ความเร่งแรงโน้มถ่วง
กาลิเลโอดึงความสนใจไปที่ความจริงที่ว่าในตอนแรกร่างกายที่ตกลงมาจะบินช้าๆ จากนั้นเร็วขึ้นและเร็วขึ้น - การเคลื่อนไหวของมันจะเร็วขึ้น นักวิทยาศาสตร์ต้องการวัดว่าวัตถุที่ตกลงมามีความเร่งเพิ่มขึ้นเท่าใดในแต่ละวินาที แต่จะทำการวัดได้อย่างไร? การขว้างลูกบอลจากหอคอยสูงนั้นไร้ประโยชน์: พวกมันตกลงมาเร็วเกินไปและกาลิเลโอก็ไม่มีอะไรจะวัดในช่วงเวลาสั้น ๆ - ตอนนั้นไม่มีนาฬิกาจับเวลา
นักวิทยาศาสตร์ตัดสินใจที่จะชะลอการตกเพื่อให้สามารถเข้าถึงการวัดด้วยวิธีการอันน้อยนิดของเขา ให้กาลิเลโอตัดสินใจให้ลูกบอลกลิ้งไปตามร่องเอียง หากความชันน้อย ลูกบอลจะหมุนช้ามากจนคุณสังเกตการเปลี่ยนแปลงของความเร็วได้
กาลิเลโอเอากระดานหนาสามนิ้วและยาวสิบสองศอก (ตามมาตรฐานของเราคือประมาณเจ็ดเมตร) วางไว้ที่ขอบแล้วตัดร่องไปตามกระดานทั้งหมด เขาปิดร่องด้วยกระดาษที่เรียบที่สุด และค่อยๆ ขัดและขัดกระดาษเพื่อให้ลูกบอลทองสัมฤทธิ์ลูกเล็กๆ กลิ้งไปตามร่องโดยไม่มีการรบกวน
อย่างไรก็ตาม เขายังคงต้องการนาฬิกาสำหรับการวัด ตอนนั้นมีรูปร่างหน้าตาคล้ายนาฬิกา แต่มีกลไกที่ไม่สมบูรณ์มาก Tycho Brahe นักดาราศาสตร์ร่วมสมัยของกาลิเลโอซื้อนาฬิกากลไกสำหรับหอดูดาวของเขา แต่แทบไม่เคยใช้เลย พวกเขาไม่แน่นอนและไม่น่าเชื่อถืออย่างยิ่ง
สรุปแล้วกาลิเลโอไม่มีนาฬิกา แน่นอนว่าอุปสรรคดังกล่าวไม่สามารถหยุดเขาได้ กาลิเลโอทำนาฬิกาน้ำแบบโฮมเมด
เขาหยิบถังมาเจาะรูที่ก้นถังแล้ววางแก้วไว้ข้างใต้ กาลิเลโอเทน้ำลงในถังแล้วอุดรู
ในระหว่างการทดลอง นักวิทยาศาสตร์ปล่อยลูกบอลไปตามรางด้วยมือข้างหนึ่ง และอีกมือหนึ่งควบคุมนาฬิกา เขาจะปล่อยลูกบอลและเปิดรู และทันทีที่ลูกบอลกลิ้งไปยังเส้นที่ต้องการ เขาจะเสียบปลั๊ก เจาะรูแล้วเอากระจกที่มีน้ำไหลเข้ามาออก
กาลิเลโอชั่งน้ำหนักแก้วและกำหนดช่วงเวลาด้วยปริมาณน้ำที่สะสมอยู่ในนั้น เขาพูดติดตลกว่า:
วินาทีของฉันเปียก แต่อย่างน้อยฉันก็สามารถชั่งน้ำหนักได้
แน่นอนว่าด้วยวิธีการวัดเวลานี้ ทำให้เกิดข้อผิดพลาดได้ง่ายมาก เพื่อลดขนาดของข้อผิดพลาดที่เป็นไปได้ กาลิเลโอทำการทดลองซ้ำหลายครั้ง โดยพยายามฝึกตัวเองให้เปิดและปิดรูในถังน้ำโดยเร็วที่สุด นักวิทยาศาสตร์ได้รับทักษะที่ยอดเยี่ยมในงานที่ยากลำบากนี้
ประการแรก กาลิเลโอปล่อยลูกบอลจากปลายด้านบนของรางเอียงจนกลิ้งไปตลอดความยาว ในกรณีนี้ น้ำเต็มแก้ว จากนั้นกาลิเลโอก็ทำเครื่องหมายร่องตามความยาวออกเป็นสี่ส่วนเท่า ๆ กัน และเริ่มสังเกตเวลาที่ลูกบอลเคลื่อนที่ไปเพียงหนึ่งในสี่ของเส้นทางทั้งหมด ในกรณีนี้ สามารถเก็บน้ำได้เพียงครึ่งแก้ว - เท่ากับครึ่งหนึ่งของในกรณีแรกพอดี
จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็กลิ้งลูกบอลจากกลางรางน้ำนั่นคือปล่อยให้มันวิ่งไปครึ่งทางแล้วชั่งน้ำหนักน้ำที่เข้ามาอีกครั้ง
กาลิเลโอทำการทดลองหลายร้อยครั้งและเชื่อว่าการตกลงของลูกบอลไปตามรางลาดเอียงนั้นไม่ได้เป็นเพียงการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งเท่านั้น แต่ยังมีความเร่งสม่ำเสมออีกด้วย
ความเร็วของการตกของลูกบอลจะเพิ่มขึ้นเท่าๆ กัน โดยลูกบอลจะมาถึงทุกวินาทีโดยแบ่งเป็นสัดส่วนเท่าๆ กัน การตกอย่างอิสระของวัตถุเกิดขึ้นตามกฎเดียวกัน
อย่างไรก็ตาม กาลิเลโอเองก็ไม่สามารถวัดความเร็วของวัตถุที่ตกลงมาได้อย่างแม่นยำว่าเพิ่มขึ้นเท่าใด เขาทำผิดพลาดที่ลดค่าความเร่งลงครึ่งหนึ่ง ข้อผิดพลาดของกาลิเลโอนี้ได้รับการแก้ไขโดยนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ขณะนี้เป็นที่ยอมรับแล้วว่าวัตถุที่ตกลงมาอย่างอิสระจะเร่งความเร็วการเคลื่อนที่ได้ 9.81 เมตรต่อวินาทีในหนึ่งวินาที
ค่า 9.81 เมตรต่อวินาที เรียกว่า ความเร่งของแรงโน้มถ่วงภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง
| <<< Назад
|
ไปข้างหน้า >>> |
