Физический кабинет*

— этими словами обозначали собрание физических приборов и вместе с тем помещение для производства опытов с их помощью. Экспериментальное искусство получило свое начало со времени основания алхимии, но инструменты алхимика были просты и грубы, поэтому уменье работать с ними выдвигалось на первый план и место занятий химическими опытами получило название "лаборатории", т. е. мастерской. Иные были условия научной работы первых физиков, сохранившиеся до второй половины прошлого столетия: для большей части физических опытов требовался тщательно сделанный особенный прибор, часто очень ценный, а с каждым из них можно было производить лишь немного разнообразных опытов. Проделав эти опыты, как исследователь, так и простой любитель или преподаватель, обладающий таким прибором, должен был только позаботиться об его сохранении до следующего случая. Отсюда и пошло название "физический кабинет", хранилище ценных и хрупких приборов, долгое время бывшее антитезой "химической" лаборатории. Но в наше время Ф. кабинет уже анахронизм, пережиток старины: развитие применений наук о природе к технике давно заставило перенести центр тяжести преподавания физики из аудитории, нуждавшейся в Ф. кабинете для демонстраций опытов на лекциях, в "физическую лабораторию", где учащиеся должны сами приобретать уменье делать Ф. измерения и исследования, ставшие необходимыми для многих профессий. Ф. приборы были известны уже древним, только эти предметы изготовлялись не с целью производить с ними научные опыты, а для надобностей обыденной жизни. Весы были известны уже египтянам, ареометры — александрийским ученым, равно как и насосы и многие приборы, относящиеся до гидростатики, гидродинамики и аэростатики. Но настоящий Ф. кабинет мог образоваться лишь с начала XVII столетия, когда Галилей во Флоренции и Джильберт в Англии почти единовременно начали заниматься правильно поставленными опытами. Многие приборы, принадлежавшие Галилею и академикам "del Cimento", и теперь сохраняются во Флоренции. Такие исследователи природы, как патер Шейнер, Снелль, Мерсен, Торричелли, Декарт, Гассенди, Кирхер, Шотт, Паскаль, Гримальди, Герике, Бойль, Гук, Гюйгенс, Ньютон, Мариотт, Папин, Амонтон, Совер, не могли обходиться без многих приборов, а следовательно, и без Ф. кабинета. В середине XVIII столетия физика начала входить в число предметов, преподаваемых в высших школах, и стала настолько интересовать образованных людей того времени, что явилась надобность в Ф. кабинете для учебных заведений, для богатых любителей и даже в открытых для публики, на коммерческом основании. Так, во второй половине XVIII стол. появилось в Париже "Описание и употребление Ф. кабинета" Сиго де ля Фон, в 2 томах. Из предисловия к 3 изд. 1776 г., которое написал издатель, племянник и наследник автора Руланд, видно, что кабинет этот составлял собственность автора и служил ему для публичных лекций по физике, посещаемых "большим числом любителей". В конце же предисловия самого автора указано, что книга может быть полезна и тем, которые "доверяют ему заботу приобретения для них всякого рода приборов". Приборы описаны толково и подробно с одной внешней стороны, никаких расчетов и объяснений теоретического характера в книге нет, дабы "не обременять любителей", которые могут найти дальнейшие подробности в других книгах того же автора. Очень интересны рисунки приборов: специальных физико-механиков тогда еще не было, за исполнением приборов надо было обращаться к столярам-мебельщикам, слесарям, оружейникам и пр.; каждый применял привычные для него формы и конструкции. Поэтому все подставки и штативы приборов резные, в роскошном стиле рококо, вероятно, даже с позолотой и мало напоминают строгий стиль современных Ф. приборов. Около трех четвертей Ф. кабин. Сиго де ла Фон состоят из приборов, относящихся до механики твердых, жидких и газообразных тел; по теплоте, свету, электричеству и магнетизму приборов очень мало. Революция и Наполеоновские войны приостановили развитие вкуса к Ф. опытам во французской публике, но наука шла вперед, скоро появились специалисты-конструкторы Ф. приборов, как Гамбей, Фроман, Солейль, Румкорф, и тип современных приборов мало-помалу выработался; устроились и богатые Ф. кабинеты при многих высших учебных заведениях. В 1853 г. вышла новая книга в духе Сиго де ла Фон: "Физик-препаратор" доктора Фо и механика К. Шевалье. Здесь описания приборов уже серьезнее, приведено много численных данных, но расчеты и теория тоже намеренно устранены. Типы рисунков уже близки к современным, и все "украшения" устранены. Немного лет спустя тот же Шевалье издал подробный каталог своего склада приборов с рисунками, краткими объяснениями и ценами, а в 1864 г. такой же каталог, но лучше выработанный, издан