Надо Знать

добавить знаний



Христиан Гюйгенс


Christiaan Huygens-painting.jpeg

План:


Введение

Христиан Гюйгенс
Christiaan Huygens-painting.jpeg
Родился 14 апреля 1629
Умер 8 июля 1695
Гражданство Нидерланды
Область научных интересов оптика
Известный в связи с: волновая теория света

Христиан Гюйгенс ( нидерл. Christiaan Huygens МФА : [Krɪstija ː n ɦy̯ɣə (n) s] Кристиян Гойгус; 14 апреля 1629 - 8 июля 1695) - нидерландский физик, механик, математик и астроном, изобретатель маятниковых часов с анкерным ограничителем, автор волновой теории света, работ по оптики и теории вероятности, открыватель кольца Сатурна и его спутника.


1. Биография

Христиан Гюйгенс

Гюйгенс родился в Гааге. Отец его Константин Гюйгенс (Хейгенс), был тайным советником принцев Оранских, литератором, который должен хорошее образование.

Молодой Гюйгенс изучал право и математику в Лейденском университете, затем решил посвятить себя науке.

В 1651 г. опубликовал "Рассуждения о квадратуру гиперболы, эллипса и круга" .

Вместе с братом он усовершенствовал телескоп, доведя его до 92-кратного увеличения, и, наконец, занялся изучением неба. Первая популярность пришла к Гюйгенса, когда он открыл кольца Сатурна ( Галилей их тоже видел, но не смог понять, что это такое) и спутник этой планеты, Титан.

В 1657 г. Гюйгенс получил голландский патент на конструкцию маятниковых часов. В последние годы жизни этот механизм пытался создать Галилей, но ему помешала прогрессирующая слепота. Часы Гюйгенса реально работал и обеспечивал отличную в то время точность хода. Центральным элементом конструкции был придуман Гюйгенсом анкер, который периодически подталкивал маятник и поддерживал незатухающие колебания. Сконструированный Гюйгенсом точный и недорогой часы с маятником быстро получил широкое распространение в мире.

В 1665 г. по приглашению Жан-Батиста Кольбера поселился в Париже и был принят в члены Французской Академии наук. В 1666 г. на предложение Кольбера становится ее первым президентом. Гюйгенс руководил Академией 15 лет.

В 1673 г. под названием "Маятниковый часы" исходит исключительно содержательная работа по кинематики ускоренного движения. Эта книга была настольной у Ньютона, который завершил начатую Галилеем и продолженную Гюйгенсом построение основ механики.

1681 : в связи с намеченного отмены Нантского эдикта Гюйгенс, не желая переходить в католицизм, вернулся в Голландию, где продолжил свои научные исследования.

Имя Гюйгенса отмечена в астрономических и других названиях:


2. Научная деятельность

Жозеф-Луи Лагранж писал, что Гюйгенсу "суждено усовершенствовать и развить важнейшие открытия Галилея.

2.1. Математика и механика

Христиан Гюйгенс
Гравюра с картины Каспара Нетшер работы Р. Еделинка, 1684 - 1687 гг

Научную деятельность Христиан Гюйгенс начал в 1651 г. произведением о квадратуре гиперболы, эллипса и круга. В 1654 г. он "открыл теорию эволюты и эвольвент.

1657 году Гюйгенс опубликовал описание устройства изобретенного им часов с маятником. Тогда ученые не имели такого необходимого для экспериментов прибора, как точные часы. Галилей, например, для изучения законов падения измерял время с ударами собственного пульса. Часы с колесами, приводимыми в движение гирями, были в употреблении давно, но имели неудовлетворительную точность. А вот маятник со времен Галилея употребляли отдельно для точного измерения небольших промежутков времени, когда приходилось подсчитывать количество качаний. Часы Гюйгенса имел хорошую точность, и ученый далее неоднократно, в течение 40 лет, обращался к своему изобретению, совершенствуя его и изучая его свойства. Гюйгенс намеревался применить маятниковые часы для решения задачи определения долготы на море, но существенного прогресса не получил. Надежный и точный морской хронометр появился 1735року (в Великобритании).

