Гук и хронометр.

[mgsupgs]

Морской хронометр 8МХ, выпущенный на МЧЗ им. Кирова
(музей Kymenlaakso Polytechnic, г. Котка, Финляндия)

Хронометр. История создания.
В 17-18 веке с вычислением географической широты моряки справлялись довольно просто, однако определение долготы сопряжено с большими трудностями. неверное вычисление координат может привести к опасным последствиям, особенно вблизи прибрежных рифов. Зная точное "домашнее время", можно сравнить его с местным и вычислить долготу с достаточной точностью.


В 18 веке ошибки навигации были смертельно опасны. Адмирал сэр Клодсли Шовел(1650-1707) и 1400 его матросов погибли, когда их корабли были выброшены на мель у островов Силли. Причиной тому были ошибки навигации, а так же то, что точное местоположение островов Силли не было нанесено на карту. Стала очевидной необходимость в усовершенствовании навигационных инструментов. Изданный британским парламентом "Акт о долготе" 1714 года обещал награду в 10 000 фунтов тому, кто предложит точный способ вычисления этой координаты, что было неотделимо от как можно более точного определения времени.
.


Английский часовщик Джон Харрисон(1863-1776) создал очень точный хронометр, но потратил намного больше усилий на то, чтобы вытребовать награду у правительственного комитета, чем на своё изобретение.Это общеизвестные факты имеющиеся во всех энциклопедиях, но Хронометр был уже изобретен ранее. Робертом Гуком...




Ро́берт Гук (англ. Robert Hooke; Роберт Хук, 18 июля 1635, остров Уайт - 3 марта 1703, Лондон) - английский естествоиспытатель, учёный-энциклопедист. Гука можно смело назвать одним из отцов физики, в особенности экспериментальной, но и во многих других науках ему принадлежат зачастую одни из первых основополагающих работ. И много открытий…

Отец Гука, пастор, готовил его первоначально к духовной деятельности, но ввиду слабого здоровья мальчика и проявляемой им способности к занятию механикой предназначил его к изучению часового мастерства. Впоследствии, однако, молодой Гук получил интерес к научным занятиям и вследствие этого был отправлен в Вестминстерскую школу, где успешно изучал языки латинский, древнегреческий, еврейский, но в особенности интересовался математикой и выказал большую способность к изобретениям по физике и механике. Способность его к занятиям физикой и химией была признана и оценена учёными Оксфордского университета, в котором он стал заниматься с 1653 года; он сначала стал помощником химика Виллиса, а потом известного Бойля.   К числу открытий Гука принадлежат:





Первое изображение живой клетки.        Луна и Плеяды

Наиболее известно, особенно инженерам, - открытие пропорциональности между упругими растяжениями, сжатиями и изгибами, и производящими их напряжениями (закон Гука),




Помимо этого Гуку принадлежит:

• правильная формулировка закона всемирного тяготения (приоритет Гука оспаривался Ньютоном, но, по-видимому, не в части формулировки; кроме того, Ньютон утверждал о независимом и более раннем открытии этой формулы, которую, однако, до открытия Гуком никому не сообщал),
• открытие цветов тонких пластинок (то есть, в конечном итоге, явления интерференции света),
• идея о волнообразном распространении света (более или менее одновременно с Гюйгенсом), экспериментальное обоснование её открытой Гуком интерференцией света, волновая теория света,
• гипотеза о поперечном характере световых волн,
• открытия в акустике, например, демонстрация того, что высота звука определяется частотой колебаний,
• теоретическое положение о сущности теплоты как движения частиц тела,
• открытие постоянства температуры таяния льда и кипения воды,
• закон Бойля (каков здесь вклад Гука, Бойля и его ученика Ричарда Таунли (Richard Townley) - не до конца ясно),
•  
• 
  
• живая клетка (с помощью усовершенствованного им микроскопа; Гуку же принадлежит сам термин «клетка» - англ. cell),
• непосредственное доказательство вращения Земли вокруг Солнца изменением параллакса звезды γ Дракона (см.Боголюбов) (во второй половине 1669 г.)

Помимо этого Гуку принадлежит множество изобретений технического плана.




Технический гений Гука.

