Gravitācijas paātrinājums
Galileo vērsa uzmanību uz to, ka jebkurš krītošs ķermenis sākumā lido lēni, bet pēc tam arvien ātrāk – tā kustība paātrinās. Zinātnieks vēlējies precīzi izmērīt, cik paātrina kritiens, tas ir, par cik katru sekundi palielinās krītoša objekta ātrums. Bet kā veikt šādus mērījumus? Bumbu mešana no augsta torņa ir bezjēdzīga: tās krīt pārāk ātri, un Galileo nebija ko mērīt īsos laika periodos - toreiz hronometri neeksistēja.
Zinātnieks nolēma palēnināt kritienu, lai tas kļūtu pieejams mērījumiem ar viņa niecīgajiem līdzekļiem. Ļaujiet, Galileo nolēma, ļaujiet bumbiņai ripot pa slīpu rievu. Ja slīpums ir mazs, bumba ripos tik lēni, ka var vērot tās ātruma izmaiņas.
Galileo paņēma trīs pirkstus biezu un divpadsmit olekti garu dēli (pēc mūsu standartiem tas ir aptuveni septiņi metri), novietoja to uz malas un izgrieza rievu gar visu dēli. Viņš pārklāja rievu ar gludāko pergamentu un rūpīgi nogludināja un nopulēja pergamentu, lai mazā bronzas bumbiņa netraucēti ripo gar rievu.
Tomēr viņam joprojām bija vajadzīgs pulkstenis mērījumiem. Toreiz bija pulksteņa līdzība, bet ar ļoti nepilnīgu mehānismu. Galileja laikabiedrs, astronoms Tiho Brahe nopirka savai observatorijai mehānisku pulksteni, taču gandrīz nekad to neizmantoja. Viņi bija ārkārtīgi kaprīzi un neuzticami.
Īsāk sakot, Galileo nebija pulksteņa. Šāds šķērslis, protams, nevarēja viņu apturēt. Galileo izgatavoja paštaisītu ūdens pulksteni.
Viņš paņēma spaini, izurba tā dibenā caurumu un nolika zem tā glāzi. Galileo ielēja ūdeni spainī un aizbāza caurumu.
Eksperimentu laikā zinātnieks ar vienu roku palaida lodi gar tekni, bet ar otru kontrolēja pulksteni: viņš atlaida bumbu un atvēra caurumu, un, tiklīdz bumba aizripoja līdz paredzētajai līnijai, viņš aizbāž. caurumu un izņemiet glāzi ar ūdeni, kas tajā bija ieplūdis.
Galileo nosvēra glāzi un noteica laika intervālus pēc tajā savāktā ūdens daudzuma. Viņš jokojot teica:
Manas sekundes ir slapjas, bet vismaz varu tās nosvērt.
Protams, ar šo laika mērīšanas metodi kļūdīties bija ļoti viegli. Lai samazinātu iespējamās kļūdas apmēru, Galileo atkārtoja katru eksperimentu vairākas reizes, cenšoties apmācīt sevi pēc iespējas ātrāk atvērt un aizvērt caurumu ūdens spainī. Zinātnieks ieguva lielas prasmes šajā grūtajā uzdevumā.
Vispirms Galileo palaida lodi no slīpas teknes augšējā gala tā, lai tā ripotu visā garumā. Šajā gadījumā pilna glāze tika piepildīta ar ūdeni. Tad Galilejs iezīmēja rievu visā tās garumā četrās vienādās daļās un sāka atzīmēt laiku, kurā bumba nobrauca tikai ceturtdaļu no visa ceļa. Šajā gadījumā tika savākta tikai puse glāzes ūdens - tieši uz pusi vairāk nekā pirmajā gadījumā.
Tad zinātnieks izripināja bumbu no notekas vidus, tas ir, ļāva tai noskriet pusi ceļa un atkal nosvēra ienākošo ūdeni.
Galileo veica vairākus simtus šādu eksperimentu un pārliecinājās, ka bumbiņas krišana pa slīpu tekni nav tikai paātrināta kustība, bet arī vienmērīgi paātrināta.
