A mendojnë njerëzit shpesh për pyetjen se kur dhe i cili shpiku lavjerrësin duke parë lavjerrësin që lëkundet në një orë? Ky shpikës ishte Galileo. Pas bisedave me të atin, (më shumë detaje:) Galileo u kthye në universitet, por jo në Fakultetin e Mjekësisë, por në Fakultetin e Filozofisë, ku jepnin lëndën e matematikës dhe të fizikës. Në atë kohë, këto shkenca nuk ishin ende të ndara nga filozofia. Në Fakultetin Filozofik, Galileo vendosi të studiojë me durim, mësimi i të cilit bazohej në soditje dhe nuk u konfirmua nga eksperimentet.
Galileo në Katedralen e Pizës
Të gjithë studentët, sipas rregullave të universitetit, duhej të shkonin në kishë. Galileo, duke qenë besimtar, trashëgoi nga babai i tij indiferencën ndaj ritualeve të kishës dhe nuk mund të quhej një lutje e zellshme. Sipas studentit të tij Viviani, në 1583 Galileo, duke qenë gjatë një shërbimi në Katedralja e Pizës, vuri re llambadarin, i varur nga tavani në zinxhirë të hollë. Shoqëruesit që po ndiznin qirinj në llambadarë me sa duket e shtynë atë dhe llambadari i rëndë u lëkund ngadalë. Galileo filloi ta shikonte: lëkundja e llambadarit gradualisht u shkurtua dhe u dobësua, por Galileos iu duk se, megjithëse lëkundja e llambadarit u ul dhe u shua, koha e një lëkundjeje mbetet e pandryshuar. Për të testuar këtë supozim, nevojitej një orë e saktë, por Galileo nuk kishte një orë - ato ende nuk ishin shpikur. I riu mendoi të përdorte rrahjet e zemrës në vend të një kronometër. Pasi ndjeu një venë pulsuese në dorën e tij, Galileo numëroi rrahjet e pulsit dhe në të njëjtën kohë lëkundjen e llambadarit. Supozimi dukej se u konfirmua, por, për fat të keq, llambadari pushoi së lëkundur dhe Galileo nuk guxoi ta shtynte atë gjatë shërbimit.Galileo shpiku lavjerrësin
Duke u kthyer në shtëpi, Galileo shpenzuar eksperimente. Ai e lidhi atë në fije dhe filloi të lëkundej sende të ndryshme që i vinin në dorë: një çelës dere, guralecë, një bojë boje dhe pesha të tjera. Ai i vari këto lavjerrëse të bëra vetë nga tavani dhe i shikoi duke u lëkundur. Ai ende e numëronte kohën me rrahje pulsi. Para së gjithash, Galileo ishte i bindur se objektet e lehta lëkunden aq shpesh sa ato të rëndat nëse varen në fije me të njëjtën gjatësi. A Lëkundjet varen vetëm nga gjatësia e fillit: sa më i gjatë të jetë filli, aq më rrallë lëkundet lavjerrësi dhe sa më i shkurtër, aq më shpesh lëkundet. Frekuenca e lëkundjes varet vetëm nga gjatësia e lavjerrësit, por jo nga pesha e tij. Galileo e shkurtoi fillin në të cilin varej boja boshe; e bëri atë të lëkundet në kohë me rrahjet e pulsit dhe për çdo rrahje zemre kishte një lëkundje të lavjerrësit. Pastaj shtyu bojën dhe u ul në një karrige dhe filloi të numëronte pulsin e tij, duke parë lavjerrësin. Në fillim, boja, duke u lëkundur, bëri lëkundje mjaft të gjera dhe shpejt fluturoi nga njëra anë në tjetrën, dhe më pas lëkundjet e saj u bënë më të vogla dhe lëvizja e saj më e ngadaltë; Kështu, koha e një lëkundjeje nuk ndryshoi dukshëm. Lëkundjet e mëdha dhe të vogla të lavjerrësit ende përkonin me rrahjet e pulsit. Por më pas Galileo vuri re se nga eksitimi "kronometri" i tij - zemra e tij - filloi të rrihte më shpejt dhe të ndërhynte në eksperiment. Pastaj filloi të përsëriste përvojën e tij shumë herë radhazi për të qetësuar zemrën. Si rezultat i këtyre eksperimenteve, Galileo u bind se koha e një lëkundjeje nuk ndryshon dukshëm - ajo mbetet e njëjtë (nëse Galileo kishte një orë moderne të saktë, ai mund të kishte vërejtur se ka ende një ndryshim të vogël midis lëkundjeve të mëdha dhe të vogla , por është shumë i vogël dhe pothuajse i pakapshëm).Aparat pulsologjik
