Простые опыты помогают понять, как действует закон бернулли. Великие немецкие изобретатели Опыт отто фон герике с поршнем

Отто фон Герике (нем. Otto von Guericke; 1602, Магдебург - 1686, Гамбург) - немецкий физик, инженер и философ.

Учился правоведению, математике и механике в Лейпциге, Йене и Лейдене. Некоторое время служил инженером в Швеции. С 1646 г. - бургомистр Магдебурга. В 1650 году изобрёл вакуумную откачку и применил своё изобретение для изучения свойств вакуума и роли воздуха в процессе горения и для дыхания человека. В 1654 году провёл известный эксперимент с Магдебургскими полушариями, который доказал наличие давления воздуха; установил упругость и весомость воздуха, способность поддерживать горение, проводить звук.

В 1657 году изобрел водяной барометр, с помощью которого в 1660 году предсказал надвигающуюся бурю за 2 часа до её появления, таким образом, войдя в историю как один из первых метеорологов.

В 1663 году изобрёл один из первых электростатических генераторов, производящих электричество трением - шар из серы, натираемый руками. В 1672 году обнаружил, что заряженный шар потрескивает и светится в темноте (первым наблюдал электролюминесценцию). Кроме того, им было обнаружено свойство электрического отталкивания однополярно заряженных предметов.

Жизнеописание

Отто фон Герике родился в семье зажиточных магдебургских горожан. В 1617 году поступил на факультет свободных искусств Лейпцигского университета, но в 1619 году, в связи с началом Тридцатилетней войны, вынужден был перейти в Хельмштедтский университет, где проучился несколько недель. Потом с 1621 по 1623 год штудировал юриспруденцию в Йенском университете, а с 1623 по 1624 год изучал точные науки и фортификационное искусство в Лейденском университете. Закончил своё обучение девятимесячным образовательным путешествием в Англию и Францию. В ноябре 1625 года вернулся в Магдебург, а в следующем году женился на Маргарите Алеманн и был избран в коллегиальный совет городского магистрата, членом которой оставался до преклонного возраста. Как чиновник отвечал за строительство, а в 1629 и 1630-1631 годах - ещё и за оборону города.

Хоть сам Герике не разделял симпатий жителей Магдебурга к шведскому королю-протестанту Густаву II Адольфу, когда в мае войска Католической лиги под предводительством Иоганна Церкласа Тилли взяли штурмом и уничтожили город, он потерял своё имущество и, чуть не погибнув, оказался в плену под Фермерслебеном. Оттуда, благодаря посредничеству князя Людвига Ангальт-Кётенского его выкупили за триста талеров. Переехав с семьей в Эрфурт, Герике стал фортификационным инженером на службе у Густава II Адольфа (находился на должности до 1636-го).

В феврале 1632-го вся семья Герике вернулась в Магдебург. Следующие десять лет фон Герике осуществлял восстановление города, уничтоженного пожаром в 1631 году. Отстроил также и своё жильё. При шведской, а с 1636-го - саксонской власти он принимал участие в общественных делах Магдебурга. В 1641 году стал городским казначеем, а в 1646-м - бургомистром. Эту должность он занимал тридцать лет. В сентябре 1642-го Герике начал довольно опасную и скользкую дипломатическую деятельность (продолжалась до 1663-го), поехав ко двору саксонского курфюрста в Дрездене, чтобы там добиваться смягчения жесткого саксонского военного режима в Магдебурге. Принимал участие, в частности, в заключении Вестфальского мира, в работе deКонгрессе по исполнению мира в Нюрнберге (1649-1650) и в роспуске deРегенсбургского райхстага (1653-1654). На этом роспуске совпали научные и дипломатические интересы Герике. По приглашению он показал несколько своих экспериментов перед высшими сановниками Священной Римской империи, один из которых, архиепископ deИоганн Филипп фон Шонборн, купил один из аппаратов Герике и направил в иезуитский коллегиум в Вюрцбурге. Профессор философии и математики этого заведения Каспар Шотт заинтересовался новинкой и с 1656 года стал регулярно переписываться с Отто фон Герике. В результате тот впервые опубликовал свою научную работу в приложении к книге Шотта Mechanica Hydraulico-pneumatica, вышедшей в 1657 году. В 1664-м Шотт выпустил в Вюрцбурге книгу Techica curiosa, которая содержала информацию об опытах Герике. За год до того сам Герике приготовил к печати рукопись своего фундаментального труда - Experimenta Nova (ut vocantur) Magdeburgica de Vacuo Spatio, но в печать она вышла в 1672 года в Амстердаме.

