Герике, Отто фон

В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Герике.

Отто фон Герике
Otto von Guericke
Дата рождения:	20 ноября 1602(1602-11-20)
Место рождения:	Магдебург, Священная Римская империя
Дата смерти:	11 мая 1686(1686-05-11) (83 года)
Место смерти:	Гамбург, Священная Римская империя
Страна:	Священная Римская империя
Научная сфера:	Физик
Место работы:	Магдебург
Известен как:	опыты с вакуумом

Отто фон Ге́рике (нем. Otto von Guericke, 1602, Магдебург — 1686, Гамбург) — немецкий физик, инженер и философ.

Учился правоведению, математике и механике в Лейпциге, Йене и Лейдене. Некоторое время служил инженером в Швеции. С 1646 г. — бургомистр Магдебурга. В 1650 изобрёл вакуумную откачку и применил своё изобретение для изучения свойств вакуума и роли воздуха в процессе горения и для дыхания человека. В 1654 году провёл известный эксперимент с Магдебургскими полушариями, который доказал наличие давления воздуха; установил упругость и весомость воздуха, способность поддерживать горение, проводить звук.

В 1657 году изобрел водяной барометр, с помощью которого в 1660 году предсказал надвигающуюся бурю за 2 часа до ее появления^[1], таким образом, войдя в историю как один из первых метеорологов.

В 1663 изобрёл один из первых электростатических генераторов, производящих электричество трением — шар из серы, натираемый руками. В 1672 году обнаружил, что заряженный шар потрескивает и светится в темноте (первым наблюдал электролюминесценцию). Кроме того, им было обнаружено свойство электрического отталкивания однополярно заряженных предметов.

Научная деятельность

Памятник Отто фон Герике в Магдебурге

Невзирая на столь явную наклонность к научным занятиям, Отто фон Герике никогда не уклонялся от возлагаемых на него его родным городом гражданских обязанностей и, приняв на себя почетную должность бургомистра города Магдебурга чуть ли не в самое смутное для страны время, был принужден постоянно отлучаться для исполнения разных дипломатический поручений; если еще прибавим, что в этой хлопотливой должности он состоял 32 года, а раньше этого побывал и в плену, и на военной службе, и занимался постройкой укреплений и мостов, то нельзя не удивиться той настойчивости, с которой он в свободные дни и часы предавался любимым занятиям физикой и такому значительному числу изобретений и новых опытов, которыми он обогатил науку и подробное описание которых оставил в своей знаменитой книге: «Ottonis de Guericke Experimenta Nova (ut vocantur) Magdeburgica».

Как физик, Герике был прежде всего экспериментатором, вполне понимавшим научное значение опыта, что в его время можно считать признаком гениальности. В 17 столетии еще очень трудно было отрешится от схоластического направления, так долго господствовавшего в науке и приучить свой ум к самостоятельной оценке наблюдаемых явлений. Между учеными лишь немногие могли сказать как Герике:

Философы, которые держатся исключительно за свои умозрения и аргументы, оставляя в стороне опыт, никогда не могут прийти к достоверным и справедливым выводам относительно явлений внешнего мира, и мы видим немало примеров, что человеческий разум, когда он не обращает внимания на результаты, добытые опытом, оказывается от истины дальше, чем земля от солнца.

Эксперименты с вакуумом

Не зная еще ничего об изобретении ртутного барометра (1643 год) и о так называемой торричеллиевой пустоте, Герике настойчиво стремился разрушить путем опыта старинный философский спор о пустом пространстве. И вот, около 1650 года, результатом этой настойчивости является изобретение воздушного насоса.

Воздушный насос

Оригинальные Магдебургские полушария и вакуумный насос в экспозии Немецкого музея Мюнхена

