В этой статье мы попросили мастера ответить на вопрос: «Кто первый предложил использовать маятник в часах?», а также дать полезные рекомендации для наших читателей. Что из этого получилось, читайте далее.
Всем, кто интересуется физикой, астрониомией и другими смежными дисциплинами
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.
Этот вид часов появился более 400 лет тому назад при довольно интересных обстоятельствах.
В 1584 году молодой ученый Галилео Галилей присутствовал на богослужении в Пизанском соборе. Ветер, врывавшийся в открытое окно, раскачивал лампады. Они были разного размера и веса, но, словно маятники, за равные промежутки времени делали равное количество колебаний. После многих наблюдений и опытов Галилей установил, что не вес, не форма и не материал, а длина маятника определяет периоды их колебаний. Соединив маятник с особым счетчиком, Галилей измерял частоту человеческого пульса. Ему принадлежит и идея соединения часов с маятником.После смерти отца сын великого ученого Винченцо и ученик Галилея Вивиани изготовили модель первых часов с маятником. Однако голландец Христиан Гюйгенс был уверен в том, что именно он стал автором маятниковых часов, хотя сделал это на 20 лет позже Галилея. Гюйгенс изобрел и новый регулятор равномерности хода часов — якорный ( анкерный) спуск. Эта новинка произвела полный переворот в часовом деле. В дальнейшем мастера всех стран лишь совершенствовали маятниковые часы Гюйгенса.
С этого времени часы стали первым автоматом, созданным для практических целей. Маятниковые часы вполне годились для измерения времени, пока стояли или висели неподвижно. Но в море ни одни часы не выдергивали испытания. Качка выводила из строя маятники, нарушала равномерный ход. Для ориентации во время плавания нужны точные часы, не боящиеся качки. Во многих трапах Европы назначались большие премии тому, кто найдет способ определять в отрытом море долготу с точностью до половины градуса. Филипп II Испанский обещал изобретателю 1000 экю, голландские Генеральные штаты —30000 флоринов. Британский парламент создал специальную ученую Комиссию долгот, куда входил Исаак Ньютон, объявил три огромные премии. Английские мореплаватели надеялись, что и 1714 году они получат надежный хронометр. Но задача оказалась сложной, да и Комиссия долгот не отличалась быстротой решений. Такие часы смог изобрести английский часовщик-самоучка Джон Гаррисон.
Презентация была опубликована 3 года назад пользователемНадежда Олсуфьева
Презентация на тему: » История появления маятников. Маятник был применён в часах более 300 лет назад. В 1595 г. итальянским учёным Галилео Галилеем был открыт закон колебания.» — Транскрипт:
2 История появления маятников. Маятник был применён в часах более 300 лет назад. В 1595 г. итальянским учёным Галилео Галилеем был открыт закон колебания маятника. В 1636 г. Галилею пришла мысль применить маятник в часах и тем самым значительно повысить точность механических часов. Одно из самых больших открытий XVII в. это применение маятника в часах. В часах Галилея был применён особый ход с передачей одного импульса за период колебания. Маятниковые часы получили такое название потому, что регулятором в них является маятник
3 В гг. голландский учёный Христиан Гюйгенс независимо от работ Галилея изготовил маятниковые башенные часы. Гюйгенс обосновал математическую теорию колебания маятника. После Галилея и Гюйгенса над усовершенствованием маятников работали выдающиеся умы прошлых столетий.
4 Следует особо отметить работы с маятниками гениальных русских учёных М. В. Ломоносова и Д. И. Менделеева. М. В. Ломоносов при помощи маятника определял постоянство земного притяжения. С помощью маятника и барометра определял влияние Луны на положение центра тяжести Земли. На рис. изображен маятник Ломоносова.
5 Д. И. Менделеев использовал законы колебания маятника. Желая приблизить физический маятник к математическому, Д. И. Менделеев грузу маятника придал форму шара с массой 50 кг, который был изготовлен из золота. Кроме того, Д. И. Менделеев провел крупные работы по изучению подвеса маятников на призме и влияния трения на период колебания. Менделеевым был сконструирован ряд уникальных приборов: дифференциальный маятник для определения твердости веществ, маятник маховое колесо для изучения трения в подшипниках, маятник-метроном, маятник-весы и др.
6 Математический маятник. Таким маятником можно считать тяжелый шар массой m, подвешенный на тонкой нити, длина l которой намного больше размеров шара. Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на нерастяжимой невесомой нити, совершающая колебательное движение в одной вертикальной плоскости под действием силы тяжести.
