Ceas pendul Creștinii Huygens. Ceasuri cu pendul: De la Galileo la Fedchenko. Christian Huygens - citate

Plan:

Introducere

• 1 Biografie
• 2 Activitatea stiintifica
  • 2.1 Matematică și mecanică
  • 2.2 Astronomie
  • 2.3 Optica si teoria undelor
  • 2.4 Alte realizări
• 3 scrieri majore
• 4 Note
Literatură
• 5.1 Lucrările lui Huygens în traducere rusă
• 5.2 Literatura despre el

Introducere

Portret de Kaspar Necher (1671), ulei, Muzeul Boerhaave, Leiden

Christian Huygens (ascultă (inf.)) van Zeulichem(Olandeză. Christiaan Huygens, IFA: [ˈkrɪstijaːn ˈɦœyɣə(n)s], 14 aprilie 1629, Haga - 8 iulie 1695, ibid) - mecanic, fizician, matematician, astronom și inventator olandez.

1. Biografie

Huygens s-a născut la Haga. Tatăl său Konstantin Huygens (Huygens), consilier secret al prinților din Orange, a fost un scriitor remarcabil, care a primit și o bună educație științifică.

Tânărul Huygens a studiat dreptul și matematica la Universitatea din Leiden, apoi a decis să se dedice științei.

Împreună cu fratele său, a îmbunătățit telescopul, aducându-l la o mărire de 92x și a început să studieze cerul. Prima faimă i-a venit lui Huygens când a descoperit inelele lui Saturn (și Galileo le-a văzut, dar nu a putut înțelege ce sunt) și satelitul acestei planete, Titan.

În 1657, Huygens a primit un brevet olandez pentru un design de ceas cu pendul. ÎN anul trecut Galileo a încercat să creeze acest mecanism în timpul vieții sale, dar orbirea progresivă l-a împiedicat. Ceasul lui Huygens a funcționat cu adevărat și a oferit o precizie excelentă pentru acea perioadă. Elementul central al designului a fost ancora inventată de Huygens, care a împins periodic pendulul și a menținut oscilațiile neamortizate. Proiectat de Huygens, un ceas cu pendul precis și ieftin a devenit rapid utilizat pe scară largă în întreaga lume.

În 1665, la invitația lui Colbert, s-a stabilit la Paris și a fost acceptat ca membru al Academiei de Științe. În 1666, la propunerea aceluiași Colbert, a devenit primul său președinte. Huygens a condus Academia timp de 15 ani.

În 1673 sub numele de „ ceas cu pendul Este publicată o lucrare excepțional de semnificativă despre cinematica mișcării accelerate. Această carte a fost o carte de birou pentru Newton, care a finalizat construcția fundației mecanicii începută de Galileo și continuată de Huygens.

1681: în legătură cu intenționarea abrogarii Edictului de la Nantes, Huygens, nedorind să se convertească la catolicism, s-a întors în Olanda, unde și-a continuat Cercetare științifică.

Numit după Huygens:

• un crater pe lună;
• Munte Mons Huygens pe luna;
• crater pe Marte
• asteroid 2801 Huygens;
• sonda spațială europeană care a ajuns la Titan;
• Laboratorul Huygens: laborator la Universitatea Leiden, Țările de Jos.

2. Activitatea stiintifica

Lagrange a scris că Huygens „a fost destinat să perfecționeze și să dezvolte cele mai importante descoperiri ale lui Galileo”.

2.1. Matematică și mecanică

Christian Huygens
Gravura dintr-un tablou de Caspar Necher de G. Edelink, 1684-1687.

Christian Huygens și-a început activitatea științifică în 1651 cu un eseu despre cuadratura hiperbolei, elipsei și cercului. În 1654 a descoperit teoria evoluților și evoluților.

În 1657, Huygens a publicat o descriere a designului ceasului pe care l-a inventat cu un pendul. La acea vreme, oamenii de știință nu aveau un astfel de dispozitiv necesar experimentelor ca un ceas precis. Galileo, de exemplu, când studia legile căderii, număra bătăile propriului puls. Ceasurile cu roți acționate de greutăți au fost folosite de mult timp, dar precizia lor a fost nesatisfăcătoare. Din vremea lui Galileo, pendulul a fost folosit separat pentru măsurarea precisă a perioadelor mici de timp și a fost necesar să se numere numărul de balansări. Ceasul lui Huygens avea o precizie bună, iar omul de știință s-a îndreptat apoi în repetate rânduri, timp de aproape 40 de ani, la invenția sa, îmbunătățindu-l și studiind proprietățile pendulului. Huygens intenționa să folosească un ceas cu pendul pentru a rezolva problema determinării longitudinii pe mare, dar nu a realizat progrese semnificative. Un cronometru marin de încredere și precis a apărut abia în 1735 (în Marea Britanie).

În 1673, Huygens a publicat lucrarea clasică de mecanică Ceasul cu pendul. Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica"). Numele modest nu trebuie să inducă în eroare. Pe lângă teoria ceasurilor, lucrarea conținea multe descoperiri de primă clasă în domeniul analizei și mecanicii teoretice. De asemenea, Huygens cuadrurează acolo un număr de suprafețe de revoluție. Aceasta și celelalte scrieri ale lui au avut un efect profund asupra tânărului Newton.

În prima parte a lucrării, Huygens descrie un pendul cicloidal îmbunătățit, care are un timp de balansare constant, indiferent de amplitudine. Pentru a explica această proprietate, autorul consacră cea de-a doua parte a cărții derivării legilor generale ale mișcării corpurilor într-un câmp gravitațional - liber, deplasându-se de-a lungul unui plan înclinat, rulând în jos un cicloid. Trebuie spus că această îmbunătățire nu a fost găsită aplicație practică, deoarece pentru fluctuații mici, creșterea preciziei din creșterea în greutate cicloidal este nesemnificativă. Cu toate acestea, metodologia de cercetare în sine a intrat în fondul de aur al științei.