1673 году Гюйгенс опубликовал классический труд по механике "Маятниковый часы" ("Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica"). Скромная название не должно вводить в заблуждение. Кроме теории часов, сочинение содержало множество первоклассных открытий в области анализа и теоретической механики. Гюйгенс также приводит там квадратуру ряда поверхностей вращения. Этот и другие его произведения оказали огромное влияние на молодого Исаака Ньютона.

В первой части работы Гюйгенс описывает усовершенствованный, циклоидальные маятник, который имел постоянный период колебаний независимо от амплитуды. Объяснение этого свойства он посвящает вторую часть книги: выведения общих законов движения тел в поле тяжести - свободных, на наклонной плоскости, и таких, которые катятся циклоидой. Следует отметить, что это совершенствование не нашло практического применения, поскольку при малых колебаниях повышение точности от циклоидальные привеса незначительно. Однако методика исследования вошла в золотой фонд науки.

Гюйгенс выводит законы равноускоренного движения тел в свободном падении, исходя из предположения, что действие постоянной силы на тело, не зависит от величины и направления начальной скорости. Выводя зависимость между высотой падения и квадратом времени, Гюйгенс делает замечание, что высоты падений относятся как квадраты приобретенных скоростей. Далее, рассматривая свободное движение тела, подброшенный вверх, он находит, что тело поднимается на наибольшую высоту, потеряв всю предоставленную ему скорость, и получает ее снова при возвращении обратно.

Галилей допускал без доказательства, что во время скольжения вниз наклонными плоскостями с различным наклоном, но одинаковой высотой, тела приобретают равные вертикальных скоростей. Гюйгенс доказывает это следующим образом. Две прямые разного наклона и равной высоты приставляются нижними концами одна к другой. Если тело, спущенное с верхнего конца одной из них, приобретает большей скорости, чем спущенное с верхнего конца другой, то можно пустить его по первой из такой точки ниже верхнего конца, чтобы приобретенная внизу скорость была достаточна для подъема тела до верхнего конца второй прямой ; но тогда бы получилось, что тело поднялось на высоту, превышающую ту, с которой оно упало, а этого быть не может.

От движения тела по наклонной прямой Гюйгенс переходит к движению ломаной линией и далее к движению любой кривой, и доказывает, что скорость, которую тело приобретает при падении с любой высоты кривой, равна скорости, тело приобретает при свободном вертикальном падении с той же высоты, и такая же скорость необходима для подъема того же тела на ту же высоту как вертикально вверх, так и кривой. Затем, переходя к циклоиде и рассмотрев некоторые ее геометрические свойства, автор доказывает таутохроннисть движения материальной точки циклоидой.

В третьей части произведения излагается теория эволюты и эвольвент, открытая автором еще 1654 г., он здесь находит вид и положение эволюты циклоиды.

В четвертой части излагается теория физического маятника, здесь Гюйгенс решает задачи, которое дается многим современным ему геометрам, - задача об определении центра колебаний. Он основывается на следующем предложении:

Если сложный маятник, выйдя из состояния покоя, совершил некоторую часть своего колебания, больше чем половина размаха, и если связь между всеми его частями был уничтожен, то каждая из этих частей поднимется на такую ​​высоту, что ин общий центр тяжести при этом будет на той высоте, на которой он был при выводе маятника из состояния покоя.

Это предложение не доказана Гюйгенсом, он сформулировал лишь основную идею, тогда как теперь она является простым следствием закона сохранения энергии.

Теорию физического маятника подано Гюйгенсом в полном объеме в общем виде и в применении к различным тел. Гюйгенс исправил ошибку Галилея и доказал, что провозглашенная последнее изохроннисть колебаний маятника справедлива лишь приблизительно.

В последней, пятой, части своего произведения Гюйгенс представляет тринадцать теорем о центробежную силу. Этот раздел впервые приводит точное количественное выражение для центробежной силы, который впоследствии сыграл важную роль в исследовании движения планет и открытии закона всемирного тяготения. Гюйгенс подает в нем (словесно) несколько фундаментальных формул:

  • для периода колебаний: T = 2 \ pi \ sqrt \ frac {l} {g} ;
  • для центростремительного ускорения: a = \ frac {v ^ 2} {r} .