Саллероном. Это издание составило эпоху в развитии парижского производства Ф. приборов. Саллерон был комиссионер, на него работали мелкие мастера-специалисты, для которых его каталог стал служить настольной книгой, где не только были рисунки ходовых приборов, но были обозначены и цены, за которые всякий мастер мог без риску взяться их сделать. Изготовление Ф. приборов раньше Парижа, еще в XVIII стол., развилось в Лондоне (Магеллан, Рамсден, Троутон, Адамс, Доллонд и др.), а в Германии несколько позднее, с тридцатых годов XIX стол., в Мюнхене, Берлине, Гамбурге и др. В других странах Ф. приборы изготовляются почти исключительно для местных надобностей, по иностранным образцам. Первые "Ф. лаборатории" устроились в сороковых годах XVIII стол. Почти единовременно в Германии Магнус открыл свою частную лабораторию для подготовленных студентов, а В. Томсон сделал то же в Гласговском университете, уступившем ему для этой цели подвал, служивший раньше складом вина. Немного позднее, в 1846 г., Жолли устроил такую же лабораторию в Гейдельберге, которая впоследствии развилась под руководством Бунзена и Кирхгоффа, тогда как лаборатория Магнуса послужила в 1863 г. основанием для лаборатории Берлинского университета. В 1868 г. открыта в Париже, в Сорбонне, "лаборатория для исследований" под управлением Жамена. Все эти лаборатории, равно как и открывшиеся мало-помалу при других университетах, служили лишь для специалистов, избравших физику. Такие соответствующие нашим кончившими курс магистрантам могли там учиться делать самостоятельные исследования, начиная с работ, указанных профессором и производившихся под его непосредственным надзором. О допущении студентов, начинающих изучать физику к обращению с приборами и собственному наблюдению, сначала не было и речи. Это дело началось в Гейдельберге с устроения "Ф. семинарии" Кирхгофа, где для прослушавших уже курс физики студентов читались объяснения ряда измерительных опытов — задач, которые затем проделывались последовательно всеми участниками. Независимо от этого, занятия опытами параллельно с лекциями были устроены в С.-Петербургском университете впервые в 1865 г. проф. Петрушевским, с целью дать возможность желающим знакомиться с явлениями не только со слов профессора, но и собственным опытом. С семидесятых годов дело развития Ф. лаборатории и лабораторного преподавания физики пошло быстро. В Германии, Франции, Англии и Сев.-Американских Штатах стали во многих высших заведениях вводить серьезные лабораторные занятия для учащихся старших курсов, но занятия, параллельные со слушанием лекций физики, сначала развивались слабо. С развитием электротехники к этому присоединились и специально электротехнические учебные лаборатории. Одновременно с этим в Англии и Америке началось новое движение; в 1872 г. вышла книжечка проф. Троубриджа "Новая физика", в которой предлагалось для преподавания физики в "колледжах" мальчикам лет пятнадцати давать им сначала проделать опыты с упрощенными приборами, а затем уже сообщать им объяснения в классе. Этот способ, по-видимому, привился там прочно, если судить по большому числу учебников, составленных по такому плану, продолжающих появляться в английской печати. — Для новых Ф. лабораторий потребовались и особые здания. Первым можно считать Ф. институт университета в Граце, в Австрии, построенный в 1875 г. под руководством проф. Тёплера. Это довольно большое здание, устроенное специально ввиду возможно прочной установки приборов: комнаты для научных работ расположены в нижнем этаже и снабжены большим числом особых фундаментов для установки приборов; приняты меры, чтобы в случае надобности можно было визировать с одного фундамента на другой во всю длину здания, а также устроен пролет во всю его вышину, так как это требуется в иных случаях. Только в 80-х годах дело пошло быстрее: выстроили новые здания в Берлине, Страсбурге, Новую Сорбонну в Париже, "Имперское физическо-техническое учреждение" в Шарлоттенбурге близ Берлина, Ф. лабораторию в Цюрихе и др. Требования, которым должна удовлетворять современная Ф. лаборатория высшего учебного заведения, можно узнать из рассмотрения табл. (ф. 1—6), изображающей проект Ф. института Имп. спб. унив., открытого осенью 1901 г. Он проектирован и построен архитект. И. Н. Коковцевым по соглашению с особой комиссией и под ее наблюдением. Комиссия состояла из профессоров и лаборанта физики и др. лиц, под председательством попечителя округа и вице-председательством проф. И. И. Боргмана, которому принадлежит главная инициатива устройства Ф. института в настоящем его виде. Здание состоит из четырехэтажной лаборатории, двухэтажного флигеля для машинного отделения и мастерской и жилого помещения для профессоров и лаборантов (см. табл. фиг. 1—6).

ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ при С.-Петербургском университете. 1. Главный фасад. 2. Вертикальный разрез по линии EF. 3. План 1-го этажа. 4. План 2-го этажа. 5. План 3-го этажа. 6. План 4-го этажа.

Нижний этаж с цементными полами прямо на земле, для возможно прочной установки приборов, заключает 20 комнат для занятий профессоров и магистрантов. Подвалы здесь лишь под коридорами, в той мере как нужно было для проводов пароводяного отопления. В самом центре здания устроен крытый стеклом теплый двор, как с целью освещения лестниц и коридоров, так и для устройства обширного и высокого помещения, ставшего необходимым для многих опытов. Под полом этого двора устроен сухой подвал для опытов, требующих особого спокойствия и постоянства температуры, а треть его поверхности на уровне нижнего этажа занята тремя маленькими комнатами, в которых тоже надо ожидать особенного постоянства температуры и спокойствия, так как в них нет ни одной наружной стены. Комнаты эти прикрыты балконом на уровне второго этажа, предназначенного для практических занятий студентов. На переднем фасаде в этом этаже помещена зала для начального курса занятий, на заднем фасаде вместо проектированных отдельных комнат — общая зала с дверями на балкон внутреннего двора, для занятий студентов высшего курса, а по бокам отдельные комнаты для опытов, требующих большого спокойствия. Третий этаж лекционный: там на переднем фасаде помещена большая аудитория, в два света, с окнами по боковым стенам, чтобы свет прямо в глаза не мешал ни студентам, ни профессору. Для достижения этого пришлось выдвинуть аудиторию вперед и сделать боковые балкончики, чтобы устроить удобный доступ к лекционному столу из лаборантской, для переноски приборов. На заднем и боковом фасадах в этом этаже помещается музей, а на другой стороне вторая аудитория и библиотека. В ближайшей к аудитории зале музея устроен длинный стол тех же размеров, что и в аудитории, и с теми же приспособлениями, для удобства подготовления сложных опытов. Студенты поднимаются в аудиторию по двум лестницам и входят из коридора четвертого этажа на верх амфитеатра. С сев. стороны здания на чердаке устроен фотографический павильон, вдоль заднего фасада длинный коридор для оптических опытов; на обоих концах его балкончики для удобной установки гелиостатов, когда желают пользоваться солнечным светом. Расположение здания относительно стран света таково, что с одной стороны солнце освещает с утра до 1 часу, а с другой — с 1 часу до заката. С южной стороны, тоже в чердачном помещении, комнаты для работ студентов по оптике. Машинное отделение соединено с главным коридором лестницей, чтобы сотрясения меньше передавались. Внизу помещается умформер — двигатель в 2 0 сил, преобразующий переменный ток со станций общества Гелиос в постоянный, для приведения в движение электрических вентиляторов и для надобностей опытов и дающий еще избыток работы для приведения в движение компрессора машины Линде для сжижения воздуха и других целей. Рядом установлен четырехсильный газовый двигатель Отто, а в другой комнате помещена батарея аккумуляторов. Во втором этаже помещается двусветная механическая мастерская с галереей кругом, для увеличения числа рабочих мест (показанная на проекте одноэтажной). На заднем фасаде флигеля — помещения для паровых котлов отопления, а пространство между главным зданием и флигелем со стороны главного фасада занято закрытым, но не отопляемым помещением для опытов на морозе (не обозначенным на проекте).

Ф. приборы лаборатории можно разделить на три разряда: 1) измерительные инструменты, 2) вспомогательные приборы, приборы, предназначенные для опытов в большой аудитории, и 3) специальные приспособления для разных опытов и исследований. Приборы первого рода в настоящее время уже хорошо выработаны и выполняются так прочно, что их легко поддерживать в постоянной готовности к работе. Сюда относятся разные приспособления для измерения длины, штангенциркули, катетометры, делительные машины и компараторы, гониометры, весы, термометры, гальванометры, электрометры и другие измерительные приборы, а также газовые горелки-нагреватели, штативы, разные источники гальванического тока и т. п. Из этих основных приборов с прибавкой специальных приспособлений и составляются наборы, необходимые для воспроизведения физических явлений и для нахождения законов этих явлений. Для упражнений учащихся приходится упрощать по возможности условия каждого опыта, чтобы исполнение его не заняло слишком много времени и чтобы второстепенные подробности не отвлекали внимание от главного, а приборам придавать возможно большую прочность. Для оригинальных же, новых исследований всего важнее уметь пользоваться имеющимися под рукой средствами. Проектирование и устройство нового прибора для нового исследования обыкновенно удается лишь после таких предварительных проб или после тщательного обдумывания, "умственного опыта", как это называет Мах. Для демонстраций перед большой