แต่ที่บ้านในห้องทำงานของเขา ซึ่งกลายเป็นห้องทดลองทางกายภาพแห่งแรกของโลก กาลิเลโอสามารถชะลอการล้มของเขาได้ มันเข้าถึงได้ทั้งสายตาและการศึกษาอย่างสบายๆ อย่างระมัดระวัง
เพื่อจุดประสงค์นี้ กาลิเลโอจึงสร้างสนามเพลาะยาว (12 ศอก) ด้านในหุ้มด้วยหนังเรียบ และพระองค์ทรงหย่อนลูกเหล็ก ทองสัมฤทธิ์ และกระดูกขัดมันลงไป
ตัวอย่างเช่นฉันทำสิ่งนี้
ด้ายติดอยู่กับลูกบอลซึ่งอยู่ในร่อง เขาโยนมันข้ามบล็อก และแขวนตุ้มน้ำหนักไว้ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง ซึ่งสามารถลดหรือยกขึ้นในแนวตั้งได้ ตุ้มน้ำหนักถูกดึงลงมาด้วยน้ำหนักของมันเอง และขึ้นผ่านด้ายด้วยลูกบอลจากรางที่มีความลาดเอียง เป็นผลให้ลูกบอลและน้ำหนักเคลื่อนที่ตามที่ผู้ทดลองต้องการ - ขึ้นหรือลง เร็วหรือช้า ขึ้นอยู่กับความเอียงของรางน้ำ น้ำหนักของลูกบอล และน้ำหนักของตุ้มน้ำหนัก ลูกบอลและน้ำหนักจึงสามารถเคลื่อนที่ได้ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง และนี่คือฤดูใบไม้ร่วง จริงไม่ฟรีช้าลงอย่างดุ้งดิ้ง
ประการแรก กาลิเลโอค้นพบกฎสำหรับสถานะคงตัวของระบบนี้: น้ำหนักของน้ำหนักคูณด้วยความสูงของปลายที่ยกขึ้นของรางเอียงจะต้องเท่ากับน้ำหนักของลูกบอลคูณด้วยความยาวของรางน้ำ นี่คือลักษณะของสภาวะสมดุลของระบบ - กฎกาลิเลโอของระนาบเอียง
ยังไม่มีการพูดถึงการล่มสลายและความลับของมัน
การไม่สามารถเคลื่อนไหวได้นั้นไม่ใช่เรื่องยากที่จะศึกษา: มันคงที่ตลอดเวลา วินาที นาที ชั่วโมงผ่านไป ไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลง
เครื่องชั่งและไม้บรรทัด - นั่นคือทั้งหมดที่คุณต้องการสำหรับการวัด *
* (นั่นคือเหตุผลว่าทำไมตั้งแต่สมัยโบราณ สถิตยศาสตร์จึงเริ่มพัฒนาสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับความไม่สามารถเคลื่อนไหวได้ทุกประเภท: เครื่องชั่งที่สมดุล บล็อก คันโยก ทุกสิ่งเหล่านี้มีความจำเป็นการทำความเข้าใจสิ่งเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญและมีประโยชน์ไม่ใช่เพื่ออะไรที่อาร์คิมิดีสผู้โด่งดังชาวกรีกอุทิศเวลาให้กับพวกเขามากมาย แม้จะอยู่ในสภาวะที่ไม่สามารถเคลื่อนไหวได้ เขาก็สังเกตเห็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับนักประดิษฐ์ "เครื่องจักรที่เป็นไปได้" อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่ฟิสิกส์ที่แท้จริงเท่านั้น)
จากนั้นกาลิเลโอก็เริ่มศึกษาการเคลื่อนที่ของลูกบอล วันนี้เป็นวันเกิดของฟิสิกส์ (อนิจจาไม่ทราบวันที่ในปฏิทิน) เนื่องจากตอนนั้นเองที่กระบวนการที่แปรผันตามเวลาต้องได้รับการศึกษาในห้องปฏิบัติการครั้งแรก ไม่เพียงแต่ใช้ไม้บรรทัดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงนาฬิกาด้วย กาลิเลโอเรียนรู้ที่จะวัดระยะเวลาของเหตุการณ์นั่นคือเพื่อดำเนินการหลักที่มีอยู่ในการทดลองทางกายภาพ
ตำนานนาฬิกาในห้องปฏิบัติการของกาลิเลโอนั้นให้ความรู้ ในเวลานั้นหาซื้อนาฬิกาจับเวลาในร้านค้าไม่ได้ แม้แต่วอล์คเกอร์ยังไม่ได้ถูกประดิษฐ์ขึ้น กาลิเลโอออกจากสถานการณ์ด้วยวิธีที่พิเศษมาก เขานับเวลาตามจังหวะการเต้นของหัวใจ จากนั้นตามที่นักเขียนชีวประวัติยืนยันมาเป็นเวลานาน เขาได้สร้างนาฬิกาในห้องปฏิบัติการที่ดีจากส่วนประกอบที่ไม่คาดคิด เช่น ถัง เครื่องชั่ง และแก้วคริสตัล เขาเจาะรูที่ก้นถังซึ่งมีน้ำไหลสม่ำเสมอ จากดวงอาทิตย์ เขาสังเกตว่ามีน้ำไหลออกกี่ออนซ์ต่อชั่วโมง จากนั้นจึงคำนวณน้ำหนักของน้ำที่ไหลออกต่อนาทีและต่อวินาที
และนี่คือประสบการณ์ นักวิทยาศาสตร์หย่อนลูกบอลลงในรางน้ำแล้ววางแก้วไว้ใต้กระแสน้ำทันที เมื่อลูกบอลถึงจุดที่กำหนดไว้ เขาก็รีบเคลื่อนกระจกออกไป ยิ่งกลิ้งลูกบอลนาน น้ำก็ยิ่งไหลเข้ามากขึ้น สิ่งที่เหลืออยู่คือการวางมันลงบนตาชั่ง - และเวลาจะถูกวัด ทำไมไม่นาฬิกาจับเวลา?
