Християн Гюйгенс

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Христия́н Гю́йгенс
Christiaan Huygens-painting.jpeg
Народився 14 квітня 1629(1629-04-14)
Помер 8 липня 1695(1695-07-08) (66 років)
Громадянство Нідерланди
Галузь наукових інтересів оптика
Відомий завдяки: хвильова теорія світла

Христия́н Гю́йгенс (нід. Christiaan Huygens МФА: [ˈkrɪstijaːn ˈɦœy̯ɣə(n)s] Кри́стіян Го́йгус; 14 квітня 1629 — 8 липня 1695) — нідерландський фізик, механік, математик і астроном, винахідник маятникового годинника з анкерним обмежувачем, автор хвильової теорії світла та праць з оптики і теорії імовірності, відкривач кільця Сатурна і його супутника.

Біографія[ред.ред. код]

Християн Гюйгенс

Гюйгенс народився в Гаазі. Його батько Константин Гюйгенс (Хейгенс) був таємним радником принців Оранських, літератором, який мав хорошу освіту.

Молодий Гюйгенс вивчав право і математику в Лейденському університеті, потім вирішив присвятити себе науці.

У 1651 р. опублікував «Розмірковування про квадратуру гіперболи, еліпса і круга».

Разом з братом він удосконалив телескоп, довівши його до 92-кратного збільшення, і зрештою зайнявся вивченням неба. Перша популярність прийшла до Гюйгенса, коли він відкрив кільця Сатурна (Галілео Галілей їх теж бачив, але не зміг зрозуміти, що це таке) і супутник цієї планети Титан.

У 1657 р. Гюйгенс отримав голландський патент на конструкцію маятникового годинника. В останні роки життя цей механізм намагався створити Галілей, але йому завадила прогресуюча сліпота. Годинник Гюйгенса реально працював і забезпечував чудову на той час точність ходу. Центральним елементом конструкції був придуманий Гюйгенсом анкер, який періодично підштовхував маятник і підтримував незатухаючі коливання. Сконструйований Гюйгенсом точний і недорогий годинник з маятником швидко отримав неабияке поширення у світі.

У 1665 р. на запрошення Жан-Батиста Кольбера оселився у Парижі та був прийнятий до членів Французької Академії наук. У 1666 р. на пропозицію Кольбера стає її першим президентом. Гюйгенс керував Академією 15 років.

У 1673 р. під назвою «Маятниковий годинник» виходить надзвичайно змістовна праця з кінематики прискореного руху. Ця книга було настільною у Ньютона, який завершив розпочату Галілеєм і продовжену Гюйгенсом побудову основ механіки.

1681: у зв'язку з наміченим скасуванням Нантського едикту Гюйгенс, не бажаючи переходити в католицизм, повернувся в Голландію, де продовжив свої наукові дослідження.

Ім'я Гюйгенса вшановане в астрономічних та інших назвах:

Наукова діяльність[ред.ред. код]

Жозеф-Луї Лагранж писав, що Гюйгенсу «судилося вдосконалити і розвинути найважливіші відкриття Галілея».

Математика і механіка[ред.ред. код]

Християн Гюйгенс
Гравюра з картини Каспара Нетшера роботи Р. Еделінка, 16841687 рр.

Наукову діяльність Християн Гюйгенс почав у 1651 р. твором про квадратуру гіперболи, еліпса і круга. У 1654 р. він "відкрив теорію еволют і евольвент.

1657 року Гюйгенс опублікував опис устрою винайденого ним годинника із маятником. Тоді вчені не мали такого необхідного для експериментів приладу, як точний годинник. Галілей, наприклад, для вивчення законів падіння вимірював час за ударами власного пульсу. Годинники із колесами, які приводилися в рух гирями, були у вжитку здавна, але мали незадовільну точність. А от маятник із часів Галілея вживали окремо для точного виміру невеликих проміжків часу, коли доводилося підраховувати кількість гойдань. Годинник Гюйгенса мав хорошу точність, і вчений далі неодноразово, протягом 40 років, звертався до свого винаходу, удосконалюючи його й вивчаючи його властивості. Гюйгенс мав намір застосувати маятниковий годинник для вирішення завдання визначення довготи на морі, але істотного прогресу не здобув. Надійний і точний морський хронометр з'явився 1735 року (у Великобританії).

