Гидростатические весы

Изобретение гидростатических весов часто приписывают Галилео Галилею, над совершенствованием необычной конструкции трудился Филипп Маттеус Ган, а в СССР широкую популярность получила разработка немецкого химика К.Ф. Мора. Так что же представляли собой весы, которым на протяжении столетий уделяли внимание изобретатели во всем мире?

В 1586 году легендарный Галилео Галилей написал короткую статью под заголовком «Маленькие весы», в которой проанализировал знаменитую историю Марка Витрувия об Архимеде и короне Гиерона. Согласно легенде сиракузский тиран Гиерон заказал некому мастеру изготовить корону из чистого золота. Однако, когда он получил изделие, то засомневался, не обманул ли его ювелир и не добавил ли он в сплав серебро, чтобы присвоить часть золота себе. Решение этой задачи Гиерон поручил Архимеду. Однажды, принимая ванну, Архимед увидел, что при погружении вода перелилась через край. Это наблюдение помогло ему понять, как он может разрешить загадку короны. Радости ученого не было предела, он выскочил из ванны и помчался по улицам Сиракуз, восклицая «Эврика!».

Так был открыт знаменитый закон Архимеда, позже получивший еще одно название — закон гидростатики. Согласно его формулировке, на всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, которую тело вытеснило. Этот закон лег в основу идеи гидростатических весов.

Будучи известным знатоком трудов Архимеда, Галилей отнесся к описанному Витрувием решению задачи по определению подлинности короны весьма скептически, увидев в нем ряд неточностей. Он предложил собственный вариант развития событий, на пяти страницах описав инструмент, которым мог пользоваться Архимед в процессе проведения эксперимента, но которого не было в описании Витрувия, - гидростатические весы. Хотя в своей статье Галилей сделал акцент на том, что его тезисы основаны на идеях самого Архимеда, в наши дни изобретение гидростатических весов нередко приписывают именно Галилею.

В 1770-х годах над конструкцией гидростатических весов работал «швабский да Винчи» Филипп Маттеус Ган (Philipp Matthäus Hahn). Весы Гана представляли собой равноплечее коромысло с чашами. Одна из чаш опускалась в сосуд с жидкостью, на другую помещались гирьки. Помимо этого, часть коромысла с чашей для гирь была оснащена подвижной гирей. Особенностью гидростатических весов Гана стала возможность определения плотности как твердых тел, так и жидкостей.

В 1847 году немецкий химик Карл Фридрих Мор (Karl Friedrich Mohr) предложил новую версию равноплечих весов для определения плотности жидкостей и твердых тел. К одному концу коромысла крепился поплавок, который в процессе взвешивания погружался в сосуд с исследуемой жидкостью. На противоположный конец коромысла крепилась чаша, на которую помещали гири-рейтеры. При определении плотности твердых тел вместо поплавка подвешивали двойную чашу, нижняя часть которой погружалась в дистиллированную воду определяемой плотности. Плотность твердых тел определялась после двух взвешиваний: на верхней и нижней чаше. При этом погрешность измерений составляла всего 0,0005 г/см3.

Гидростатические весы другого немецкого изобретателя и предпринимателя Георга Вестфаля (Georg Westphal) увидели свет во второй половине XIX века. Они отличались от весов Мора конструкцией коромысла, которое характеризовалось неравными по длине и массе плечами. Длинное и более легкое плечо было разделено на 10 равных частей. К его концу крепился поплавок с термометром, его масса была рассчитана так, что на воздухе весы находились в равновесии. При погружении поплавка в исследуемую жидкость равновесие весов нарушалось, поэтому на коромысло один за одним в порядке уменьшения их массы навешивали гири-рейтеры. Если, к примеру, первый рейтер стоял на делении 8, второй размещался на делении 9, а третий занимал деление 4, то плотность жидкости определялась как 0,894 г/см3. Обычно ограничивались тремя рейтерами, хотя в комплекте к таким весам полагалось 4-5 гирек.