“วินาทีของฉันเปียก” กาลิเลโอกล่าว “แต่สามารถชั่งน้ำหนักได้”
เมื่อพิจารณาถึงความเข้มงวดเบื้องต้นแล้ว ก็เป็นที่น่าสังเกตว่านาฬิกาเหล่านี้ไม่ง่ายอย่างที่คิด ไม่น่าเป็นไปได้ที่กาลิเลโอคำนึงถึงความดันที่ลดลง (และความเร็ว) ของลำน้ำที่ลดลงพร้อมกับระดับน้ำในถังที่ลดลง สิ่งนี้สามารถละเลยได้ก็ต่อเมื่อที่ฝากข้อมูลกว้างมากและกระแสน้ำแคบ บางทีมันอาจจะเป็นเช่นนั้น
13/05/2002
วิวัฒนาการของนาฬิกาลูกตุ้มกินเวลานานกว่าสามร้อยปี สิ่งประดิษฐ์หลายพันรายการบนเส้นทางสู่ความสมบูรณ์แบบ แต่เฉพาะผู้ที่ใส่ประเด็นแรกและจุดสุดท้ายในมหากาพย์อันยิ่งใหญ่นี้เท่านั้นที่จะยังคงอยู่ในความทรงจำทางประวัติศาสตร์เป็นเวลานาน
วิวัฒนาการของนาฬิกาลูกตุ้มกินเวลานานกว่าสามร้อยปี สิ่งประดิษฐ์หลายพันรายการบนเส้นทางสู่ความสมบูรณ์แบบ แต่เฉพาะผู้ที่ทำเครื่องหมายจุดแรกและจุดสุดท้ายในมหากาพย์อันยิ่งใหญ่นี้เท่านั้นที่จะยังคงอยู่ในความทรงจำทางประวัติศาสตร์เป็นเวลานาน
นาฬิกาทีวี
ก่อนรายการข่าวทางโทรทัศน์เราจะเห็นนาฬิกาซึ่งมีเข็มวินาทีนับถอยหลังนาทีสุดท้ายก่อนรายการจะเริ่มอย่างมีศักดิ์ศรี หน้าปัดนี้เป็นส่วนที่มองเห็นได้ของภูเขาน้ำแข็งที่เรียกว่า AChF-3 ซึ่งเป็นนาฬิกาดาราศาสตร์ของ Fedchenko ไม่ใช่ทุกอุปกรณ์ที่มีชื่อของนักออกแบบ และสิ่งประดิษฐ์บางอย่างไม่ได้ถูกรายงานในสารานุกรม
นาฬิกาของ Feodosius Mikhailovich Fedchenko ได้รับรางวัลอันทรงเกียรตินี้ ในประเทศอื่นๆ เด็กนักเรียนทุกคนจะรู้จักนักประดิษฐ์ในระดับนี้ และที่นี่เมื่อ 11 ปีที่แล้ว นักออกแบบที่โดดเด่นคนหนึ่งจากไปอย่างเงียบๆ และสงบเสงี่ยม และไม่มีใครจำเขาได้ด้วยซ้ำ ทำไม อาจครั้งหนึ่งเขาเป็นคนดื้อรั้นไม่รู้ว่าจะประจบประแจงและเสแสร้งอย่างไรซึ่งเจ้าหน้าที่วิทยาศาสตร์ไม่ชอบมากนัก
อุบัติเหตุช่วยให้ Fedchenko ประดิษฐ์นาฬิกาอันโด่งดังได้ หนึ่งในอุบัติเหตุลึกลับเหล่านั้นที่ประดับประดาประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์
สองจุดแรกในประวัติศาสตร์ของนาฬิกาลูกตุ้มถูกกำหนดโดยนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่สองคน - กาลิเลโอ กาลิเลอี และคริสเตียน ฮอยเกนส์ ผู้สร้างนาฬิกาด้วยลูกตุ้มอย่างอิสระ และการค้นพบกฎของการแกว่งของลูกตุ้มก็มาถึงกาลิเลโอโดยบังเอิญเช่นกัน อิฐจะตกลงบนหัวของใครบางคนและจะไม่มีอะไรเกิดขึ้น แม้แต่การถูกกระทบกระแทก ในขณะที่แอปเปิ้ลธรรมดาอีกลูกหนึ่งก็เพียงพอที่จะปลุกความคิดที่ซ่อนอยู่ในจิตใต้สำนึกให้ค้นพบกฎแห่งแรงโน้มถ่วงสากล ตามกฎแล้วอุบัติเหตุครั้งใหญ่มักเกิดขึ้นกับบุคคลที่มีบุคลิกดี
