Odamlar ko'pincha qachon va qachon degan savol haqida o'ylashadi mayatnikni kim ixtiro qilgan mayatnikning soatda tebranishini tomosha qilyapsizmi? Bu ixtirochi Galiley edi. Otasi bilan suhbatdan so'ng (batafsilroq:) Galiley universitetga qaytib keldi, ammo tibbiyot fakultetiga emas, balki falsafa fakultetiga matematika va fizikadan dars berishdi. O'sha paytda bu fanlar hali falsafadan ajralmagan edi. Falsafa fakultetida Galiley sabr bilan o'qishga qaror qildi, uning ta'limoti tafakkurga asoslangan va tajribalar bilan tasdiqlanmagan.
Galiley Piza soborida
Universitet qoidalariga ko'ra, barcha talabalar cherkovga borishlari kerak edi. Galiley imonli bo'lib, otasidan cherkov marosimlariga befarqlikni meros qilib oldi va uni g'ayratli ibodat deb atash mumkin emas edi. Uning shogirdiga ko'ra Viviani, 1583 yilda Galiley, xizmat paytida bo'lish Piza sobori, qandilga e'tibor qaratdi, yupqa zanjirlarda shiftdan osilgan. Qandillarda sham yoqayotgan xizmatchilar uni turtib yuborishdi shekilli, og‘ir qandil sekin chayqalib ketdi. Galiley uni kuzata boshladi: qandilning tebranishi asta-sekin qisqardi va zaiflashdi, lekin Galileyga shunday tuyuldiki, qandilning tebranishi pasayib, so'ngan bo'lsa ham, bir tebranish vaqti o'zgarishsiz qoladi. Bu taxminni sinab ko'rish uchun aniq soat kerak edi, lekin Galileyda soat yo'q edi - ular hali ixtiro qilinmagan edi. Yigit sekundomer o‘rniga yurak urishini ishlatishni o‘yladi. Qo'lida pulsatsiyalanuvchi tomirni sezgan Galiley pulsning urishini va bir vaqtning o'zida qandilning tebranishini hisobladi. Taxmin tasdiqlanganga o'xshaydi, lekin, afsuski, qandil tebranishdan to'xtadi va Galiley xizmat paytida uni itarishga jur'at eta olmadi.Galiley mayatnikni ixtiro qildi
Uyga qaytib, Galiley sarflangan tajribalar. U uni iplarga bog'ladi va qo'liga kelgan turli narsalarni: eshik kaliti, toshlar, bo'sh siyoh idishi va boshqa og'irliklarni silkita boshladi. U uy qurilishi mayatniklarini shiftga osib, ularning tebranishini kuzatdi. U hali ham vaqtni puls urishi bilan hisoblardi. Avvalo, Galiley, agar ular bir xil uzunlikdagi iplarga osilgan bo'lsa, engil jismlar og'ir narsalar kabi tez-tez tebranishiga amin edi. A Belanchaklar faqat ipning uzunligiga bog'liq: ip qanchalik uzun bo'lsa, mayatnik shunchalik kamroq tebranadi va qanchalik qisqa bo'lsa, u tez-tez tebranadi. Tebranishlarning chastotasi faqat mayatnik uzunligiga bog'liq, lekin uning og'irligiga emas. Galiley bo'sh siyoh idishi osilgan ipni qisqartirdi; uni puls urishi bilan o'z vaqtida tebrandi va har bir yurak urishi uchun mayatnikning bir tebranishi bo'lardi. Keyin u siyohdonni itarib yubordi va u stulga o‘tirdi va mayatnikni kuzatib, yurak urishini hisoblay boshladi. Avvaliga siyoh idishi tebranib, ancha keng tebranishlar qildi va tezda u yoqdan bu tomonga uchib ketdi, keyin