1673 року Гюйгенс опублікував класичну працю з механіки «Маятниковий годинник» («Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica»). Скромна назва не повинна вводити в оману. Окрім теорії годинника, твір містив безліч першокласних відкриттів у галузі аналізу та теоретичної механіки. Гюйгенс також наводить там квадратуру низки поверхонь обертання. Цей та інші його твори мали величезний вплив на молодого Ісаака Ньютона.

У першій частині праці Гюйгенс описує вдосконалений, циклоїдальний маятник, який мав постійний період коливань незалежно від амплітуди. Поясненню цієї властивості він присвячує другу частину книги: виведення загальних законів руху тіл у полі тяжіння — вільних, на похилій площині, та таких, що котяться циклоїдою. Слід зазначити, що це вдосконалення не знайшло практичного застосування, оскільки при малих коливаннях підвищення точності від циклоїдального приросту ваги незначне. Проте методика дослідження увійшла до золотого фонду науки.

Гюйгенс виводить закони рівноприскореного руху тіл у вільному падінні, виходячи з припущення, що дія сталої сили на тіло, не залежить від величини й напряму початковій швидкості. Виводячи залежність між висотою падіння і квадратом часу, Гюйгенс робить зауваження, що висоти падінь відносяться як квадрати набутих швидкостей. Далі, розглядаючи вільний рух тіла, підкинутого вгору, він знаходить, що тіло підіймається на найбільшу висоту, втративши всю надану йому швидкість, і отримує її знову при поверненні назад.

Галілей допускав без доказу, що під час сковзання вниз похилими площинами із різним нахилом, але однаковою висотою, тіла набувають рівних вертикальних швидкостей. Гюйгенс доводить це таким чином. Дві прямі різного нахилу і рівної висоти приставляються нижніми кінцями одна до іншої. Якщо тіло, спущене з верхнього кінця однієї з них, набуває більшої швидкості, ніж спущене з верхнього кінця іншої, то можна пустити його по першій з такої точки нижче за верхній кінець, щоб придбана внизу швидкість була достатня для підйому тіла до верхнього кінця другої прямої; але тоді б вийшло, що тіло піднялося на висоту, більшу за ту, з якої воно впало, а цього бути не може.

Від руху тіла похилою прямою Гюйгенс переходить до руху ламаною лінією і далі до руху будь-якою кривою, і доводить, що швидкість, яку тіло набуває при падінні з будь-якої висоти кривою, дорівнює швидкості, яку тіло набуває при вільному вертикальному падінні з тієї ж висоти, і що така ж швидкість необхідна для підйому того ж тіла на ту ж висоту як вертикально вгору, так і кривою. Потім, переходячи до циклоїди і розглянувши деякі її геометричні властивості, автор доводить таутохронність руху матеріальної точки циклоїдою.

У третій частині твору викладається теорія еволют і евольвент, відкрита автором ще 1654 р.; він тут знаходить вигляд і положення еволюти циклоїди.

У четвертій частині викладається теорія фізичного маятника; тут Гюйгенс вирішує завдання, яке давалася багатьом сучасним йому геометрам, — завдання про визначення центру коливань. Він ґрунтується на наступній пропозиції:

Якщо складний маятник, вийшовши із стану спокою, здійснив певну частину свого коливання, більшу ніж половина розмаху, і якщо зв'язок між всіма його складовими частинами був знищений, то кожна з цих частин підніметься на таку висоту, що їн загальний центр тяжіння при цьому буде на тій висоті, на якій він був при виведенні маятника із стану спокою.

Ця пропозиція не доведена Гюйгенсом, він сформулював лише основну ідею, тоді як тепер вона є простим наслідком закону збереження енергії.

Теорію фізичного маятника подано Гюйгенсом у повному обсязі в загальному вигляді й у застосуванні до різноманітних тіл. Гюйгенс виправив помилку Галілея і довів, що проголошена останнім ізохронність коливань маятника справедлива лише приблизно.

У останній, п'ятій, частині свого твору Гюйгенс подає тринадцять теорем про відцентрову силу. Цей розділ вперше приводить точний кількісний вираз для відцентрової сили, який згодом зіграв важливу роль у дослідженні руху планет і відкритті закону всесвітнього тяжіння. Гюйгенс подає у ньому (словесно) декілька фундаментальних формул:

  • для періоду коливань: T=2 \pi \sqrt\frac {l} {g};
  • для доцентрового прискорення: a=\frac{v^2} {r}.