Bumbiņas krišanas ātrums pieaug vienmērīgi – tā pienāk katru sekundi, tā teikt, vienādās daļās. Priekšmetu brīvā krišana notiek saskaņā ar to pašu likumu.
Taču pats Galileo nekad nav spējis precīzi izmērīt, cik daudz palielinās krītošo objektu ātrums – viņš pieļāva kļūdu, kas samazināja paātrinājuma vērtību tieši uz pusi. Šo Galileo kļūdu laboja citi zinātnieki. Tagad noskaidrots, ka brīvi krītošs ķermenis vienas sekundes laikā savu kustību paātrina par 9,81 metru sekundē.
Vērtību 9,81 metrs sekundē sauc par gravitācijas paātrinājumu gravitācijas ietekmē.
| <<< Назад
|
Uz priekšu >>> |
Bet mājās savā birojā, kas kļuva par pirmo fizisko laboratoriju uz mūsu planētas, Galileo spēja palēnināt savu kritienu. Tā kļuva pieejama gan acij, gan rūpīgai, nesteidzīgai studijai.
Šim nolūkam Galileo uzbūvēja garu (divpadsmit olektis) slīpu tranšeju. Iekšpuse bija apvilkta ar gludu ādu. Un viņš nolaida no tās pulētas dzelzs, bronzas un kaula lodītes.
Piemēram, es to izdarīju.
Bumbiņai tika piestiprināts pavediens, kas atradās rievā. Viņš uzmeta to pāri blokam un piekāra tā otrā galā atsvaru, kuru varēja nolaist vai pacelt vertikāli. Atsvars tika vilkts uz leju ar savu svaru un uz augšu, caur vītni, ar lodi no slīpas teknes. Rezultātā bumbiņa un svars kustējās tā, kā eksperimentētājs vēlējās – uz augšu vai uz leju, ātri vai lēni, atkarībā no teknes slīpuma, lodītes svara un atsvara svara. Tādējādi bumba un svars gravitācijas ietekmē varētu pārvietoties. Un šis bija rudens. Tiesa, ne brīva, mākslīgi bremzēta.
Pirmkārt, Galileo atrada likumu šīs sistēmas līdzsvara stāvoklim: svara svaram, kas reizināts ar slīpās teknes paceltā gala augstumu, jābūt vienādam ar lodītes svaru, kas reizināts ar teknes garumu. Tā parādījās sistēmas līdzsvara nosacījums - Galilejas slīpās plaknes likums.
Par kritienu un tā noslēpumiem vēl nekas nav teikts.
Nekustīgumu nav grūti izpētīt: tā laika gaitā ir nemainīga. Paiet sekundes, minūtes, stundas – nekas nemainās.
Svari un lineāli – tas ir viss, kas nepieciešams mērījumiem*.
* (Tāpēc no seniem laikiem sāka attīstīties statika, fizikas nozare, kas nodarbojas ar visa veida nekustīgumu: līdzsvarotiem svariem, blokiem, svirām. Visas šīs lietas ir vajadzīgas, to izpratne ir svarīga un noderīga, ne velti slavenais grieķis Arhimēds tām veltīja daudz laika. Pat nekustīgā stāvoklī viņš pamanīja daudz, kas bija nepieciešams “iespējamo mašīnu” izgudrotājiem.)
Tad Galileo sāka pētīt bumbiņu kustību. Šī diena bija fizikas dzimšanas diena (diemžēl tās kalendārais datums nav zināms). Jo tieši toreiz laikā mainīgs process tika pakļauts pirmajam laboratorijas pētījumam. Tika izmantoti ne tikai lineāli, bet arī pulksteņi. Galileo iemācījās izmērīt notikumu ilgumu, tas ir, veikt galveno darbību, kas raksturīga jebkuram fiziskam eksperimentam.