esa uning tebranishlari kichikroq va harakati sekinlashdi; Shunday qilib, bir tebranish vaqti sezilarli darajada o'zgarmadi. Sarkacning katta va kichik tebranishlari hali ham puls urishlariga to'g'ri keldi. Ammo keyin Galiley hayajondan uning "sekundomer" - yuragi tezroq ura boshlaganini va tajribaga xalaqit berayotganini payqadi. Keyin yuragini tinchlantirish uchun o'z tajribasini ketma-ket ko'p marta takrorlay boshladi. Ushbu tajribalar natijasida Galiley bir tebranish vaqti sezilarli darajada o'zgarmasligiga amin bo'ldi - u o'zgarishsiz qoladi (agar Galileyda zamonaviy aniq soat bo'lsa, u katta va kichik tebranishlar o'rtasida hali ham bir oz farq borligini payqagan bo'lardi. , lekin u juda kichik va deyarli qiyin).Pulsologiya apparati
Galiley o'zining kashfiyoti haqida o'ylar ekan, u kasal odamlarning yurak urishini hisoblash uchun shifokorlar uchun foydali bo'lishi mumkin deb o'yladi. Yosh olim kichkinagina o'ylab topdi qurilma, nomli pulsologiya. Pulsologiya tezda tibbiy amaliyotga kirdi. Shifokor bemorning oldiga kelib, bir qo'li bilan yurak urishini his qildi, ikkinchi qo'li bilan u o'z qurilmasining mayatnikini tortdi yoki cho'zdi, shunda mayatnikning tebranishlari yurak urish tezligiga to'g'ri keladi. Keyin sarkacning uzunligidan foydalanib, shifokor bemorning yurak urish chastotasini aniqladi. Bu hikoya Galileyning birinchi ilmiy kashfiyoti Galileyda haqiqiy olimga xos barcha fazilatlar borligini ko‘rsatadi. U o'zining g'ayrioddiy kuzatish qobiliyati bilan ajralib turardi; minglab, millionlab odamlar qandillar, belanchaklar, duradgorlik o'lchagichlari va boshqa narsalarni dantellarga, iplarga yoki zanjirlarga osilganini ko'rdilar va ko'pchilikning e'tiboridan chetda qolgan narsalarni faqat Galiley ko'ra oldi. U o'z xulosasini tajribalar bilan sinab ko'rdi va darhol ushbu kashfiyotning amaliy qo'llanilishini topdi. Olim umrining oxiriga kelib buni isbotladi u ixtiro qilgan mayatnik soat uchun ajoyib regulyator bo'lishi mumkin edi. O'shandan beri mayatnik devor soatlarida ishlatilgan. Galiley mayatnikli soatni eng aniq mexanizmlardan biriga aylantirdi.Gyuygens soati sarkac regulyatori va shpindelning qochishi bilan
Soat mexanizmidagi eng muhim yaxshilanishlar 17-asrning ikkinchi yarmida mashhur golland fizigi Gyuygens tomonidan amalga oshirildi, u bahor va vazn soatlari uchun yangi regulyatorlarni yaratdi. Bir necha asrlar oldin ishlatilgan roker qo'li ko'plab kamchiliklarga ega edi. Buni so'zning to'g'ri ma'nosida regulyator deb atash ham qiyin. Axir, regulyator o'z chastotasi bilan mustaqil tebranishlarga qodir bo'lishi kerak. Roker qo'li, umuman olganda, faqat volan edi. Uning ishlashiga ko'plab begona omillar ta'sir ko'rsatdi, bu esa soatning aniqligiga ta'sir qildi. Regulyator sifatida mayatnik ishlatilganda mexanizm ancha mukammal bo'ldi.
