Галилео Галилей- великий итальянский учёный 17-го века слыл вольнодумцем, чьи идеи и научные интересы пришлись очень не по нраву имевшей огромную власть католической церкви. Однако одно из его выдающихся открытий произошло благодаря наблюдению, сделанному во время... церковной службы.
Как измерить отрезки времени? Человечество задумалось об этом с древнейших времен. Еще в Египте фараонов придумали солнечные часы, а первой стрелкой стала тень от высокого предмета, которая медленно ползла по земле, повинуясь движению солнца. В античные времена изобрели клепсидру- водяные часы, в которых время измерялось с помощью жидкости, вытекавшей через отверстие заданного размера. Их родня песочные часы тоже отсчитывали время уже в эпоху Древней Греции и Великого Рима.
На излете Средних веков в монастырях Западной Европы, где соблюдение распорядка служб, молитв, трудов и трапез требовало более или менее точного определения времени суток, изобрели простейшие механические часы. Они приводились в движение тяжелыми гирями, подвешенными на цепи. Первые башенные часы, которые стали отбивать время, появились в североитальянском городе Милане в 1335 году. Вот только точность этих курантов была крайне невысокой. Самой трудной технической задачей оказалось заставить шестеренки механизма вращаться равномерно, с постоянной скоростью.
Удивительная наблюдательность
Как этого добиться? Понадобился гений Галилео Галилея, чтобы выход был найден. Галилео родился в 1564 году в Пизе в семье Винченцо Галилея, коммерсанта и учителя музыки. Через десять лет семья переехала во Флоренцию, где мальчик поступил в монастырскую школу. Впрочем, монаха из Галилео не вышло, и еще через семь лет будущий ученый вернулся в Пизу, чтобы поступить на медицинский факультет университета. Ещё не отучившись и года, Галилей сделал одно из своих первых важных открытий. Однажды он присутствовал на службе в соборе и почему-то взгляд студента оказался прикованным к кадилу. Кадило - предмет церковной утвари, своего рода лампа, в которой тлеет ароматическая смола - ладан. Кадило подвешено на цепи, так что священник может размахивать им из стороны в сторону, как бы разгоняя по помещению храма благовонный дым.
И вот что заметил Галилео. Раскачивал ли священник кадило сильно, с большой амплитудой, или, наоборот лампа с ладаном лишь едва покачивалась на цепи, каждое колебание продолжалось ровно одно и то же время. Странно? Галилей положил палец на пульс и стал считать удары, сопоставляя их с продолжительностью колебаний кадила. Все точно! От амплитуды время колебания никак не зависит! Жадный до знания студент начал опыты с грузами, подвешенными на струне (то есть, с маятниками), и пришел к поразительному выводу: время колебания зависит не от амплитуды, но исключительно от длины струны (цепи, нити), на которой подвешен груз. А это значит, что при постоянной длине подвеса время колебания будет всегда постоянным. Маятник поможет измерять время!
Открытие Галилея сделало возможным создание более точных механических часов. Идея была проста. Раскачивающийся маятник через строго определенные промежутки времени то останавливает, то позволяет двигаться зубчатому колесу. Так можно достичь равномерности движения часовых шестеренок. Увы, несмотря на довольно долгую жизнь, Галилео дальше проекта так и не пошел. Правда, с его подачи маятники использовались в медицине для измерения частоты пульса, но точные часы оставались лишь мечтой. Уже после смерти великого ученого, его сын Винченцо попытался построить первый образец маятниковых часов на основе отцовских набросков. К сожалению, механизм не заработал.
Долгая реализация
Только в 1656 году голландский ученый Христиан Гюйгенс наконец построил настоящие часы с маятником. Открытие Галилея и конструкторский талант Гюйгенса подарили человечеству возможность все делать вовремя и никогда не опаздывать. Только почти три века спустя, в 1929 году, колебаниям маятника нашли замену и создали часы, использующие колебания кристалла кварца. Только тогда наступила эра электрических часов.
Впрочем, механические часы вовсе не ушли в прошлое. До сих пор огромные маятники отмеряют время в башенных часах типа кремлевских курантов или часов английского Биг-Бена. Маятник - это простое и удивительное устройство, которое дарит нам еще одну интересную возможность: получить наглядное подтверждение тому, что Земля действительно вращается. В 1851 году французский физик Жан Бернар Леон Фуко показал в парижском Пантеоне поразительный опыт. Тяжелый маятник, подвешенный на длинном тросе к куполу этого величественного здания, раскачивался по меридиональному направлению (север - юг). Груз свободно пролетал над полом, не задевая стоящие там специальные бруски. Однако через какое-то время бруски оказывались сбиты! Что произошло? Присутствовавшие при эксперименте впервые наглядно увидели действие силы Кориолиса, отклоняющей предметы, движущиеся над Землей. Просто это можно объяснить так: Земля под маятником вращается, а маятник, как бы не успевая за ее вращением, слегка отклоняется в сторону, противоположную вращению планеты. Плоскость его колебаний немного смещается к востоку. В этот момент бруски и попадают «под маятник». Сила Кориолиса очень слаба, однако когда речь идет о больших массах и больших промежутках времени, она способна проделать большую работу. Например, высокие правые берега рек в Северном полушарии это работа силы Кориолиса, заставляющей воду подмывать почву.
Спасибо за прочтение!
Как вам эта статья, пишите в комментариях.
Вам может быть интересно:
Дорога к Тихому океану или один из самых амбициозных инженерных проектов в мире