Одной из его главных идей, которую он также начал разрабатывать уже в начале своей творческой деятельности, было создание хронометра, столь необходимого для Англии, стремившейся стать морской державой. Как известно, в то время ее единственным серьезным соперником в колониальной политике была Голландия. Именно-против нее был направлен Навигационный акт, принятый в 1651 г. … парламентом и пытающийся сохранить право морской торговли за английскими торговыми кораблями. Политика Реставрации в этом отношении не внесла ничего нового: двор и парламент были единодушны в отношении навигационных законов, враждебных торговым соперникам Англии. В связи с такой политикой, диктуемой торговыми компаниями, начинает расти и английский военный флот, призванный охранять морские торговые пути британцев. Заметим, что и их торговый флот Уже тогда представлял собой в военном отношении значительную силу.



'Морские часы' ле Руа, 1766 г.,

В середине 50-х годов Гук, по его словам, познакомился с астрономией и решил усовершенствовать маятник. В 1656-1657 гг. он провел ряд экспериментов над маятником, а затем Гук решил использовать его для определения долготы места. Последнее и привело Гука к изобретению часовой пружины, заменяющей гирю в приводе часового механизма. Вначале он построил большие модели, на которых испытал свое изобретение, и лишь после этого перешел к созданию малых. После этого он ознакомил с изобретением своих друзей, и в частности Бойля, который в свою очередь рассказал о нем лорду Броункеру и сэру Роберту Морею. Последние посоветовали Гуку запатентовать изобретение и предложили организовать сообщество по его эксплуатации. Чтобы еще сильнее убедить их в целесообразности использования в часах пружины, Гук показал им карманные часы, в которых пружина была прикреплена к валику баланса для управления движением. Способ определения долготы, предложенный им, был таким удобным, что Роберт Морей сразу же составил заявление о патенте с описанием часов. Но дальше дело с патентом не пошло гладко, по крайней мере для Гука. Его биограф Уоллер пишет: “Я нашел черновик соглашения между лордом Броупкером, Бойлем ж сэром Робертом Мореем с магистром искусств Робертом Гуком, о том, что Роберт Гук полностью сообщает им свое изобретение относительно измерения времени на море так же точно и так же верно, как это делается на суше с помощью маятниковых изобретений г-ном Гюйгенсом. Из прибыли, которая может быть получена при этом, причем если она не будет превышать 6000 фунтов, Роберт Гук получит 3/4; если прибыль будет больше, то от суммы сверх первой, но не превышающей 4000 фунтов. Роберт Гук будет иметь 2/з, из суммы, полученной сверх этого, если таковая будет, он получит … - Роберт Гук будет при этом признан автором и изобретателем. Это - один из черновых проектов договора, были и другие; они отличаются друг от друга лишь разделением прибылей. приводить которые здесь было бы скучно для читателя. Был также черновик парламентского акта, обязывающий всех судовладельцев оплачивать с тонны перевозимого груза за использование этого изобретения, а также утвержденное королем правомочие Роберту Гуку, магистру искусств и т. д., на пользование патентом на настоящее изобретение сроком на четырнадцать лет, подписанное по распоряжению Его величества Уильямом Моррисом. Есть и другие документы, приводить которые здесь не имеет смысла” .

Так протекало тогда это дело; чем оно окончилось, можно с полным правом удивляться; но для того чтобы полностью удовлетворить читателя, я перепишу здесь параграф из завершения написанного Гуком “Трактата о гелиоскопах”, напечатанного в 1676 г.

“Этот договор со мною,- так писал Гук,- был бы окончательно заключен на несколько тысяч фунтов, если бы не включение в него одной клаузулы не прекратило его действия. Эта клаузула гласила: Если после того как я открыл мое изобретение относительно определения долготы при помощи часов (что является само по себе достаточным), он или любое иное лицо найдут способ усовершенствовать мои принципы, он или они могли бы получать пользу от этого в течение действия моего патента; в этом случае я не получаю ничего. С этой клаузулой я ни в коей мере не мог согласиться, так как знал, как легко можно было бы найти сотню вариантов моих принципов, что не было бы невероятным ... Не видя причины, почему я был бы лишен доходов от моего изобретения, которое само по себе было достаточным, из-за того только, что кто-то захотел бы видоизменить его или как-либо усовершенствовать, что им и в голову не пришло бы, не будь им известно мое изобретение”.



Таким образом, Гук не решился полностью открыть свое изобретение. Оно осталось неизвестным, а теоретические изыскания автора в этом направлении не опробованными на практике. Многие потом усомнились, действительно ли Гук обладал этим изобретением. Однако он за несколько недель до своей смерти утверждал, что знает точный и безотказный метод определения местоположения корабля в море относительно его расстояния на восток и запад от того порта, из которого вышел.