Duke reflektuar mbi zbulimin e tij, Galileo mendoi se ai mund të ishte i dobishëm për mjekët për të numëruar pulsin e njerëzve të sëmurë. Një shkencëtar i ri doli me një të vogël pajisje, i quajtur pulsologjia. Pulsologjia hyri shpejt në praktikën mjekësore. Mjeku erdhi tek pacienti, ndjeu pulsin me njërën dorë dhe me tjetrën shtrëngoi ose zgjati lavjerrësin e pajisjes së tij në mënyrë që lëkundjet e lavjerrësit të përputheshin me rrahjet e pulsit. Më pas, duke përdorur gjatësinë e lavjerrësit, mjeku përcaktoi frekuencën e rrahjeve të zemrës së pacientit. Kjo histori Zbulimi i parë shkencor i Galileos tregon se Galileo kishte të gjitha cilësitë e një shkencëtari të vërtetë. Ai dallohej për aftësitë e tij të jashtëzakonshme të vëzhgimit; mijëra, miliona njerëz panë llambadarë, lëkundje, plumba marangozi dhe objekte të tjera të varura në lidhëse, fije ose zinxhirë duke u lëkundur, dhe vetëm Galileo ishte në gjendje të shihte atë që i shpëtoi vëmendjes së shumë njerëzve. Ai testoi përfundimin e tij me eksperimente dhe menjëherë gjeti një aplikim praktik për këtë zbulim. Deri në fund të jetës së tij, shkencëtari e vërtetoi këtë lavjerrësi që ai shpiku mund të ishte një rregullator i shkëlqyer për një orë. Që atëherë, lavjerrësi është përdorur në orët e murit. Galileo e bëri orën lavjerrës një nga mekanizmat më të saktë.Ora Huygens me rregullator lavjerrës dhe ikje boshti
Përmirësimet më të rëndësishme në mekanizmin e orës u bënë në gjysmën e dytë të shekullit të 17-të nga fizikani i famshëm holandez Huygens, i cili krijoi rregullatorë të rinj si për orët e pranverës ashtu edhe për orët e peshës. Krahu lëkundës, i cili ishte përdorur për disa shekuj më parë, kishte shumë disavantazhe. Është e vështirë madje ta quash atë një rregullator në kuptimin e duhur të fjalës. Në fund të fundit, rregullatori duhet të jetë i aftë për lëkundje të pavarura me frekuencën e vet. Krahu rrotullues ishte, në përgjithësi, vetëm një volant. Shumë faktorë të jashtëm ndikuan në funksionimin e saj, gjë që ndikoi në saktësinë e orës. Mekanizmi u bë shumë më i përsosur kur një lavjerrës u përdor si rregullator.
Për herë të parë, ideja e përdorimit të një lavjerrës në instrumentet më të thjeshta për matjen e kohës erdhi tek shkencëtari i madh italian Galileo Galilei. Ekziston një legjendë që në vitin 1583, nëntëmbëdhjetë vjeçari Galileo, ndërsa ishte në Katedralen e Pizës, vuri re lëkundjen e një llambadari. Ai vuri re, duke numëruar rrahjet e pulsit, se koha e një lëkundjeje të llambadarit mbeti konstante, megjithëse lëkundjet bëheshin gjithnjë e më pak. Më vonë, pasi filloi një studim serioz të lavjerrësve, Galileo vërtetoi se me një lëkundje të vogël (amplitudë) lëkundjeje (vetëm disa gradë), periudha e lëkundjes së lavjerrësit varet vetëm nga gjatësia e tij dhe ka një kohëzgjatje konstante. Lëkundje të tilla u quajtën izokrone. Është shumë e rëndësishme që me lëkundjet izokrone, periudha e lëkundjes së lavjerrësit të mos varet nga masa e tij. Falë kësaj vetie, lavjerrësi doli të ishte një pajisje shumë e përshtatshme për matjen e periudhave të shkurtra kohore. Bazuar në të, Galileo zhvilloi disa numërues të thjeshtë, të cilët i përdori në eksperimentet e tij. Por për shkak të amortizimit gradual të lëkundjeve, lavjerrësi nuk mund të përdorej për të matur periudha të gjata kohore.