Отто фон Герике родился 20 ноября 1602 года в городе Магдебург, Германия. Вырос в семье зажиточных магдебургских горожан. Молодой человек учился в университетах Лейпцига, Гельмштадта, Лейдена. Некоторое время служил инженером в Швеции. Особенно его интересовала физика, прикладная математика, механика и фортификация. Юность Герике пришлась на начало жестокой Тридцатилетней войны.

Как стратегически важный центр восточной Германии Магдебург неоднократно переходил из рук в руки, а в 1631 году оказался практически полностью разрушен. Герике, как члену городского совета, пришлось в эти годы проявить не только выдающиеся инженерные, но и незаурядные дипломатические способности. За заслуги в защите и восстановлении Магдебурга в 1646 году избран бургомистром города и занимал этот пост в течение тридцати лет.

В сентябре 1642 года Отто начал довольно опасную и скользкую дипломатическую деятельность: поехав ко двору саксонского курфюрста в Дрездене, чтобы там добиваться смягчения жесткого саксонского военного режима в Магдебурге. Далее принимал участие, в частности, в заключении Вестфальского мира, в работе Конгрессе по исполнению мира в Нюрнберге и в роспуске Регенсбургского райхстага.

В 1660-е годы стало очевидно, что не удастся достичь цели, ради которой Герике посвятил двадцать лет дипломатической работы: добиться для Магдебурга статуса вольного города в пределах Священной Римской империи. В 1666 году вынужден подписать Клостербергское соглашение, согласно которому Магдебург принимал гарнизон бранденбургских солдат и платил налоги Фридриху Вильгельму I. Хоть этот великий курфюрст не дал осуществиться политическим амбициям магдебуржцев, отношения между ним и Герике являлись довольно теплые. Правитель Бранденбурга оказался меценатом и поддерживал развитие науки.

В 1676 году Отто Герике по состоянию здоровья отказался от должности бургомистра, и только через два года магистрат согласился с этим отказом и объявил его пенсионером. В январе 1681 года, под предлогом того, что Магдебургу грозит эпидемия чумы, Герике с женой Доротеей перебрался к сыну Отто Гансу, который жил в Гамбурге.

Известен благодаря своим опытам по исследованию свойств атмосферного воздуха. Ученый доказал наличие атмосферного давления, изучил свойства упругости, плотности и весомости воздуха. Также доказал, что воздушная среда является проводником звука и поддерживает горение. Изобрел воздушный насос.

В истории широко известен опыт Герике с «магдебургскими полушариями», описанный в его знаменитом трактате «Новые, так называемые магдебургские опыты с пустым пространством». При большом скоплении народа, под руководством Отто фон Герике, две медные полусферы сложены вместе, воздух из пространства между ними откачан насосом. После этого шестнадцать лошадей не смогли разорвать полусферы, удерживаемые атмосферным давлением. Опыт повторяли многократно в разных городах, впоследствии Отто фон Герике довел число лошадей до двадцати четырех.

Кроме изучения воздуха, физик известен благодаря опытам по исследованию электричества. Описывая явления электрического отталкивания и электролюминесценции, сконструировал электростатическую машину, проводил множество опытов по изучению магнетизма.

Отто является автором первого водяного барометра, гигрометра, манометра и воздушного термометра. Физик систематизировал множество наблюдений за погодой. Увлекался астрономией, придерживался гелиоцентрической системы. Также много внимания уделял философии и правоведению. Долгое время работал в Швеции как инженер и механик.

Выдающийся ученый Отто фон Герике скончался 11 мая 1686 года. Через двенадцать дней его похоронили в Магдебурге, в церкви святого Ульриха, а 2 июля того же года перезахоронили в магдебургской церкви святого Иоанна, в склепе Алеманнов - Герике.

Гамбург , Священная Римская империя Страна:

Священная Римская империя

Научная сфера: Место работы: Известен как:

опыты с вакуумом

В 1657 году изобрел водяной барометр, с помощью которого в 1660 году предсказал надвигающуюся бурю за 2 часа до ее появления , таким образом, войдя в историю как один из первых метеорологов .

