Шестерёнки, покорившие приливы: история изобретения, навсегда изменившего мореплавание

Уильям Томсон, также известный как лорд Кельвин, оставил неизгладимый след в истории науки и техники. Его достижения в физике, математике и инженерии обогатили множество областей, от термодинамики до морской навигации. Одним из самых значимых его изобретений стала машина для предсказания приливов — первый аналоговый компьютер, который использовал гармонические колебания для точного прогнозирования приливов.

Уильям Томсон, также известный как лорд Кельвин

Всё началось в 1870 году, когда Томсон решил купить яхту после смерти жены и ряда успешных патентов, связанных с прокладкой первого трансатлантического телеграфного кабеля. Его шхуна Lalla Rookh стала летним домом и научной базой, где он занимался проблемой точного предсказания приливов.

С древних времён моряки внимательно следили за приливами, чтобы избежать посадки на мель. Исследования приливов начались с наблюдений за луной и солнцем, и в 1687 году Исаак Ньютон объяснил, что приливы вызваны гравитационными силами этих небесных тел.

Затем, в 1775 году, французский астроном Пьер-Симон Лаплас предложил, что приливы можно описывать гармоническими колебаниями, и лишь в 1870 году Томсон использовал эту идею для создания первой машины для предсказания приливов.

Родившийся 26 июня 1824 года, Томсон был выдающимся математиком, физиком и инженером. Его заслуги в области науки принесли ему титул рыцаря, а позже — барона. Он также определил значение абсолютного нуля, за что его имя было увековечено в единице измерения температуры — Кельвин. Помимо этого, Томсон активно занимался атмосферным электричеством и теорией атомных вихрей.

Машина Томсона для предсказания приливов рассчитывала график приливов для определённого места, основываясь на 10 циклических компонентах, связанных с движениями Земли, солнца и луны. Хотя на самом деле таких движений сотни, Томсон использовал лишь наиболее значимые из них. В частности, особенно заметным было полусуточное лунное движение, наблюдаемое в местах с двумя приливами и отливами в день.

Аналоговый компьютер Томсона, предсказывающий морские приливы

Каждая из 10 составляющих машины имела свои шестерни, настроенные на амплитуду определённого компонента прилива. Все компоненты были связаны так, чтобы их периоды были пропорциональны периодам приливных компонентов.

Главная ручка устройства приводила в движение все шестерни одновременно, суммируя каждую из косинусных кривых. Когда пользователь вращал ручку, чернильное перо рисовало сложную кривую на движущейся бумаге, отображая график приливов.

Машина Томсона представляла собой сложный механизм, который позволял рассчитать приливы на целый год вперёд всего за 4 часа. Это было огромным достижением для своего времени, поскольку до этого предсказания приливов были неточными и крайне трудоёмкими.

Хотя Томсон признан изобретателем этой машины, он щедро отмечал вклад своих коллег, таких как мастер Александр Леге и его брат Джеймс, профессор гражданского строительства. Это напоминает, что инженерные достижения часто являются результатом командной работы.

Подобные машины позже разрабатывались и в других странах, основываясь, в том числе, на работе Томсона. Так, в 1874 году американский математик Уильям Феррел создал устройство, использующее 19 гармонических компонентов. Затем Джордж Дарвин, сын Чарльза Дарвина, внёс свою лепту в технологию, а в 1910 году Роллин А. Харрис и Э.Г. Фишер создали машину, задействующую уже целых 37 компонентов. В 1920-х годах дальнейшие усовершенствования внесли Артур Дудсон и Пол Шурман.

Машина для предсказания приливов была лишь одним из многих изобретений Томсона. Он также разработал компас, астрономические часы и устройство для измерения глубины. Его вклад в морскую науку, включая описание волн и создание теории волн Кельвина, является значительным, но менее известным по сравнению с его другими достижениями.

Томсон был человеком с неиссякаемым любопытством и глубокой научной эрудицией. Его стремление применять научные знания для решения практических задач привело к многим важным открытиям, которые до сих пор находят применение в нашей жизни.

Лорд Кельвин, помимо своих научных и инженерных достижений, был также известен своей страстью к мореплаванию. Это увлечение не только обогатило его личную жизнь, но и способствовало его научным исследованиям, делая его вклад в морскую науку ещё более значимым.