15 | 12 | 2017

Κύριες επιλογές
Χρονική ταξινόμηση άρθρων
Powered by mod LCA
Οι Ειδήσεις από...

Η "ΤΡΕΛΛΑ" ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΥΡΕΣΗ ΤΟΥ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟΥ ΜΗΚΟΥΣ

Μέχρι τις αρχές του 18ου αιώνα, χιλιάδες ναυτικοί είχαν χαθεί στις θάλασσες επειδή οι κυβερνήτες των πλοίων τους δεν είχαν τρόπο να διαπιστώσουν την ακριβή τους θέση.

Ενώ, ο προσδιορισμός του γεωγραφικού τους πλάτους ήταν μια πολύ εύκολη υπόθεση, ο προσδιορισμός του γεωγραφικού τους μήκους αποτελούσε ένα άλυτο πρόβλημα.

Έτσι, το 1714 η δημόσια κατακραυγή για τα αλλεπάλληλα ναυάγια του βρετανικού στόλου, υποχρέωσε το Βρετανικό Κοινοβούλιο να θεσμοθετήσει το τεράστιο χρηματικό έπαθλο των 20.000 λιρών (πάνω από 10 εκατομμύρια δολάρια σε σημερινά χρήματα), το οποίο θα απένειμε σε όποιον ανακάλυπτε μια σίγουρη μέθοδο προσδιορισμού τού γεωγραφικού μήκους εν πλω. Ακριβώς 300 χρόνια μετά, ο διαγωνισμός Longitude Prize αναβιώνει, αυτή τη φορά για ένα επιστημονικό πρόβλημα που θα ψηφίσει το κοινό.

Το Longitude Prize, το οποίο είχε ανακοινωθεί πέρυσι από τον βρετανό πρωθυπουργό Ντέιβιντ Κάμερον, παίρνει το όνομά του από το Longitude Act, ή Νόμο για το Γεωγραφικό Μήκος, το νόμο που ψήφισε η βρετανική κυβέρνηση το 1714 για να διεξαγάγει τον αρχικό διαγωνισμό.

Το νέο βραβείο συνοδεύεται από χρηματικό έπαθλο 10 εκατ. λιρών (12 εκατ. ευρώ), ποσό που προσφέρει το Συμβούλιο Τεχνολογικής Στρατηγικής της βρετανικής κυβέρνησης.

Η επιτροπή του βραβείου, αποτελούμενη από 100 επιστήμονες, συνέταξε μια λίστα με έξι κατηγορίες προβλημάτων που απασχολούν σήμερα την ανθρωπότητα. Από τις 22 Μαΐου έως τις 25 Ιουνίου, το κοινό θα μπορεί να επιλέγει την κατηγορία που επιθυμεί στο δικτυακό τόπο του BBC Horizon, της διάσημης σειράς επιστημονικών ντοκιμαντέρ που συμπληρώνει φέτος 50 χρόνια.

physicsgg.me - 21/05/2014

Μετά την ανακοίνωση του αποτελέσματος της ψηφοφορίας, επιστήμονες και εφευρέτες σε όλο τον κόσμο θα έχουν περιθώριο πέντε ετών να προτείνουν λύσεις. Ο νικητής του βραβείου θα ανακοινωθεί από την οργάνωση Nesta για την προώθηση της καινοτομίας.

Οι έξι κατηγορίες είναι:

Πτήση: Πώς μπορούμε να πετάξουμε χωρίς να βλάπτουμε το περιβάλλον;
Τρόφιμα: Πώς μπορούμε να εξασφαλίσουμε θρεπτικά και αειφόρα τρόφιμα;
Αντιβιοτικά: Πώς μπορούμε να αντιμετωπίσουμε την αύξηση των ανθεκτικών μικροβίων;
Παράλυση: Πώς μπορούμε να την θεραπεύσουμε;
Νερό: Πώς μπορούμε να εξασφαλίσουμε ασφαλές και καθαρό νερό για όλους;
Άνοια: Πώς να βοηθήσουμε τους ασθενείς να ζουν αυτόνομα για περισσότερο χρόνο;

Ο εφευρέτης που κέρδισε τις 20.000 λίρες του αρχικού Longitude Prize ήταν ο ωρολογοποιός Τζον Χάρισον (John Harrison), ο οποίος εφηύρε έναν ακριβή χρονογράφο.