Leģenda par Galileja laboratorijas pulksteni ir pamācoša. Toreiz veikalā hronometru nopirkt nebija iespējams. Pat staigulīši vēl nav izgudroti. Galileo izkļuva no situācijas ļoti īpašā veidā. Viņš skaitīja laiku ar pulsa sitieniem, pēc tam, kā apliecina ilggadējie biogrāfi, no negaidītām detaļām — spainīša, svariem un kristāla stikla — izveidoja labu laboratorijas pulksteni. Viņš spaiņa apakšā izveidoja caurumu, pa kuru plūda vienmērīga ūdens strūkla. No saules viņš atzīmēja, cik unces ūdens iztecēja stundā, un pēc tam aprēķināja ūdens svaru, kas izplūst minūtē un sekundē.
Un lūk, pieredze. Zinātnieks nolaiž bumbiņu notekcaurulē un nekavējoties noliek glāzi zem straumes. Kad bumba sasniedz iepriekš noteiktu punktu, viņš ātri pārvieto glāzi prom. Jo ilgāk bumbiņa ripoja, jo vairāk ūdens ieplūda. Atliek tikai uzlikt uz svariem – un laiks tiek izmērīts. Kāpēc ne hronometrs?
"Manas sekundes ir slapjas," sacīja Galilejs, "bet tās var nosvērt."
Ievērojot elementāru stingrību, tomēr ir vērts atzīmēt, ka šie pulksteņi nav tik vienkārši, kā varētu šķist. Maz ticams, ka Galileo ņēma vērā ūdens strūklas spiediena (un līdz ar to arī ātruma) samazināšanos, samazinoties ūdens līmenim spainī. To var neievērot tikai tad, ja spainis ir ļoti plats un straume ir šaura. Varbūt tā arī bija.
13/05/2002
Svārsta pulksteņu evolūcija ilga vairāk nekā trīs simtus gadu. Tūkstošiem izgudrojumu ceļā uz pilnību. Taču vēsturiskajā atmiņā uz ilgu laiku paliks tikai tie, kas šajā lielajā eposā ielikuši pirmo un pēdējo punktu.
Svārsta pulksteņu evolūcija ilga vairāk nekā trīs simtus gadu. Tūkstošiem izgudrojumu ceļā uz pilnību. Taču vēsturiskajā atmiņā uz ilgu laiku paliks tikai tie, kuri atzīmēja pirmo un pēdējo punktu šajā lielajā eposā.
TV pulkstenis
Pirms jebkādiem ziņu raidījumiem televīzijā mēs redzam pulksteni, kura sekunžu rādītājs ļoti cienīgi skaita pēdējos mirkļus pirms raidījuma sākuma. Šī ciparnīca ir redzamā aisberga daļa, ko sauc par AChF-3, Fedčenko astronomisko pulksteni. Ne uz katras ierīces ir tās dizainera vārds, un ne par visiem izgudrojumiem ir ziņots enciklopēdijās.
Ar šo godu tika piešķirts Feodosija Mihailoviča Fedčenko pulkstenis. Jebkurā citā valstī katrs skolēns zinātu par šāda līmeņa izgudrotāju. Un šeit pirms 11 gadiem klusi un pieticīgi aizgāja mūžībā izcils dizainers un neviens viņu pat neatceras. Kāpēc? Iespējams, savulaik bijis spītīgs, neprata glaimot un liekuļot, kas zinātnes ierēdņiem tik ļoti nepatika.
Negadījums palīdzēja Fedčenko izgudrot slaveno pulksteni. Viens no tiem noslēpumainajiem negadījumiem, kas tik ļoti rotā zinātnes vēsturi.
Pirmos divus punktus svārsta pulksteņu vēsturē uzstādīja divi izcili zinātnieki - Galileo Galilejs un Kristians Huigenss, kuri neatkarīgi radīja pulksteņus ar svārstu, un svārsta svārstību likumu atklāšana Galileo nonāca arī nejauši. Kādam uzkritīs ķieģelis uz galvas un nekas nenotiks, pat ne smadzeņu satricinājums, savukārt citam pietiek ar vienkāršu ābolu, lai pamodinātu zemapziņā snaudošu domu un atklātu universālās gravitācijas likumu. Lielas nelaimes, kā likums, notiek ar lielām personībām.
