Отто фон Герике

Отто фон Герике (нем. Otto von Guericke; 20 ноября 1602, Магдебург — 11 мая 1686, Гамбург) — немецкий физик, инженер, изобретатель и политический деятель. Наиболее известен созданием первого вакуумного насоса и проведением знаменитого опыта с «магдебургскими полушариями», экспериментально доказавшего существование атмосферного давления и возможность создания вакуума. Герике также внёс вклад в развитие пневматики, электростатики и городского хозяйства.

Биография

Ранние годы и образование

Отто фон Герике родился в патрицианской семье в Магдебурге. Его отец, Ганс Герике, был состоятельным купцом и членом городского совета. После начального обучения в городской школе Магдебурга, Отто в 1617 году поступил в Лейпцигский университет, где изучал юриспруденцию и философию. Позднее он продолжил образование в университетах Гельмштедта и Йены, а завершил обучение в Лейдене (Нидерланды), где, помимо права, углублённо занимался математикой и механикой.

Политическая и инженерная деятельность

Вернувшись в Магдебург в 1626 году, Герике был избран членом городского совета. В 1631 году, во время Тридцатилетней войны, Магдебург был взят и разрушен войсками Священной Римской империи. Герике чудом спасся и бежал из города. После войны он активно участвовал в восстановлении Магдебурга, занимая должность городского казначея, а затем — бургомистра (с 1646 года). На этом посту он проявил себя как талантливый инженер и организатор: руководил восстановлением городских укреплений, мостов, водопровода и системы канализации. В 1666 году за заслуги перед городом и империей он был возведён в дворянское достоинство (с приставкой «фон»).

Научные эксперименты и открытия

Создание вакуума и пневматика

Основным научным интересом Герике было изучение свойств пустоты (вакуума). В то время в науке господствовала аристотелевская доктрина «ужаса пустоты» (horror vacui), согласно которой природа не терпит пустоты, и любое движение объясняется стремлением её избежать. Герике решил экспериментально проверить, можно ли создать искусственную пустоту и каковы её свойства.

В 1650 году он сконструировал первый в истории вакуумный насос. Устройство состояло из медного цилиндра с поршнем, снабжённым кожаными манжетами, и системы клапанов. Откачивая воздух из герметичного сосуда, Герике впервые получил устойчивое разрежённое пространство. Он продемонстрировал, что в вакууме гаснет пламя свечи, не могут жить животные (опыт с птицей), а звук не распространяется. Эти опыты заложили основы пневматики.

Магдебургские полушария

Самым известным экспериментом Герике, проведённым в 1654 году в Регенсбурге перед императором Фердинандом III, стал опыт с магдебургскими полушариями. Два медных полушария диаметром около 50 сантиметров плотно прилегали друг к другу, образуя герметичную сферу. Из сферы с помощью насоса откачивался воздух. После этого к полушариям с обеих сторон припрягали лошадей, которые пытались разорвать сферу. Даже 16 лошадей (по 8 с каждой стороны) не могли преодолеть силу атмосферного давления, прижимавшую полушария друг к другу. Когда же в сферу впускали воздух, полушария разъединялись без усилий. Этот опыт наглядно продемонстрировал существование атмосферного давления и его огромную силу, опровергнув теорию «ужаса пустоты».

Электростатика

В 1660-х годах Герике обратился к изучению электрических явлений. Он создал первую электростатическую машину — вращающийся шар из серы, который натирался сухой рукой. При вращении шар накапливал электрический заряд, притягивая лёгкие предметы (пух, бумагу). Герике обнаружил, что заряженный шар может отталкивать некоторые предметы, а также передавать заряд через металлический стержень. Он также заметил, что в темноте шар испускает слабое свечение (электрический разряд). Эти опыты стали важным шагом в изучении статического электричества, хотя сам Герике не смог дать им теоретического объяснения.

Устройство и принцип работы вакуумного насоса Герике

Конструкция

Насос Герике представлял собой медный цилиндр с плотно пригнанным поршнем. Поршень имел кожаные уплотнители, смазанные маслом для герметичности. В дне цилиндра находился клапан, открывающийся внутрь. К цилиндру через кран подсоединялся откачиваемый сосуд (шар или полушария). При подъёме поршня воздух из сосуда через клапан поступал в цилиндр. При опускании поршня клапан закрывался, и воздух выталкивался через отверстие в поршне наружу. Цикл повторялся многократно, постепенно снижая давление в сосуде.

Принцип действия

Насос Герике работал за счёт механического вытеснения воздуха. В отличие от современных насосов, он не создавал глубокого вакуума (остаточное давление составляло около 10–20 мм рт. ст.), но для середины XVII века это было революционным достижением. Герике впервые показал, что пустота может быть создана искусственно и что её свойства поддаются экспериментальному изучению.

Влияние и наследие

Научное значение

Работы Герике оказали огромное влияние на развитие физики. Его эксперименты с вакуумом и атмосферным давлением стали основой для трудов Роберта Бойля, который, узнав о насосе Герике, усовершенствовал его и открыл закон Бойля — Мариотта. Опыт с магдебургскими полушариями вошёл в классические учебники физики и до сих пор используется для демонстрации силы атмосферного давления. Исследования в области электростатики предвосхитили работы Франклина и Кулона.

Политическое и инженерное наследие

Как бургомистр, Герике внёс значительный вклад в восстановление Магдебурга после Тридцатилетней войны. Он разработал проекты городских укреплений, мостов и водопровода, которые использовались десятилетиями. Его инженерный подход к решению городских проблем (например, строительство системы канализации) был новаторским для своего времени.

Память

Имя Отто фон Герике носят:

• Университет Отто фон Герике в Магдебурге (Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg).
• Памятники в Магдебурге и других городах Германии.
• Кратер на Луне (Guericke).
• Астероид (11573) Guericke.

В 2002 году, к 400-летию со дня рождения, в Германии была выпущена памятная монета и почтовая марка с изображением Герике и его полушарий.

Интересные факты

• Герике был не только учёным, но и дипломатом: он участвовал в переговорах по Вестфальскому миру (1648), завершившему Тридцатилетнюю войну.
• Опыт с магдебургскими полушариями был повторён в 1657 году в Берлине перед курфюрстом Бранденбурга, а затем в 1663 году в Магдебурге — уже с 24 лошадьми.
• В своих работах Герике использовал не только латынь, но и немецкий язык, что было редкостью для научных трудов того времени.
• Он первым описал явление электрической индукции, хотя и не дал ему названия.

Источники

• Guericke, Otto von. Experimenta Nova (ut vocantur) Magdeburgica de Vacuo Spatio. Amsterdam, 1672.
• H. Schimank. Otto von Guericke: Bürgermeister, Ingenieur, Naturforscher. Berlin, 1936.
• F. Klemm. Geschichte der Technik. Leipzig, 1960.
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона, том «Герике».
• Статья «Otto von Guericke» в Encyclopædia Britannica, 11th edition, 1911.