Με το πρόβλημα καταπιάστηκαν μεγάλοι επιστήμονες της εποχής, όπως ο αστρονόμος Edmond Halley, αλλά και ο ίδιος ο Νεύτωνας, ο οποίος είχε δηλώσει πως πρόκειται «για το μοναδικό πρόβλημα που του δημιουργεί πονοκεφάλους».

Όπως συμβαίνει συνήθως σε τέτοιες περιπτώσεις, η επιτροπή που ήταν υπεύθυνη για τον έλεγχο των προτάσεων, βομβαρδιζόταν με απίθανες ιδέες αφελών ή απατεώνων, που ταυτόχρονα υποστήριζαν ότι τετραγώνισαν τον κύκλο ή ότι κατασκεύασαν μια αεικίνητη μηχανή!

Οι εφημερίδες της εποχής χρησιμοποιούσαν την έκφραση «εύρεση του γεωγραφικού μήκους» ως συνώνυμο της αναζήτησης του αδυνάτου. Και ακόμα χειρότερα από την αναζήτηση του αδυνάτου, ως συνώνυμο ενός είδους παράνοιας.

Επρόκειτο για την τρέλα της εποχής. Αυτή η «τρέλα», απεικονίζεται από τον ζωγράφο William Hogarth στο τελευταίο από μια σειρά οκτώ έργων (1732-33), που απεικονίζουν την «πορεία ενός ασώτου». Η κατάληξη του ασώτου είναι ένα τρελοκομείο με τους κάθε λογής τροφίμους του:

Αν εξαιρέσουμε τις δυο καλοντυμένες κυρίες – υποτίθεται ότι είναι ψυχικά υγιείς, ανήκουν στην «καλή» κοινωνία και επισκέπτονται το άσυλο για διασκέδαση – πίσω από την πόρτα, ένας από τους τροφίμους του φρενοκομείου γράφει κάτι ορνιθοσκαλίσματα πάνω στον τοίχο. Τα «σύμβολα» αυτά αντιστοιχούν σε υπολογισμούς εύρεσης του γεωγραφικού μήκους στη θάλασσα!

Μέχρι τις αρχές του 1730 δεν είχε παρουσιαστεί κάτι αξιοπρόσεκτο ενώπιον τη επιτροπής…

Τελικά, ξεχώρισαν δυο μέθοδοι προσδιορισμού του γεωγραφικού μήκους που θα ανταγωνίζονταν για το βραβείο.

Η πρώτη μέθοδος υποστηριζόταν φανατικά από τους αστρονόμους και βασιζόταν στις κινήσεις της Σελήνης. Όμως ήταν περίπλοκη και απαιτούσε καλές γνώσεις μαθηματικών.

Η δεύτερη μέθοδος ήταν μεν απλούστερη, απαιτούσε όμως ένα ρολόι που να αντέχει στις θερμοκρασιακές μεταβολές, την υγρασία και κυρίως να λειτουργεί με ακρίβεια σε συνθήκες πλεύσης. Αν κατασκευαζόταν ένα τέτοιο ρολόι θα μπορούσε να δείχνει την ώρα του λιμανιού από το οποίο απέπλευσε το πλοίο, οπότε προσδιορίζοντας την τοπική ώρα με βάση τη θέση του ήλιου, η διαφορά ώρας θα έδινε το γεωγραφικό μήκος.

Όμως τα ρολόγια εκκρεμούς εκείνης της εποχής επηρεάζονταν από την υγρασία και τις μεταβολές της θερμοκρασίας και κυρίως από τους κλυδωνισμούς του πλοίου και δεν προσέφεραν την απαιτούμενη ακρίβεια.

Εκείνος που έμελλε να κατασκευάσει το πρώτο ακριβές θαλασσοπόρο ρολόι, ήταν ο αυτοδίδακτος ξυλουργός John Harrison….

O John Harrison (1693 – 1776) μεγάλωσε σε ένα χωριό στο Barrow, ένα κοιμισμένο αγροτικό χωριό όπου τίποτε δεν συνέβαινε ποτέ, και η ζωή δεν είχε αλλάξει καθόλου από την εποχή του Σαίξπηρ. Ακολούθησε το επάγγελμα του ξυλουργού, αφού μαθήτευσε από μικρή ηλικία δίπλα στον επίσης ξυλουργό πατέρα του. Από μόνος του σε ηλικία 20 ετών είχε μάθει να κατασκευάζει ρολόγια και ήδη θεωρείτο ειδήμων ωρολογοποιός.

Τα πρώτα ρολόγια του John Harrison δεν διέφεραν και πολύ από τα υπόλοιπα της εποχής του εκτός από την αποκλειστική χρήση ξύλου!

Το 1720, ο σερ Charles Pelham, πλούσιος κτηματίας της περιοχής, ανέθεσε στον Harrison να κατασκευάσει ένα ρολόι πύργου. Ο Harrison δεν είχε κατασκεύασε ποτέ μέχρι τότε ανάλογο ρολόι, αλλά γνώριζε τα προβλήματα μιας τέτοιας κατασκευής, όπως το σκούριασμα, το πάγωμα λιπαντικών ελαίων τον χειμώνα, η σκόνη κ.λπ.

Ωστόσο ο Harrison κατασκεύασε το ρολόι του πύργου με κυλισιοτριβείς από γουαγιάκο – ένα βαρύ και σκληρό τροπικό ξύλο, το οποίο εκκρίνει τη δική του λιπαντική ουσία. Το ρολόι αυτό μολονότι ολοκληρώθηκε το 1722 χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα χωρίς να χρειάζεται λίπανση. Σε ηλικία 30 και κάτι είχε κατασκευάσει με τη βοήθεια του μικρότερου αδερφού του, δυο ρολόγια εκκρεμούς που δεν είχαν όμοιά τους σε ολόκληρη την Ευρώπη.

Ας δούμε τις τροποποιήσεις που επέφερε ο John Harrison στο σχεδιασμό και τη λειτουργία του εκκρεμούς. Ήδη εκείνη την εποχή ήταν ευρέως γνωστό ότι τα ρολόγια εκκρεμούς επηρεάζονταν δυσμενώς από τις θερμοκρασιακές μεταβολές, και ότι γι’ αυτό ευθυνόταν το ίδιο το εκκρεμές – η μεταλλική ράβδος με το μολύβδινο βαρίδι στην άκρη της. Ο χρόνος αιώρησης ενός εκκρεμούς – η περίοδός του – εξαρτάται από το μήκος του (…)

Ωστόσο, επειδή τα μέταλλα επηρεάζονται από τις μεταβολές της θερμοκρασίας, το μήκος της μεταλλικής ράβδου δεν παραμένει ποτέ σταθερό και αμετάβλητο. Με την καλοκαιρινή ζέστη, το μέταλλο διαστέλλεται – και η ράβδος επιμηκύνεται. Το χειμώνα συμβαίνει το αντίθετο – το μέταλλο συστέλλεται λόγω μείωσης της θερμοκρασίας και η ράβδος επιβραχύνεται. Οι παραπάνω μεταβολές είναι εξαιρετικά μικρές, είναι όμως ικανές να κάνουν ένα ρολόι εκκρεμούς να προτρέχει το χειμώνα και να υστερεί το καλοκαίρι. Όλα αυτά τα γνώριζαν οι ωρολογοποιοί. Αυτό που δεν γνώριζαν ήταν πώς να διορθώσουν την κατάσταση.

Η λύση που επινόησε ο John Harrison βασίστηκε σε μια σειρά πειραμάτων τα οποία περιγράφει σε ένα χειρόγραφό του το 1730. Γνώριζε ότι διαφορετικά μέταλλα συστέλλονται ή διαστέλλονται με ελαφρά διαφορετικούς «ρυθμούς» – έχουν, όπως λέμε, διαφορετικούς συντελεστές διαστολής. Αν κατάφερνε να κατασκευάσει ένα εκκρεμές αποτελούμενο από δυο είδη μεταλλικών ράβδων, οι οποίες θα εναλλάσσονταν και θα συνδέονταν ελαφρά μεταξύ τους, τότε η συστολή του ενός μετάλλου θα αντιστάθμιζε τη συστολή του άλλου. Όμως, ποια μέταλλα έπρεπε να χρησιμοποιήσει;