Huygens derivă legile mișcării uniform accelerate a corpurilor în cădere liberă, pe baza presupunerii că acțiunea transmisă corpului de o forță constantă nu depinde de mărimea și direcția vitezei inițiale. Deducând relația dintre înălțimea căderii și pătratul timpului, Huygens face observația că înălțimile căderilor sunt legate ca pătratele vitezelor dobândite. Mai departe, având în vedere mișcarea liberă a unui corp aruncat în sus, el constată că corpul se ridică la cea mai mare înălțime, pierzând toată viteza care i-a fost comunicată și o dobândește din nou la întoarcerea înapoi.

Galileo a permis fără dovezi că atunci când cad de-a lungul unor linii drepte înclinate diferit de la aceeași înălțime, corpurile capătă viteze egale. Huygens demonstrează acest lucru după cum urmează. Două linii drepte cu înclinație diferită și înălțime egală sunt atașate cu capetele lor inferioare unul de celălalt. Dacă un corp coborât de la capătul superior al uneia dintre ele capătă o viteză mai mare decât cea lansată de la capătul superior al celuilalt, atunci poate fi lansat de-a lungul primului punct al unui astfel de punct sub capătul superior, astfel încât viteza dobândită mai jos să fie suficient pentru a ridica corpul până la capătul superior al celei de-a doua linii drepte; dar atunci s-ar dovedi că trupul s-a ridicat la o înălțime mai mare decât cea din care a căzut, iar acest lucru nu poate fi.

De la mișcarea unui corp de-a lungul unei linii drepte înclinate, Huygens trece la mișcare de-a lungul unei linii întrerupte și apoi la mișcare de-a lungul unei curbe și demonstrează că viteza dobândită la căderea de la orice înălțime de-a lungul curbei este egală cu viteza dobândită în timpul curbei. cădere liberă de la aceeași înălțime de-a lungul unei linii verticale și că aceeași viteză este necesară pentru a ridica același corp la aceeași înălțime atât într-o linie dreaptă verticală, cât și într-o curbă. Apoi, trecând la cicloidă și luând în considerare unele din proprietățile sale geometrice, autorul dovedește tautocronismul mișcărilor punctului greu de-a lungul cicloidei.

În cea de-a treia parte a lucrării este prezentată teoria evoluților și evoluțiilor, descoperită de autor încă din 1654; aici găseşte forma şi poziţia evoluţiei cicloidului.

Partea a patra prezintă teoria pendulului fizic; aici Huygens rezolvă problema care nu a fost dată atâtor geometri contemporani – problema determinării centrului de oscilații. Se bazează pe următoarea propoziție:

Dacă un pendul complex, după ce și-a lăsat repausul, și-a încheiat o anumită parte a oscilației sale, mai mult de o jumătate de balansare, și dacă legătura dintre toate particulele sale este distrusă, atunci fiecare dintre aceste particule se va ridica la o astfel de înălțime încât centrul de greutate comun va fi la acea înălțime, la care se afla la ieșirea din repaus a pendulului.

Această propoziție, nedemonstrată de Huygens, îi apare ca un principiu de bază, în timp ce acum este o simplă consecință a legii conservării energiei.

Teoria pendulului fizic este dată de Huygens într-o formă complet generală și în aplicare la corpuri. alt fel. Huygens a corectat greșeala lui Galileo și a arătat că izocronismul oscilațiilor pendulului proclamat de acesta din urmă are loc doar aproximativ. El a remarcat, de asemenea, încă două erori ale lui Galileo în cinematică: mișcarea uniformă într-un cerc este asociată cu accelerația (Galileo a negat acest lucru), iar forța centrifugă este proporțională nu cu viteza, ci cu pătratul vitezei.

În ultima, a cincea parte a lucrării sale, Huygens oferă treisprezece teoreme despre forța centrifugă. Acest capitol oferă pentru prima dată o expresie cantitativă exactă a forței centrifuge, care a jucat ulterior un rol important în studiul mișcării planetelor și în descoperirea legii gravitației universale. Huygens dă în el (verbal) mai multe formule fundamentale:

În 1657, Huygens a scris un apendice „ Despre așezările de jocuri de noroc” la cartea profesorului său van Schooten „Etudii matematice”. A fost o expunere semnificativă a începuturilor teoriei probabilității apărute atunci. Huygens, împreună cu Fermat și Pascal, și-au pus bazele. Din această carte, Jacob Bernoulli s-a familiarizat cu teoria probabilității, care a completat crearea fundamentelor teoriei.

Pagina de titlu a popularului tratat astronomic și filosofic al lui Huygens Cosmotheoros

2.2. Astronomie

Huygens a îmbunătățit singur telescopul; în 1655 a descoperit luna lui Saturn Titan și a descris inelele lui Saturn. În 1659, el a descris întregul sistem al lui Saturn într-o lucrare pe care a publicat-o.

În 1672, a descoperit o calotă glaciară la Polul Sud al lui Marte.

De asemenea, a descoperit Nebuloasa Orion și alte nebuloase, a observat stele binare, a estimat (destul de precis) perioada de rotație a lui Marte în jurul axei sale.

Ultima carte „ΚΟΣΜΟΘΕΩΡΟΣ sive de terris coelestibus earumque ornatu conjecturae” (în latină; publicată la Haga în 1698) este o reflecție filozofică și astronomică asupra Universului. El credea că și alte planete sunt locuite de oameni. Cartea lui Huygens a fost răspândită pe scară largă în Europa, unde a fost tradusă în engleză (în 1698), olandeză (1699), franceză (1702), germană (1703) și suedeză (1774). A fost tradusă în rusă prin decretul lui Petru I de către Yakov Bruce în 1717 sub titlul „Cartea vederii lumii”. Este considerată prima carte din Rusia care descrie sistemul heliocentric al lui Copernic.