1657 году Гюйгенс написал приложение "О счетах в азартной игре" к книге своего учителя ван Схоотена "Математические этюды". Это был содержательный изложение начал теории вероятности, зарождавшейся в то время. Гюйгенс, рядом с Ферма и Паскалем, заложил его основы. За этой книгой познакомился с теорией вероятности Якоб Бернулли, который и завершил формулировки основных принципов теории.


2.2. Астрономия

Гюйгенс самостоятельно усовершенствовал телескоп, внес много усовершенствований в технике изготовления и испытания линз и в практику астрономических наблюдений. Пользуясь хорошим телескопом, открыл полярные шапки Марса, полосы на Юпитере, в 1655 он открыл спутник Сатурна Титан и описал кольца Сатурна. В 1659 -м он в изданном им сочинении описал всю систему Сатурна.

Гюйгенс открыл также туманность Ориона и другие туманности, наблюдал двойные звезды, довольно удачно оценил период обращения Марса вокруг своей оси.

В 1681-1687 изготовил объективы с очень большими фокусными расстояниями (37, 52, 64 м). Эти объективы крепились на высоких столбах, оборудованных специальными кронштейнами, и благодаря ряду приспособлений с помощью шнура устанавливались в необходимое положение. Труба телескопа отсутствовала, наблюдатель, находящийся внизу, "ловил" изображение и рассматривал его в окуляр. Гюйгенс изобрел окуляр (носящий его имя), который состоит из двух плоско-выпуклых линз, обращенных выпуклостью к объективу. В книге "Трактат о свете" (1690) подвел итог своим работам по оптике и развил волновую теорию света, в частности выдвинул принцип, носящий его имя. В последнем из написанных им трактатов "Космотеорос" (1698) защищал идею о множественности обитаемых миров.


2.3. Оптика и теория волн

Гюйгенс участвовал в современных ему диспутах о природе света. В 1678 г. он выпустил "Трактат о свете" - очерк волновой теории света. Другое произведение он издал в 1690 г., там он изложил качественную теорию отражения, преломления и двойного лучепреломления в исландского шпата в том виде, как преподается ныне в учебниках физики. Он также сформулировал так называемый принцип Гюйгенса, позволяющий исследовать движение волнового фронта. Развитый далее Френелем этот принцип сыграл значительную роль в волновой теории света и теории дифракции.

Гюйгенсу принадлежит оригинальное усовершенствование телескопа, использованного им в астрономических наблюдениях и упомянутого в пункте об астрономии. Он также является изобретателем диаскопичного проектора - так называемого "волшебного фонаря".


2.4. Другие достижения

Карманный механические часы
  • Открытие теоретическим путем сплюснутости Земли у полюсов, и также объяснение влияния центробежной силы на направление силы тяжести и длину секундного маятника на разных широтах.
  • Решение вопроса о столкновении упругих тел, одновременно с Валлисом и Реном.
  • Один из решений вопроса о равновесную форму тяжелого однородной цепи: ( цепная линия).
  • Изобретение часовой спирали, заменяющей маятник, крайне важен для навигации; первые часы со спиралью был сконструирован в Париже часовым мастером Тюре в 1674.
  • В 1675 г. запатентовал карманные часы.
  • Первый призвал выбрать всемирную естественную меру длины, для которой предложил 1/3 длины маятника с периодом колебаний 1 секунда (это примерно 8 см).

3. Основные работы

Работы Гюйгенса собраны в 22-томном Полном собрании сочинений, изданном в 1888-1950.

  • Horologium oscillatorium, 1673 (маятниковые часы, латинском).
  • Kosmotheeoros. (Английский перевод издания 1698) - астрономические открытия Гюйгенса, гипотезы относительно других планетах.
  • Treatise on Light (Трактат о свете, английский перевод).

См.. также


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам