5) Работы в области акустики и оптики

Если считать, что последовательность материала, изложенного в "Беседах", в основном характеризует порядок развития идей Галилея, то можно считать, что его работы в области акустики являлись следствием работ в области механики. В самом деле, в "Беседах" сначала излагается вопрос о возбуждении сильных колебаний тел слабыми усилиями, затем рассматривается вопрос о передаче колебаний на расстояние и отсюда делается переход к оценке кажущейся высоты тона от частоты колебаний.

Попутно Галилей рассматривает вопрос о влиянии на величину собственной частоты колебаний струны её длины, толщины и степени натяжки.

Подробно все эти вопросы будут рассмотрены в девятой теме VII главы, сейчас же остановимся лишь на оценке этих работ с точки зрения определения роли Галилея в развитии акустики.

Вопрос о резонансе разобран Галилеем очень схоже с тем, как это было сделано ранее Леонардо да Винчи. Знал ли Галилей о работах по этому вопросу своего гениального предшественника или не знал и повторил определение этого явления в том виде, как мы принимаем и сейчас^*, - это не умаляет значимость работ Галилея по акустике. В этой области он сделал много первооткрытий. К таким открытиям относятся: установление зависимости между кажущейся высотой тона и частотой звуковых колебаний и, в частности, численное определение таких музыкальных терминов, как октава и квинта, установление закономерностей между частотой звучания струны и основными её характеристиками, разработка методов измерения частоты колебаний и установление численных соотношений для таких чисто физиологических факторов, как консонанс и диссонанс.

^* (В изложении Галилея так же, как и ранее у Леонардо да Винчи, указывается на рост интенсивности возбуждений в области, где частуга внешних колебаний близка к частоте собственных колебаний тела.)

Все эти вопросы, разработанные впервые Галилеем, создали новую отрасль физики - учение о звуковых колебаниях.

Вопрос о частоте колебаний струны им исследован чисто эмпирически. Математический анализ этого вопроса, ставший одним из интересных разделов математической физики, был далеко впереди. Галилей также ещё чётко не формулирует положения, что струна, кроме основного колебания, имеет и другие гармонические тона^*, но сам факт поиска и нахождения указанных выше закономерностей показывает весьма глубокое проникновение в сущность процессов, имеющих место при колебании струны.

^* (У Галилея есть указание, которое можно толковать как высказывание о возможности возбуждения на кратких частотах, но это сделано туманно, и потому такое утверждение было бы спорно.)

Очень интересные открытия сделаны Галилеем в процессе поисков методики измерения частот звуковых колебаний. Он заметил, что опилки, которые получались при скоблении железным долотом пластинки из меди, в том случае, когда долото издавало чистый звук, ложились правильными рядами, причём расстояния между ними определялись высотой тона. Он нашёл также, что если возбуждать тело, стоящее в воде, звуковыми колебаниями, то вокруг него образуются волны, причём расстояние между ними опять-таки определяется высотой тона. Чем выше тон, тем меньше это расстояние. Галилей ещё не представлял себе структуру звуковой волны и не знал понятия "длина волны" и поэтому расстояние между волнами в воде или между рядами опилок считал лишь мерой высоты тона. Но по тому времени это было очень смелым выводом, а сама попытка измерения чего-то невидимого была революционным шагом.

Ещё более интересным было открытие Галилеем явления, которое в настоящее время носит название "биений". Он указал возможность применения метода биений как для сравнения двух звуковых тонов, так и для определения длины маятника по эталонному маятнику, длина которого точно известна.

Если первый метод измерения высоты тона звуковых колебаний, как он сам говорит в "Беседах"^*, он открыл случайно, то метод биений им был открыт в результате анализа колебательных процессов маятника. Это характеризует, насколько глубоко Галилей вник в существо ко. лебательных процессов.

^* (Галилей устами одного из собеседников в "Беседах" говорит: "Изобретение это было делом случая, мне надо было только под метить и оценить должным образом попутное явление, имевшее место в довольно несовершенной обстановке".)

Если в области акустики Галилей сделал ряд крупных открытий, намного обогативших эту отрасль науки, весьма бедную до Галилея, то изучением оптических явлений он занимался очень мало. В своих трудах он повторяет известные уже представления об оптических зеркалах. Стоит остановиться лишь на попытке Галилея разработать метод определения скорости распространения световых колебаний. Сам метод весьма примитивен и не имеет практического смысла, но то, что Галилей допускал конечность этой скорости, было очень прогрессивно для его времени.