ในปี ค.ศ. 1583 ในอาสนวิหารปิซา ชายหนุ่มผู้อยากรู้อยากเห็นชื่อกาลิเลโอ กาลิเลอี ไม่ค่อยฟังเทศน์มากนักในขณะที่ชื่นชมการเคลื่อนไหวของโคมไฟระย้า การสังเกตตะเกียงดูเหมือนน่าสนใจสำหรับเขา และเมื่อกลับมาถึงบ้าน กาลิเลโอวัย 19 ปีได้ทำการทดลองการติดตั้งเพื่อศึกษาการแกว่งของลูกตุ้ม - ลูกตะกั่วที่ติดตั้งอยู่บนเกลียวเส้นเล็ก ชีพจรของเขาทำหน้าที่เป็นนาฬิกาจับเวลาที่ดีสำหรับเขา
ดังนั้นในเชิงทดลอง กาลิเลโอ กาลิเลอีจึงค้นพบกฎของการแกว่งของลูกตุ้มซึ่งมีการศึกษากันในทุกโรงเรียนในปัจจุบัน แต่กาลิเลโอยังเด็กเกินไปในเวลานั้นที่จะคิดถึงการนำสิ่งประดิษฐ์ของเขาไปปฏิบัติ มีสิ่งที่น่าสนใจมากมายอยู่รอบๆ เราต้องรีบแล้ว และเมื่อถึงบั้นปลายชีวิต ชายชราที่ป่วยและตาบอดเท่านั้นที่จำประสบการณ์ในวัยเยาว์ของเขาได้ และมันก็เกิดขึ้นกับเขา - ติดตัวนับการสั่นเข้ากับลูกตุ้ม - แล้วคุณจะได้นาฬิกาที่แม่นยำ! แต่ความแข็งแกร่งของกาลิเลโอไม่เหมือนเดิมอีกต่อไป นักวิทยาศาสตร์ทำได้เพียงวาดภาพนาฬิกาเท่านั้น แต่วินเซนโซ ลูกชายของเขาทำงานเสร็จ ซึ่งในไม่ช้าก็เสียชีวิตและการสร้างนาฬิกาลูกตุ้มโดยกาลิเลโอไม่ได้รับการเผยแพร่อย่างกว้างขวาง
ต่อจากนั้น Christian Huygens ต้องพิสูจน์ตลอดชีวิตของเขาว่าเกียรติในการสร้างนาฬิกาลูกตุ้มเรือนแรกเป็นของเขา ในโอกาสนี้เมื่อ พ.ศ. 2216 เขาเขียนว่า:
“บางคนอ้างว่ากาลิเลโอพยายามสร้างสิ่งประดิษฐ์นี้ แต่ทำงานไม่สำเร็จ คนเหล่านี้ค่อนข้างจะลดเกียรติของกาลิเลโอไปมากกว่าของฉัน เนื่องจากปรากฎว่าฉันทำงานชิ้นเดียวกันสำเร็จมากกว่าเขา”
ไม่สำคัญนักว่านักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่สองคนนี้คนไหนเป็น "คนแรก" ในการสร้างนาฬิกาด้วยลูกตุ้ม สิ่งที่สำคัญกว่านั้นมากคือ Christiaan Huygens ไม่เพียงแต่สร้างนาฬิกาประเภทอื่นเท่านั้น เขายังสร้างศาสตร์แห่งโครโนมิเตอร์อีกด้วย ตั้งแต่เวลานั้นเป็นต้นมา คำสั่งซื้อได้รับการฟื้นฟูในการก่อสร้างนาฬิกา “ม้า” (ภาคปฏิบัติ) ไม่ได้วิ่งนำหน้า “หัวรถจักร” (ทฤษฎี) อีกต่อไป แนวคิดของ Huygens กลายเป็นจริงโดย Isaac Thuret ช่างนาฬิกาชาวปารีส นี่คือวิธีที่นาฬิกาที่มีลูกตุ้มดีไซน์ต่างๆ ที่คิดค้นโดย Huygens เห็นแสงสว่างในตอนกลางวัน
จุดเริ่มต้นของ “อาชีพ” ของครูฟิสิกส์
Feodosia Mikhailovich Fedchenko เกิดในปี 1911 ไม่รู้อะไรเลยเกี่ยวกับความหลงใหลในลูกตุ้มเมื่อสามร้อยปีก่อน และเขาไม่ได้คิดถึงนาฬิกาเลย “อาชีพ” ของเขาเริ่มต้นในโรงเรียนในชนบทที่ยากจน ครูสอนฟิสิกส์ธรรมดาคนหนึ่งถูกบังคับให้เป็นนักประดิษฐ์โดยไม่สมัครใจ หากไม่มีอุปกรณ์ที่เหมาะสม คุณจะสามารถอธิบายกฎพื้นฐานของธรรมชาติให้เด็ก ๆ อยากรู้อยากเห็นได้อย่างไร?