Воздушный насос

Герике, как известно, сначала не считал возможным выкачивать воздух непосредственно и хотел образовать пустое пространство в герметически закрытой бочке посредством удаления наполнявшей ее воды. С этой целью он ко дну бочки приделал насос, думая, что только при таком расположении прибора вода будет следовать за поршнем насоса вследствие своей тяжести. Отсюда видим, что вначале у Герике не было еще определенного понятия об атмосферном давлении и вообще об упругости воздуха. Когда эта первая попытка не удалась, так как в образующуюся пустоту сквозь щели и поры бочки проникал с шипением наружный воздух, Герике попробовал поместить свою бочку в другую, тоже наполненную водою, предполагая этим способом предохранить пустоту от устремляющегося в нее воздуха снаружи. Но и на этот раз опыт оказался неудачным, ибо вода из наружной бочки под влиянием атмосферного давления протекала сквозь поры во внутреннюю и наполняла пустоту. Тогда, наконец, Герике решился приложить насос к непосредственному выкачиванию воздуха из медного шарообразного сосуда, все еще придерживаясь своего ложного предположения, что и воздух, подобно воде, может следовать за поршнем насоса только благодаря своей тяжести, поэтому и теперь насос был привинчен внизу сосуда и расположен вертикально. Результат выкачивания был совсем неожиданным и напугал всех присутствующих: медный шар не выдержал внешнего давления и с треском был скомкан и сплюснут. Это заставило Герике приготовлять для следующих опытов резервуары более прочные и более правильной формы. Неудобное расположение насоса вскоре принудило Герике устроить специальный для всего прибора треножник и приделать к поршню рычаг; таким образом был устроен первый воздушный насос, названный автором Antlia pneumatica . Конечно, прибор был еще очень далек от совершенства и требовал не менее трех человек для манипуляций с поршнем и кранами, погруженными в воду, для лучшей изоляции образующейся пустоты от наружного воздуха.

Изучение действия теплоты на воздух

Герике занимался также изучением действия теплоты на воздух, и хотя в устройство своего воздушного термометра он не внес никаких существенных усовершенствований сравнительно с известными тогда приборами (носившими в его время в Италии название caloris mensor ), тем не менее мы можем смело сказать, что он был первым по времени метеорологом. Не касаясь спорного и в сущности маловажного вопроса об изобретении термометра , которое чаще всего приписывается Галилею , но также и Дреббелю и врачу Санкториусу , отметим только, что первоначальная форма его была крайне несовершенна: во-первых, от того, что на показания прибора влияла не только температура, но и атмосферное давление, а во-вторых, вследствие отсутствия определенной единицы (градуса) для сравнения тепловых эффектов.

Термометр Герике. Иллюстрация из книги Otto von Guericke’s Experimenta Nova Magdeburgica.

Термометр (воздушный) того времени состоял из резервуара с трубкой, погруженной открытым концом в сосуд с водою; уровень приподнятой в трубке воды изменялся, очевидно, в зависимости от температуры воздуха в резервуаре и от внешнего атмосферного давления. Странно, что и Герике, которому это последнее влияние должно было быть хорошо известным, не обращал на него внимания, по крайней мере в его термометре это влияние не устранено. Сам прибор, предназначенный исключительно для наблюдений изменения температуры наружного воздуха и потому подобно барометру помещенный на наружной стене дома, состоял из Сифонной (металлической) трубки, наполненной приблизительно до половины спиртом; один конец трубки сообщался с большим шаром, содержащим воздух, другой был открыт и заключал поплавок, от которого шла нить через блок; на конце нити свободно качалась в воздухе деревянная фигурка, указывающая рукою на шкалу с 7-ю делениями. Все подробности прибора, кроме шара, на котором красовалась надпись Perpetuum mobile , фигурки и шкалы, были тоже закрыты досками. Крайние точки на шкале были отмечены словами: magnus frigus и magnus calor . Средняя черта имела особое значение, так сказать, климатическое: она должна была соответствовать той температуре воздуха, при которой в Магдебурге появляются первые осенние ночные морозы.