аудиторией нужны приборы, показания которых видны издали, иначе опыт пропадет для большинства слушателей. В настоящее время для этого пользуются волшебным фонарем с электрическим или Друмондовым светом, отбрасывающим изображение указателя или всего прибора на экран в затемненной аудитории. Хотя такие изображения и видны всем, но часто связь видимого изображения с ходом явления, происходящего в невидимом приборе, бывает нелегко проследить самим слушателям, и им приходится полагаться на слова профессора. Описания физических приборов разбросаны по всему нашему Словарю; здесь уместно лишь сообщить сведения об их фабрикации. Устройство этих приборов до того разнообразно, что для их построения еще не выработано систематических правил, как для проектирования машин, а их исполнение требует участия разных специалистов: физико-механиков в тесном смысле, изготовляющих металлические части, шлифовщиков оптических стекол, стеклодувов, столяров и футлярщиков. Для сборки и выверки, а в особенности для проектирования новых приборов необходимо содействие лиц, получивших солидную научную подготовку. Для точного шлифования стекол и для стеклодувных работ необходим такой тонкий навык, что мастер, поработавший несколько времени на более грубой работе или вовсе не работавший, уже не может сразу получить прежний результат. В настоящее время фабрикация Ф. приборов сосредоточилась в Германии, Париже, Вене, Швейцарии и Англии. Массовое производство Ф. приборов для учебных заведений приютилось преимущественно в Германии: напр. фирмы Гартман и Браун в Франкфурте, Макс Коль в Хемнице, Эрнеке в Берлине, Лейбольда наследники в Кельне и др., а в Париже Дюкрете. Массовое изготовление очков, биноклей, анероидов и пр. распространено как в Германии, так и в Париже и в Лондоне. Оптические научные приборы тоже в Германии: К. Цейсс в Иене, Мерц и Штейнгейль в Мюнхене, Крюсс в Гамбурге, Генш и Шмидт в Берлине, а в Париже Пеллен, Готье и др. Собственно измерительные приборы (нормальные меры, делительные машины, а также учебные приборы) — "Женевское общество для изготовления точных приборов", Фюсс в Берлине; весы: Немец и Рупрехт в Вене, Сарториус в Берлине и Бунге в Гамбурге; измерительные приборы по электричеству и электротехнике: Сименс и Гальске, Кейзер и Шмидт в Берлине, Карпантье в Париже, Кромптон, Пауль, Кембриджское общество — в Англии. Термометры и другие стеклодувные работы дешево изготовляются кустарями в Тюрингене, около города Ильменау; там устроено в последние годы правительственное бюро для поверки термометров с выдачей аттестатов и специальная школа. Термометры высшего качества изготовляют в Париже Тоннело и Боден, в Берлине Фюсс, Мюллер (наследник известного Гейсслера) в Бонне. Успехам производства Ф. приборов очень много способствовало берлинское "Физико-техническое имперское учреждение", устроенное с целью производства научных исследований по усовершенствованию Ф. приборов, недоступных по большой стоимости для частных лиц, и производства проверки измерительных приборов, ставших необходимыми для современной промышленности. Не менее важны результаты трудов Шотта и комп. в Иене, которые устроили лабораторию для исследования свойств стекла для оптических приборов, термометров и химической посуде, развившуюся в большую фабрику и доставляющую производителям сорта стекла, вполне отвечающие их требованиям. У нас в России производство Ф. приборов имеет подражательный характер и далеко еще не удовлетворяет местному спросу. Причина лежит в недостатке спроса, не позволяющем мастерам достаточно специализироваться: каждому приходится браться за все специальности, чтобы удовлетворять требованиям своих заказчиков — потребителей, или работать на скупщиков — содержателей магазинов и предоставлять им большую часть прибылей. Поэтому у нас и не может развиться самостоятельное производство оптических приборов, стеклодувное производство и изготовление точных измерительных приборов, хотя приборы для школ с выпиской нужных частей из-за границы изготовляются в довольно большом количестве, напр. в мастерских Трындинных, в Москве, и при посредстве мелких мастеров-хозяев фирмами Рихтер в СПб. и Швабе в Москве. В Московской губ. некоторые кустари изготовляют очки, термометры, чертежные готовальни и даже Ф. приборы для школ, но пока еще очень несовершенно. Другая помеха делу: недостаток мастеров, искусных и достаточно интеллигентных, чтобы понимать требования, предъявляемые Ф. приборам. С развитием применения машин уменьшилась потребность в личном уменье работать, поэтому ученики-механики редко доучиваются и сравнительно небольшая степень уменья уже кормит их на работе в мастерских, не требующих большой законченности своих произведений. Ученики же наших ремесленных училищ, способные по своей подготовке понимать, какие свойства требуются от изготовляемого прибора, почти никогда не становятся ремесленниками, они выбирают более обеспеченное и почетное положение конторщиков, чертежников и железнодорожных агентов.

В. Лермантов.