Krijimi i një ore lavjerrës konsistonte në lidhjen e një lavjerrës me një pajisje për të ruajtur lëkundjet e tij dhe për t'i numëruar ato. Në fund të jetës së tij, Galileo filloi të projektonte një orë të tillë, por zhvillimi nuk shkoi më tej. Orët e para me lavjerrës u krijuan pas vdekjes së shkencëtarit të madh nga djali i tij. Megjithatë, struktura e këtyre orëve u mbajt rreptësisht e fshehtë, kështu që ato nuk patën ndonjë ndikim në zhvillimin e teknologjisë. Në mënyrë të pavarur nga Galileo, në 1657 Huygens montoi një orë mekanike me një lavjerrës. Gjatë zëvendësimit të krahut lëkundës me një lavjerrës, projektuesit e parë u përballën me një problem të vështirë: siç u përmend tashmë, lavjerrësi krijon lëkundje izokronike vetëm me një amplitudë të vogël, ndërkohë që ikja e boshtit kërkonte një lëkundje të madhe. Në orën e parë të Huygens, lëkundja e lavjerrësit arriti 40-50 gradë, gjë që ndikoi negativisht në saktësinë e lëvizjes. Për të kompensuar këtë mangësi, Huygens duhej të tregonte mrekulli të zgjuarsisë. Në fund, ai krijoi një lavjerrës të veçantë, i cili, ndërsa lëvizte, ndryshoi gjatësinë e tij dhe u lëkund përgjatë një kurbë cikloide. Ora e Huygens kishte saktësi pakrahasueshme më të madhe se sa orët me
lëkundëse. Gabimi i tyre ditor nuk i kalonte 10 sekonda (në orët me një rregullator rrotullues, gabimi varionte nga 15 në 60 minuta).
Tashmë në 1530, u bënë përpjekje për të krijuar orë mekanike. Por në këtë rrugë kishte shumë vështirësi për t'u kapërcyer. Orët që ekzistonin në atë kohë nuk mund të tregonin kohën e saktë. Në 1581, Galileo Galilei zbuloi se periudha e lëkundjes së një lavjerrës me një lëkundje të vogël nuk varet nga amplituda e kësaj lëkundjeje. Në vitin 1636, ai projektoi një pajisje që përdorte vetinë e një lavjerrës - një matës të kohës. Në thelb, ishte një orë me një lavjerrës. Në vitin 1641, sipas studentit të Galileos, V. Viviani, (Galileo) "i erdhi ndërmend se një lavjerrës mund t'i shtohej një ore me pesha dhe një susta".
Galileo ia tregoi këto plane djalit të tij Vincenzo. Babai dhe djali vendosën të ndërtonin një mekanizëm me një pajisje të zgjuar shpëtimi (i ashtuquajturi "arratisja me grep"). Një orë e tillë në fakt është ndërtuar nga Viviani, e cila ka lënë një vizatim të kësaj ore.
Christian Huygens i kushtoi rreth njëzet vjet të jetës së tij punës në orët lavjerrës, duke u përpjekur t'i përshtatte ato me kushtet e detit. Ai i plotësoi ato me shumë pajisje të rëndësishme, dhe gjithashtu krijoi disa orë me saktësi të shtuar. Në 1657, Huygens njoftoi krijimin e tij të një ore lavjerrës. Kjo orë funksiononte po aq mirë sa ora e Galileos, por pesha u zëvendësua nga një sustë me ekuilibër. Vetë Huygens tha se qëllimi i tij ishte të krijonte një orë me të cilën do të ishte e mundur të përcaktohet gjatësia në det. Sidoqoftë, ai nuk arriti të arrinte qëllimin e tij kryesor - të bënte lavjerrësin të lëvizte saktë kur anija ishte në oqeanin e hapur.
Më premtuese ishin orët me një fije floku dhe një rregullator ekuilibri, të shpikur rreth vitit 1658 nga anglezi Hooke për lundrim. Ndërsa problemi i përcaktimit të saktë të gjatësisë gjeografike bëhej gjithnjë e më i ngutshëm për lundruesit, qeveritë dhe individët ofruan shpërblime për zgjidhjen e tij. Në 1714, qeveria angleze vendosi një bonus prej 10 deri në 20 mijë sterlina, në varësi të saktësisë së arritur. E gjithë kjo, natyrisht, inkurajoi shumë punën e mëtejshme.
Detyra më e vështirë ishte sigurimi i qëndrueshmërisë së orës në çdo temperaturë - në fund të fundit, madhësia e pjesëve metalike të orës varej nga temperatura, e cila, natyrisht, ndikoi në saktësinë e saj. Problemi u zgjidh vetëm nga mesi i shekullit të 18-të. pothuajse njëkohësisht nga Harrison (Angli), Le Rossi (Francë) dhe Berthoud (Zvicër). Çmimi nga qeveria angleze iu dha Harrisonit, i cili deri në vitin 1759 kishte bërë katër kronometra (siç quheshin këto lëvizje të orës precize). Sidoqoftë, zhvillimet e mëtejshme të mekanizmave të orës u kryen në bazë të kronometrit të francezit Le Rossi, të bërë prej tij në 1766.
Një shembull i mrekullueshëm nga historia e aplikimit të zbulimeve fizike është historia e orëve.
Në 1583, studenti nëntëmbëdhjetë vjeçar Galileo Galilei, duke vëzhguar lëkundjet e një llambadari në katedrale, vuri re se periudha kohore gjatë së cilës ndodhi një lëkundje ishte pothuajse e pavarur nga amplituda e lëkundjeve. Për të matur kohën, Galileo i ri përdori pulsin e tij, sepse nuk kishte ende orë të sakta. Kështu Galileo e bëri zbulimin e tij të parë. Më pas, ai u bë një shkencëtar i madh (ne do ta shohim emrin e tij më shumë se një herë në faqet e këtij libri shkollor).
Ky zbulim i Galileos u përdor në shekullin e 17-të nga fizikani holandez Christiaan Huygens (për zbulimet e tij do të mësojmë në shkollën e mesme, kur të studiojmë fenomenet e dritës). Huygens krijoi orën e parë me lavjerrës: në to, koha matet me numrin e lëkundjeve të një peshe të pezulluar në një shufër. Orët me lavjerrës ishin shumë më të sakta se paraardhësit e tyre - orët e rërës, ujit dhe diellit: ato mbetën prapa ose nxitonin vetëm 1-2 minuta në ditë. Dhe sot, në disa shtëpi mund të shihni ende orë lavjerrës (Fig. 2.4, a): ato shënojnë rregullisht, duke i kthyer sekondat e së ardhmes në sekonda të së shkuarës.
Oriz. 2.4. Orët e para të sakta ishin orë lavjerrës, por ato ishin mjaft të rënda. Orët e pranverës janë shumë më të përshtatshme - ato mund të vishen në dorën tuaj (b). Më të zakonshmet sot janë orët e kuarcit (c)
Sidoqoftë, orët me lavjerrës janë mjaft të mëdha: ato mund të vendosen në dysheme ose të varen në mur, por nuk mund të vendosen në xhep ose të vishen në dorë. Në shek. Një nga pasojat e ligjit të Hukut është e ngjashme me zbulimin e Galileos të ri: rezulton se periudha kohore gjatë së cilës një susta kryen një lëkundje është gjithashtu pothuajse e pavarur nga amplituda e lëkundjeve. Kjo lejoi ndërtimin e orës së pranverës (shek. XVIII). Orëbërësit mësuan t'i bënin ato aq të vogla saqë këto orë mund të mbaheshin në xhep ose në dorë (Fig. 2.4, b). Saktësia e një ore pranvere është afërsisht e njëjtë me një orë lavjerrës, por orët e pranverës duhet të mbështjellen çdo ditë, dhe përveç kësaj, ato ndonjëherë fillojnë të nxitojnë ose vonojnë, madje edhe të ndalojnë fare. Sa njerëz kanë humbur një tren ose një takim vetëm sepse ora e tyre ishte e ngadaltë ose ata harruan ta vinin atë ditë!
Në shekullin e 20-të, pasi studiuan vetitë elektrike të kuarcit (një mineral i zakonshëm), shkencëtarët dhe inxhinierët krijuan orë kuarci - shumë më të besueshme dhe më të sakta se orët e pranverës. Orët e kuarcit nuk kanë nevojë të plagosen: ato ushqehen nga një bateri që zgjat disa muaj apo edhe vite dhe gabimi i tyre nuk është më shumë se disa minuta në vit. Në ditët e sotme, janë orët kuarci ato që janë bërë më të zakonshmet (Fig. 2.4, c).
Dhe më të sakta sot janë orët atomike, veprimi i të cilave bazohet në dridhjet e atomeve.
Por në shtëpinë e tij në zyrën e tij, e cila u bë laboratori i parë fizik në planetin tonë, Galileo arriti të ngadalësojë rënien e tij. Ai u bë i arritshëm si për syrin ashtu edhe për studimin e kujdesshëm e të qetë.
Për këtë qëllim, Galileo ndërtoi një hendek të gjatë (dymbëdhjetë kubitë) të prirur. Pjesa e brendshme ishte e veshur me lëkurë të lëmuar. Dhe uli topa të lëmuara prej hekuri, bronzi dhe kockash.
Unë e bëra këtë, për shembull.