2.3. Optica si teoria undelor

• Huygens a participat la disputele contemporane despre natura luminii. În 1678 a publicat A Treatise on Light, o schiță a teoriei ondulatorii a luminii. O altă lucrare remarcabilă a publicat-o în 1690; acolo a prezentat teoria calitativă a reflexiei, refracției și refracției duble în spartul islandez în aceeași formă în care este prezentată acum în manualele de fizică. A formulat așa-numitul. Principiul lui Huygens, care face posibilă investigarea mișcării unui front de undă, care a fost dezvoltat ulterior de Fresnel și a jucat un rol important în teoria ondulatorie a luminii și în teoria difracției.

• El deține îmbunătățirea inițială a telescopului folosit de el în observațiile astronomice și menționat în paragraful despre astronomie. El este și inventatorul proiectorului diascopic – așa-zisul. "lanterna magica"
• A inventat ocularul Huygens, format din două lentile plan-convexe.

2.4. Alte realizări

Ceas mecanic de buzunar

• Descoperirea teoretică a aplatizării Pământului la poli, precum și o explicație a influenței forței centrifuge asupra direcției gravitației și asupra lungimii celui de-al doilea pendul la diferite latitudini.
• Rezolvarea problemei ciocnirii corpurilor elastice, concomitent cu Wallis și Wren.
• Una dintre soluțiile la întrebarea formei unui lanț omogen greu în echilibru: (linia lanțului).
• Invenția spiralei ceasului, care înlocuiește pendulul, este extrem de importantă pentru navigație; Primul ceas cu spirală a fost proiectat la Paris de ceasornicarul Thuret în 1674.
• În 1675 a brevetat un ceas de buzunar.
• Primul a cerut alegerea unei măsuri naturale universale a lungimii, pe care a propus-o ca 1/3 din lungimea pendulului cu o perioadă de oscilație de 1 secundă (aceasta este de aproximativ 8 cm).

3. Lucrări principale

• Horologium oscillatorium, 1673 (Ceas cu pendul, în latină).
• Kosmotheeoros. (Traducerea în engleză a ediției din 1698) - Descoperirile astronomice ale lui Huygens, ipoteze despre alte planete.
• Tratat despre lumină (Tratat despre lumină, traducere în engleză).

4. Note

1. Conform transcripției practice olandeze-ruse, este mai corect să reproduci acest nume și prenume în rusă ca Christian Huygens .
2. Gindikin S. G. Povești despre fizicieni și matematicieni - www.mccme.ru/free-books/gindikin/index.html. - ediția a treia, extinsă. - M .: MTSNMO, 2001. - S. 110. - ISBN 5-900916-83-9
3. Kuznetsov B.G. Galileo Galilei. - M.: Nauka, 1964, p. 165, 174.
4. Totul despre planeta Marte - x-mars.narod.ru/investig.htm

Literatură

5.1. Lucrările lui Huygens în traducere rusă

• Guens H. Cartea cu privire la lume și opinie despre globurile cerești-terestre și decorațiunile lor. Pe. Jacob Bruce. Sankt Petersburg, 1717; Ed. a II-a, 1724 (în ediția rusă nu sunt indicate numele autorului și numele traducătorului)
• Arhimede. Huygens. Legendre. Lambert. Despre pătrarea cercului. Cu o anexă a istoriei întrebării, întocmită de F. Rudio. Pe. S. N. Bernstein. Odesa, Mathesis, 1913. (Retipărire: M.: URSS, 2002)
• Huygens H. Un tratat despre lumină, care explică motivele a ceea ce i se întâmplă în timpul reflectării și refracției, în special în timpul refracției ciudate a cristalului islandez. M.-L.: ONTI, 1935.
• Huygens H. Trei memorii despre mecanică. - publ.lib.ru/ARHIVES/G/GYUYGENS_Christian/Gyuygens_H._Tri_memuara_po_mehanike.(1951)..zip M.: Ed. Academia de Științe a URSS, 1951. Seria: Clasici ale științei.
  • Ceas cu pendul.
  • Despre mișcarea corpurilor sub influența impactului.
  • Despre forța centrifugă.
  • APLICAȚII:
    • K. K. Baumgart. Christian Huygens. Scurtă schiță biografică.
    • K. K. Baumgart. Lucrările lui Christian Huygens despre mecanică.
  • Index de nume.

5.2. Literatura despre el

• Veselovski I.N. Huygens. Moscova: Uchpedgiz, 1959.
• Istoria matematicii, editat de A. P. Yushkevich în trei volume, M .: Nauka, Volumul 2. Matematica secolului al XVII-lea. (1970) - ilib.mccme.ru/djvu/istoria/istmat2.htm
• Gindikin S. G. Povești despre fizicieni și matematicieni. - www.mccme.ru/free-books/gindikin/index.html M: MTsNMO, 2001.
• Costabel P. Invenția pendulului cicloidal de către Christian Huygens și meșteșugul unui matematician. Cercetări istorice și matematice, problema. 21, 1976, p. 143-149.
• Mah E. Mecanica. Schiță istorico-critică a dezvoltării sale. Izhevsk: RHD, 2000.
• Frankfurt U. I., Frank A. M. Christian Huygens. Moscova: Nauka, 1962.
• Şal, Michelle. Prezentare istorică originea și dezvoltarea metodelor geometrice - en.wikisource.org/wiki/Historical_review_of_the_origin_and_development_of_geometric_methods/Huygens. T. 1, n. 11-14. M., 1883.
• John J. O'ConnorȘi Edmund F. Robertson. Huygens, Christian - www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Huygens.html (engleză) pe arhiva MacTutor.
• Lucrări de Christiaan Huygens - www.gutenberg.org/author/Christiaan Huygens la Proiectul Gutenberg

Christian Huygens von Zuylichen - fiul nobilului olandez Constantin Huygens, s-a născut la 14 aprilie 1629. „Talentele, nobilimea și bogăția erau, aparent, ereditare în familia lui Christian Huygens”, a scris unul dintre biografii săi. Bunicul său a fost scriitor și demnitar, tatăl său a fost un consilier secret al Prinților de Orange, un matematician și un poet.