7 Если шар отклонить на угол α от вертикальной линии, то под влиянием силы F – одной из составляющих веса Р он будет совершать колебания. Другая составляющая, направленная вдоль нити, не учитывается, т.к. уравновешивается силой натяжения нити. При малых углах смещения и, тогда координату х можно отсчитывать по горизонтальному направлению. Из рисунка видно, что составляющая веса, перпендикулярная нити, равна Знак минус в правой части означает то, что сила F направлена в сторону уменьшения угла α. С учетом малости угла α Период колебаний математического маятника зависит от его длины l и ускорения силы тяжести g и не зависит от амплитуды колебаний
8 Физическим маятником называется твердое тело, закрепленное на неподвижной горизонтальной оси (оси подвеса), не проходящей через центр тяжести, и совершающее колебания относительно этой оси под действием силы тяжести. В отличие от математического маятника массу такого тела нельзя считать точечной. Физический маятник При небольших углах отклонения α физический маятник так же совершает гармонические колебания. Будем считать, что вес физического маятника приложен к его центру тяжести в точке С. Силой, которая возвращает маятник в положение равновесия, в данном случае будет составляющая силы тяжести – сила F. Знак минус в правой части означает то, что сила F направлена в сторону уменьшения угла α. С учетом малости угла α
9 Для вывода закона движения математического и физического маятников используем основное уравнение динамики вращательного движения Момент силы: определить в явном виде нельзя. С учетом всех величин, входящих в исходное дифференциальное уравнение колебаний физического маятника имеет вид:
10 Динамика колебательного движения По динамическому признаку, то есть по взаимодействиям, изменяющим состояние колебательной системы и сил, проявляющихся при этом, различают: 1) собственные, 2) свободные, 3) вынужденные колебания. колебания, возникающие в системе под действием внутренних сил, называться собственными и свободными; колебания, возникающие в системе под действием внутренних сил, называться собственными и свободными; колебания, совершаемые телами под действием внешних периодически изменяющихся сил, называться вынужденными.
11 Для возникновения колебания тело необходимо вывести из положения равновесия, сообщив либо кинетическую энергию (удар, толчок), либо – потенциальную (отклонение тела). Примеры колебательных систем: Нить, груз, Земля. Нить, груз, Земля. Пружина, груз. Пружина, груз. Жидкость в U-образной трубке, Земля. Жидкость в U-образной трубке, Земля. Струна. Струна.
12 Характеристики колебательного процесса. 1. Смещение х — отклонение колеблющейся точки от положения равновесия в данный момент времени (м). 2. Амплитуда хм — наибольшее смещение от положения равновесия (м). Если колебания незатухающие, то амплитуда постоянна. 2. Амплитуда хм — наибольшее смещение от положения равновесия (м). Если колебания незатухающие, то амплитуда постоянна. 3. Период Т время, за которое совершается одно полное колебание. Выражается в секундах (с).За время, равное одному периоду (одно полное колебание) тело совершает перемещение, равное 0 и проходит путь, равный 2πr. 4. Частота ν число полных колебаний за единицу времени. В СИ измеряется в герцах (Гц). Частота колебаний равна одному герцу, если за 1 секунду совершается 1 полное колебание. 1 Гц= 1 с-1. Частота колебаний равна одному герцу, если за 1 секунду совершается 1 полное колебание. 1 Гц= 1 с-1.
13 5. Циклической (круговой) частотой ω периодических колебаний наз. число полных колебаний, которые совершаются за 2π единиц времени (секунд). Единица измерения – с Фаза колебания — φ — физическая величина, определяющая смещение x в данный момент времени. Измеряется в радианах (рад). Фаза колебания в начальный момент времени (t=0) называется начальной фазой (φ0). Фаза колебания в начальный момент времени (t=0) называется начальной фазой (φ0).
14 Условия возникновения свободных колебаний: а) при выведении тела из положения равновесия в системе должна возникнуть сила, стремящаяся вернуть его в положение равновесия; а) при выведении тела из положения равновесия в системе должна возникнуть сила, стремящаяся вернуть его в положение равновесия; б) силы трения в системе должны быть достаточно малы. б) силы трения в системе должны быть достаточно малы. Вынужденные колебания колебания тел под действием внешних периодически изменяющихся сил. Внешние силы силы, действующие на тела системы со стороны тел, не входящих в нее. Пример: мы двигаем книгу, лежащую на столе, вперед и назад. Колебания книги в данном случае вызваны действием со стороны руки; поршень в цилиндре автомобильного двигателя; игла швейной машины и т.д.
Возможно у Вас есть свои мнения на тему «Кто первый предложил использовать маятник в часах»? Напишите об этом в комментариях.
Загрузка...