Για να βρει την απάντηση, κατασκεύασε το «αποχωρητήριο» – ένα είδος αποθήκης στην έξω πλευρά του τοίχου του σπιτιού του, που ο Ήλιος το μεσημέρι το έκανε «να βράζει». Οι ράβδοι φυλάσσονταν μέσα στην αποθήκη, οπότε οι συντελεστές διαστολής τους μπορούσαν να μετρηθούν και να συγκριθούν τόσο στην παγωνιά της νύχτας όσο και στη ζέστη της ημέρας. Αναζητούσε δυο μέταλλα με σημαντικά διαφορετικούς συντελεστές, οπότε συνέκρινε διαδοχικά χάλυβα με σίδηρο, ορείχαλκο, άργυρο και χαλκό. Εντέλει, κατέληξε στο συνδυασμό χάλυβα με ορείχαλκο. Έτσι κατασκεύασε το «σχαρωτό εκκρεμές», όπως το αποκαλούσε, το οποίο αποτελούνταν από εννέα λεπτές ράβδους χάλυβα και ορείχαλκου εναλλάξ. Το σχαρωτό εκκρεμές αποδείχθηκε τόσο επιτυχές, ώστε μια παραλλαγμένη μορφή του χρησιμοποιείται ακόμη και στις μέρες μας, στις εγκαταστάσεις κεντρικής θέρμανσης, τις τοστιέρες, τα ηλεκτρικά σίδερα και τους βραστήρες.

Η παρατήρηση του John Harison, ότι διαφορετικά μέταλλα έχουν διαφορετικούς συντελεστές διαστολής, αποτελεί αυτό καθαυτό εκπληκτικό γεγονός. Πολύ πιο εκπληκτικά, όμως, ήταν όσα ακολούθησαν:

πρώτον, ότι μπόρεσε να βρει έναν τρόπο να μετρήσει αυτούς τους συντελεστές ∙
δεύτερον, ότι πραγματοποίησε αυτές τις μετρήσεις με ακρίβεια ∙
τρίτον, ότι μπόρεσε να χρησιμοποιήσει τις γνώσεις που απέκτησε από τις παραπάνω μετρήσεις.

Επρόκειτο ουσιαστικά για ένα είδος πειραματικής μεταλλουργίας ή μάλλον φυσικής στερεάς κατάστασης. Πάντως, για την εποχή που έζησε ο John Harrison, τα κατορθώματά του δεν περιγράφονταν με λόγια.

Διάφορες άλλες εφευρέσεις του, τις οποίες ενσωμάτωνε στα νέα ρολόγια του, μείωναν τις τριβές στο ελάχιστο – παράδειγμα, ο εγκλωβισμένος κυλινδροτριβέας, ένα εξάρτημα ελαχιστοπόιησης της τριβής, που επιζεί μέχρι σήμερα με τη μορφή εγκλωβισμένου σφαιροτριβέα, αλλά και τροχοί μειωμένης τριβής από γουαγιάκο.

Εφεύρε επίσης έναν νέο τύπο διαφυγής.

Αποτελεσματικός και σχεδόν χωρίς καθόλου τριβή, ο εν λόγω μηχανισμός διαφυγής έμεινε τελικά γνωστός με το όνομα «ακρίδα», εμπνευσμένο από το χαρακτηριστικό «κλώτσημα» του επιμήκους βραχίονα ρυθμιστικού όνυχα κατά την απελευθέρωσή του από τον τροχό διαφυγής (…)

Για να ρυθμίζει τα ρολόγια του ο John Harrison χρειαζόταν ένα είδος προτύπου αναφοράς – ένα ρολόι ακριβείας, τον επονομαζόμενο ρυθμιστή. Τέτοιο ρολόι, όμως δεν υπήρχε στο χωριό του∙ αλλά δεν υπήρχε και κανείς στην περιοχή για να του υποδείξει πως θα μπορούσε να βρει ένα τέτοιο κάπου αλλού στην Αγγλία (…)

Ωστόσο, τα κατάφερε: Ανακάλυψε το ρολόι που αναζητούσε στον νυχτερινό ουρανό του Μπάροου. Στεκόταν δίπλα στο παράθυρο της κουζίνας και παρατηρούσε τη στιγμή που ένα συγκεκριμένο άστρο εξαφανιζόταν πίσω από την καμινάδα του γείτονα. (Μέρα με τη μέρα, η εξαφάνιση αυτή συνέβαινε 3 λεπτά και 56 δεύτερα νωρίτερα, λόγω της περιστροφής της Γης). Κάθε νύχτα, λοιπόν, τα δυο αδέλφια έλεγχαν τα ρολόγια τους αντιπαραβάλλοντάς τα με το χρόνο των άστρων – αυτόν που οι επιστήμονες αποκαλούν αστρικό χρόνο – , τα ρύθμιζαν, τα έλεγχαν ξανά και ξανά, μέχρις ότου διαπίστωσαν ότι τα ρολόγια τους τηρούσαν ακρίβεια 1 δευτερολέπτου το μήνα.