Slujirea credincioasă adusă suveranilor lor nu le-a înrobit talentele și se părea că Christian era destinat aceleiași soarte de invidiat pentru mulți. A studiat aritmetica și latină, muzica și versificația. Heinrich Bruno, profesorul său, nu se satură de elevul său de paisprezece ani:

„Mărturisesc că Christian trebuie numit un miracol în rândul băieților... Își desfășoară abilitățile în domeniul mecanicii și al construcțiilor, face mașini uimitoare, dar cu greu necesare.” Profesorul a greșit: băiatul caută mereu beneficiile studiilor sale. Mintea lui concretă și practică va găsi în curând scheme de mașini de care oamenii au cu adevărat nevoie.

Cu toate acestea, nu s-a dedicat imediat mecanicii și matematicii. Tatăl a decis să-și facă fiului avocat și, când Christian a împlinit șaisprezece ani, l-a trimis să studieze dreptul la Universitatea din Londra.

Fiind angajat în științe juridice la universitate, Huygens este în același timp pasionat de matematică, mecanică, astronomie și optică practică. Meșter iscusit, șlefuiește singur ochelari optici, îmbunătățește țeava, cu ajutorul căreia își va face ulterior descoperirile astronomice.

Christian Huygens a fost succesorul imediat al lui Galileo în știință. Potrivit lui Lagrange, Huygens „a fost destinat să îmbunătățească și să dezvolte cele mai importante descoperiri ale lui Galileo”. Există o poveste despre cum pentru prima dată Huygens a intrat în contact cu ideile lui Galileo. Huygens, în vârstă de șaptesprezece ani, urma să demonstreze că trupurile aruncate orizontal se mișcă de-a lungul parabolelor, dar, după ce a găsit dovada în cartea lui Galileo, nu a vrut să „scrie Iliada după Homer”.

După absolvirea universității, el devine o podoabă a sutei contelui de Nassau, care, în misiune diplomatică, se află în drum spre Danemarca. Contele nu este interesat de faptul că acest tânăr chipeș este autorul unor curioase lucrări de matematică și, desigur, nu știe cum visează Christian să ajungă de la Copenhaga la Stockholm pentru a-l vedea pe Descartes. Deci nu se vor întâlni niciodată: în câteva luni Descartes va muri.

La vârsta de 22 de ani, Huygens a publicat Discursuri despre pătratul hiperbolei, elipsei și cercului. În 1655, el construiește un telescop și descoperă unul dintre sateliții lui Saturn, Titan, și publică New Discoveries in the Size of a Circle. La 26 de ani, Christian scrie note despre dioptrie. La vârsta de 28 de ani, a fost publicat tratatul său „Despre calculele când se joacă zarurile”, unde una dintre primele cercetări din domeniul teoriei probabilităților se ascunde în spatele unui titlu aparent frivol.

Una dintre cele mai importante descoperiri ale lui Huygens a fost inventarea ceasului cu pendul. Și-a brevetat invenția la 16 iulie 1657 și a descris-o într-un scurt eseu publicat în 1658. Despre ceasurile sale i-a scris regelui francez Ludovic al XIV-lea: „Mașinile mele automate, plasate în apartamentele dumneavoastră, nu numai că vă uimesc în fiecare zi cu indicarea corectă a orei, dar sunt potrivite, așa cum am sperat chiar de la început.
început, a determina longitudinea unui loc pe mare. Sarcina de a crea și îmbunătăți ceasurile, în special cele cu pendul. Christian Huygens a studiat timp de aproape patruzeci de ani: din 1656 până în 1693. A. Sommerfeld l-a numit pe Huygens „cel mai strălucit ceasornicar din toate timpurile”.

La treizeci de ani, Huygens dezvăluie secretul inelului lui Saturn. Inelele lui Saturn au fost observate pentru prima dată de Galileo ca două apendice laterale „suținând” Saturn. Apoi se vedeau inelele, ca o linie subțire, nu le-a observat și nu le-a mai pomenit. Dar țeava lui Galileo nu avea rezoluția necesară și mărirea suficientă. Privind cerul cu un telescop 92x. Christian descoperă că inelul lui Saturn a fost luat drept stele laterale. Huygens și-a dat seama
ghicitoarea lui Saturn și a descris pentru prima dată celebrele sale inele.

La acea vreme Huygens era un tânăr foarte frumos, cu mari ochi albaștriiși mustăți tunși frumos. Buclele roșiatice ale perucii, ondulate răcoros după moda vremii, cădeau până la umeri, întinse pe dantelă Brabant albă ca zăpada a unui guler scump. Era prietenos și calm. Nimeni nu l-a văzut în mod deosebit agitat sau confuz, grăbit undeva sau, dimpotrivă, cufundat în gândire lentă. Nu-i plăcea să fie în „lumină” și rareori apărea acolo, deși originea lui i-a deschis porțile tuturor palatelor Europei. Cu toate acestea, când a apărut acolo, nu a părut deloc stânjenit sau jenat, așa cum se întâmpla adesea altor oameni de știință.