ครูผู้มีความสามารถสร้างสถานที่สาธิตที่ซับซ้อนและเด็กนักเรียนอาจไม่พลาดบทเรียนของเขา สงครามได้เปลี่ยนชะตากรรมของนักประดิษฐ์รุ่นเยาว์ Fedchenko กลายเป็นช่างเครื่องรถถังที่โดดเด่น และนี่คือระฆังแห่งโชคชะตาลูกแรก - หลังจากสิ้นสุดสงคราม Feodosius Mikhailovich ได้รับการเสนองานที่สถาบันวัดและเครื่องมือวัดคาร์คอฟในห้องปฏิบัติการซึ่งมีการเขียนหัวข้อต่อไปนี้ในหัวข้อทางวิทยาศาสตร์: "การสืบสวน ความเป็นไปได้ที่จะเพิ่มความแม่นยำของนาฬิกาด้วยลูกตุ้มฟรีประเภท "สั้น"
หนังสืออ้างอิงของเขาคือ “Treatise on Hours” โดย Christian Huygens นี่คือวิธีที่ F. M. Fedchenko ได้พบกับ Christian Huygens และ Wilhelm X ผู้มีชื่อเสียงรุ่นก่อนของเขา ขาดไปไม่นาน
จุดสุดท้ายในประวัติศาสตร์ของนาฬิกาลูกตุ้มถูกกำหนดโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Wilhelm H. Short จริงอยู่ที่เชื่อกันมานานแล้วว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างนาฬิกาที่มีลูกตุ้มแม่นยำกว่านาฬิกาของชอร์ต ในช่วงทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ 20 มีการตัดสินใจว่าวิวัฒนาการของอุปกรณ์เวลาลูกตุ้มเสร็จสมบูรณ์ หอดูดาวแต่ละแห่งไม่ถือว่ามีอุปกรณ์เพียงพอหากไม่มีนาฬิกาดาราศาสตร์ของชอร์ต แต่ต้องจ่ายเป็นทองคำ
นาฬิกาของ Short หนึ่งสำเนาถูกซื้อโดย Pulkovo Observatory บริษัทอังกฤษที่ติดตั้งเครื่องจับเวลาห้ามไม่ให้แตะต้องมัน ไม่เช่นนั้นบริษัทจะสละความรับผิดชอบทั้งหมดในการตั้งค่ากลไกอันชาญฉลาดนี้ ในช่วงทศวรรษที่ 30 ห้องหลักด้านตุ้มน้ำหนักและหน่วยวัดในเลนินกราดได้รับมอบหมายให้ไขความลับของนาฬิกาของ Short และเริ่มผลิตอุปกรณ์ที่คล้ายกันด้วยตัวมันเอง นักมาตรวิทยาผู้มีความสามารถ I. I. Kvanberg มองดูกลไกนาฬิกาเป็นเวลานานผ่านกระจกสุญญากาศของกระบอกสูบและพยายามทำสำเนาโดยไม่ต้องวาดภาพ สำเนานั้นดีพอ แต่ไม่สมบูรณ์ เป็นไปไม่ได้เลยที่จะเห็นรายละเอียดปลีกย่อยของภาษาอังกฤษทั้งหมดผ่านกระจก อย่างไรก็ตาม ก่อนสงครามเกิดขึ้น โรงงาน Etalon ได้ผลิตนาฬิกา Kvanberg หลายเรือน
มันเป็นหัวข้อที่ "เรียบง่าย" - เพื่อให้นาฬิกามีความแม่นยำมากกว่าที่ Short ทำ - ซึ่งได้รับความไว้วางใจจากผู้มาใหม่ F. M. Fedchenko ซึ่งมาที่ Kharkov หลังสงครามสถาบัน
กลับสู่ราก
ช่างฝีมือคาร์คอฟก่อตั้งเมื่อปี 1673 โดย Christiaan Huygens ใน “บทความเกี่ยวกับนาฬิกา” ของเขาได้กล่าวถึงเกือบทุกอย่างเกี่ยวกับวิธีการทำนาฬิกาลูกตุ้ม ปรากฎว่าเพื่อให้นาฬิกามีความแม่นยำ จุดศูนย์ถ่วงของลูกตุ้มในอวกาศจำเป็นต้องอธิบายไม่ใช่ส่วนโค้งของวงกลม แต่เป็นส่วนหนึ่งของไซโคลิด: เส้นโค้งซึ่งเป็นจุดบนขอบของ ล้อที่หมุนไปตามถนนเคลื่อนตัว ในกรณีนี้ การแกว่งของลูกตุ้มจะเป็นแบบ isochronous โดยไม่ขึ้นกับแอมพลิจูด ฮอยเกนส์เองซึ่งเป็นผู้ยืนยันทุกสิ่งในทางทฤษฎีพยายามบรรลุเป้าหมายด้วยการสร้างสิ่งประดิษฐ์หลายพันรายการ แต่ก็ไม่ได้ใกล้เคียงกับอุดมคติ
ผู้ติดตามของ Huygens รวมถึง Short ได้รับความแม่นยำในลักษณะที่แตกต่างออกไป โดยแยกลูกตุ้มออกจากอิทธิพลภายนอกให้ได้มากที่สุด โดยวางนาฬิกาที่มีความเที่ยงตรงลึกไว้ในห้องใต้ดินในสุญญากาศ ซึ่งการสั่นสะเทือนและอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุด
ในทางกลับกัน Fedchenko ต้องการเติมเต็มความฝันของ Huygens และสร้างลูกตุ้มแบบ isochronous พวกเขาบอกว่าทุกอย่างสมบูรณ์แบบนั้นเรียบง่าย ดังนั้น Fedchenko จึงแขวนลูกตุ้มไว้บนสปริงทั้งหมดสามอัน - อันยาวสองอันที่ด้านข้างและอันสั้นหนึ่งอันที่อยู่ตรงกลาง ดูเหมือนจะไม่มีอะไรพิเศษ แต่ระหว่างทางไปสู่การค้นพบมีการทดลองนับพันครั้ง เราลองใช้สปริงแบบหนาและบาง ยาวและสั้น แบนและมีหน้าตัดที่แปรผันได้ ห้าปีแห่งการทำงานอย่างอดทนและอุตสาหะ ความไม่เชื่อของเพื่อนร่วมงาน พวกเขาหยุดสนใจเขา และจู่ๆ ก็เกิดอุบัติเหตุที่น่ายินดี เนื่องจากความผิดพลาดเบื้องต้นในการประกอบระบบกันสะเทือน
สกรูหลายตัวไม่ได้ขันให้แน่นอย่างถูกต้อง และระบบกันสะเทือนก็ทำงานในลักษณะที่ลูกตุ้มเริ่มทำการสั่นแบบไอโซโครนัส การทดลองได้รับการตรวจสอบและตรวจสอบอีกครั้ง ทุกอย่างยังคงเหมือนเดิม ระบบกันสะเทือนแบบลูกตุ้มสามสปริงช่วยแก้ปัญหาของฮอยเกนส์ - เมื่อแอมพลิจูดของการแกว่งเปลี่ยนไป ระยะเวลายังคงไม่เปลี่ยนแปลง
