确定长度和时间计量单位后,伊凡将需要测量宇宙常量的数值一一罗列在莎草纸上:声音在大气中传播的速度,液体的压强,大气压强,重力加速度,万有引力常数,光速,大气的主要成分,玻尔兹曼常数,普朗克常数,真空磁导率,细致结构常数,阿伏伽德罗常数……
这些数值中,部分可以利用现有条件设计实验获得数据,还有一些,如玻尔兹曼常数、普朗克常数等,在现有条件下,设计实验测量难度较大,只能通过其他实验推算。
首先是声音在大气中传播的速度,这个实验相对简单。
王都自北向南依山而建,整体南高北低,但东西走向的城墙高度大致一致。
伊凡计划在王都北侧城墙上,选取两个能互相望见的位置,两个位置相距 2000刃,也就是 1500米左右,允许有一定误差。
他准备使用号角,在一边等待另一边挥动旗帜后,立刻用魔法自走钟开始计时。
考虑到声音传播速度受温度、湿度、风速、大气压强等自然环境影响,伊凡打算选一个晴天,每隔 1小时测量一次,取一整天测量数值的平均值,来计算辉月大陆声音在大气中的传播速度。
接着是常见液体压强和大气压强的测量。
这两个实验需要 1米左右长度的透明玻璃管,且对玻璃管质地均匀有一定要求,可目前魔法塔中没有满足要求的玻璃管。
所以,伊凡打算等玻璃工坊完成技术整改,做出制作放大镜和望远镜的镜片后,再下达新的订单来制作玻璃管,因此,这两个实验只能暂时放在一边。
然后是重力加速度的测量。
这个实验也不难,先用现成的长度尺测量魔法塔塔顶到塔底地面的高度,记为 h。
接着在魔法塔顶部边缘,将石块由静止释放,同时启动魔法自走钟开始计时。
当石块落地时,停止计时,记录石块下落的时间为 t。最后根据自由落体公式 h = 1/2gt2,代入 h和 t的值,就能大致算出重力加速度 g。
再之后是万有引力常数的测量。
这需要通过高倍率的天文望远镜,对辉月大陆所在行星的运动进行长期观测。
期间需要记录行星在不同时间的位置、轨道形状等信息,确定行星的轨道半长轴和公转周期。
然后,将辉月大陆的重力加速度与蓝星的重力加速度作对比,依靠蓝星的总体质量,大致估算辉月大陆所在行星的质量,最后推算出大致的万有引力常数。
不过,高倍天文望远镜的制造,还得等玻璃工坊的技改完成,所以这个实验也只能暂时搁置。
接下来是光速的测量。
伊凡打算用旋转齿轮法来大致估算。
他计划制作一个简单的旋转齿轮装置,让一束光通过齿轮的齿缝,在一定距离外放置一面镜子,使光反射回来再次通过齿轮。
当齿轮以一定速度旋转时,如果光往返的时间恰好等于齿轮转过一个齿缝的时间,那么反射回来的光就会被齿轮的齿挡住,无法被观测到。
通过调整齿轮的转速,测量齿轮的参数、光传播的距离等,就能计算出光往返的时间,进而估算出光速。
但这个实验对齿轮要求很高,齿轮的各齿形状要规则,尺寸要均匀,且齿轮和轴的安装要精确。伊凡需要先把简易版的齿轮加工机制造出来,然后再制作出合适的齿轮。
此外,齿轮要能在较大转速范围内稳定旋转,伊凡还得改装实验室内使用魔力驱动的旋转轴。
这根旋转轴是他父亲设计制造高阶钢铁自律傀儡时留下的副产品,转速并不均匀和稳定,所以伊凡还得向哈里森申请实验室的使用和改装权。
最后是测算大气的主要成分,这需要进行几组不同的实验来推算。
首先是燃烧实验:利用简单的燃烧现象,间接感知氧气的存在。在容器中事先放一些水,点燃蜡烛,等蜡烛燃烧结束后,容器内水面会上升一定高度,以此粗略估算支持燃烧的氧气在大气中的大致比例。
接下来是二氧化碳的测算,伊凡打算用石灰水吸收法。
伊凡需要准备一个较大的密封金属罐,在罐中放置一定量的澄清石灰水(石灰在王国很常见,王国南方山脉众多,有大量石灰石出产,经过简单煅烧,泥瓦匠常用石灰和水混合成石灰浆,作为建筑材料的粘合剂)。
然后将容器开口暴露在空气中一段时间后密封。
因为二氧化碳能与石灰水(氢氧化钙)反应生成碳酸钙沉淀,经过足够长的时间,二氧化碳会充分与石灰水反应。之后过滤出沉淀,干燥后称重。
再根据化学反应方程式:CO?+ Ca (OH)?= CaCO?+ H?O,计算出参与反应的二氧化碳的质量。最后计算容器内气体的体积和二氧化碳的质量,根据理想气体状态方程 PV = nRT,大致估算出二氧化碳在大气中的含量。
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