Измерения и меры

Рис. 33. Схема эталонного манометра поршневого типа. 1 — поршень; 2 — цилиндр; 3— чашка для масла; 4 — поршенёк для дополнительной регулировки; 5— отверстие, через которое манометр соединяется с пространством, где воспроизводится требуемое давление; 6 — грузы.

ДАВИТ ЛИ СВЕТ?

Что такое свет? В шестидесятых годах прошлого века английский учёный Максвелл создал теорию, утверждавшую, что световые лучи — это разновидность электромагнитных волн — электрических и магнитных колебаний, волнообразно распространяющихся в пространстве. В 1887 году немецкий физик Герц на опыте доказал, что такие волны действительно существуют. Однако опыты Герца ещё не доказывали в полной мере теории Максвелла. Требовались новые опытные данные. Нужно было, например, установить, как световые лучи действуют на различные тела. Максвелл утверждал, что свет, как и другие электромагнитные волны, падая на тела, должен оказывать давление на их поверхность. Но доказать опытным путём, что световое давление существует, долго никому не удавалось. И это было не удивительно — ведь давление света ничтожно; по расчётам Максвелла на один квадратный метр земной поверхности солнечный свет давит с силой всего в несколько десятых миллиграмма. Поэтому даже сам Максвелл сомневался в том, что световое давление можно обнаружить и измерить.

Эту исключительно трудную задачу решил выдающийся русский учёный П. Н. Лебедев.

Внимание Лебедева привлекло одно явление природы, долгое время казавшееся загадочным. Всем известны «хвостатые звёзды» — кометы. Хвосты комет, наводившие ужас на суеверных людей, есть не что иное, как скопления распылённого вещества. Было замечено, что когда комета пролетает вблизи Солнца, её хвост обычно направлен в сторону, противоположную Солнцу. Но согласно закону всемирного тяготения кометный хвост, как и любое другое тело, должен притягиваться Солнцем. Почему же происходит обратное?

Лебедев объяснил загадочное поведение кометных хвостов давлением солнечного света. Но это была только догадка. Требовались более веские доказательства. И учёный решил во что бы то ни стало измерить световое давление. После множества опытов он добился успеха.

Прибор, с помощью которого удалось обнаружить и измерить давление света, представлял собой стерженёк с лёгкими крылышками, подвешенный на тончайшей кварцевой нити. К нити было прикреплено также маленькое зеркальце, отбрасывающее световой зайчик на специальную линейку — шкалу.

Когда на одно из крылышек воздействовала какая-нибудь сила, стерженёк поворачивался, закручивая нить до тех пор, пока сила её упругости не уравновешивала силу, давящую на крылышко. Чем больше была сила, приложенная к крылышку, тем заметнее поворачивался стерженёк и тем большее расстояние пробегал по шкале световой зайчик, служивший своеобразной «стрелкой». Прикладывая к крылышку различные силы и замечая деление шкалы, на которое падал зайчик, можно было проградуировать этот миниатюрный измерительный прибор.

Когда Лебедев направил на крылышко луч света, нить также закрутилась и зайчик переместился по шкале.

Казалось бы, всё в порядке. Световое давление существует, величина его измерена. Но учёного ожидал неприятный «сюрприз». Оказалось, что крылышко отклоняется не так, как это должно быть по расчётам Максвелла. В чём здесь дело?

Выяснилось, что световой луч не только давил на крылышко, но и нагревал его. Крылышко в свою очередь передавало тепло окружающему воздуху, и воздушные струи, возникавшие при этом, нарушали равновесие прибора.

Чтобы избавиться от вредного влияния воздушных потоков, Лебедев откачал воздух из сосуда, в котором находился прибор. Немало и других препятствий пришлось устранить учёному, прежде чем опыт, наконец, удался.

Открытие Лебедева доказало материальность электромагнитных волн. Теперь мы знаем, что вещество и электромагнитные волны — два вида материи, из которой построен окружающий нас мир.

Вот какой важный научный вывод удалось сделать благодаря измерениям.

ТОКОВЫЕ ВЕСЫ

В науке, технике и в быту видное место занимает электричество. Без него невозможно представить современную жизнь. Вот почему метрология уделяет большое внимание электрическим измерениям.

Электрические измерения очень многообразны. Даже для беглого ознакомления с ними нехватило бы всей нашей книжки. Поэтому мы поневоле ограничимся одним примером. Поговорим о так называемых токовых весах.

Вы, вероятно, знаете, что электрический ток — это движение электрически заряженных частиц вещества [8]). Чем больше зарядов переносится током в единицу времени, тем больше и величина, или, как говорят, сила тока. В лампочке от карманного фонарика, например, сила тока сравнительно мала, а в обмотке мощного электромотора велика.

Если намотать из провода спираль и пропустить через неё электрический ток, то она будет вести себя подобно магниту — приобретёт способность притягивать железо. Причина этого в том, что здесь возникают магнитные силы; они всегда действуют в пространстве, окружающем провод с электрическим током [9]).