แน่นอนว่าเมืองหลวงได้ล่อลวงนักประดิษฐ์ผู้มีความสามารถคนนี้ออกไป ในปี พ.ศ. 2496 F.M. Fedchenko ถูกย้ายไปมอสโคว์ไปยังห้องปฏิบัติการของเครื่องมือวัดเวลาลูกตุ้มของสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์ทางกายภาพ เทคนิค และวิศวกรรมวิทยุ All-Union ที่ถูกสร้างขึ้น
แน่นอนว่าคาร์คอฟไม่ชอบมัน Fedchenko ถูกกระแทกใต้สายพาน - พวกเขาไม่ได้ให้เครื่องมือเครื่องจักรนำเข้าที่มีความแม่นยำสูงซึ่งต้องเสียเงินเป็นจำนวนมาก นักประดิษฐ์นำนาฬิกาทดลองรุ่นแรก AChF-1 เพียงสามชุดมาที่มอสโก เพื่อให้ทำงานต่อไปได้ อุปกรณ์ดังกล่าวจึงไม่มีการขายในร้านค้าทั่วประเทศ มันเป็นเรื่องยาก แต่เป็นไปได้ที่จะค้นหาเครื่องจักรที่ต้องการจากเจ้าของส่วนตัว และ Fedchenko ก็พบมัน แต่จะจ่ายเงินยังไงล่ะ? หน่วยงานของรัฐไม่ได้ออกเงินสดโดยเฉพาะจำนวนหนึ่งหมื่นหนึ่งพันรูเบิล
Fedchenko ผู้สิ้นหวังเมื่อตระหนักว่าหากไม่มีอุปกรณ์ที่แม่นยำเขาก็เหมือนไม่มีมือจึงออกผจญภัยอย่างแท้จริง เขาหันไปหาผู้จัดการธนาคารของรัฐโดยตรงและพบคำพูดที่น่าเชื่อถือเกี่ยวกับความสำคัญของสิ่งประดิษฐ์ของเขาที่ชายผู้ชาญฉลาดและกล้าหาญซึ่งเป็นมืออาชีพในสาขาของเขาไว้วางใจอาจารย์ให้เงินสดตามจำนวนที่ต้องการโดยต้องมีใบเสร็จรับเงิน เป็นเอกสาร นี่คือตัวอย่างหนึ่งของ "ชัดเจนแต่เหลือเชื่อ"
เป็นเวลาหลายทศวรรษที่กลไกของนาฬิกาดาราศาสตร์ของ Fedchenko ได้รับการปรับปรุงจนกระทั่งมีโมเดลที่มีชื่อเสียง "ACHF-3" ปรากฏขึ้นซึ่งสร้างชื่อเสียงให้กับทั้งผู้เขียนและประเทศ มีการสาธิตนาฬิกาที่มีความแม่นยำสูงในงาน World Exhibition ในเมืองมอนทรีออล และได้รับเหรียญรางวัล VDNKh คำอธิบายของนาฬิการวมอยู่ในสารานุกรมและในสิ่งพิมพ์สำคัญต่างๆ เกี่ยวกับโครโนมิเตอร์
ความฉลาดและโศกนาฏกรรมของสิ่งประดิษฐ์ของ Fedchenko
F. M. Fedchenko - สร้างนาฬิกาลูกตุ้มเครื่องกลอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำสูงในช่วงเวลาที่อุปกรณ์แสดงเวลาของควอตซ์ โมเลกุล และอะตอมเริ่มปรากฏให้เห็นแล้ว ระบบเหล่านี้ไม่สามารถเปรียบเทียบได้ แต่ละคนปฏิบัติงานเฉพาะของตนเองและไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในสาขาของตน แต่น่าเสียดายที่ไม่ใช่ทุกคนที่เข้าใจสิ่งนี้ Feodosia Mikhailovich Fedchenko ไม่เคยขาดความสนใจจากนักวิทยาศาสตร์และเพื่อนร่วมงานของเขา แต่เจ้าหน้าที่ซึ่งทั้งชะตากรรมของนักประดิษฐ์เองและสิ่งประดิษฐ์ของเขามักจะขึ้นอยู่กับไม่ทราบเสมอไปว่าพวกเขากำลังทำอะไรอยู่
คณะกรรมการมาตรฐานแห่งรัฐสหภาพโซเวียตปฏิบัติต่อนักออกแบบที่มีชื่อเสียงอย่างเย็นชา ในปี 1973 VNIIFTRI เสนอที่จะจ่ายค่าตอบแทนที่เหมาะสมแก่นักประดิษฐ์เป็นเวลากว่ายี่สิบห้าปีของการทำงานในการสร้างนาฬิกาดาราศาสตร์ในประเทศ ซึ่งทำให้ประเทศได้รับผลกระทบทางเศรษฐกิจอย่างมากและความเป็นอิสระจากการนำเข้ากลไกนาฬิกาที่มีความแม่นยำ Gosstandart พิจารณาว่ามีความเป็นไปได้ที่จะลดค่าตอบแทนที่เสนอลงได้ 9 เท่า โดยอ้างถึงข้อเท็จจริงที่ว่า "ความแม่นยำของนาฬิกา AChF-3 นั้นต่ำกว่านาฬิกาอะตอมปัจจุบัน" แน่นอนว่าต่ำกว่า แต่ทั้งประเทศมีเพียงนาฬิกาอะตอมเท่านั้น พวกเขาให้บริการโดยทีมงานทั้งหมด นี่คือมาตรฐานเวลาและความถี่ของรัฐ และนาฬิกาของ Fedchenko มีวัตถุประสงค์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง - เป็นผู้รักษาเวลา จนถึงขณะนี้ ศูนย์โทรทัศน์ สนามบิน คอสโมโดรม และหอดูดาวหลายแห่งติดตั้งนาฬิกา Fedchenko
มีใครคิดจะเปรียบเทียบความเร็วของจักรยานกับจรวดอวกาศบ้างไหม? และ Gosstandart ได้เปรียบเทียบนาฬิกาลูกตุ้มของ Fedchenko ซึ่งให้ข้อผิดพลาดหนึ่งวินาทีใน 15 ปีกับนาฬิกาอะตอมซึ่งผิดพลาดวินาทีเดียวกันในสามแสนปี คุณสามารถประเมินระบบของคลาสที่คล้ายกันเท่านั้น ตัวอย่างเช่น นาฬิกาของ Fedchenko เมื่อเปรียบเทียบกับนาฬิกาของ Short นั้นถูกกว่ามาก ประหยัดกว่า เชื่อถือได้มากกว่า สะดวกในการใช้งานกว่า และแม่นยำกว่ามาก อย่าไปสนใจเจ้าหน้าที่สายตาสั้นและไร้ศีลธรรมทุกระดับ สิ่งสำคัญคือเราจะจดจำและภูมิใจที่ Feodosia Mikhailovich Fedchenko เพื่อนร่วมชาติของเราได้วางจุดสุดท้ายในการพัฒนานาฬิกาลูกตุ้ม ฟังฟังดูน่าภาคภูมิใจตั้งแต่ Galileo และ Huygens ไปจนถึง Fedchenko!