Но дело с часовой пружиной не ограничилось спором относительно патентных условий и разрывом соглашения; оно получило свое продолжение уже в бытность Гука куратором экспериментов Королевского общества. Дело в том, что изобретение Гука включало не только метод определения положения корабля в море с помощью часов, но и конструкцию самих часов, которая также осталась незапатентованной. Кстати, Гук является создателем анкерного хода, хотя это изобретение и оспаривал часовщик Вильям Клемент.

В 1675 г. Гюйгенс опубликовал в “Журнале ученых” Парижской академии наук, а затем в “Философских сообщениях” за 25 марта того же года свое изобретение применения пружины для привода часов. Это изобретение чрезвычайно походило на изобретение Гука, сделанное 15 лет назад. Более того, 30 сентября 1665 г. Роберт Морей направил секретарю Королевского общества Ольденбургу письмо с просьбой связаться с Гюйгенсом и узнать, когда будут готовы часы последнего, и сообщить ему (Морею) об этом. В письме он также интересовался, не собирается ли Гюйгенс подсоединить пружину для привода валика с балансом, и просил Ольденбурга рассказать Гюйгенсу о достижении Гука и о том, “что Гук предполагает сделать еще в том же направлении для совершенствования своих часов”.

Позже Ольденбург писал: “Известно, что тот, кто описал гелиоскоп (т. е. Гук), несколько лет тому назад, кажется, действительно построил нечто вроде подобных часов, которые (несмотря на то что он утверждает) оказались безуспешными. Было ли это так или нет, я не могу утверждать, поскольку прошло уже столько лет, хотя я и склонен думать, что... изобретение и принцип Гука и Гюйгенса те же самые, что и применяемые в настоящее время”.


Первый морской хронометр Гаррисона H1 1735 г.

Гук ответил Ольденбургу, отстаивая свой приоритет в этом изобретении и ссылаясь на свой доклад. Однако последний, как оказалось, не был внесен в протоколы Общества, и Гуку пришлось принести Ольденбургу свои извинения, которые были опубликованы в “Philosophical Transactions”.

Однако, как выяснилось позже, Ольденбург утаил истину. В 1668 г. члены Флорентийской академии наук Малфатти и Фалкониери посетили Англию и по приглашению Ольденбурга присутствовали на заседании Королевского общества 20 февраля. В своем рассказе о демонстрациях, показанных Гуком на заседании, Малфатти говорит: “Мы видели также карманные часы с новым маятниковым изобретением, что можно было бы назвать уздечкой, ибо время регулировалось маленькой пружиной из закаленной стали, которая с одной стороны крепилась к колесу баланса, а с другой стороны - к корпусу часов. Работает это таким образом, что если движения колеса баланса неравномерны и если некоторая нерегулярность зубчатого движения будет стремиться увеличить нерегулярность, то пружина сдерживает это, заставляя всегда проходить один и тот же путь...”. Ничего подобного в протоколах зарегистрировано не было. Профессор Е. Андраде, ссылаясь на спор между Гюйгенсом и Гуком, говорит: “Если вспомнить, что Ольденбург имел денежный интерес в часах Гюйгенса, так как Гюйгенс предоставил ему патентные права и так как его просьба о патенте зарегистрирована в записи, то, очевидно, можно поверить, что он не был полиостью беспристрастным”



Хронометр Кендалла К1, который хранится в Национальном морском музее в Гринвиче

В 1660 г. Бойль опубликовал свой трактат “Новые физико-механические эксперименты, относящиеся к упругости воздуха и его эффектов. Произведены по большей у части на новой пневматической машине”. В этом труде соотношение между давлением и объемом воздуха еще не было выяснено в количественном отношении. Труд Бойля вскоре после его выхода из печати подвергся резкой критике. Бойль ответил в 1662 г. своим оппонентам в Прибавлении к работе 1660 г., озаглавленном “Защита доктрины, относящейся к упругости и весу воздуха”, изложив точно этот закон. Однако Бойль не претендовал на его авторство. Наоборот, он подчеркивал, что его ассистент Гук уже в 1660 г., а возможно и ранее, знал это соотношение. Чтобы полностью быть справедливым, Бойль сообщал о Ричарде Тоунли, работавшем, по его словам, над проблемой соотношения между давлением воздуха и его объемом. Но, насколько это было известно, Тоунли не нашел закона PV = с. По словам Бойля, Гук, услышав от него о гипотезе Тоунли, признался, что уже год назад произвел эксперименты в этом направлении и пришел к положительным результатам. Бойль указывал также, что в этом направлении также работал лорд Броункер, но не получил никаких результатов.
Почему же все-таки закон получил имя Бойля, а не Гука, хотя сам Бойль признал авторство последнего? Как видно, потому, что опубликован он был в книге, на которой стояло имя Бойля. Бойль в этой книге ссылается на Гука как на автора закона, отнюдь не претендуя даже на соавторство. Закон Бойля-Мариотта в сущности является законом Гука, тем более что он лежит в основе всех дальнейших работ последнего в этой области.