Një fije ishte ngjitur në topin, i cili ishte në brazdë. Ai e hodhi atë mbi bllok dhe vari një peshë në skajin tjetër, e cila mund të ulej ose ngrihej vertikalisht. Pesha u tërhoq poshtë nga pesha e saj dhe lart, përmes fillit, nga një top nga një grykë e pjerrët. Si rezultat, topi dhe pesha lëviznin ashtu siç dëshironte eksperimentuesi - lart ose poshtë, shpejt ose ngadalë, në varësi të prirjes së gropës, peshës së topit dhe peshës së peshës. Kështu, topi dhe pesha mund të lëvizin nën ndikimin e gravitetit. Dhe kjo ishte rënia. E vërtetë, jo e lirë, e ngadalësuar artificialisht.
Së pari, Galileo gjeti ligjin për gjendjen e qëndrueshme të këtij sistemi: pesha e peshës e shumëzuar me lartësinë e skajit të ngritur të gropës së pjerrët duhet të jetë e barabartë me peshën e topit shumëzuar me gjatësinë e gropës. Kështu u shfaq kushti për ekuilibrin e sistemit - ligji Galileas i planit të pjerrët.
Ende nuk është thënë asgjë për vjeshtën dhe sekretet e saj.
Lëvizshmëria nuk është e vështirë për t'u studiuar: ajo është konstante me kalimin e kohës. Kalojnë sekonda, minuta, orë - asgjë nuk ndryshon.
Peshoret dhe vizoret - kjo është gjithçka që ju nevojitet për matjet *.
* (Prandaj, që nga kohërat e lashta filloi të zhvillohej statika, një degë e fizikës që merret me të gjitha llojet e palëvizshmërisë: peshore të balancuara, blloqe, leva. Të gjitha këto gjëra janë të nevojshme, kuptimi i tyre është i rëndësishëm dhe i dobishëm; jo më kot Arkimedi i famshëm grek u kushtoi shumë kohë atyre. Edhe në palëvizshmëri, ai vuri re shumë gjëra që ishin të nevojshme për shpikësit e "makinave të mundshme". Megjithatë, për të qenë të kujdesshëm, kjo nuk ishte ende fizikë e vërtetë. Ishte vetëm një përgatitje për të. Fizika e vërtetë filloi me studimin e lëvizjeve.)
Pastaj Galileo filloi të studionte lëvizjen e topave. Kjo ditë ishte ditëlindja e fizikës (mjerisht, data e saj kalendarike nuk dihet). Sepse ishte atëherë që një proces që ndryshonte nga koha iu nënshtrua studimit të parë laboratorik. U përdorën jo vetëm vizore, por edhe orë. Galileo mësoi të masë kohëzgjatjen e ngjarjeve, domethënë të kryejë operacionin kryesor të natyrshëm në çdo eksperiment fizik.
Legjenda e orës laboratorike të Galileos është mësimore. Në atë kohë ishte e pamundur të blije një kronometër në një dyqan. Edhe këmbësorët nuk janë shpikur ende. Galileo doli nga situata në një mënyrë shumë të veçantë. Ai e numëroi kohën me rrahjet e pulsit të tij, pastaj, siç sigurojnë biografët e vjetër, ai bëri një orë të mirë laboratorike nga përbërës të papritur: një kovë, peshore dhe një gotë kristali. Ai bëri një vrimë në fund të kovës përmes së cilës rridhte një rrjedhë e vazhdueshme uji. Nga dielli, ai vuri në dukje se sa ons ujë derdhej në orë, dhe më pas llogariti peshën e ujit që rrjedh në minutë dhe në sekondë.
Dhe këtu është përvoja. Shkencëtari ul topin në hendek dhe menjëherë vendos një gotë nën rrjedhë. Kur topi arrin një pikë të paracaktuar, ai shpejt e largon gotën. Sa më gjatë të rrotullohej topi, aq më shumë ujë rridhte brenda. Mbetet vetëm ta vendosim në peshore - dhe koha matet. Pse jo një kronometër!
"Sekondat e mia janë të lagura," tha Galileo, "por ato mund të peshohen."
Duke respektuar ashpërsinë elementare, vlen të përmendet, megjithatë, se këto orë nuk janë aq të thjeshta sa mund të duken. Nuk ka gjasa që Galileo të ketë marrë parasysh uljen e presionit (dhe për rrjedhojë të shpejtësisë) të avionit të ujit me një ulje të nivelit të ujit në kovë. Kjo mund të neglizhohet vetëm nëse kova është shumë e gjerë dhe rrjedha është e ngushtë. Ndoshta ishte kështu.