1583. gadā Pizas katedrālē zinātkārs jauneklis, vārdā Galileo Galilejs, ne tik daudz klausījās sprediķi, cik apbrīnoja lustru kustību. Lampu novērojumi viņam šķita interesanti un, atgriežoties mājās, deviņpadsmitgadīgais Galilejs uztaisīja eksperimentālu instalāciju, lai pētītu svārsta svārstības – svina lodītes, kas uzstādītas uz plāniem pavedieniem. Viņa paša pulss viņam kalpoja kā labs hronometrs.
Tā eksperimentāli Galileo Galilejs atklāja svārsta svārstību likumus, kas mūsdienās tiek pētīti katrā skolā. Taču Galilejs tajā laikā bija pārāk jauns, lai domātu par sava izgudrojuma izmantošanu praksē. Apkārt ir tik daudz interesantu lietu, mums jāsteidzas. Un tikai mūža nogalē vecs, slims un akls vecis atcerējās savus jaunības pieredzi. Un viņam atausa – piestiprini svārstam svārstību skaitītāju – un tu iegūsi precīzu pulksteni! Bet Galileja spēks vairs nebija tāds pats, zinātnieks spēja tikai uzzīmēt pulksteni, bet viņa dēls Vincenco pabeidza darbu, kurš drīz nomira, un Galileo svārsta pulksteņu izveide nesaņēma plašu publicitāti.
Pēc tam Kristianam Huigensam visu mūžu bija jāpierāda, ka pirmā svārsta pulksteņa radīšanas gods pieder viņam. Šajā gadījumā 1673. gadā viņš rakstīja:
"Daži apgalvo, ka Galileo mēģināja izveidot šo izgudrojumu, bet nepabeidza šo darbu, drīzāk mazina Galileo slavu nekā manējo, jo izrādās, ka es paveicu to pašu uzdevumu ar lielākiem panākumiem nekā viņš."
Nav tik svarīgi, kurš no šiem diviem izcilajiem zinātniekiem ir “pirmais”, veidojot pulksteņus ar svārstu. Daudz nozīmīgāk ir tas, ka Kristians Huigenss ne tikai izgatavoja cita veida pulksteņus, bet arī radīja hronometrijas zinātni. Kopš tā laika pulksteņu konstrukcijā ir atjaunota kārtība. “Zirgs” (prakse) vairs neskrēja pa priekšu “lokomotīvei” (teorija). Huygens idejas īstenoja Parīzes pulksteņmeistars Isaac Thuret. Tā dienas gaismu ieraudzīja Huigensa izgudrotie pulksteņi ar dažāda dizaina svārstiem.
Fizikas skolotāja “karjeras” sākums
1911. gadā dzimusī Feodosija Mihailoviča Fedčenko neko nezināja par aizraušanos ar svārstu pirms trīssimt gadiem. Un viņš vispār nedomāja par pulksteņiem. Viņa “karjera” sākās nabadzīgā lauku skolā. Vienkāršs fizikas skolotājs bija spiests kļūt par piespiedu izgudrotāju. Kā gan citādi bez atbilstoša aprīkojuma jūs zinātkārajiem bērniem izskaidrot dabas pamatlikumus?
Talantīgais skolotājs uzbūvēja sarežģītas demonstrācijas instalācijas, un, iespējams, skolēni viņa stundas nekavēja. Karš mainīja jaunā izgudrotāja likteni, kļuva par izcilu tanku instrumentu mehāniķi. Un šeit bija pirmais likteņa zvans - pēc kara beigām Feodosijam Mihailovičam tika piedāvāts darbs Harkovas Mērinstrumentu institūtā, laboratorijā, kur starp zinātniskajām tēmām tika pierakstīts: “Izmeklēšana iespēja palielināt pulksteņa precizitāti ar “īsā” tipa brīvo svārstu.
Viņa atsauces grāmata bija Christian Huygens "Traktāts par stundām". Tā F. M. Fedčenko iepazinās ar saviem slavenajiem priekštečiem Kristianu Haigensu un Vilhelmu X. Īss neklātienē.