Birinchi marta vaqtni o'lchash uchun eng oddiy asboblarda mayatnikdan foydalanish g'oyasi buyuk italyan olimi Galileo Galileyga keldi. Afsonaga ko'ra, 1583 yilda o'n to'qqiz yoshli Galiley Piza soborida bo'lganida qandilning chayqalishini payqagan. U yurak urish tezligini hisoblab, qandilning bir marta tebranish vaqti doimiy bo'lib qolganini payqadi, garchi tebranish kamroq bo'lsa ham. Keyinchalik, mayatniklarni jiddiy o'rganishni boshlagan Galiley, kichik tebranish (amplituda) bilan (atigi bir necha daraja) mayatnikning tebranish davri faqat uning uzunligiga bog'liqligini va doimiy davomiylikka ega ekanligini aniqladi. Bunday tebranishlar izoxron deb atala boshlandi. Izoxron tebranishlar bilan mayatnikning tebranish davri uning massasiga bog'liq emasligi juda muhimdir. Ushbu xususiyat tufayli mayatnik qisqa vaqtni o'lchash uchun juda qulay qurilma bo'lib chiqdi. Unga asoslanib, Galiley bir nechta oddiy hisoblagichlarni ishlab chiqdi va ulardan o'z tajribalarida foydalandi. Ammo tebranishlar asta-sekin pasayganligi sababli, mayatnik uzoq vaqtni o'lchash uchun ishlatilmadi.
Mayatnikli soatning yaratilishi uning tebranishlarini ushlab turish va ularni hisoblash uchun mayatnikni qurilmaga ulashdan iborat edi. Umrining oxirida Galiley bunday soatni loyihalashni boshladi, ammo rivojlanish bundan keyin ham davom etmadi. Birinchi mayatnikli soatlar buyuk olim vafotidan keyin uning o'g'li tomonidan yaratilgan. Biroq, bu soatlarning tuzilishi qat'iy sir tutilgan, shuning uchun ular texnologiyaning rivojlanishiga hech qanday ta'sir ko'rsatmagan. Galileydan mustaqil ravishda, 1657 yilda Gyuygens mayatnikli mexanik soatni yig'di. Roker qo'lini mayatnik bilan almashtirishda birinchi dizaynerlar qiyin muammoga duch kelishdi: yuqorida aytib o'tilganidek, mayatnik faqat kichik amplituda bilan izoxron tebranishlarni hosil qiladi, shu bilan birga, milning qochishi katta tebranishlarni talab qildi. Birinchi Gyuygens soatida mayatnikning tebranishi 40-50 darajaga yetdi, bu harakatning aniqligiga salbiy ta'sir ko'rsatdi. Bu kamchilikning o'rnini qoplash uchun Gyuygens zukkolik mo''jizalarini ko'rsatishi kerak edi. Oxir-oqibat, u maxsus mayatnik yaratdi, u aylanayotganda uzunligini o'zgartirdi va sikloid egri chiziq bo'ylab tebrandi. Gyuygensning soati soatlarga qaraganda beqiyos aniqlikka ega edi
roker. Ularning kundalik xatosi 10 soniyadan oshmadi (roker regulyatori bo'lgan soatlarda xatolik 15 dan 60 minutgacha bo'lgan).
1530 yilda allaqachon mexanik soatlar yaratishga urinishlar qilingan. Ammo bu yo'lda ko'p qiyinchiliklarni engish kerak edi. O'sha paytda mavjud bo'lgan soatlar aniq vaqtni ko'rsata olmadi. 1581 yilda Galileo Galiley kichik tebranishli mayatnikning tebranish davri bu tebranishning amplitudasiga bog'liq emasligini aniqladi. 1636 yilda u mayatnik xususiyatidan foydalanilgan qurilma - vaqt o'lchagichni yaratdi. Aslida, bu mayatnikli soat edi. 1641 yilda Galileyning shogirdi V. Vivianining so'zlariga ko'ra, u (Galiley) "og'irliklari va prujinali soatga mayatnik qo'shilishi mumkinligini yodda tutdi".
Galiley bu rejalarini o'g'li Vinchensoga aytdi. Ota va o'g'il zukkolikdan qochish moslamasi ("kancali qochish" deb ataladigan) bilan mexanizmni qurishga qaror qilishdi. Bunday soatni aslida Viviani yasagan, u ushbu soatning rasmini qoldirgan.
