Метеорология Глава 6 Часть 2

Прошло почти двадцать лет, прежде чем в конструировании барометров исторические источники  сообщают о каких-либо существенных достижениях. Типичным для этого периода был барометр Академии дель Чименто во Флоренции, построенный около 1657 года, и повторявший конструкции Торричелли, [6.12.].
 
Рис. 6.5. Колесный барометр сифонного типа конструкции Роберта Гука, [6.13.], оригинал рисунка.

В 1665 году в своей работе «Микрография» [6.13.] разносторонний  английский ученый Роберт Гук (1635-1703) представил очень интересный прибор нового «сифонного» типа (от греческого слова   – изогнутая трубка) для измерения атмосферного давления, названный позднее «колесный барометр» - рис. 6.5.

Основным измерительным узлом колесного барометра был сифон C-D-E-F с колбой B-A. Колба и сифон были заполнены ртутью, при этом размеры были выбраны так, чтобы ртуть занимала половину малого колена сифона  E-F.  На поверхности ртути в малом колене сифона плавал поплавок G, который через нить и шкив был соединен с противовесом H.  При изменении атмосферного давления поплавок вместе с ртутью перемещался вверх и вниз, нить тоже перемещалась, и поворачивала шкив, на ось I которого была насажена стрелка L-K. Острие  стрелки, подобно стрелке компаса, поворачивалась по круговому нониусу N-M-P-O, на который была нанесена шкала.

Колесный барометр Гука, представленный в 1665 году, был настоящим практическим измерительным прибором, замечательным и по своей идее и по ее реализации. Применение сифонной конструкции трубки впоследствии стало повсеместным. Однако использование большой круговой шкалы для фиксирования величины атмосферного давления не увеличивало чувствительности прибора, который показывал результаты непосредственно уровнями ртути в стеклянной трубке G  и шаре BA. Чтобы не делать два замера уровней, Гук применил  систему фиксации показаний, – поплавок, нить, шкив, стрелка, шкала – но она как минимум не улучшала чувствительность сифонного барометра. Кроме того, колесная система у сифонного барометра давала «обратный отсчет» показаний, т.е. при падении атмосферного давления стрелка барометра поднималась, и, наоборот, при увеличении давления – стрелка барометра опускалась. Но в те годы на это не обращали внимания.

Попыткой улучшить чувствительность инструмента для измерения атмосферного давления (скоро он будет называться барометр) стало создание двухжидкостных, а затем и трехжидкостных приборов.
 
Рис. 6.6. Двухжидкостный чашечный барометр Декарта. Рисунок автора.
Вероятно, первым предложил  изготовить двухжидкостный  чашечный барометр француз Декарт, в котором нижней жидкостью была ртуть, а верхней жидкостью – вода, (рис. 6.6). Идея Декарта (будем принимать это как версию) состояла в том, чтобы повысить чувствительность барометра к изменениям атмосферного давления, используя в сочетании с ртутью жидкость с меньшим удельным весом, в частности воду или спирт. Улучшение чувствительности у такого барометра, по сравнению с ртутным, было почти равно отношению удельных весов двух жидкостей, следовательно, для пары «ртуть-вода» чувствительность повышалось в 12-13 раз. Однако, применение Декартом воды в верхней трубке имело неустранимый недостаток, поскольку водяной пар там скапливающийся делал барометр очень чувствительным к изменению окружающей температуры, а также нагреву воды в приборе солнечными лучами. Проверить идеи Декарта, которому приписывают много достижений в создании барометра, было некому. В 1649 году он по приглашению шведской королевы Кристины переехал из Парижа в Стокгольм. Во время переезда Декарт серьезно простудился, и 11 февраля 1650 года умер от пневмонии (или по другой версии был отравлен мышьяком). Выполнить работы по созданию барометра конструкции Декарта обещал Шаню – посол Франции в Швеции – но он не исполнил просьбу Декарта.

Отступим ненадолго от техники и вынужденно поговорим о политике.