Отсюда можем заключить, что хотя первые попытки отметить 0° на шкале термометра принадлежал знаменитой в истории опытной физики Флорентийской академии (Del Cimento ) , но и Герике понимал, как важно и необходимо иметь на термометрической шкале хотя бы одну постоянную точку, и, как мы видим, пытался сделать в этом направлении новый шаг вперед, избрав для регулирования своего термометра произвольную черту, соответствующую первым осенним морозам.

Изучение электричества

Гравюра 1750 года, демонстрирующая устройство для получение статического электричества.

Переходим теперь к другой области физики, в которой имя Герике пользуется тоже вполне заслуженной известностью. Мы говорим об электричестве, которое в то время, призванное, так сказать, к жизни опытными исследованиями Гильберта , представляло в виде нескольких отрывочных фактов лишь ничтожный и никого не интересующий зародыш той грандиозной силы, которой суждено было завоевать внимание всего цивилизованного мира и опутать земной шар сетью своих проводников.

Отто фон Герике называют иногда только остроумным изобретателем физических приборов, стремящимся прославиться среди современников своими грандиозными опытами и мало заботящимся о прогрессе науки. Но Фердинанд Розенбергер (1845-1899) в своей «Истории физики» совершенно справедливо замечает, что такой упрек лишен всякого основания, ибо Герике вовсе не имел исключительной цели удивлять публику. Он всегда руководился чисто научными интересами и выводил из своих опытов не фантастические идеи, а настоящие научные заключения. Лучшим доказательством этому служат его экспериментальные исследования явлений статического электричества , которыми в это время - повторяем - еще мало кто интересовался .

Желая повторить и проверить опыты Гильберта , Герике изобрел прибор для получения электрического состояния, который если и не может быть назван электрической машиной в настоящем значении этого слова, потому что в нем недоставало конденсатора для собирания электричества, развиваемого трением , то все же послужил прототипом для всех поздних устраиваемых электрических открытий. Сюда прежде всего следует отнести открытие электрического отталкивания, которое было неизвестно Гильберту.

Для развития электрического состояния Герике приготовил довольно большой шар из серы, который при посредстве продетой насквозь оси приводился во вращение и натирался попросту сухой рукой. Наэлектризовав этот шар, Герике заметил, что притягиваемые шаром тела после прикосновения отталкиваются; затем он подметил еще, что свободно носящаяся в воздухе пушинка, притянутая и вслед затем оттолкнутая от шара, притягивается другими телами. Герике доказал также, что электрическое состояние передается по нитке (льняной); но при этом, не зная еще ничего об изоляторах, длину нитки он брал только в один локоть и мог придавать ей лишь вертикальное расположение. Он первый наблюдал на своем серном шаре электрическое свечение в темноте, но искры не получил ; он слышал также «в серном шаре» слабый треск, когда подносил его близко к уху, но не знал, чему это приписать.

Изучение магнетизма

В области магнетизма Герике сделано тоже несколько новых наблюдений. Он нашел, что железные вертикальные прутья в оконных решетках намагничиваются сами собою, представляя вверху северные, а внизу южные полюсы, и показал, что можно слегка намагнитить железную полосу, расположив ее в направлении меридиана и ударяя по ней молотком.

Изыски в области астрономии

Строение Вселенной по Отто фон Герике

Также занимался астрономией. Был сторонником гелиоцентрической системы . Разработал свою космологическую систему, отличавшуюся от системы Коперника предположением о наличии бесконечного пространства, в котором распределены неподвижные звёзды. Полагал, что космическое пространство является пустым, но между небесным телами действуют дальнодействующие силы, регулирующие их движение.

Герике, конечно, не был физиком, действовавшим по определенным нормам той или иной школы; но он был больше этого: обладал проницательным умом, верно схватывавшим потребности науки, будучи в то же время очень искусным экспериментатором и знающим математиком, с интересом к числу и мере… Рядом с Кеплером , он бесспорно величайший из немецких физиков XVII столетия…

В филателии

Труды

Guericke, Otto . Experimenta nova (ut vocantur) Magdeburgica de vacuo spatio, 1672. Имеется в «SICD Universities of Strasbourg - Digital old books ».

Примечания

Литература

Кудрявцев, П. С. Курс истории физики . - 2-е изд., испр. и доп. - М .: Просвещение, 1982. - 448 с.
Большая советская энциклопедия. В 30 тт.
Кауффельд А.