Priekšpēdējo punktu svārsta pulksteņu vēsturē uzstādīja angļu zinātnieks Vilhelms H. Šorts. Tiesa, ilgu laiku tika uzskatīts, ka nav iespējams izveidot pulksteni ar svārstu, kas būtu precīzāks par Šortsa pulksteni. 20. gadsimta 20. gados tika nolemts, ka svārsta laika ierīču evolūcija ir pabeigta. Katra observatorija netika uzskatīta par pietiekami aprīkotu, ja tajā nebija Šortsa astronomiskā pulksteņa, bet par tiem bija jāmaksā zeltā.
Vienu Šorta pulksteņa eksemplāru iegādājās Pulkovas observatorija. Angļu kompānija, kas uzstādīja laika skaitītāju, aizliedza tai pat pieskarties, pretējā gadījumā tā atteicās no visas atbildības par viltīgā mehānisma uzstādīšanu. 30. gados Ļeņingradas Galvenajai svaru un mēru kamerai tika uzdots atklāt Šortsa pulksteņa noslēpumu un patstāvīgi sākt līdzīgu ierīču ražošanu. Talantīgā metroloģe I. I. Kvanberga ilgi skatījās uz pulksteņa mehānismu caur cilindra hermētisko stiklu un mēģināja bez zīmējumiem izgatavot kopiju. Kopija bija pietiekami laba, bet ne ideāla. Caur stiklu nebija iespējams saskatīt visus angļu valodas smalkumus. Taču pirms kara Etalon rūpnīca ražoja vairākas Kvanberg pulksteņu kopijas.
Tieši šo “vienkāršo” tēmu – izgatavot pulksteni precīzāk nekā Šorts – tika uzticēts jaunpienācējam F. M. Fedčenko, kurš pēc kara ieradās Harkovā. institūts
Atpakaļ pie saknēm
Harkovas amatnieks konstatēja, ka 1673. gadā Kristians Huigenss savā “Traktātā par pulksteņiem” ir teicis gandrīz visu par svārsta pulksteņu izgatavošanu. Izrādās, lai pulkstenis būtu precīzs, ir nepieciešams, lai svārsta smaguma centrs telpā aprakstītu nevis apļa loku, bet cikloīda daļu: līkni, pa kuru atrodas punkts uz malas. pa ceļu ripojošs ritenis kustas. Šajā gadījumā svārsta svārstības būs izohronas, neatkarīgi no amplitūdas. Pats Huigenss, kurš teorētiski visu pamatoja, centās sasniegt savu mērķi, izdarot tūkstošiem izgudrojumu, taču ideālam ne tuvu netuvojās.
Huigensa sekotāji, tostarp Šorts, precizitāti panāca citādāk – maksimāli izolēja svārstu no ārējām ietekmēm, precizitātes pulksteni ievietojot dziļi pagrabā, vakuumā, kur vibrācija un temperatūra mainījās minimāli.
Savukārt Fedčenko vēlējās piepildīt Huigensa sapni un izveidot izohronu svārstu. Viņi saka, ka viss ideāls ir vienkāršs. Tātad Fedčenko svārstu piekāra kopumā uz trim atsperēm - divām garajām sānos un viena īsa vidū. Šķiet, ka nekas īpašs, bet ceļā uz atklājumu notika tūkstošiem eksperimentu. Izmēģinājām atsperes biezas un plānas, garas un īsas, plakanas un ar mainīgu šķērsgriezumu. Pieci ilgi pacietīga un rūpīga darba gadi, kolēģu neticība, viņi vienkārši pārstāja viņam pievērst uzmanību, un pēkšņi laimīgs negadījums, pateicoties elementārai kļūdai balstiekārtas montāžā.
Vairākas skrūves nebija pareizi pievilktas, un balstiekārta izturējās tā, ka svārsts sāka veikt izohronas svārstības. Eksperimenti tika pārbaudīti un vēlreiz pārbaudīti, viss palika pa vecam. Trīs atsperu svārsta piekare atrisināja Haigensa problēmu – mainoties svārstību amplitūdai, periods palika nemainīgs.
Galvaspilsēta, protams, aizvilināja talantīgo izgudrotāju. 1953. gadā F.M. Fedčenko tika pārcelts uz Maskavu, uz topošā Vissavienības Fizikālo, tehnisko un radioinženiertehnisko mērījumu zinātniskās pētniecības institūta svārsta laika instrumentu laboratoriju.