…в конце 1663 г. Гук изобретает прибор для определения глубины моря (эхолот) и для забора морской воды с любой глубины. В январе следующего года он предъявляет Обществу воздушное ружье, пуля из которого пробивает дверь на расстоянии 20 ярдов. Тогда же он занимается усовершенствованием барометра, предложенного Реном, строит секундомер, предлагает модель фермы для подвески длинных телескопов. В 1665 г. Гук изобретает прибор для шлифовки оптических стекол. Примерно к тому же времени относится изобретение прибора для точного деления зубчатых колес, изготавливаемых часовщиками,- прообраз делительной головки. В июне 1665 г. он представляет Обществу изобретенный им секстант, объясняет его устройство и способ пользования.




Одним из важных направлений изобретательского гения Гука явилось создание им приборов для метеорологических наблюдений. В сущности ему принадлежат все важнейшие приборы для наблюдения погоды. Некоторые из них до настоящего времени сохраняют принцип, положенный Гуком в основу их конструкции. Так, барометр, описанный в “Микрографии”, основан на том же принципе, что и современные барометры. Последним его изобретением оказался морской барометр. В “Микрографии” изложены принципы калибровки термометров: Гук предложил принимать за нуль точку замерзания дистиллированной воды. Гук сконструировал прибор для измерения силы ветра; последняя определялась отклонением пластины прибора от вертикального положения.

Гук построил прибор для измерения влажности воздуха и дождемер. Использовав идею Рена, он создал “часы погоды” - над ними он работал в течение многих лет, постоянно их совершенствуя, Эти часы каждые четверть часа записывали на бумажной ленте показания барометра, термометра, гигрометра, дождемера и ветромера. Бумажная лента прибора приводилась в движение при помощи маятниковых часов. “Часы погоды” были предъявлены Гуком Королевскому обществу на заседании 29 мая 1679 г. Есть сведения о том, что эти часы работали длительное время, хотя и с перерывами: так, 2 апреля 1684 г. Гук со своими ассистентами ремонтировал их.

Гук весьма близко подошел к изобретению стетоскопа. Он считал, что есть возможность обнаружить внутренние движения и действия животных, растений или миниралов по тем звукам, которые они производят. Можно было бы, думал он, прослушивать различные части человеческого тела и таким путем устанавливать, какая часть “машины” не в порядке. В частности, он прослушивал пульс сердца.

К маю 1664 г. относится изобретение оптического телеграфа. Гук не только разработал систему оптической передачи сигналов, но и продумал ее до мельчайших подробностей, изобрел систему знаков. По его системе можно было передавать сигналы на расстояние до 30 или 40 миль (приблизительно 45-70 км). Мачты, на которых устанавливались сигналы, он снабдил телескопами, позволяющими рассмотреть сигналы, передаваемые противоположной стороной.

В 1667 г. Гук строит машину для производства кирпичей, работает над механизмами, включающими универсальный шарнир, изобретает микрометр и редуктор. В 1668 г. он предлагает новую модель барометра, метод шлифовки эллиптических колес, новый тип маятниковых часов, приспособленных для астрономических наблюдений.

К середине 70-х годов относится изобретение гелиоскопа и бароскопа. Интересно, что с этого времени Гук начинает обращать особенное внимание на конструирование приборов для воспроизведения различных математических кривых, машин и приборов для вычисления. Около 1670 г. он изобрел машину для умножения и деления, описанную С. Морлендом в 1672 г. Гук продолжал работать над ее усовершенствованием и далее. Как указывает Уоллер, в 1674 г. Гук предъявил Королевскому обществу свою машину, предназначенную для выполнения всех арифметических операций. Однако Уоллер не приводит в своей книге “подробное описание этой машины и других приборов”, сохраняя “их до другого удобного случая” . К сожалению, такого случая не наступило и многие бумаги Гука остались неопубликованными.




Короче недаром Гука называют английским Леонардо...

Источники:

1.(с) Боголюбов А. Н. Роберт Гук (1635-1703).-М.:Наука,1984.
2.(с) Википедия
3. (с) Филонович С., «Роберт Гук», Квант, 1985, № 7.