Герике, как известно, сначала не считал возможным выкачивать воздух непосредственно и хотел образовать пустое пространство в герметически закрытой бочке посредством удаления наполнявшей ее воды. С этой целью он ко дну бочки приделал насос, думая, что только при таком расположении прибора вода будет следовать за поршнем насоса вследствие своей тяжести. Отсюда видим, что вначале у Герике не было еще определенного понятия об атмосферном давлении и вообще об упругости воздуха. Когда эта первая попытка не удалась, так как в образующуюся пустоту сквозь щели и поры бочки проникал с шипением наружный воздух, Герике попробовал поместить свою бочку в другую, тоже наполненную водою, предполагая этим способом предохранить пустоту от устремляющегося в нее воздуха снаружи. Но и на этот раз опыт оказался неудачным, ибо вода из наружной бочки под влиянием атмосферного давления протекала сквозь поры во внутреннюю и наполняла пустоту. Тогда, наконец, Герике решился приложить насос к непосредственному выкачиванию воздуха из медного шарообразного сосуда, все еще придерживаясь своего ложного предположения, что и воздух, подобно воде, может следовать за поршнем насоса только благодаря своей тяжести, поэтому и теперь насос был привинчен внизу сосуда и расположен вертикально. Результат выкачивания был совсем неожиданным и напугал всех присутствующих: медный шар не выдержал внешнего давления и с треском был скомкан и сплюснут. Это заставило Герике приготовлять для следующих опытов резервуары более прочные и более правильной формы. Неудобное расположение насоса вскоре принудило Герике устроить специальный для всего прибора треножник и приделать к поршню рычаг; таким образом был устроен первый воздушный насос, названный автором Antlia pneumatica. Конечно, прибор был еще очень далек от совершенства и требовал не менее трех человек для манипуляций с поршнем и кранами, погруженными в воду, для лучшей изоляции образующейся пустоты от наружного воздуха.

Роберт Бойль, внесший в пневматическую машину значительные усовершенствования, считал Отто фон Герике её настоящим изобретателем. И хотя Герике в начале своих исследований ошибочно истолковывал действие своего прибора (тяжестью, а не упругостью воздуха, заключенного в резервуар), тем не менее он, по-видимому, хорошо понимал невозможность достижения при посредстве воздушного насоса абсолютной пустоты.

Герике следует считать изобретателем только воздушного разрежающего насоса: нагнетательные насосы были известны еще в древности, и их изобретение приписывается Ктезибию, жившему во II веке до н. э. в Александрии. Духовые ружья тоже были уже известны Герике, однако к понятию об упругости воздуха он пришел только после устройства своего насоса, на основании многих опытов. Очевидно, вопрос этот, столь элементарный сегодня, для того времени нужно считать одним из самых трудных, и установление закона Бойля — Мариотта около 1676 года — одним из самых важных завоеваний человеческого ума того времени.

Опыты, которые Герике показывал публично со своими воздушными насосами, доставили ему громкую известность. Различные высокопоставленные лица нарочно заезжали в Магдебург, чтобы лично убедиться в справедливости всех этих новинок. Общеизвестный опыт с магдебургскими полушариями был показан в 1654 году в Регенсбурге во время Рейхстага. Опыт доказал наличие давления воздуха. Другие из его пневматических опытов и поныне повторяются на школьных уроках физики и описаны в учебниках.

Другие эксперименты с вакуумом

Магдебургский эксперимент

Один из опытов Герике заключался в следующем: шар, наполненный воздухом, и другой, из которого воздух был предварительно выкачан, сообщались посредством трубки; тогда воздух из первого шара входил в пустой шар с такой стремительной скоростью, что показывало Герике сходство этого явления с земными бурями.

Опыт с плотно завязанным бычьим пузырем, который разбухает и наконец разрывается под колоколом пневматической машины, был тоже тогда придуман для демонстрации упругости воздуха. Уяснив себе раз эти явления упругости, Герике быстрыми шагами пошел дальше, и его выводы всегда отличались строго логической последовательностью. Вскоре он стал доказывать, что так как воздух имеет вес, то атмосфера сама на себя производит давление, и нижние слои воздуха при поверхности земли, как наиболее сжатые, должны быть наиболее плотными. Для наглядной демонстрации этого различия упругости он придумал следующий прекрасный опыт: шар, наполненный воздухом, запирался при помощи крана и переносился на высокую башню; там при открытии крана замечалось, что часть воздуха выходит из шара наружу; наоборот, если шар был наполнен воздухом и заперт на высоте, а потом перенесен вниз, то воздух при открытии крана устремлялся внутрь шара. Герике очень хорошо понимал, что необходимым условием убедительности этого опыта было постоянство температуры, и он заботился о том, чтобы переносимый с воздухом шар был «одинаково нагрет как внизу, так и на вершине башни». На основании подобных опытов он пришел к выводу, что «вес известного объема воздуха представляет собою нечто весьма относительное», так как вес этот находится в зависимости от высоты над поверхностью земли. Результатом всех этих соображений было устройство «манометра», то есть «прибора, предназначенного для измерения различия в плотности, или в весе, данного объема воздуха». Ныне мы этим термином называем прибор, служащий для измерения упругости (давления) газов в миллиметрах ртутного столба. Прибору же Герике Роберт Бойль, подробно его описавший, дал название «статического барометра», или «бароскопа», которое сохранено за ним и в наше время. Прибор этот, основанный на законе Архимеда, состоит из большого полого шара, уравновешенного при помощи коромысла весов гирькой малых размеров. В бароскопе Герике шар имел в диаметре около 3 метров. Он был впервые описан в письме Герике к Каспару Шотту (Caspar Schott) в 1661 году.