Protams, Harkovai tas nepatika. Fedčenko tika dots sitiens zem jostas - viņi nedeva viņam augstas precizitātes importa darbgaldu, kas maksāja lielu naudu. Izgudrotājs uz Maskavu atveda tikai trīs pirmā eksperimentālā pulksteņa AChF-1 kopijas. Lai turpinātu darbu, šāda iekārta netika pārdota veikalos visā valstī. Grūti bija, taču pie privātīpašniekiem vajadzīgo mašīnu izdevās atrast, un Fedčenko to atrada. Bet kā maksāt? Valsts aģentūra skaidru naudu neizsniedza, īpaši tādu summu - vienpadsmit tūkstošus rubļu.
Izmisušais Fedčenko, saprotot, ka bez precīzās tehnikas ir kā bez rokām, devās īstā piedzīvojumā. Viņš tieši vērsās pie Valsts bankas vadītāja un atrada tik pārliecinošus vārdus par sava izgudrojuma nozīmi, ka inteliģents un drosmīgs cilvēks, savas jomas profesionālis, uzticējās meistaram, iedeva viņam nepieciešamo summu skaidrā naudā, pieprasot vienkārši čeku. kā dokuments. Šis ir viens no piemēriem "acīmredzamam, bet neticamam".
Vēl vairākas desmitgades tika uzlabots Fedčenko astronomiskā pulksteņa mehānisms, līdz parādījās slavenais modelis “ACHF-3”, kas atnesa slavu gan autoram, gan valstij. Augstas precizitātes pulksteņi tika demonstrēti Pasaules izstādē Monreālā un tika apbalvoti ar VDNKh medaļām; pulksteņu apraksti ir iekļauti enciklopēdijās un dažādās nopietnās publikācijās par hronometriju.
Fedčenko izgudrojuma spožums un traģēdija
F. M. Fedčenko - radīja augstas precizitātes elektroniski mehāniskos svārsta pulksteņus laikā, kad jau bija sākušas parādīties kvarca, molekulārās un atomu laika ierīces. Šīs sistēmas nevar salīdzināt. Katrs veic savus specifiskos uzdevumus un ir neaizstājams savā jomā. Bet diemžēl ne visi to saprot. Feodosijai Mihailovičai Fedčenko nekad netika atņemta zinātnieku un viņa kolēģu uzmanība. Taču ierēdņi, no kuriem nereti ir atkarīgs gan paša izgudrotāja liktenis, gan viņa izgudrojums, ne vienmēr zina, ko dara.
PSRS Valsts standartu komiteja pret slaveno dizaineri izturējās vēsi. 1973. gadā VNIIFTRI piedāvāja samaksāt izgudrotājam pienācīgu atlīdzību par vairāk nekā divdesmit piecu gadu darbu pie vietējo astronomisko pulksteņu radīšanas, kas valstij radīja milzīgu ekonomisko efektu un neatkarību no precīzu pulksteņu mehānismu importa. Gosstandarts uzskatīja par iespējamu piedāvāto atalgojumu samazināt 9 reizes, pamatojot to ar faktu, ka "AChF-3 pulksteņa precizitāte ir zemāka nekā pašreizējiem atompulksteņiem". Protams, zemāks. Bet visā valstī ir tikai atompulksteņi, tos apkalpo vesela darbinieku komanda, tas ir valsts laika un frekvences standarts, un Fedčenko pulksteņiem ir pavisam cits mērķis - tie ir laika turētāji. Līdz šim daudzi televīzijas centri, lidostas, kosmodromi un observatorijas ir aprīkoti ar Fedčenko pulksteņiem.