1657 року Гюйгенс написав додаток «Про рахунки в азартній грі» до книжки свого вчителя ван Схоотена «Математичні етюди». Це був змістовний виклад початків теорії ймовірності, що зароджувалася в той час. Гюйгенс, поруч із Ферма і Паскалем, заклав її основи. За цією книжкою ознайомився з теорією ймовірності Якоб Бернуллі, який і завершив формулювання основних принципів теорії.

Астрономія[ред.ред. код]

Гюйгенс самостійно удосконалив телескоп, вніс багато удосконалень до техніки виготовлення і випробування лінз і в практику астрономічних спостережень. Користуючись хорошим телескопом, відкрив полярні шапки Марса, смуги на Юпітері, в 1655 він відкрив супутник Сатурна Титан і описав кільця Сатурна. У 1659-му він у виданому ним творі описав всю систему Сатурна.

Гюйгенс відкрив також туманність Оріона та інші туманності, спостерігав подвійні зірки, досить вдало оцінив період обертання Марса навколо своєї осі.

У 1681-1687 виготовив об'єктиви з дуже великими фокусними відстанями (37, 52, 64 м). Ці об'єктиви кріпилися на високих стовпах, обладнаних спеціальними кронштейнами, і завдяки низці пристосувань за допомогою шнура встановлювалися в необхідне положення. Труба телескопа була відсутня, спостерігач, що знаходиться внизу, «ловив» зображення і розглядав його в окуляр. Гюйгенс винайшов окуляр (що носить його ім'я), який складається з двох пласко-випуклих лінз, обернених опуклістю до об'єктиву. У книзі «Трактат про світло» (1690) підвів підсумок своїм роботам з оптики і розвинув хвильову теорію світла, зокрема висунув принцип, що носить його ім'я. У останньому з написаних ним трактатів «Космотеорос» (1698) захищав ідею про множинність жилих світів.

Оптика і теорія хвиль[ред.ред. код]

Гюйгенс брав участь у сучасних йому диспутах про природу світла. У 1678 р. він випустив «Трактат про світло» — нарис хвильової теорії світла. Інший твір він видав у 1690 р.; там він виклав якісну теорію відбиття, заломлення і подвійного променезаломлення в ісландському шпаті у тому самому вигляді, як викладається нині у підручниках фізики. Він також сформулював так званий принцип Гюйгенса, що дозволяє досліджувати рух хвильового фронту. Розвинутий далі Френелем цей принцип зіграв значну роль у хвильовій теорії світла, і теорії дифракції.

Гюйгенсу належить оригінальне вдосконалення телескопа, використаного ним в астрономічних спостереженнях і згаданого в параграфі про астрономію. Він також є винахідником діаскопічного проектора — так званого «чарівного ліхтаря».

Інші досягнення[ред.ред. код]

Кишеньковий механічний годинник
  • Відкриття теоретичним шляхом сплюснутості Землі біля полюсів, і також пояснення впливу відцентрової сили на напрям сили тяжіння й довжину секундного маятника на різних широтах.
  • Рішення питання про зіткнення пружних тіл, одночасно з Валлісом і Реном.
  • Один із розв'язків питання про рівноважну форму важкого однорідного ланцюга: (ланцюгова лінія).
  • Винахід годинникової спіралі, що замінює маятник, вкрай важливий для навігації; перший годинник зі спіраллю був сконструйований у Парижі годинниковим майстром Тюре в 1674.
  • У 1675 р. запатентував кишенькові годинник.
  • Перший закликав вибрати всесвітню природну міру довжини, для якої запропонував 1/3 довжини маятника з періодом коливань 1 секунда (це приблизно 8 см).

Основні праці[ред.ред. код]

Роботи Гюйгенса зібрані в 22-томному Повному зібранні творів, виданому в 1888-1950.

  • Horologium oscillatorium, 1673 (Маятникові годинник, латинською).
  • Kosmotheeoros. (англійський переклад видання 1698) — астрономічні відкриття Гюйгенса, гіпотези стосовно інших планетах.
  • Treatise on Light (Трактат про світло, англійський переклад).

Див. також[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.