Главным препятствием в изучении роли философа и естествоиспытателя Декарта в создании метеорологических приборов, в том числе и барометра, служит жесткое преследование его как философа со стороны церковных и светских властей. Вскоре после смерти Декарта все его основные сочинения были внесены Ватиканом в «Индекс запрещенных книг», читать их категорически запрещалось, под угрозой отлучения от церкви. Во Франции «Индекс» начал действовать в 1551 году, и формально был отменен только в 1966 году! Кроме того король Франции Людовик XIV (имевший прозвище «Король-солнце») специальным указом запретил преподавание философских идей Декарта – картезианства – во всех учебных заведениях Франции. Преследование вольнодумцев во Франции «Король – солнце» успешно продолжил и после смерти Декарта – в 1685 году он эдиктом отменил действие Нантского указа о веротерпимости, принятого в 1598 году, который уравнивал в правах католиков и протестантов-гугенотов. Все эти действия сказались на всех исторических сведениях о Декарте – точно установить что-либо об его технических достижениях историки не могут.

Прошло 18 лет после смерти Декарта, и в 1668 году англичанин Роберт Гук сконструировал и продемонстрировал Королевскому Обществу свой двухжидкостный сифонный барометр (рис. 6.7.), который был по конструкции подобен «колесному барометру», но имел дополнительную трубку, заполненную водой.  В протоколе заседания Королевского общества от 18 июня 1668 года записано, [6.14.], (перевод автора):
«Был проведен еще один опыт с барометром нового типа, частично заполненным ртутью, частично водой, для того, чтобы его изменения могли быть более ощутимыми, чем в тех стаканах, которые заполнены одной ртутью. Г-ну Гуку Р. было отказано в письменном описании этого барометра.
Он заметил, что жидкость в барометре такого типа может подняться до тридцати четырех дюймов; причины чего он еще не видел (до 833 мм ртутного столба, прим. автора).
Президенту было предложено подготовить такой барометр и провести наблюдения; что его светлость обещал сделать.
Г-н Бойль предложил наполнять барометры смесью ртути и олова или ртути и золота: наполнение обычного образца одной только ртутью показывает, что все дело в бароскопах зависит только от веса».
 
Рис. 6.7. Двухжидкостный сифонный барометр Гука. Рисунок автора.

Гуку на заседании Лондонского Королевского общества было отказано в сохранении письменного описания нового барометра, поэтому мы воспроизведем эту конструкцию самостоятельно, (рис. 6.7.), и будем опираться на источники, ссылающиеся на документы Эдинбургского Королевского общества от 1678 года.

Технический термин «барометр» было впервые использован примерно в это же время, по-видимому, английским исследователем Робертом Бойлем (1627-1691), вносившим свои предложения на вышеупомянутом заседании. Как и  Роберт Гук, Роберт Бойль занимался  конструированием барометров, которые он использовал при  исследовании атмосферных явлений, включая вопрос о существовании вакуума, относительно которого Бойль никак  не мог определиться. В 1669 году Бойль опубликовал рукопись, озаглавленную «Продолжение новых экспериментов» [6.15.], в которой в 19-м эксперименте прибор для измерения давления по методу Торричелли называется «бароскоп», но с 21-го эксперимента Бойль начинает применять устойчивый термин «барометр». При этом все эксперименты с созданием приборов для измерения давления Бойль, вероятно,  проводил в 1662 году. В упомянутой рукописи Роберт Бойль описал свой переносный  барометр. 4 июня 1669 года Лондонское  Королевское общество объявило о своем намерении отдать Роберту Бойлю заказ на изготовление этих переносных  бароскопов (барометров) для отправки по многим местам Англии. Кроме того, переносные барометры Роберта Бойля планировалось отправить в Ост-Индию, в Вест-Индию, на Бермуды, на Ямайку, на Барбадос, на остров Святой Елены, на мыс Доброй Надежды, в Виргинию, в Новую Англию,  в Танжер, и, что особенно удивительно, в Москву!
Грандиозный план изготовления и отгрузки барометров Роберта Бойля осуществлен не был, в результате в 17-м веке образец барометра в Москве так и не появился.
 
Рис. 6.8. Двухжидкостный чашечный барометр Гюйгенса. Рисунок из [6.10.].

Нидерландский механик и физик Христиан Гюйгенс (1629-1695), работавший в Париже и возглавлявший  Французскую Академию наук, также пытался улучшить чувствительность барометра. Следуя по конструкции барометра предложениям Декарта, Гюйгенс немного изменил форму стаканов в своем двухжидкостном  барометре, он выбрал суммарную длину стеклянных трубок равной четырем с половиной футам, применил в качестве второй жидкости винный спирт, и испытал свою конструкцию двухжидкостного чашечного барометра в  1672 году (рис. 6.8.), [6.10.].