Проблема измерения времени издавна стоит перед человеком. Сегодняшнее человеческое общество вообще не смогло бы наверное существовать без часов - приборов для точного измерения времени. Поезда не смогли бы ходить в соответствии с расписанием, рабочие завода не знали бы, когда приходить на работу, а когда уходить домой. С этой же проблемой столкнулись школьники и студенты.
В принципе, отмерять достаточно большие промежутки времени человек научился давно, ещё на рассвете своего развития. Такие понятия, как "сутки", "месяц", "год" появились ещё тогда. Первыми, кто разделил сутки на промежутки времени были, наверное, древние египтяне. В их сутках было 40 унут. И если промежуток времени в одни сутки можно измерить естественным образом (это время между двумя кульминациями Солнца), то для измерения более коротких промежутков времени необходимы специальные приборы. Это - солнечные, песочные и водяные часы. (Хотя, момент кульминации Солнца тоже без специальных приборов не определишь. Простейший специальный прибор - это палка, воткнутая в землю. Но об этом - как-нибудь в другой раз.) Все эти виды часов были изобретены ещё в античные времена и обладают рядом недостатков: они либо слишком неточны, либо отмеряют слишком короткие промежутки времени (например, песочные часы, больше подходящие в качестве таймера).
Особую важность точное измерение времени получило в средние века, в эпоху бурного развития мореплавания. Знание точного времени было необходимо штурману корабля для определения географической долготы. Поэтому, потребовался особо точный прибор для измерения времени. Для работы такого прибора необходим некий эталон, колебательная система, совершающая колебания за строго равные промежутки времени. Такой колебательной системой стал маятник.
Маятником называют систему, подвешенную в поле тяжести и совершающую механические колебания. Простейшим маятником является шарик, подвешенный на нити. Маятник обладает рядом интересных свойств. Важнейшим из них является то, что период колебаний маятника зависит только от длины подвеса и не зависит от массы груза и амплитуды колебаний (то есть, величины размаха). Это свойство маятника было впервые исследовано Галилеем.
Галилея побудило к глубоким исследованиям маятников наблюдение колебаний люстры, в Пизанском Соборе. Эта люстра свисала с потолка на 49-метровом подвесе.
Так как точных приборов для измерения времени тогда ещё не было, в своих опытах Галилей использовал в качестве эталона биение своего сердца. Он опубликовал исследование колебаний маятника и заявил, что период колебаний не зависит от их амплитуды. Так же было обнаружено, что периоды колебаний маятников соотносятся как квадратные корни из его длины. Эти исследования заинтересовали Христиана Гюйгенса, который первым предложил использовать маятник в качестве эталона для регулирования хода часов и первым создал реально действующий образец таких часов. Пытался создать маятниковые часы и сам Галилей, однако он умер не успев закончить эту работу.
Так, или иначе, но на несколько столетий вперёд эталоном для регулирования хода часов стал маятник. Маятниковые часы, созданные в этот период обладали достаточно высокой точностью, чтобы использовать их в навигации и в научных исследованиях и просто в быту. Только в середине ХХ века он уступил место кварцевому осциллятору, применяемому почти повсеместно, так как частота его колебаний более стабильна. Для ещё более точного измерения времени служат атомные часы с ещё более стабильной частотой колебаний регулятора хода. В них для этого используется цезиевый эталон времени.
В принципе, отмерять достаточно большие промежутки времени человек научился давно, ещё на рассвете своего развития. Такие понятия, как "сутки", "месяц", "год" появились ещё тогда. Первыми, кто разделил сутки на промежутки времени были, наверное, древние египтяне. В их сутках было 40 унут. И если промежуток времени в одни сутки можно измерить естественным образом (это время между двумя кульминациями Солнца), то для измерения более коротких промежутков времени необходимы специальные приборы. Это - солнечные, песочные и водяные часы. (Хотя, момент кульминации Солнца тоже без специальных приборов не определишь. Простейший специальный прибор - это палка, воткнутая в землю. Но об этом - как-нибудь в другой раз.) Все эти виды часов были изобретены ещё в античные времена и обладают рядом недостатков: они либо слишком неточны, либо отмеряют слишком короткие промежутки времени (например, песочные часы, больше подходящие в качестве таймера).