Vai kāds vispār iedomātos salīdzināt velosipēda un kosmosa raķetes ātrumu? Un Gosstandarts salīdzināja Fedčenko svārsta pulksteņus, kas 15 gados rada vienas sekundes kļūdu, ar atompulksteņiem, kas trīssimt tūkstošu gadu laikā kļūdās par to pašu sekundi. Jūs varat novērtēt tikai līdzīgas klases sistēmu. Piemēram, Fedčenko pulksteņi, salīdzinot ar Short pulksteņiem, ir daudz lētāki, ekonomiskāki, uzticamāki, ērtāk lietojami un daudz precīzāki. Nepievērsīsim uzmanību visu rangu tuvredzīgiem un negodīgiem ierēdņiem. Galvenais, ka atcerēsimies un būsim lepni, ka mūsu tautiete Feodosija Mihailoviča Fedčenko pielika pēdējo punktu svārsta pulksteņu attīstībā. Klausieties, cik lepni tas skan – no Galileo un Huigensa līdz Fedčenko!
Meistars, protams, zināja savu vērtību un zināja, ka būs spītīgi kritiķi, kas mēģinās noniecināt viņa izgudrojuma nozīmi. Lai viņi neaizmirstu par viņa mūža darbu, pats Fedčenko 1970. gadā ieradās Politehniskajā muzejā ar piedāvājumu pieņemt dāvanu un izstādīt viņa dizaina pulksteni. Šodien Maskavas muzeja mazajā zālē var aplūkot daudzus pulksteņu mākslas šedevrus, tostarp pulksteņus - izgudrotāju ar lielo "es" - Feodosiusu Mihailoviču Fedčenko
Jauna fiziska ierīce – sirds
Ikviens ir pazīstams ar slaido torni, kas atrodas Itālijas pilsētā Pizā, no daudzām gleznām un fotogrāfijām. Pazīstams ne tikai ar savām proporcijām un graciozitāti, bet arī ar to, ka pār to karājas nelaime. Tornis lēnām, bet manāmi novirzās no vertikāles, it kā paklanās.
"Slīpais" Pizas tornis atrodas pilsētā, kur dzimis mūsdienu izcilais itāļu zinātnieks un veicis daudzus zinātniskus pētījumus. Galileo Galilejs. Savā dzimtajā pilsētā Galilejs kļuva par universitātes profesoru. Matemātikas profesors, lai gan studējis ne tikai matemātiku, bet arī optiku, astronomiju un mehāniku.
Iedomāsimies, ka vienā no skaistajām vasaras dienām tajos tālajos gados mēs stāvam pie Pizas torņa, paceļam galvas un augšējā galerijā redzam... Galileo. Zinātnieks, kurš apbrīno skaisto skatu uz pilsētu? Nē, viņš kā draisks skolnieks met lejā dažādus priekšmetus!
Ažūrais Pizas tornis bija Galileja Galileja eksperimentu piespiedu liecinieks.
Droši vien mūsu pārsteigums vēl vairāk pieaugs, ja kāds šobrīd pateiks, ka esam klāt vienā no nozīmīgākajiem fiziskajiem eksperimentiem zinātnes vēsturē.
Aristotelis, plaši domājošais domātājs, kurš dzīvoja 4. gadsimtā pirms mūsu ēras, apgalvoja, ka viegls ķermenis no augstuma krīt lēnāk nekā smags. Zinātnieka autoritāte bija tik liela, ka šis apgalvojums tika uzskatīts par absolūti patiesu tūkstošiem gadu. Turklāt mūsu ikdienas novērojumi nereti it kā apstiprina Aristoteļa domu - rudens mežā no kokiem lēni un raiti lido gaišas lapas, pa jumtu spēcīgi un ātri klauvē liela krusa...
Bet ne velti Galileo reiz teica: "... zinātnē tūkstošiem autoritātes nav viena pieticīga un patiesa apgalvojuma vērtas." Viņš šaubījās par Aristoteļa pareizību.
Rūpīga katedrāles šūpojošo lampu novērošana palīdzēja Galileo noteikt svārstu kustības modeļus.
Kā izturēsies abi ķermeņi – vieglie un smagie, ja tie būs savienoti kopā? Uzdevis sev šo jautājumu, Galilejs sprieda tālāk: vieglam ķermenim vajadzētu palēnināt smagā kustība, bet kopā tie veido vēl smagāku ķermeni, un tāpēc viņiem (pēc Aristoteļa) ir jākrīt vēl ātrāk.
Kur ir izeja no šī loģiskā strupceļa? Mēs varam tikai pieņemt, ka abiem ķermeņiem jākrīt ar vienādu ātrumu.
