简单,但它的称量准确度却很高,直到现在,它仍被世界各国广泛用于砝码的量值传递或溯源,包括从公斤原器直至各等级的标准砝码的比对和检定。它是目前使用的最为主要的一种精密衡量法。
时间单位的由来
苏美尔的僧侣们出于商业和宗教的目的,发明了早期的数学计时法。他们的计数采用60进位制,一分钟等于60秒,一小时等于60分钟。而一天24小时也同样来自于苏美尔人的历法,甚至包括360度的圆周。因此这个世界最古老的文明所留下的遗迹到现在我们还随处可见。
“秒”的来历
时间的基本计量单位规定为秒,这个标准是在黄裳弟子的主持下测定的。他在南京紫金山建立了天文观测台,以太阳连续两次通过紫金山天文台的经线为一天,称之为一个太阳日,以一太阳日的86400分之一为一秒;但后来在长期的连续观测中发现,一年中太阳日的长短并不一样,最长的是12月23日,最短的是9月16日,长短相差51秒;于是提出平太阳日的概念,假想有一个均匀速度的天体在黄道上运动,这个假想的天体被称为“平太阳”,把这个平太阳连续两次通过同一子午线的时间称之为平太阳日,把平太阳日的86400分之一作为一秒,就比原来精确多了。规定1分钟等于60秒,1小时等于60分钟,1天等于24小时,1时辰等于2小时。
中国科学院紫金山天文台,是我国最著名的天文台之一,建成于1934年9月,位于南京市东南郊风景优美的紫金山上。紫金山天文台是我国自己建立的第一个现代天文学研究机构,前身是成立于1928年2月的国立中央研究院天文研究所,至今已有80年的历史。中国现代天文学的许多分支学科和天文台站大多从这里诞生、组建和拓展。由于它在中国天文事业建立与发展中作出的特殊贡献,被誉为“中国现代天文学的摇篮”。
千克的来历
远古以来,各个国家采用过不少名称各异的质量单位,比如英、美两国曾采用过的磅、英制的盎司、俄制普特和不少国家采用的公斤以及我国曾采用过的市斤、两、钱等。现在世界各国普遍采用国际单位制,在国际单位制中质量的单位是千克,符号是kg。
国际单位制的确定
1960年,第十一届国际计量大会通过的国际单位制,其国际代号为SI,我国简称其为国际制,将质量确定为七个基本物理量之一:其名称为“质量”(mass),简写为M或m;其单位名称为“千克”,国际单位代号为“kg”;并作文字定义:千克等于国际千克原器的质量。
什么是国际千克原器
国际千克原器是世界上目前所存的定义最早、保存最严密的七个基本量中唯一的实物标准。这个实物标准件的由来是这样的:1971年,法国为了改变国内计量制度的混乱情况,在规定通过巴黎的地球子午线的四千万分之一为1米的同时,在米的基础上规定了质量的单位,即规定1分米3的纯水在4℃时的质量为1千克(水在4℃时密度最大),并且用铂制作了标准千克原器,保存在法国档案局,因而称这个标准千克器为“档案千克”。
沿用至今的单位
1872年科学家们通过国际会议,决定以法国的档案千克为标准,用铂铱合金制作标准千克的复制器中,选了一个质量与“档案千克”最接近的作为国际千克原器,保存在巴黎国际计量局。
计量单位“米”的来历
在没有发明“米”的时候,人们是用一些简单的工具来测量长度的。比如带一根绳子在身上,需要的时候就用它来比较长短,古埃及人就使用绳子丈量土地。有的人想,可以用身体的一部分来做测量工具,如手臂、脚。
用脚作为长度单位
有的人用脚的长度作为长度的单位,一只脚的长度称为米。在中国古代丈量土地的时候,也经常用步数来计算。步测是测量两地之间距离的一种方法。用步作“尺”,虽然很方便,但也有缺陷,那就是每个人迈出的步都不一样长,他们的“尺”也就不一样了,不同的人用步测量同样的长度,会得到各种各样的结果,我们就不能确定到底是多长。说明用“脚尺”来测量也存在同样的问题。
尺子的诞生
对于这个问题英国政府是怎样解决的呢?英国政府以女工的脚作为标准,把它的长度定为一“尺”,再按这个标准单位制作一定长度的木条或者金属条,作为大家通用的度量工具。所以,直到今天英语中的“尺”还是“脚”的意思。这就是英国人最早用的尺子。
尺子诞生后,各个国家采用的是不同的标准。随着各国之间贸易的日益频繁,长度标准不统一给贸易往来带来许多不便,这该怎么办呢?