แน่นอนว่าท่านอาจารย์รู้คุณค่าของเขาและรู้ว่าจะต้องมีนักวิจารณ์ที่มีเจตนาร้ายซึ่งพยายามจะดูถูกความสำคัญของสิ่งประดิษฐ์ของเขา เพื่อที่พวกเขาจะได้ไม่ลืมเกี่ยวกับงานในชีวิตของเขา Fedchenko เองก็มาที่พิพิธภัณฑ์โพลีเทคนิคในปี 1970 พร้อมข้อเสนอให้รับของขวัญและจัดแสดงนาฬิกาตามการออกแบบของเขา วันนี้ในห้องโถงเล็ก ๆ ของพิพิธภัณฑ์มอสโกคุณสามารถชมผลงานศิลปะการผลิตนาฬิกาชิ้นเอกมากมายรวมถึงนาฬิกา - นักประดิษฐ์ที่มีทุน "ฉัน" - Feodosius Mikhailovich Fedchenko
อุปกรณ์ทางกายภาพใหม่ - หัวใจ
ทุกคนคุ้นเคยกับหอคอยเรียวยาวที่ตั้งอยู่ในเมืองปิซาของอิตาลีจากภาพวาดและภาพถ่ายมากมาย คุ้นเคยไม่เพียง แต่สำหรับสัดส่วนและความสง่างามเท่านั้น แต่ยังรวมถึงภัยพิบัติที่แขวนอยู่เหนือมันด้วย หอคอยค่อยๆ เบี่ยงเบนไปจากแนวดิ่งอย่างช้าๆ แต่อย่างเห็นได้ชัด ราวกับกำลังโค้งคำนับ
หอเอนเมืองปิซาตั้งอยู่ในเมืองที่นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีผู้ยิ่งใหญ่ร่วมสมัยเกิดและทำการศึกษาทางวิทยาศาสตร์มากมาย กาลิเลโอ กาลิเลอี- ในบ้านเกิดของเขา กาลิเลโอกลายเป็นอาจารย์มหาวิทยาลัย เขาเป็นศาสตราจารย์วิชาคณิตศาสตร์ แม้ว่าเขาจะไม่เพียงศึกษาคณิตศาสตร์เท่านั้น แต่ยังศึกษาทัศนศาสตร์ ดาราศาสตร์ และกลศาสตร์ด้วย
ลองจินตนาการว่าในวันฤดูร้อนที่สวยงามวันหนึ่งในปีอันห่างไกลนั้น เรากำลังยืนอยู่ใกล้หอเอนเมืองปิซา เงยหน้าขึ้นและมองเห็นแกลเลอรีด้านบน... กาลิเลโอ นักวิทยาศาสตร์ชื่นชมทิวทัศน์อันสวยงามของเมือง? ไม่ เขาเหมือนกับเด็กนักเรียนขี้เล่นที่ขว้างสิ่งของต่าง ๆ ลงไป!
หอเอนเมืองปิซาแบบฉลุเป็นพยานโดยไม่สมัครใจต่อการทดลองของกาลิเลโอกาลิเลอี
ความประหลาดใจของเราน่าจะเพิ่มมากขึ้นหากมีคนในเวลานี้บอกว่าเราอยู่ในการทดลองทางกายภาพที่สำคัญที่สุดครั้งหนึ่งในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์
อริสโตเติล นักคิดที่มีใจกว้างซึ่งอาศัยอยู่ในศตวรรษที่ 4 ก่อนคริสต์ศักราช แย้งว่าร่างที่เบาตกลงมาจากที่สูงช้ากว่าร่างที่หนัก อำนาจของนักวิทยาศาสตร์นั้นยิ่งใหญ่มากจนคำกล่าวนี้ถือเป็นเรื่องจริงมานับพันปีแล้ว การสังเกตในแต่ละวันของเรา ดูเหมือนจะยืนยันความคิดของอริสโตเติล - แสงจากต้นไม้ในป่าฤดูใบไม้ร่วงอย่างช้าๆ และราบรื่น ลูกเห็บขนาดใหญ่กระแทกหลังคาอย่างแรงและรวดเร็ว...