Kristian Gyuygens hayotining taxminan yigirma yilini mayatnikli soatlar ustida ishlashga bag'ishladi va ularni dengiz sharoitlariga moslashtirishga harakat qildi. U ularni ko'plab muhim qurilmalar bilan to'ldirdi, shuningdek, yuqori aniqlikdagi bir nechta soatlarni yaratdi. 1657 yilda Gyuygens mayatnikli soatni yaratganini e'lon qildi. Bu soat Galileyning soati kabi yaxshi ishlagan, ammo og'irlik o'rnini muvozanatli buloq egallagan. Gyuygensning o'zi uning maqsadi dengizda uzunlikni aniqlash mumkin bo'lgan soat yaratish ekanligini aytdi. Biroq, u o'zining asosiy maqsadi - kema ochiq okeanda bo'lganida mayatnikni to'g'ri aylantirishga erisha olmadi.
1658 yilda ingliz Guk tomonidan navigatsiya uchun ixtiro qilingan sochli va muvozanat regulyatorli soatlar yanada istiqbolli edi. Uzunlikni aniq aniqlash muammosi navigatorlar uchun tobora dolzarb bo'lib qolar ekan, hukumatlar va shaxslar uni hal qilish uchun mukofotlar taklif qilishdi. 1714 yilda Angliya hukumati erishilgan aniqlikka qarab 10 dan 20 ming funt sterlinggacha bonus belgiladi. Bularning barchasi, albatta, keyingi ishlarga katta turtki berdi.
Eng qiyin vazifa har qanday haroratda soatning doimiyligini ta'minlash edi - axir, soatning metall qismlarining o'lchami haroratga bog'liq edi, bu, albatta, uning aniqligiga ta'sir qildi. Muammo faqat 18-asrning o'rtalarida hal qilindi. deyarli bir vaqtning o'zida Xarrison (Angliya), Le Rossi (Frantsiya) va Bertoud (Shveytsariya). Ingliz hukumatining mukofoti 1759 yilga kelib to'rtta xronometr yasagan Xarrisonga berildi (bu aniq soatlar shunday nomlana boshladi). Shunga qaramay, soat mexanizmlarining keyingi ishlanmalari 1766 yilda frantsuz Le Rossining xronometri asosida amalga oshirildi.
Jismoniy kashfiyotlarni qo'llash tarixidan ajoyib misol - bu soatlar tarixi.
1583 yilda o'n to'qqiz yoshli talaba Galileo Galiley sobordagi qandilning tebranishlarini kuzatar ekan, bitta tebranish sodir bo'lgan vaqt tebranishlar amplitudasiga deyarli bog'liq emasligini payqadi. Vaqtni o'lchash uchun yosh Galiley pulsini ishlatdi, chunki hali aniq soatlar yo'q edi. Shunday qilib Galiley o'zining birinchi kashfiyotini qildi. Keyinchalik u buyuk olim bo'ldi (biz uning ismini ushbu darslik sahifalarida bir necha bor ko'ramiz).
Galileyning bu kashfiyoti 17-asrda golland fizigi Kristian Gyuygens tomonidan qo'llanilgan (biz uning kashfiyotlarini o'rta maktabda yorug'lik hodisalarini o'rganganimizda bilib olamiz). Gyuygens birinchi mayatnikli soatni yaratdi: ularda vaqt novda ustida osilgan og'irlikning tebranishlari soni bilan o'lchanadi. Mayatnikli soatlar avvalgilariga qaraganda ancha aniqroq edi - qum, suv va quyosh soatlari: ular kuniga atigi 1-2 daqiqa orqada qolishdi yoki shoshilishdi. Va bugungi kunda, ba'zi uylarda siz hali ham sarkaçli soatlarni ko'rishingiz mumkin (2.4-rasm, a): ular muntazam ravishda belgi qo'yib, kelajak soniyalarini o'tmish soniyalariga aylantiradi.
