Теплота и метеорология

Развитие техники эксперимента отразилось и в области изучения тепловых явлений. Мы знаем, что древние рассматривали теплоту и холод, как особые полярно-противоположные качества тел. Большего, чем эти крайне смутные и неопределённые представления, и нельзя было требовать от древней науки, в которой фактические сведения о тепловых явлениях ограничивались элементарными первичными наблюдениями. Галилей первым сделал попытку перехода от неопределённых тепловых ощущений к более объективным показаниям теплового состояния тел, сконструировав первый термометр, вернее, термоскоп. Этот термоскоп, который Галилей демонстрировал на своих лекциях в Падуе в - 1597 г.^*, имел следующее устройство. Стеклянный шарик, заканчивающийся трубкой с открытым концом, слегка подогревался, и трубка открытым концом опускалась в воду. Вода поднималась по трубке, и высота подъёма изменялась вместе с изменением температуры. Очевидно, что на показания термометра Галилея влияла не только температура, но и давление атмосферы; к тому же прибор не имел шкалы. Всё же первый шаг в термометрии был сделан. Флорентийские академики радикально улучшили термометр, снабдив его шкалой из бусин и удалив воздух из резервуара и трубки. Хотя шкала термометра академиков оставалась произвольной, им всё же удалось констатировать постоянство точки плавления льда. Повидимому, Герике был одним из первых, кто осознал необходимость нанесения постоянных точек на термометрической шкале. Однако его постоянные точки (средняя температура заморозков в Магдебурге и летняя температура) были весьма неопределёнными и не обеспечивали единообразия показаний. Усовершенствование термометров, связанное с именами Ньютона, Амонтона, Делиля, Ломоносова и, наконец, Фаренгейта, Реомюра и Цельсия, увенчавшееся построением единообразной шкалы, относится уже к XVIII в.

^* (Другой термоскоп был изобретён Дреббелем в 1604 г.)

Наряду с барометром и термометром физика и геофизика получили в XVII в. гигрометр. Гигрометр флорентийских академиков представлял жестяную воронку, наполненную толчёным льдом. Пары конденсировались на поверхности воронки и стекали в подставленный измерительный сосуд.

Молине (1656-1698) предложил гигрометр из пенькового шнура, снабжённого грузом и указателем на конце. Изменение влажности приводило к изменению длины шнура, что и отмечалось указателем. Даленсе в трактате о барометрах, термометрах и гигрометрах описывает конструкцию гигрометра, состоящего из слабо натянутой бумажной или кожаной полоски, к середине которой подвешен груз. Отметим, что в этом же трактате Даленсе предлагает воспользоваться в качестве постоянных точек термометра точками таяния льда и коровьего масла.

Расширение экспериментальной базы повлекло и к расширению запаса научных сведений. Был открыт факт расширения воды при замерзании (флорентийские академики, Бойль), наблюдалось распространение тепловых лучей (понижение показаний термометра, поставленного в фокусе вогнутого зеркала, перед которым помещалась глыба льда (флорентийские академики), закипание воды при пониженном давлении (Бойль). Вообще же зависимость точки кипения от давления была установлена Папином (1647-1712), который в 1691 г. опубликовал описание своего котла с предохранительным клапаном.

Впервые Леонардо да Винчи упоминает о капиллярных явлениях. Опыт Торичелли возбудил интерес к этим явлениям, которые, казалось, имели ту же природу, что и барометрическое поднятие ртути. Но Борелли (1670) показал, что капиллярные поднятия имеют место и в вакууме. Им была найдена зависимость высоты поднятия жидкости в капиллярах от диаметра и предложена своеобразная теория капиллярности: водяные частицы снабжены ветвями-рычагами, зацепляясь которыми за шероховатости стенок трубки, они поднимаются, пока вес столба жидкости не компенсирует потерю тяжести частицами, вследствие действия рычагов. Опускание ртути в капиллярах нашёл Фосс в 1666 г.

Начала развиваться и наблюдательная метеорология, вооружённая такими приборами, как барометр и термометр. Начались систематические наблюдения за давлением, температурой, осадками, влажностью. Не было также недостатка в создании разнообразных теорий, касающихся происхождения водяных паров в атмосфере, природы метеоров и т. д. Начались и правильные градусные измерения (1615-1617). Голландский математик Виллеброрд Снеллиус впервые измеряет методом триангуляции расстояние от Альпара до Лейдена и находит длину одного градуса в 55 100 туазов. Вычисления Снеллиуса были проверены Мушенбреком, который установил, что длина градуса, по данным Снеллиуса, в действительности равна 57 033 туазам. Ньютон не знал об этой ошибке в вычисленрщх и смог вернуться к своей гипотезе тяготения только после измерений Пикара (предпринятых в 1669-1670 гг.), нашедшего длину градуса равной 57 060 туазам.