Dar degeaba fermecatorul Ninon de Lanclos isi cauta compania, este invariabil prietenos, nu mai mult, acest burlac convins. Poate bea cu prietenii, dar nu mult. Furișează-te puțin, râzi puțin. Un pic din tot, foarte puțin, astfel încât să rămână cât mai mult timp pentru principalul lucru - muncă. Munca – o pasiune neschimbătoare atotconsumătoare – l-a ars în mod constant.

Huygens s-a remarcat prin dăruire extraordinară. Era conștient de abilitățile sale și a căutat să le folosească la maximum. „Singura distracție pe care și l-a permis Huygens în astfel de lucrări abstracte”, a scris unul dintre contemporanii săi despre el, „a fost că a studiat fizica între ele. Ceea ce pentru un om obișnuit era o sarcină plictisitoare, pentru Huygens era divertisment.

În 1663, Huygens a fost ales membru al Societății Regale din Londra. În 1665, la invitația lui Colbert, s-a stabilit la Paris și în anul următor a devenit membru al Academiei de Științe din Paris, nou organizată.

În 1673 a fost publicat eseul său „Ceasul cu pendul”, unde s-au dat bazele teoretice ale invenției lui Huygens. În acest eseu, Huygens stabilește că cicloidul are proprietatea de izocronism și analizează proprietăți matematice cicloizii

Cercetând mișcarea curbilinie a unui punct greu, Huygens, continuând să dezvolte ideile exprimate de Galileo, arată că un corp, atunci când cade de la o anumită înălțime pe diferite căi, capătă o viteză finită care nu depinde de forma căii, dar depinde doar de înălțimea căderii și se poate ridica la o înălțime egală (în absența rezistenței) cu înălțimea inițială. Această prevedere, care exprimă în esență legea
conservarea energiei pentru mișcarea într-un câmp gravitațional, Huygens folosește pentru teoria pendulului fizic. El găsește o expresie pentru lungimea redusă a pendulului, stabilește conceptul de centru de balansare și proprietățile acestuia. El exprimă formula unui pendul matematic pentru mișcarea cicloidă și mici oscilații ale unui pendul circular după cum urmează:

„Timpul unei mici oscilații a unui pendul circular este legat de timpul de cădere de-a lungul de două ori lungimea pendulului, deoarece circumferința unui cerc este legată de diametru.”

Este semnificativ faptul că la sfârșitul eseului său, omul de știință face o serie de propuneri (fără o concluzie) despre forța centripetă și stabilește că accelerația centripetă este proporțională cu pătratul vitezei și invers proporțională cu raza cercului. Acest rezultat a pregătit teoria newtoniană a mișcării corpurilor sub acțiunea forțelor centrale.

Din cercetările mecanice ale lui Huygens, pe lângă teoria pendulului și a forței centripete, se cunoaște și teoria sa asupra impactului bilelor elastice, prezentată de acesta pentru o sarcină competitivă anunțată de Societatea Regală din Londra în 1668. Teoria impactului lui Huygens se bazează pe legea conservării forțelor vii, a impulsului și a principiului relativității lui Galileo. A fost publicată abia după moartea sa în 1703.

Huygens a călătorit destul de mult, dar nu a fost niciodată un turist inactiv. În prima călătorie în Franța, a studiat optica, iar la Londra ~ a explicat secretele fabricării telescoapelor sale. Cincisprezece ani a lucrat la curtea lui Ludovic al XIV-lea, cincisprezece ani de strălucite cercetări matematice și fizice. Și în cincisprezece ani - doar două scurte călătorii în patria sa pentru a se vindeca.

Huygens a locuit la Paris până în 1681, când, după abrogarea Edictului de la Nantes, el, ca protestant, s-a întors în patria sa. În timp ce se afla la Paris, l-a cunoscut bine pe Römer și l-a asistat activ în observațiile care au condus la determinarea vitezei luminii. Huygens a fost primul care a raportat rezultatele lui Römer în tratatul său.

Acasă, în Olanda, din nou neștiind oboseala, Huygens construiește un planetariu mecanic, telescoape uriașe de șaptezeci de metri, descrie lumile altor planete.

Lucrarea lui Huygens în latină apare despre lumină, corectată de autor și republicată în franceză în 1690. Tratatul lui Huygens despre lumină a intrat în istoria științei ca prima lucrare științifică despre optica undelor.Acest tratat a formulat principiul propagării undelor, cunoscut acum. ca principiu Huygens Pe baza acestui principiu se derivă legile reflexiei și refracției luminii, se dezvoltă teoria dublei refracții în spatul islandez.Deoarece viteza de propagare a luminii într-un cristal este diferită în direcții diferite, forma undei suprafața nu va fi sferică, ci elipsoidală.

Teoria propagării și refracției luminii în cristale uniaxiale este o realizare remarcabilă a opticii lui Huygens. Huygens a descris și dispariția uneia dintre cele două raze atunci când trec prin al doilea cristal cu o anumită orientare a acestuia față de primul. Astfel, Huygens a fost primul fizician care a stabilit faptul polarizării luminii.

Ideile lui Huygens au fost foarte apreciate de succesorul său Fresnel. El le-a clasat deasupra tuturor descoperirilor din optica lui Newton, argumentând că descoperirea lui Huygens „este poate mai greu de făcut decât toate descoperirile lui Newton în domeniul fenomenelor luminoase”.

Huygens nu ia în considerare culorile în tratatul său, precum și difracția luminii. Tratatul său este dedicat doar justificării reflexiei și refracției (inclusiv refracției duble) din punctul de vedere al ondulației. Această împrejurare a fost probabil motivul pentru care teoria lui Huygens, în ciuda sprijinului ei în secolul al XVIII-lea de către Lomonosov și Euler, nu a primit recunoaștere până la Fresnel în începutul XIX secolul nu a reînviat teoria valului pe o bază nouă.

Huygens a murit la 8 iunie 1695, când KosMoteoros, ultima sa carte, era tipărită în tipografie.

Primul ceas mecanic inventat de chinezi era alimentat de roți uriașe de apă din lemn care se învârteau încet. În anii 1300 existau ceasuri cu roți acționate de greutăți scăzute, dar aceste ceasuri erau nesigure și inexacte. Ceasul avea nevoie de un mecanism de reglare a ratei, care a fost inventat în anii 1600. Banul a devenit un astfel de mecanism, care a găsit prima aplicație practică în ceasuri.

În 1582, omul de știință italian Galileo Galilei a demonstrat că un pendul - o greutate suspendată de o tijă subțire - se balansează întotdeauna cu o viteză constantă. În plus, a demonstrat că viteza de oscilație depinde doar de lungimea pendulului, și nu de dimensiunea greutății atașate la capătul acestuia. De exemplu, un pendul de 1 m lungime face o oscilație (înainte și înapoi) într-o secundă. Dar dacă un pendul de această lungime continuă să se balanseze, atunci poate fi folosit pentru a măsura timpul în secunde. Galileo a avut această idee și în 1641 - cu un an înainte de moartea sa - i-a spus fiului său Vincenzo cum să facă un ceas, al cărui curs este reglat de un pendul. Dar Vincenzo nu a avut timp să termine lucrarea; primele ceasuri cu pendul au apărut abia în 1657. Au fost proiectate de omul de știință olandez Christian Huygens și realizate de ceasornicarul Solomon Koster la Haga. Au rămas în urmă sau au fugit cu 5 secunde pe zi, ceea ce a depășit semnificativ precizia tuturor ceasurilor de atunci.

Pendulele cu ceas nu foloseau fire, ci tije metalice. Dar temperatura afectează metalul, așa că lungimea tijelor s-a schimbat, ceea ce s-a reflectat în precizia ceasului. Pe vreme caldă, tija de metal s-a lungit și s-a scurtat pe vreme rece. De exemplu, pentru un ceas cu pendul de o secundă, pentru a pierde o secundă pe zi, este suficient să măriți lungimea pendulului cu 0,025 mm, ceea ce apare atunci când temperatura crește cu doar 2 ° C. Inventatorii au rezolvat curând această problemă prin crearea unui pendul de lungime constantă.În 1722, mecanicul englez George Graham a inventat pendulul cu mercur (anunțat în 1726) prin atașarea unui vas de sticlă plin cu mercur la capătul pendulului.Când pendulul s-a lungit în jos din cauza creșterea temperaturii, aceasta a fost compensată de expansiunea mercurului din vas, acționând în sens invers.

O altă soluție a fost pendulul reticulat de benzi alternante de oțel și cupru, inventat de ceasornicarul englez John Harrison în 1728. Cuprul se dilată mai mult decât oțelul, așa că expansiunea lui a fost compensată de expansiunea mai mică a oțelului. Acum tijele pendulului sunt fabricate din Invar, un aliaj de fier și nichel, care aproape că nu se extinde atunci când este încălzit. Acest aliaj este, de asemenea, folosit pentru a face bandă de măsurare și diapazon, pentru care o lungime constantă este foarte importantă.

Un elev al lui Galileo, omul de știință italian Vincenzo Viviani a realizat această schiță a unui ceas cu pendul; vezi reconstituirea pendulului din fig. S.U.A. 13.

Acest model de ceas cu pendul a fost creat în secolul al XIX-lea. pe baza schiței lui Viviani a proiectului lui Galileo. Sursa de energie pentru ceas nu a fost indicată acolo, așa că se poate presupune că a fost condusă de greutăți descendente.

Într-un ceas mecanic, viteza cu care se eliberează energia unei greutăți descendente este controlată de un mecanism numit scăpare. Un ciocan suspendat pe un pendul face ca ancora să se balanseze. Ancora se oprește alternativ și eliberează roata de evacuare, permițându-i să elibereze treptat energia greutății care coboară, care antrenează roata principală. O mână de ore este atașată de axa roții principale.

(1663), membru al Academiei Franceze de Științe încă de la înființare (1666) și primul ei președinte (1666-1681).

Biografie

Tânărul Huygens a studiat dreptul și matematica la Universitatea din Leiden, apoi a decis să se dedice științei. În 1651 a publicat Discursuri despre cuadratura hiperbolei, elipsei și cercului. Împreună cu fratele său, a îmbunătățit telescopul, aducându-l la o mărire de 92x și a început să studieze cerul. Prima faimă i-a venit lui Huygens când a descoperit inelele lui Saturn (și Galileo le-a văzut, dar nu a putut înțelege ce sunt) și satelitul acestei planete, Titan.

În 1657, Huygens a primit un brevet olandez pentru un design de ceas cu pendul. În ultimii ani ai vieții, Galileo a încercat să creeze acest mecanism, dar orbirea progresivă l-a împiedicat. Alți inventatori au încercat, de asemenea, să creeze un ceas bazat pe un pendul, dar Huygens a fost primul care a găsit un design fiabil și ieftin, potrivit pentru utilizare în masă, ceasul său a funcționat de fapt și a oferit o precizie excelentă pentru acea perioadă. Elementul central al designului a fost ancora inventată de Huygens, care a împins periodic pendulul și a menținut oscilații uniforme, neamortizate. Ceasul cu pendul proiectat de Huygens a devenit rapid răspândit în întreaga lume. În 1673, Huygens a publicat un tratat extrem de informativ despre cinematica mișcării accelerate sub titlul „Ceas cu pendul”. Această carte a fost o carte de referință pentru Newton, care a finalizat construcția fundației mecanicii începută de Galileo și continuată de Huygens.

