ПРИКЛАД ЗАСТОСУВАННЯ ФІЗИЧНИХ ВІДКРИТТІВ: ІСТОРІЯ ГОДИННИКА

Розділ 1. ПОЧИНАЄМО ВИВЧЕННЯ ФІЗИКИ

§6. ЯК ФІЗИКА ЗМІНЮЄ СВІТ

1.ПРИКЛАД ЗАСТОСУВАННЯ ФІЗИЧНИХ ВІДКРИТТІВ: ІСТОРІЯ ГОДИННИКА

Ми так звикли до найчисленніших застосувань фізичних відкриттів, що вже не помічаємо їх, хоча вони трапляються нам щогодини й щохвилини в буквальному значенні цих слів: адже історія годинника – це чудовий приклад історії застосування фізичних відкриттів!

Першим більш-менш точним годинником був маятниковий годинник (рис. 6.1). Його дія грунтується на відкритій Галілеєм1 наприкінці 16-го століття властивості

малих коливань вантажу, підвішеного на нитці або стрижні: їхній період (проміжок часу, поки триває одне коливання) майже не залежить від розмаху коливань. Застосувати цю властивість коливань до конструювання годинників спало на думку голландському фізику Хрістіану Гюйгенсу в 17-му столітті.

Маятникові годинники були досить точними, але дещо громіздкими. У 18-му столітті з’явилися пружинні годинники, і майстри-годинникарі змогли зробити їх такими маленькими, що їх можна було носити в кишені й

навіть на руці (рис. 6.2). У пружинному годинникові коливається тіло, прикріплене до пружини. У цьому випадку період коливань також залишається майже незмінним: це спричинено властивістю сили пружності, відкритою в 17-му столітті англійським фізиком Робертом Гуком.

1 Дев’ятнадцятирічний Галілей відкрив цю властивість коливань, спостерігаючи за коливаннями церковних світильників. Як годинник він використовував власний пульс!

 ПРИКЛАД ЗАСТОСУВАННЯ ФІЗИЧНИХ ВІДКРИТТІВ: ІСТОРІЯ ГОДИННИКА

У 19-му столітті було відкрито закони електрики та магнетизму, завдяки чому у 20-му столітті з’явились електричні годинники, що були, по суті, мініатюрними електродвигунами. Електричний годинник не треба заводити: джерелом енергії є батарейка. Але точність електричних годинників залишалась приблизно такою самою, як і маятникових, – похибка ходу становила близько однієї хвилини за добу.

Значного підвищення точності годинників змогли досягти, коли у другій половині 20-го століття фізики відкрили, що кристали кварцу (поширеного мінералу) коливаються під дією електричного поля. Період цих коливань, як виявилося, залишався незмінним з дуже високою точністю, завдяки чому було сконструйовано кварцовий годинник (рис. 6.3). Він набагато надійніший і точніший від механічного або електричного: похибка кварцового годинника становить лише кілька хвилин за рік! Тому сьогодні найпоширенішими стали саме кварцові годинники (наручні та настінні).

Але кілька хвилин за рік – це далеко не межа досягнутої вченими точності: найточнішими сьогодні є атомні годинники, дія яких грунтується на коливаннях атомів. Точність атомних годинників здається фантастичною: похибка ходу складає одну секунду за три мільйони років! Ось чому саме атомний годинник було використано для виготовлення еталону секунди як одиниці часу.




ПРИКЛАД ЗАСТОСУВАННЯ ФІЗИЧНИХ ВІДКРИТТІВ: ІСТОРІЯ ГОДИННИКА