แต่ไม่ใช่เพื่อสิ่งใดเลยที่กาลิเลโอเคยกล่าวไว้ว่า: "... ในทางวิทยาศาสตร์ เจ้าหน้าที่หลายพันคนไม่คุ้มกับคำพูดที่สุภาพและเป็นจริงสักคำเดียว" เขาสงสัยในความถูกต้องของอริสโตเติล
การสังเกตโคมไฟที่แกว่งไปมาในอาสนวิหารอย่างระมัดระวังช่วยให้กาลิเลโอกำหนดรูปแบบการเคลื่อนไหวของลูกตุ้มได้
ร่างทั้งสองทั้งเบาและหนักจะประพฤติตนอย่างไรหากยึดติดกัน? เมื่อถามตัวเองด้วยคำถามนี้ กาลิเลโอให้เหตุผลเพิ่มเติม: ร่างที่เบาควรชะลอการเคลื่อนไหวของร่างที่หนัก แต่เมื่อรวมกันแล้วพวกเขาก็กลายเป็นร่างที่หนักกว่าและดังนั้นจึงจำเป็น (ตามอริสโตเติล) ที่จะล้มลงเร็วขึ้น
ทางออกจากทางตันเชิงตรรกะนี้อยู่ที่ไหน? เราสรุปได้แค่ว่าร่างกายทั้งสองจะต้องตกลงด้วยความเร็วเท่ากัน
การทดลองได้รับอิทธิพลจากอากาศอย่างเห็นได้ชัด - ใบไม้แห้งของต้นไม้ค่อยๆ ร่วงลงสู่พื้นเนื่องจากลมที่พัดเบาๆ
การทดลองจะต้องดำเนินการกับวัตถุที่มีน้ำหนักต่างกัน แต่มีรูปร่างเพรียวบางใกล้เคียงกัน เพื่อที่ว่าอากาศจะได้ไม่ "แก้ไข" ปรากฏการณ์ที่กำลังศึกษาอยู่
และกาลิเลโอก็ตกลงมาจากหอเอนเมืองปิซาในขณะเดียวกันก็มีกระสุนปืนใหญ่หนัก 80 กิโลกรัมและกระสุนปืนคาบศิลาที่เบากว่ามากซึ่งมีน้ำหนักเพียง 200 กรัม ร่างทั้งสองก็ถึงพื้นพร้อมกัน!
กาลิเลโอ กาลิเลอี. เขาผสมผสานความสามารถของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและนักทดลองอย่างกลมกลืน
กาลิเลโอต้องการศึกษาพฤติกรรมของร่างกายเมื่อพวกมันไม่ได้เคลื่อนที่เร็วนัก เขาสร้างรางสี่เหลี่ยมที่มีผนังขัดเงาอย่างดีจากบล็อกไม้ยาว วางเป็นมุมแล้วปล่อยลูกบอลหนักๆ ลงไป (อย่างระมัดระวังโดยไม่ต้องดัน)
นาฬิกาที่ดียังไม่มีอยู่จริง และกาลิเลโอตัดสินเวลาที่ใช้ในการทดลองแต่ละครั้งโดยการชั่งน้ำหนักปริมาณน้ำที่ไหลผ่านท่อบางๆ จากถังขนาดใหญ่
ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องมือ "ทางวิทยาศาสตร์" กาลิเลโอได้สร้างรูปแบบที่สำคัญ: ระยะทางที่ลูกบอลเคลื่อนที่เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของเวลา ซึ่งยืนยันความคิดของเขาเกี่ยวกับความเป็นไปได้ที่วัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่
ครั้งหนึ่งในมหาวิหาร สังเกตว่าโคมไฟที่มีขนาดและความยาวต่างกันแกว่งไปมา กาลิเลโอจึงสรุปได้ว่าสำหรับโคมไฟทั้งหมดที่แขวนอยู่บนเส้นด้ายที่มีความยาวเท่ากัน ระยะเวลาการแกว่งจากจุดบนหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งและความสูงของจุดขึ้นจะเท่ากัน และคงที่ - โดยไม่คำนึงถึงน้ำหนัก! จะยืนยันความผิดปกติและข้อสรุปที่ถูกต้องได้อย่างไร? เราจะเปรียบเทียบการแกว่งของลูกตุ้มกับอะไรได้บ้าง เราจะหามาตรฐานเวลาได้จากที่ไหน? และกาลิเลโอได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหาที่นักวิทยาศาสตร์หลายรุ่นจะใช้เป็นตัวอย่างของความฉลาดและความเฉลียวฉลาดของความคิดทางกายภาพ: เขาเปรียบเทียบการแกว่งของลูกตุ้มกับความถี่ของการเต้นของหัวใจของเขาเอง!
ลักษณะและโครงสร้างของนาฬิกาลูกตุ้มเรือนแรกที่ประดิษฐ์โดย Christiaan Huygens
เพียงสามร้อยปีต่อมา ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 เอนรีโก แฟร์มี ผู้ยิ่งใหญ่ชาวอิตาลีอีกคน ได้ทำการทดลองที่ชวนให้นึกถึงความสำเร็จของกาลิเลโอด้วยความเรียบง่ายและแม่นยำ แฟร์มีจะกำหนดแรงระเบิดของระเบิดปรมาณูลูกแรกด้วยระยะทางที่คลื่นระเบิดจะพัดพากลีบกระดาษจากฝ่ามือของเขา...
ความคงตัวของการแกว่งของหลอดไฟและลูกตุ้มที่มีความยาวเท่ากันได้รับการพิสูจน์โดยกาลิเลโอ และบนพื้นฐานของคุณสมบัติอันน่าทึ่งของวัตถุที่สั่นไหว Christian Huygens ได้สร้างนาฬิกาลูกตุ้มเรือนแรกด้วยการเดินแบบปกติในปี 1657
เราทุกคนตระหนักดีถึงนาฬิกาอันอบอุ่นสบายซึ่งมีนกกาเหว่า "พูดได้" อาศัยอยู่ซึ่งเกิดขึ้นจากพลังในการสังเกตของกาลิเลโอซึ่งไม่ได้ทิ้งเขาไว้แม้ในระหว่างการให้บริการในมหาวิหาร
คนมักจะคิดถึงคำถามว่าเมื่อไรและ ผู้คิดค้นลูกตุ้มดูการแกว่งลูกตุ้มในนาฬิกาเหรอ? ผู้ประดิษฐ์คนนี้คือกาลิเลโอ หลังจากพูดคุยกับพ่อของเขา (รายละเอียดเพิ่มเติม :) กาลิเลโอกลับไปที่มหาวิทยาลัย แต่ไม่ใช่คณะแพทยศาสตร์ แต่เป็นคณะปรัชญาที่พวกเขาสอนคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ ในขณะนั้นศาสตร์เหล่านี้ยังไม่แยกออกจากปรัชญา ที่คณะปรัชญา กาลิเลโอตัดสินใจศึกษาอย่างอดทนซึ่งมีการสอนโดยใช้การไตร่ตรองและไม่ได้รับการยืนยันจากการทดลอง