În 1661, Huygens a călătorit în Anglia. În 1665, la invitația lui Colbert, s-a stabilit la Paris, unde a fost înființată Academia de Științe din Paris în 1666. La sugestia aceluiași Colbert, Huygens a devenit primul său președinte și a condus Academia timp de 15 ani. În 1681, în legătură cu intenționarea abrogarii Edictului de la Nantes, Huygens, nedorind să se convertească la catolicism, s-a întors în Olanda, unde și-a continuat cercetările științifice. La începutul anilor 1690, sănătatea omului de știință a început să se deterioreze, el a murit în 1695. Ultima lucrare a lui Huygens a fost Kosmoteoros, în care a argumentat posibilitatea vieții pe alte planete.

Activitatea stiintifica

Matematica

Christian Huygens și-a început activitatea științifică în 1651 cu un eseu despre cuadratura hiperbolei, elipsei și cercului. În 1654, el a dezvoltat o teorie generală a evoluțiilor și evoluțiilor, a investigat cicloidul și catenaria, a avansat teoria fracțiilor continue.

În 1657, Huygens a scris un apendice „ Despre așezările de jocuri de noroc” la cartea profesorului său van Schooten „Etudii matematice”. Aceasta a fost prima prezentare a începuturilor teoriei probabilităților care a apărut atunci. Huygens, împreună cu Fermat și Pascal, și-au pus bazele, a introdus conceptul fundamental de așteptare matematică. Din această carte, Jacob Bernoulli s-a familiarizat cu teoria probabilității, care a completat crearea fundamentelor teoriei.

Mecanica

În 1657, Huygens a publicat o descriere a designului ceasului pe care l-a inventat cu un pendul. La acea vreme, oamenii de știință nu aveau un astfel de dispozitiv necesar experimentelor ca un ceas precis. Galileo, de exemplu, când studia legile căderii, număra bătăile propriului puls. Ceasurile cu roți acționate de greutăți au fost folosite de mult timp, dar precizia lor a fost nesatisfăcătoare. Din vremea lui Galileo, pendulul a fost folosit separat pentru măsurarea precisă a perioadelor mici de timp și a fost necesar să se numere numărul de balansări. Ceasul lui Huygens avea o precizie bună, iar omul de știință s-a îndreptat apoi în repetate rânduri, timp de aproape 40 de ani, la invenția sa, îmbunătățindu-l și studiind proprietățile pendulului. Huygens intenționa să folosească un ceas cu pendul pentru a rezolva problema determinării longitudinii pe mare, dar nu a realizat progrese semnificative. Un cronometru marin de încredere și precis a apărut abia în 1735 (în Marea Britanie).

În 1673, Huygens a publicat lucrarea clasică de mecanică Ceasul cu pendul. Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica"). Numele modest nu trebuie să inducă în eroare. Pe lângă teoria ceasurilor, lucrarea conținea multe descoperiri de primă clasă în domeniul analizei și mecanicii teoretice. De asemenea, Huygens cuadrurează acolo un număr de suprafețe de revoluție. Aceasta și celelalte scrieri ale lui au avut o influență enormă asupra tânărului Newton.

În prima parte a lucrării, Huygens descrie un pendul cicloidal îmbunătățit, care are un timp de balansare constant, indiferent de amplitudine. Pentru a explica această proprietate, autorul consacră cea de-a doua parte a cărții derivării legilor generale ale mișcării corpurilor într-un câmp gravitațional - liber, deplasându-se de-a lungul unui plan înclinat, rulând în jos un cicloid. Trebuie spus că această îmbunătățire nu și-a găsit aplicație practică, deoarece pentru mici fluctuații creșterea preciziei din creșterea în greutate cicloidală este nesemnificativă. Cu toate acestea, metodologia cercetării în sine a intrat în fondul de aur al științei.

Cea de-a treia parte a eseului prezintă teoria evolutivului și evolutivului, descoperită de autor încă din 1654; aici găseşte forma şi poziţia evoluţiei cicloidului. Partea a patra prezintă teoria pendulului fizic; aici Huygens rezolvă problema care nu a fost dată atâtor geometri contemporani – problema determinării centrului de oscilații. Se bazează pe următoarea propoziție:

Dacă un pendul complex, după ce și-a lăsat repausul, și-a încheiat o anumită parte a oscilației sale, mai mult de o jumătate de balansare, și dacă legătura dintre toate particulele sale este distrusă, atunci fiecare dintre aceste particule se va ridica la o astfel de înălțime încât centrul de greutate comun va fi la acea înălțime, la care se afla la ieșirea din repaus a pendulului.

Această propoziție, nedemonstrată de Huygens, îi apare ca un principiu de bază, în timp ce acum este o simplă consecință a legii conservării energiei.

Teoria pendulului fizic a fost dată de Huygens într-o formă destul de generală și aplicată corpurilor de diferite feluri. Huygens a corectat greșeala lui Galileo și a arătat că izocronismul oscilațiilor pendulului proclamat de acesta din urmă are loc doar aproximativ. El a remarcat, de asemenea, încă două erori ale lui Galileo în cinematică: mișcarea uniformă într-un cerc este asociată cu accelerația (Galileo a negat acest lucru), iar forța centrifugă este proporțională nu cu viteza, ci cu pătratul vitezei.

