О движении(Из истории механики)

Бублейников Феофан Дмитриевич

Опыт Герике. На стойке укреплены полушария, из которых выкачан воздух. Атмосферное давление удерживает тяжесть гирь, поставленных на платформу, подвешенную к нижнему полушарию.

Герике повторил также опыт, подтвердивший факт, что давление атмосферы может поддержать водяной столб высотой не более 32 футов. Он выкачивал воздух из медного шара с отходившей от него

трубкой и, погрузив затем зажатый пальцем конец трубки в чан с водой, открывал запорный кран. Вода через трубку заполняла весь шар. Удлиняя все больше трубку и поднимая выше шар, Герике убедился, что когда столб воды достигал высоты в 32 фута, то уже более не поднимался. Он даже заметил, что высота водяного столба не оставалась постоянной: она становилась то немного выше, то ниже в зависимости от погоды.

Опытами Торричелли, Паскаля и Герике было установлено, что воздух давит на все тела и на земную поверхность с силой около 15 фунтов на квадратный дюйм (около килограмма на квадратный сантиметр). Всех удивляло только, как люди и животные могут выдерживать такое огромное давление, не будучи раздавлены. Но позднее разъяснилось, что давление в кровеносных сосудах и полостях организмов равно атмосферному. Поэтому внешнее давление и не ощущается животными и людьми.

Если бы плотность воздуха не менялась по мере поднятия над уровнем моря, то толщину слоя атмосферы можно было бы определить простым расчетом: давление воздуха поддерживает столб воды высотой около 10 метров; значит, высота атмосферы во столько раз больше 10 метров, во сколько плотность воздуха меньше плотности воды. Слой воздуха был бы толщиной 8 километров.

В этом случае давление атмосферы уменьшалось бы обратно пропорционально высоте поднятия над уровнем моря. Например, на высоте 2 километров давление воздуха уравновешивало бы 760·3/4 = 570 миллиметров ртутного столба.

Значит, по величине давления легко было бы определять и высоту любого пункта, на котором произведено наблюдение.

Но атмосфера чем выше, тем становится разреженнее. Поэтому зависимость между высотой и давлением воздуха более сложна.

< image l:href="#"/>

Опыт Герике. Измерение давления атмосферы высотой водяного столба.

Изучение этой зависимости обещало дать удобный способ для измерения высот пунктов над уровнем моря, которые определялись до того времени трудоемким процессом — нивелировкой.

Современник Герике, французский физик Эдм Мариотт (1620–1684) первый пробовал рассчитать изменение давления атмосферы с высотой.

Имя Мариотта известно всем знакомым с курсом физики. Но о частной жизни этого человека не сохранилось почти никаких сведений.

Мариотт оставил много научных трудов и с самого основания Парижской Академии наук был избран академиком.

Мариотт хотел, измерив изменение давления воздуха до некоторой высоты, в дальнейшем определять его вычислением. В своем расчете изменения давления с поднятием над земной поверхностью он исходил из наблюдений

и открытого им (а еще ранее — Бойлем) закона, что плотность газа при неизменной температуре обратно пропорциональна давлению.

Измерение давления было сделано в самом глубоком подвале Парижской обсерватории и одновременно на вершине ее башни. Давление в подвале, конечно, оказалось немного больше.

Установив, на сколько меняется давление через каждые 5 футов (1,5 метра) высоты, Мариотт представил себе, что вся атмосфера состоит из слоев такой толщины. В каждом из них, как предположил он, давление меняется по отношению к лежащему ниже на одну и ту же величину. Исходя из таких соображений, Мариотт делал расчеты изменения давления с высотой.

В действительности зависимость между давлением и высотой над уровнем моря сложнее. Она выражается так называемой барометрической формулой.

Барометрическая формула позволяет определить высоту места наблюдения по давлению воздуха. Ею часто пользуются для этой дели в горных местностях.

Открытие закона колебаний маятника

Исследования Галилея были продолжены голландским физиком, математиком и астрономом Христианом Гюйгенсом (1629–1695).

Сын богатого землевладельца, Гюйгенс получил, по желанию отца, юридическое образование в Лейденском университете. Но юноша не хотел стать адвокатом: его влекли к себе астрономия, физика, математика и механические исследования.

С увлечением занимаясь оптикой, Гюйгенс сам шлифовал стекла и достиг в этом искусстве высокого совершенства. Он изготовил рефрактор, превосходивший по своим качествам все подобные инструменты астрономов своего времени. При помощи этого рефрактора он открыл, что планета Сатурн окружена светящимся кольцом и имеет спутника, которого ранее никто не мог увидеть.

Еще в возрасте двадцати двух лет Гюйгенс опубликовал свое первое математическое исследование, а вслед за ним — ряд других работ.

К тридцати годам Гюйгенс уже успел получить большую известность. В возрасте тридцати четырех лет он был избран в члены Лондонского Королевского общества, а через три года — в Парижскую Академию наук.

Король Франции отвел Гюйгенсу прекрасную квартиру при Королевской библиотеке в Париже. В Парижской Академии наук он пользовался большим влиянием и почетом. Но Гюйгенс был протестантом, а французы — католиками. В начале 80-х годов, когда во Франции началось преследование протестантов, Гюйгенс уехал к себе на родину, в протестантскую Голландию. Там он поселился в Гааге, где и оставался до самой смерти.

Занимаясь оптическими исследованиями, Гюйгенс предположил, что свет есть колебание упругой материальной среды — эфира, заполняющего мировое пространство и промежутки между атомами. По теории Гюйгенса, от светящейся точки колебания расходятся подобно волнам на поверхности воды от упавшего камня. В пространстве они имеют сферический вид, так как распространяются во все стороны с одинаковой скоростью.

Пользуясь этой теорией, Гюйгенс вывел законы отражения и преломления света.

Как механик Гюйгенс прославился разработкой теории физического маятника.