Ακρίβεια της τάξης του 1 δευτερολέπτου το μήνα ήταν καλύτερη κι από εκείνη που επιδείκνυαν και τα πλέον ακριβή ρολόγια των εξαιρετικών ωρολογοποιών του Λονδίνου. Και όμως, τα ρολόγια αυτά είχαν κατασκευαστεί από δυο ξυλουργοί της υπαίθρου, οι οποίοι ζούσαν σε ένα μέρος απομονωμένο, που ο έξω κόσμος σχεδόν αγνοούσε την ύπαρξή του. Κανείς δεν τους είχε συμβουλεύσει ή ενθαρρύνει, και δεν είχαν άλλα μέσα στη διάθεσή τους παρά μόνον τα χειροποίητα εργαλεία του ξυλουργείου τους. Πέρα από αυτό, όμως, καθένα από τα ρολόγια τους αποτελούσε ένα έργο τέχνης, ένα μηχανουργικό θαύμα (…)

Ο John Harrison γνώριζε την θεσμοθέτηση του επάθλου των 20.000 λιρών, αλλά και για την μέθοδο προσδιορισμού του γεωγραφικού μήκους εν πλω, η οποία όμως απαιτούσε ένα ρολόι που να αντέχει στις θερμοκρασιακές μεταβολές, την υγρασία και κυρίως να λειτουργεί με ακρίβεια σε συνθήκες πλεύσης. Και βέβαια μέχρι τότε κανείς δεν είχε κατορθώσει να κατασκευάσει ένα τέτοιο ρολόι.

Κι όμως ο ιδιοφυής και αυτοδίδακτος Harrison συνέλαβε την ιδέα ενός τέτοιου ρολογιού, χωρίς το συνηθισμένο εκκρεμές. Το 1730 σχεδίασε ένα ρολόι που διέθετε ένα σύνολο ταλαντούμενων ράβδων που ελέγχονταν από σπειροειδή ελατήρια, αυτόνομα και αντισταθμιζόμενα, έτσι ώστε να μην επηρεάζονται από τις κινήσεις του πλοίου.

Η1: το πρώτο ρολόι που κατασκεύασε ο John Harrison

Έτσι, πήρε την μεγάλη απόφαση να ταξιδέψει στο Λονδίνο για να παρουσιάσει στα μέλη της επιτροπής του γεωγραφικού μήκους τα σχέδια κατασκευής του πρωτότυπου ρολογιού του, που αργότερα ονομάστηκε H1.

Ο αγώνας του για την κατάκτηση του βραβείου διήρκησε σχεδόν μέχρι το θάνατό του, το 1776, και το αρχικό μοντέλο του Η1 ακολούθησαν άλλες 4 βελτιωμένες παραλλαγές.

Το δημιουργικό όραμα αυτού του λαϊκού ανθρώπου, την υπομονή και επιμονή του ενάντια στις μεγάλες αντιξοότητες και τον αγώνα μιας ολόκληρης ζωής για την αναγνώριση της εφεύρεσής του περιγράφει με μοναδικό τρόπο το βιβλίο: «ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟ ΜΗΚΟΣ, Ο αγώνας για το έπαθλο».

Η ναυτιλία έγινε ασφαλέστερη μετά τον Harrison, όχι μόνον επειδή οι ναυτικοί μπορούσαν πλέον να προσδιορίζουν την ακριβή τους θέση, αλλά και γιατί κατασκευάστηκαν ακριβέστεροι χάρτες, χρησιμοποιώντας τα ρολόγια του Harrison. Μερικοί μάλιστα ισχυρίζονται ότι σ’ αυτά στηρίχθηκε η ανάπτυξη και η ευημερία της Βρετανικής Αυτοκρατορίας!

ΠΗΓΗ: «ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟ ΜΗΚΟΣ, Ο αγώνας για το έπαθλο», Joan Dash

Share in Facebook
Tweet it!