Особую важность точное измерение времени получило в средние века, в эпоху бурного развития мореплавания. Знание точного времени было необходимо штурману корабля для определения географической долготы. Поэтому, потребовался особо точный прибор для измерения времени. Для работы такого прибора необходим некий эталон, колебательная система, совершающая колебания за строго равные промежутки времени. Такой колебательной системой стал маятник.
Маятником называют систему, подвешенную в поле тяжести и совершающую механические колебания. Простейшим маятником является шарик, подвешенный на нити. Маятник обладает рядом интересных свойств. Важнейшим из них является то, что период колебаний маятника зависит только от длины подвеса и не зависит от массы груза и амплитуды колебаний (то есть, величины размаха). Это свойство маятника было впервые исследовано Галилеем.
Галилео Галилей
Галилея побудило к глубоким исследованиям маятников наблюдение колебаний люстры, в Пизанском Соборе. Эта люстра свисала с потолка на 49-метровом подвесе.
Пизанский собор. В центре снимка - та самая люстра.
Так, или иначе, но на несколько столетий вперёд эталоном для регулирования хода часов стал маятник. Маятниковые часы, созданные в этот период обладали достаточно высокой точностью, чтобы использовать их в навигации и в научных исследованиях и просто в быту. Только в середине ХХ века он уступил место кварцевому осциллятору, применяемому почти повсеместно, так как частота его колебаний более стабильна. Для ещё более точного измерения времени служат атомные часы с ещё более стабильной частотой колебаний регулятора хода. В них для этого используется цезиевый эталон времени.
Христиан Гюйгенс
Математически, закон колебаний маятника выглядит следующим образом:
В этой формуле: L - длина подвеса, g - ускорение свободного падения, Т - период колебаний маятника. Как видим, период Т не зависит ни от массы груза, ни от амплитуды колебаний. Он зависит только от длины подвеса, и ещё от значения ускорения свободного падения. То есть, к примеру, на Луне, период колебаний маятника будет другим.
А теперь, как я и обещал, даю ответ на задачку, опубликованную в прошлом сообщении. Для того, чтобы измерить объём комнаты, надо измерить её длину, ширину и высоту, а потом перемножить их. Значит, необходим какой-нибудь эталон длины. Какой? Линейки - то у нас нет!!! Мы берём ботинок за шнурок и раскачиваем его как маятник. Секундомером мы измеряем время нескольких колебаний, к примеру - десяти, и поделив его на число колебаний, получаем время совершения одного колебания, то есть - период Т. А, если известен период колебаний маятника, то из уже известной вам формулы ничего не стоит высчитать длину подвеса, то есть - шнурка. Зная длину шнурка, мы пользуясь им как линейкой без труда вычислим длину, ширину и высоту комнаты. Вот такое решение казалось бы сложной задачки!!!
А теперь, как я и обещал, даю ответ на задачку, опубликованную в прошлом сообщении. Для того, чтобы измерить объём комнаты, надо измерить её длину, ширину и высоту, а потом перемножить их. Значит, необходим какой-нибудь эталон длины. Какой? Линейки - то у нас нет!!! Мы берём ботинок за шнурок и раскачиваем его как маятник. Секундомером мы измеряем время нескольких колебаний, к примеру - десяти, и поделив его на число колебаний, получаем время совершения одного колебания, то есть - период Т. А, если известен период колебаний маятника, то из уже известной вам формулы ничего не стоит высчитать длину подвеса, то есть - шнурка. Зная длину шнурка, мы пользуясь им как линейкой без труда вычислим длину, ширину и высоту комнаты. Вот такое решение казалось бы сложной задачки!!!
Спасибо за внимание!!!
Комментариев нет:
Отправить комментарий