Водяной барометр

Ранее этого, около 1657 года, Герике устроил свой грандиозный водяной барометр. Во время пребывания в Регенсбурге в 1654 году он узнал (от одного монаха, Магнуса) об опытах Торричелли. Возможно, что это важное известие побудило его заняться тем же вопросом, а может быть он и самостоятельным путем пришёл к изобретению своего водяного барометра, устройство которого было тесно связано с его прежними пневматическими опытами. Как бы то ни было, прибор этот уже существовал в 1657 году, так как есть указания, что с этого именно времени наблюдалась зависимость его показаний от состояния погоды. Он состоял из длинной (в 20 магд. локтей) медной трубки, прикрепленной к наружной стенке трехэтажного дома Герике. Нижний конец трубки был погружен в сосуд с водою, а верхний, дополненный стеклянной трубкой, был снабжен краном и мог быть соединён с воздушным насосом. При выкачивании воздуха вода поднялась в трубке до высоты 19 локтей; тогда кран был закрыт, и барометр разобщался с насосом. Вскоре при помощи этого прибора Герике нашел, что атмосферное давление постоянно изменяется, почему он и назвал свой барометр словами Semper vivum. Потом, заметив соотношение между высотой воды в трубке и состоянием погоды, он назвал его Wettermännchen. Для большего эффекта на поверхности воды в стеклянной трубке был поплавок, имевший вид человеческой фигурки с протянутой рукой, которая указывала на таблицу с надписями, соответствующими различным состояниям погоды; вся же остальная часть прибора была нарочно замаскирована деревянной обшивкой. В своей книге Герике дал своему барометру название Anemoscopium. В 1660 году он привел всех жителей Магдебурга в крайнее возмущение, предсказав сильную бурю за 2 часа до ее начала.

Изучение роли воздуха в процессе горения и передаче звука

Избрав предметом своих исследований воздух, Герике старался доказать опытным путем необходимость его соучастия в таких явлениях, как передача звука на расстояние и горение. Им был придумал известный опыт с колокольчиком под колпаком воздушного насоса, а в вопросе о горении он значительно опередил современных ему философов, имевших об этом явлении самые смутные представления. Так, например, Рене Декарт в 1644 году старался доказать путем рассуждения, что лампа может гореть в герметически закрытом пространстве сколько угодно долго.

Убедившись, что свеча не может гореть в резервуаре, из которого выкачан воздух, Герике доказал с помощью специально для этой цели устроенного прибора^[2], что пламя пожирает воздух, то есть что некоторая часть воздуха (по его мнению, около 1/10) уничтожается горением. Вспомним, что в эту эпоху еще никаких химических сведений не было, и о составе воздуха никто не имел еще представления; неудивительно поэтому, что и Герике не мог объяснить факта поглощения части воздуха при горении и говорил только, что пламя портит воздух, потому что его свеча гасла в закрытом пространстве сравнительно скоро. Во всяком случае, он был гораздо ближе к истине, чем те химики 17 века, которые создали гипотезу флогистона.

Изучение действия теплоты на воздух

Герике занимался также изучением действия теплоты на воздух, и хотя в устройство своего воздушного термометра он не внес никаких существенных усовершенствований сравнительно с известными тогда приборами (носившими в его время в Италии название caloris mensor), тем не менее мы можем смело сказать, что он был первым по времени метеорологом. Не касаясь спорного и в сущности маловажного вопроса об изобретении термометра^[3], которое чаще всего приписывается Галилею, но также и Дреббелю и врачу Санкториусу, отметим только, что первоначальная форма его была крайне несовершенна: во-первых, от того, что на показания прибора влияла не только температура, но и атмосферное давление, а во-вторых, вследствие отсутствия определенной единицы (градуса) для сравнения тепловых эффектов.

Термометр Герике. Иллюстрация из книги Otto von Guericke’s Experimenta Nova Magdeburgica.