Eksperimentus manāmi ietekmē gaiss - pateicoties maigajiem vēja pūtieniem, zemē nokrīt sausa koka lapa.
Eksperiments jāveic ar dažāda svara ķermeņiem, bet aptuveni vienādas plūdlīnijas formas, lai gaiss neveiktu savas “korekcijas” pētāmajā parādībā.
Un Galileo tajā pašā mirklī no Pizas torņa nomet 80 kilogramus smagu lielgabala lodi un daudz vieglāku musketes lodi, kas sver tikai 200 gramus. Abi ķermeņi sasniedz zemi vienlaikus!
Galileo Galilejs. Viņš harmoniski apvienoja teorētiskā fiziķa un eksperimentāļa talantus.
Galileo vēlējās izpētīt ķermeņu uzvedību, kad tie nekustējās tik ātri. Viņš no gariem koka blokiem izveidoja taisnstūrveida siles ar labi noslīpētām sienām, novietoja to slīpi un palaida pa to smagas bumbiņas (uzmanīgi, nespiežot).
Labi pulksteņi vēl neeksistēja, un Galileo novērtēja katra eksperimenta laiku, nosverot ūdens daudzumu, kas plūst cauri tievai caurulei no lielas mucas.
Ar šādu “zinātnisku” instrumentu palīdzību Galileo izveidoja svarīgu modeli: bumbiņas nobrauktais attālums ir proporcionāls laika kvadrātam, kas apstiprināja viņa priekšstatu par ķermeņa iespējamību kustēties ar pastāvīgu paātrinājumu.
Nonācis katedrālē, novērojot, kā šūpojas dažāda izmēra un garuma lampas, Galileo nonāca pie secinājuma, ka visām lampām, kas piekārtas uz vienāda garuma vītnēm, šūpošanās periods no viena augšējā punkta uz otru un kāpņu augstums ir vienāds. un nemainīgs - neatkarīgi no svara! Kā apstiprināt neparastu un, kā izrādījās, pilnīgi pareizu secinājumu? Ar ko var salīdzināt svārstu svārstības, kur iegūt laika standartu? Un Galilejs nonāca pie risinājuma, kas daudzām zinātnieku paaudzēm kalpos par piemēru fiziskās domas spožumam un asprātībai: viņš salīdzināja svārsta svārstības ar savu sirdspukstu biežumu!
Pirmā Kristiana Haigensa izgudrotā svārsta pulksteņa izskats un struktūra.
Tikai vairāk nekā trīssimt gadus vēlāk, 20. gadsimta vidū, cits izcils itālis Enriko Fermi iestudēja eksperimentu, kas atgādināja Galileja sasniegumus vienkāršības un precizitātes ziņā. Pirmās eksperimentālās atombumbas sprādziena spēku Fermi noteiks pēc attāluma, līdz kuram sprādziena vilnis nesīs papīra ziedlapiņas no viņa plaukstas...
Vienāda garuma lampu un svārstu svārstību noturību pierādīja Galilejs, un, pamatojoties uz šo ievērojamo svārstīgo ķermeņu īpašību, Kristians Huigenss 1657. gadā izveidoja pirmo svārsta pulksteni ar regulāru kursu.
Mēs visi labi zinām omulīgo pulksteni ar tajā mītošo “runājošo” dzeguzi, kas radās, pateicoties Galileja novērošanas spējām, kas viņu nepameta pat dievkalpojumu laikā katedrālē.
Vai cilvēki bieži domā par jautājumu, kad un kurš izgudroja svārstu skatoties kā svārsts šūpojas pulkstenī? Šis izgudrotājs bija Galileo. Pēc sarunām ar tēvu, (sīkāk:) Galilejs atgriezās universitātē, bet ne Medicīnas, bet gan Filozofijas fakultātē, kur mācīja matemātiku un fiziku. Tolaik šīs zinātnes vēl nebija nošķirtas no filozofijas. Filozofijas fakultātē Galilejs nolēma pacietīgi studēt, kura mācība balstījās uz kontemplāciju un netika apstiprināta ar eksperimentiem.