Guruch. 2.4. Birinchi aniq soatlar mayatnikli soatlar edi, lekin ular juda og'ir edi. Bahor soatlari ancha qulayroq - ularni qo'lingizga kiyish mumkin (b). Bugungi kunda eng keng tarqalgan kvarts soatlari (c)
Biroq, mayatnikli soatlar juda katta: ularni erga qo'yish yoki devorga osib qo'yish mumkin, lekin cho'ntagiga solib bo'lmaydi yoki qo'lda kiyib bo'lmaydi. 17-asrda ingliz fizigi Robert Guk buloqlarning xossalarini oʻrganar ekan, keyinchalik uning nomi bilan atalgan qonunni kashf qildi (bu qonun bilan tez orada tanishamiz). Guk qonunining oqibatlaridan biri yosh Galileyning kashfiyotiga o'xshaydi: ma'lum bo'lishicha, prujinaning bir tebranishini amalga oshiradigan vaqt davri ham tebranishlar amplitudasiga deyarli bog'liq emas. Bu bahorgi soatni (18-asr) qurishga imkon berdi. Soatsozlar ularni shu qadar kichik qilishni o'rgandilarki, bu soatlarni cho'ntakda yoki qo'lda olib yurish mumkin edi (2.4-rasm, b). Prujinali soatning aniqligi taxminan sarkaçli soat bilan bir xil, ammo bahor soatlari har kuni o'rnatilishi kerak, bundan tashqari, ular ba'zan shoshilib yoki orqada qola boshlaydi yoki hatto butunlay to'xtaydi. Qanchadan-qancha odamlar soati sekin bo'lgani yoki o'sha kuni o'rashni unutib qo'ygani uchun poezd yoki uchrashuvni o'tkazib yuborgan!
20-asrda, kvartsning (umumiy mineral) elektr xususiyatlarini o'rganib chiqqandan so'ng, olimlar va muhandislar kvarts soatlarini yaratdilar - bahor soatlariga qaraganda ancha ishonchli va aniqroq. Kvarts soatlarini o'rash kerak emas: ular bir necha oy yoki hatto yillar davom etadigan batareyadan quvvatlanadi va ularning xatosi yiliga bir necha daqiqadan oshmaydi. Hozirgi kunda eng keng tarqalgan kvarts soatlari (2.4-rasm, c).
Va bugungi kunda eng aniq atom soatlari bo'lib, ularning harakati atomlarning tebranishiga asoslangan.
Ammo uyda, sayyoramizdagi birinchi fizik laboratoriyaga aylangan ofisida Galiley qulashini sekinlashtirishga muvaffaq bo'ldi. U ham ko'z uchun, ham ehtiyotkorlik bilan, bemalol o'qish uchun ochiq bo'ldi.
Shu maqsadda Galiley uzun (o'n ikki tirsak) eğimli xandaq qurdi. Ichkari silliq teri bilan qoplangan. U temir, bronza va suyakdan yasalgan sayqallangan sharlarni pastga tushirdi.
Men buni qildim, masalan.
Yivda joylashgan to'pga ip bog'langan. U uni blok ustiga tashladi va uning boshqa uchiga vertikal ravishda tushirilishi yoki ko'tarilishi mumkin bo'lgan og'irlikni osib qo'ydi. Og'irlik o'z og'irligi bilan pastga tortildi va yuqoriga, ip orqali, eğimli trubadan shar bilan tortildi. Natijada, to'p va og'irlik eksperimentator xohlagan tarzda - yuqoriga yoki pastga, tez yoki sekin, trubaning moyilligiga, to'pning og'irligiga va og'irlikning og'irligiga qarab harakat qildi. Shunday qilib, to'p va og'irlik tortishish kuchi ta'sirida harakatlanishi mumkin edi. Va bu kuz edi. To'g'ri, bepul emas, sun'iy ravishda sekinlashdi.