În ultima, a cincea parte a lucrării sale, Huygens oferă treisprezece teoreme despre forța centrifugă. Acest capitol oferă pentru prima dată o expresie cantitativă exactă a forței centrifuge, care a jucat ulterior un rol important în studiul mișcării planetelor și în descoperirea legii gravitației universale. Huygens dă în el (verbal) mai multe formule fundamentale:

Astronomie

Huygens a îmbunătățit singur telescopul; în 1655 a descoperit luna lui Saturn Titan și a descris inelele lui Saturn. În 1659, el a descris întregul sistem al lui Saturn într-o lucrare pe care a publicat-o.

În 1672 a descoperit o calotă glaciară la Polul Sud al lui Marte. El a descris în detaliu Nebuloasa Orion și alte nebuloase, stele binare observate, au estimat (destul de precis) perioada de rotație a lui Marte în jurul axei sale.

Ultima carte „ΚΟΣΜΟΘΕΩΡΟΣ sive de terris coelestibus earumque ornatu conjecturae” (în latină; publicată postum la Haga în 1698) este o reflecție filozofică și astronomică asupra Universului. El credea că și alte planete sunt locuite de oameni. Cartea lui Huygens a fost distribuită pe scară largă în Europa, unde a fost tradusă în limbile engleză (1698), olandeză (1699), franceză (1702), germană (1703), rusă (1717) și suedeză (1774). Prin decretul lui Petru I, acesta a fost tradus în rusă de Yakov Bruce sub titlul „Cartea viziunii lumii”. Este considerată prima carte din Rusia care conturează sistemul heliocentric al lui Copernic.

În această lucrare, Huygens a făcut prima încercare (împreună cu James Gregory) de a determina distanța până la stele. Dacă presupunem că toate stelele, inclusiv Soarele, au luminozități similare, atunci comparând luminozitatea lor aparentă, putem estima aproximativ raportul dintre distanțe (distanța până la Soare era deja cunoscută atunci cu suficientă acuratețe). Pentru Sirius, Huygens a obținut o distanță de 28.000 de unități astronomice, adică de aproximativ 20 de ori mai mică decât cea adevărată (publicată postum, în 1698).

Optica si teoria undelor

Huygens a participat la disputele contemporane despre natura luminii. În 1678 a publicat A Treatise on Light

Ceas Huygens cu regulator pendul și eșapament cu ax

Cele mai semnificative îmbunătățiri ale mecanismului ceasului au fost făcute în a doua jumătate a secolului al XVII-lea de către celebrul fizician olandez Huygens, care a creat noi regulatori atât pentru ceasurile de primăvară, cât și pentru ceasurile cu greutate. Jugul folosit înainte de câteva secole a avut multe neajunsuri. Este chiar dificil să-l numim un regulator în sensul propriu al cuvântului. La urma urmei, regulatorul trebuie să fie capabil de oscilații independente cu propria sa frecvență. Rockerul era, în general, doar un volant. Mulți factori străini i-au influențat munca, ceea ce s-a reflectat în acuratețea ceasului. Mecanismul a devenit mult mai perfect atunci când pendulul a fost folosit ca regulator.

Pentru prima dată, ideea de a folosi un pendul în cele mai simple instrumente pentru măsurarea timpului i-a venit marelui om de știință italian Galileo Galilei. Există o legendă că în 1583 Galileo, în vârstă de nouăsprezece ani, în timp ce se afla în Catedrala din Pisa, a atras atenția asupra balansării candelabrului. A observat, numărând bătăile pulsului, că timpul unei oscilații a lustrei rămânea constant, deși leagănul era din ce în ce mai mic. Mai tarziu, incepand un studiu serios al pendulilor, Galileo a constatat ca la o balansare (amplitudine) mica a oscilatiei (doar cateva grade), perioada de oscilatie a pendulului depinde doar de lungimea acestuia si are o durata constanta. Astfel de oscilații au devenit cunoscute ca izocrone. Este foarte important ca în oscilațiile izocrone perioada de oscilație a pendulului să nu depindă de masa acestuia. Datorită acestei proprietăți, pendulul s-a dovedit a fi un instrument foarte convenabil pentru măsurarea unor perioade scurte de timp. Pe baza acestuia, Galileo a dezvoltat mai multe contoare simple pe care le-a folosit în experimentele sale. Dar din cauza atenuării treptate a oscilațiilor, pendulul nu a putut servi la măsurarea unor perioade lungi de timp.

Crearea ceasurilor cu pendul a constat în conectarea unui pendul la un dispozitiv pentru menținerea oscilațiilor sale și numărarea acestora. La sfârșitul vieții, Galileo a început să proiecteze astfel de ceasuri, dar lucrurile nu au mers mai departe decât evoluții. Primele ceasuri cu pendul au fost create după moartea marelui om de știință de către fiul său. Cu toate acestea, dispozitivul acestor ceasuri a fost păstrat în strictă confidențialitate, astfel încât acestea nu au avut nicio influență asupra dezvoltării tehnologiei. Independent de Galileo, în 1657 Huygens a asamblat un ceas mecanic cu pendul. La înlocuirea balansoarului cu un pendul, primii designeri s-au confruntat cu o problemă dificilă: după cum am menționat deja, pendulul creează oscilații izocrone doar la o amplitudine mică, între timp, scăparea axului a necesitat o balansare mare. În primele ore ale lui Huygens, oscilația pendulului a ajuns la 40-50 de grade, ceea ce a afectat negativ precizia mișcării. Pentru a compensa acest neajuns, Huygens a trebuit să arate miracole ale ingeniozității. În cele din urmă, a creat un pendul special, care, în timpul leagănului, și-a schimbat lungimea și a oscilat de-a lungul unei curbe cicloidale. Ceasurile lui Huygens erau incomparabil mai precise decât ceasurile cu care aveau
rocker. Eroarea lor zilnică nu a depășit 10 secunde (la ceasurile cu regulator de jug, eroarea a variat de la 15 la 60 de minute).