Термометр (воздушный) того времени состоял из резервуара с трубкой, погруженной открытым концом в сосуд с водою; уровень приподнятой в трубке воды изменялся, очевидно, в зависимости от температуры воздуха в резервуаре и от внешнего атмосферного давления. Странно, что и Герике, которому это последнее влияние должно было быть хорошо известным, не обращал на него внимания, по крайней мере в его термометре это влияние не устранено. Сам прибор, предназначенный исключительно для наблюдений изменения температуры наружного воздуха и потому подобно барометру помещенный на наружной стене дома, состоял из Сифонной (металлической) трубки, наполненной приблизительно до половины спиртом; один конец трубки сообщался с большим шаром, содержащим воздух, другой был открыт и заключал поплавок, от которого шла нить через блок; на конце нити свободно качалась в воздухе деревянная фигурка, указывающая рукою на шкалу с 7-ю делениями. Все подробности прибора, кроме шара, на котором красовалась надпись Perpetuum mobile, фигурки и шкалы, были тоже закрыты досками. Крайние точки на шкале были отмечены словами: magnus frigus и magnus calor. Средняя черта имела особое значение, так сказать, климатическое: она должна была соответствовать той температуре воздуха, при которой в Магдебурге появляются первые осенние ночные морозы.

Отсюда можем заключить, что хотя первые попытки отметить 0° на шкале термометра принадлежал знаменитой в истории опытной физики Флорентийской академии (Del Cimento)^[4], но и Герике понимал, как важно и необходимо иметь на термометрической шкале хотя бы одну постоянную точку,^[5] и, как мы видим, пытался сделать в этом направлении новый шаг вперед, избрав для регулирования своего термометра произвольную черту, соответствующую первым осенним морозам.

Изучение электричества

Гравюра 1750 года, демонстрирующая устройство для получение статического электричества.

Переходим теперь к другой области физики, в которой имя Герике пользуется тоже вполне заслуженной известностью. Мы говорим об электричестве, которое в то время, призванное, так сказать, к жизни опытными исследованиями Гильберта, представляло в виде нескольких отрывочных фактов лишь ничтожный и никого не интересующий зародыш той грандиозной силы, которой суждено было завоевать внимание всего цивилизованного мира и опутать земной шар сетью своих проводников.

Отто фон Герике называют иногда только остроумным изобретателем физических приборов, стремящимся прославиться среди современников своими грандиозными опытами и мало заботящимся о прогрессе науки. Но Фердинанд Розенбергер (1845—1899) в своей «Истории физики» совершенно справедливо замечает, что такой упрек лишен всякого основания, ибо Герике вовсе не имел исключительной цели удивлять публику. Он всегда руководился чисто научными интересами и выводил из своих опытов не фантастические идеи, а настоящие научные заключения. Лучшим доказательством этому служат его экспериментальные исследования явлений статического электричества, которыми в это время — повторяем — еще мало кто интересовался^[6].

Желая повторить и проверить опыты Гильберта, Герике изобрел прибор для получения электрического состояния, который если и не может быть назван электрической машиной в настоящем значении этого слова, потому что в нем недоставало конденсатора для собирания электричества, развиваемого трением^[7], то все же послужил прототипом для всех поздних устраиваемых электрических открытий. Сюда прежде всего следует отнести открытие электрического отталкивания, которое было неизвестно Гильберту.

Для развития электрического состояния Герике приготовил довольно большой шар из серы, который при посредстве продетой насквозь оси приводился во вращение и натирался попросту сухой рукой. Наэлектризовав этот шар, Герике заметил, что притягиваемые шаром тела после прикосновения отталкиваются; затем он подметил еще, что свободно носящаяся в воздухе пушинка, притянутая и вслед затем оттолкнутая от шара, притягивается другими телами. Герике доказал также, что электрическое состояние передается по нитке (льняной); но при этом, не зная еще ничего об изоляторах, длину нитки он брал только в один локоть и мог придавать ей лишь вертикальное расположение. Он первый наблюдал на своем серном шаре электрическое свечение в темноте, но искры не получил^[8]; он слышал также «в серном шаре» слабый треск, когда подносил его близко к уху, но не знал, чему это приписать.

Изучение магнетизма

В области магнетизма Герике сделано тоже несколько новых наблюдений. Он нашел, что железные вертикальные прутья в оконных решетках намагничиваются сами собою, представляя вверху северные, а внизу южные полюсы, и показал, что можно слегка намагнитить железную полосу, расположив ее в направлении меридиана и ударяя по ней молотком.