Birinchidan, Galiley ushbu tizimning barqaror holati uchun qonunni topdi: og'irlikning og'irligi eğimli trubaning ko'tarilgan uchining balandligiga ko'paytiriladigan to'pning og'irligi trubaning uzunligiga ko'paytirilishiga teng bo'lishi kerak. Shunday qilib tizimning muvozanat sharti - Nishab tekisligining Galiley qonuni paydo bo'ldi.
Kuz va uning sirlari haqida hali hech narsa aytilmagan.
Harakatsizlikni o'rganish qiyin emas: vaqt o'tishi bilan u doimiydir. Saniyalar, daqiqalar, soatlar o'tadi - hech narsa o'zgarmaydi.
Tarozilar va o'lchagichlar - bu sizga o'lchovlar uchun kerak bo'lgan narsadir *.
* (Shuning uchun ham qadim zamonlardan boshlab fizikaning barcha turdagi harakatsizlik bilan shug'ullanadigan bo'limi bo'lgan statika rivojlana boshladi: muvozanatli tarozilar, bloklar, tutqichlar. Bularning barchasi zarur, ularni tushunish muhim va foydalidir, mashhur yunon Arximedlari ularga ko'p vaqt ajratgani bejiz emas. Harakatsiz holatda ham u "mumkin bo'lgan mashinalar" ixtirochilari uchun zarur bo'lgan ko'p narsalarni payqadi.Ammo, tanlab aytsam, bu hali haqiqiy fizika emas edi, bu faqat unga tayyorgarlik edi.Haqiqiy fizika harakatlarni o'rganishdan boshlangan.)
Keyin Galiley to'plarning harakatini o'rganishni boshladi. Bu kun fizikaning tug'ilgan kuni edi (afsuski, uning kalendar sanasi noma'lum). Chunki o'shanda vaqt o'zgaruvchan jarayon birinchi laboratoriya tadqiqotiga duchor bo'lgan. Faqat hukmdorlar emas, balki soatlar ham ishlatilgan. Galiley hodisalarning davomiyligini o'lchashni, ya'ni har qanday fizik tajribaga xos bo'lgan asosiy operatsiyani bajarishni o'rgandi.
Galileyning laboratoriya soati haqidagi afsona ibratli. O'sha paytda do'konda sekundomer sotib olishning iloji yo'q edi. Hatto piyodalar ham hali ixtiro qilinmagan. Galiley vaziyatdan juda o'ziga xos tarzda chiqib ketdi. U vaqtni yurak urishi bilan hisobladi, keyin esa, uzoq yillik biograflarning ta'kidlashicha, u kutilmagan qismlardan: chelak, tarozi va billur stakandan yaxshi laboratoriya soati yasadi. U chelakning tubiga teshik ochdi, u orqali doimiy suv oqardi. Quyoshdan u soatiga qancha untsiya suv oqib chiqayotganini qayd etdi, so'ngra daqiqada va soniyada oqayotgan suvning og'irligini hisoblab chiqdi.
Va bu tajriba. Olim to'pni truba ichiga tushiradi va darhol oqim ostiga stakan qo'yadi. To'p oldindan belgilangan nuqtaga yetganda, u tezda stakanni uzoqlashtiradi. To'p qancha uzoq aylangan bo'lsa, shunchalik ko'p suv oqardi. Qolgan narsa uni taroziga qo'yish - va vaqt o'lchanadi. Nega sekundomer emas!
"Mening soniyalarim nam, - dedi Galiley, - lekin ularni tortish mumkin."
Elementar qat'iylikni hisobga olgan holda, shuni ta'kidlash kerakki, bu soatlar ular ko'rinadigan darajada oddiy emas. Galiley suv oqimining bosimini (va shuning uchun tezligini) chelakdagi suv sathining pasayishi bilan hisobga olgan bo'lishi dargumon. Agar chelak juda keng bo'lsa va oqim tor bo'lsa, buni e'tiborsiz qoldirish mumkin. Balki shunday bo'lgandir.