Немецкий ученый, изобретатель и политик. Более всего известен работой над физикой вакуума, созданием экспериментальной техники для демонстрации электростатического отталкивания и выступлениями в поддержку теорий "дистанционного взаимодействия" и "абсолютного пространства".

Легендарные "магдебургские полушария" в свое время произвели в Германии немалый фурор. Физик Отто фон Герике соединил две полусферы, выкачал из них воздух и продемонстрировал, что воздух на эту конструкцию давит с такой силой, что разорвать сферу не могут даже 16 лошадей. Опыты с вакуумом, впрочем, были отнюдь не единственным увлечением фон Герике – немало полезного физик сделал и для будущих поколений специалистов по электростатике, и в качестве общественного деятеля для жителей Магдебурга.

Родился фон Герике в Магдебурге, Германия (Magdeburg, Germany). В 1617-м он стал студентом Лейпцигского Университета (Leipzig University). Тридцатилетняя война помешала Отто продолжить учебу в Лейпциге и вынудила искать удачи в других учебных заведениях страны. Завершил учебу свою фон Герике 9-месячной поездкой во Францию (France) и Англию (England). Вернувшись в Магдебург в 1626-м, фон Герике женился.

Отто фон Герике не разделял энтузиазм горожан по поводу Густава II Адольфа (Gustavus Adolphus), что, впрочем, не особо помогло ему при последовавшем падении Магдебурга в мае 1631-го. Фон Герике повезло остаться в живых, хотя свободы и большей части состояния он все же лишился. Некоторое время он работал инженером; вернуться в Магдебург семье его удалось лишь в феврале 1632-го. Следующие 10 лет фон Герике активно участвовал в восстановлении изрядно порушенного города; немало времени Отто уделял общественной деятельности – ему даже довелось некоторое время пробыть бургомистром. Нередко фон Герике принимал участие в дипломатических миссиях.

В 1654-м Отто фон Герике довелось продемонстрировать свои эксперименты с вакуумом высшим чинам Священной Римской импе

рии. Через некоторое время труды фон Герике привлекли внимание Роберта Бойля (Robert Boyle); тот в свое время вел аналогичные исследования и работами немца был в высшей степени заинтересован.

Фон Герике продолжал вести довольно активную научную деятельность; более всего концентрировался он над своим "трудом жизни" – книгой "Ottonis de Guericke Experimenta Nova (ut vocantur) Magdeburgica de Vacuo Spatio". Отто тщательно документировал эксперименты с вакуумом и электростатикой; попутно ему удалось первому в мире явственно продемонстрировать электростатическое отталкивание. Сам фон Герике утверждал, что окончательно работа над книгой закончились 14 мая 1663-го; публикация, однако, была отложена на целых 9 лет.

В 60-х годах 17-го века стало ясно, что все попытки Магдебурга вообще и фон Герике в частности выбить городу статус свободного провалились; горожане подписали соглашение, по которому принимали в своих стенах гарнизон бранденбургских солдат и соглашались платить дань курфюрсту Фридриху Вильгельму I (Great Elector, Friedrich Wilhelm I of Brandenburg). Фон Герике, впрочем, это во многих отношениях пошло на пользу – курфюрст был активным покровителем наук. Вышедшая в печать "Experimenta Nova" даже содержала посвящение Фридриху Вильгельму; к тому времени курфюрсту ученый был обязан многим. В 1666-м Отто фон Герике удостоился еще и дворянского титула от императора Леопольда I (Leopold I). Именно тогда Отто сменил фамилию с "Герике" ("Gericke") на "Гуэрике" ("Guericke") и добавил в имя приставку "фон".

В 1667-м фон Герике внял довольно долго поступавшим запросам и освободил занимаемые ранее должности гражданского толка. В 1681-м Отто фон Герике и его вторая жена Доротея покинули Магдебург, спасаясь от начавшейся чумы; осели супруги у сына фон Герике, Ганса Отто (Hans Otto), в Гамбурге (Hamburg). В Гамбурге Отто фон Герике и скончался; случилось это 11 мая 1686-го года. Тело фон Герике было захоронено в Магдебурге.

В 1654-м Отто фон Герике довелось продемонстрировать свои эксперименты с вакуумом высшим чинам Священной Римской империи. Через некоторое время труды фон Герике привлекли внимание Роберта Бойля (Robert Boyle); тот в свое время вел аналогичные исследования и работами немца был в высшей степени заинтересован.