Изыски в области астрономии

Строение Вселенной по Отто фон Герике

Также занимался астрономией. Был сторонником гелиоцентрической системы. Разработал свою космологическую систему, отличавшуюся от системы Коперника предположением о наличии бесконечного пространства, в котором распределены неподвижные звёзды. Полагал, что космическое пространство является пустым, но между небесным телами действуют дальнодействующие силы, регулирующие их движение.

Немецкий физик Розерберг, автор труда «История физики» так писал о Герике:

Герике, конечно, не был физиком, действовавшим по определенным нормам той или иной школы; но он был больше этого: обладал проницательным умом, верно схватывавшим потребности науки, будучи в то же время очень искусным экспериментатором и знающим математиком, с интересом к числу и мере… Рядом с Кеплером, он бесспорно величайший из немецких физиков XVII столетия…

В филателии

• 

  Марка Германии 1936 год

• 

  Марка ГДР 1977 год

• 

  Марка ГДР 1969 год

• 

  Марка Германии 2002

Труды

• Guericke, Otto. Experimenta nova (ut vocantur) Magdeburgica de vacuo spatio, 1672. Имеется в «SICD Universities of Strasbourg — Digital old books».

Примечания

1. ↑ Вестник №6, 1886, с. 124
2. ↑ Прибор этот, очень удачно задуманный, состоял из герметически закрывающегося резервуара, куда помещалась горящая свеча, воронкообразного сосуда с водой, через дно которого проходила трубка от резервуара, выступающая над поверхностью воды, и наконец — из стеклянного колпака, установленного вверх дном и погруженного краями в воду над открытыми концами трубки. Когда горящая свеча была помещена в резервуар с воздухом, этот последний сначала от нагревания расширялся и через соединительную трубку вытеснял часть воды из-под колпака, вслед за тем, пока свеча могла гореть, замечалось поднятие уровня воды в колпаке, и этим наглядно доказывалось, что некоторая часть воздуха уничтожалась при горении.
3. ↑ До половины 17 века люди могли обходится без какого бы то ни было прибора для измерения теплоты. В древности термометры тоже были, по-видимому, совершенно неизвестны.
4. ↑ Флорентийские академики впервые устроили термометр (спиртовой) настоящего вида, с запаянным верхним концом. За постоянную точку сначала была принята температура глубокого погреба. Впоследствии только за эту точку стали принимать температуру замерзания воды.
5. ↑ Вторую постоянную точку, без которой, очевидно, понятие о градусе не могло стать вполне определенным и показания различных приборов не могли быть сравнены, предложил принять лишь в начале 18 века Амонтон и указал для этой точки температуру кипения воды.
6. ↑ Только после 1745 года, когда было открыто свойство Лейденской банки (Мушенбруком и фон Клейстом) электрические явления получили большую популярность, а различные опыты показывались на площадях и улицах.
7. ↑ Первым кто прибавил к электрической машине конденсатор, был профессор физики Бозе (в Виттерберге)^{[уточнить]}, около 1740 года. Первоначально конденсатором была свинцовая труба, которую держал в руке человек, изолированный от пола.
8. ↑ Электрическая искра была впервые получена (из натертого янтаря) доктором Валлеме в 1700 году, а немного позже, около 1710 года, Гауксби получил уже искры длиной в дюйм, при помощи видоизмененного прибора Герике, у которого серный шар был заменен на стеклянный.

Литература

• Кудрявцев, П. С. Курс истории физики. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Просвещение, 1982. — 448 с.
• Большая советская энциклопедия. В 30 тт.
• Кауффельд А. Защита Отто фон Герике системы Николая Коперника // Историко-астрономические исследования, вып. XI. — М., 1972. — С. 221—236.
• Борисов В. П.  Изобретение вакуумного насоса и крушение догмы «боязни пустоты» (400 лет со дня рождения Отто фон Герике) // Вопросы естествознания и техники. — 2002. — № 4.
• Отто фон-Герике // Вестник опытной физики и элементарной математики. — 1886. — № 6,9. — С. 119-124,191—195.
• Отто фон Герике // Ю. А. Храмов. Физики: Биографический справочник. — М.: Наука, 1983. — С. 80—81.

Ссылки

• На Викискладе есть медиафайлы по теме Отто фон Герике
• Большая советская энциклопедия
• Энциклопедия Кольера