Измерения и меры - [16]
Единицы давления (от 1 до 1000 кг/см>2) воспроизводятся обычно с помощью ртутных и поршневых эталонных манометров.
Эталонный манометр ртутного типа устроен по уже знакомому нам принципу. Он представляет собой U-образную трубку из инвара с двумя стеклянными смотровыми окнами. Высота ртутного столба измеряется оптическим методом с очень высокой точностью. Такой манометр служит для воспроизведения единицы, равной 1 кг/см>2.
Рис. 32. Простейший манометр.
На рис. 33 схематически изображён эталонный манометр поршневого типа. Он состоит из цилиндра, поршня и набора грузов. Цилиндр наполняется маслом и соединяется с пространством, в котором воспроизводится требуемое давление. Поршень перемещается внутри цилиндра и под действием груза давит на масло. Зная вес груза и площадь поршня, легко подсчитать возникающее при этом давление. Поршневые манометры применяются для воспроизведения давления от 1 до 1000 кг/см>2.
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.