在革命中诞生的“米”
我们都知道“米”是世界上用得最广泛的长度单位。但很少有人知道它的出现与法国大革命、与地球周长有着密切关系。
随着科学技术的发展,人们还发明了很多先进的尺。有的“尺”可以测量很短的距离,如头发丝的直径、一张纸的厚度;也有的“尺”可以测量很长很长的距离,如地球和太阳之间的距离。
1791年,具有革命思想的著名科学家拉格朗日,当选为法国度量衡委员会主席。该委员会采用了两位科学家的测量结果,用铂铱合金制成一根横截面为H型的标准米尺,作为原器存档。委员会还决定,法国从1812年颁布施行“米制”,并于1837年在全国强制推行,这就使得米制率先在法国扎根。1875年,也就是米制诞生后80年,国际度量衡委员会在巴黎开会。法、德、美、俄等17国政府代表共同签署了《米制公约》,同意成立国际度量衡局,并公认米制是在法国大革命中诞生的一项最伟大的科学成就,是计量科学史上的一个里程碑。
跋涉7年测量子午线长度
有了米,就该考虑如何测量地球子午线的长度了。尽管大家都知道这是一项艰苦卓绝的长途跋涉,而且绝不允许半点马虎,但天文学家约瑟夫·德朗布尔和安德烈·梅尚两个人依然坚定不移地接受了这一任务。他们约定从巴黎出发,背向而行,共同完成从敦刻尔克到巴黎,再到巴塞罗那这一段地球子午线的测量工作。
博学多才的德朗布尔从巴黎向北走;细致认真的梅尚从巴黎往南走。一旦两人到达各自目的地——敦刻尔克和巴塞罗那,就开始测量彼此间距离。最后根据测量数据进行计算,以得出子午线的长度。
两位科学家冒着各种危险,经过7年的跋涉,终于在法国南部要塞卡尔卡松会合。他们带着勘测资料返回巴黎时,拿破仑·波拿巴已成为法兰西新统治者,政局也恢复平静。巴黎群众像迎接英雄一样欢迎他们。崇尚科学的拿破仑也给予他们极高评价:“胜利如过眼烟云,但是这项成就会永存于世。”巴黎国际科学委员会还用纯铂制成一根1米长的金属棒来纪念两位科学家的探险活动。
人的身体自带“尺子”
其实,我们每个人身上都携带着几把尺子。假如你“一拃”的长度为8厘米,量一下你课桌的长为7拃,则可知课桌长为56厘米。如果你每步长65厘米,你上学时,数一数你走了多少步,就能算出从你家到学校有多远。
身高也是一把尺子。如果你的身高是150厘米,那么你抱住一棵大树,两手正好合拢,这棵树一周的长度大约是150厘米。因为每个人两臂平伸,两手指尖之间的长度和身高大约是一样的。要是你想量树的高,影子也可以帮助你的。你只要量一量树的影子和自己的影子长度就可以了。因为树的高度=树影长×身高÷人影长。这是为什么?等你学会比例以后就明白了。
如果你出去游玩,要想知道前面的山距你有多远,可以让你的“声音”帮你量一量。声音每秒能走331米,那么你对着前面的山喊一声,再看几秒可听到回声,用331乘听到回声的时间,再除以2就能算出来了。
学会用自己身上这几把尺子,对你计算一些问题是很有好处的。同时,在你的日常生活中,它的用处可是很大的哦。