При жизни Галилей прославился своими астрономическими открытиями. Но в наше время уже по достоинству оценены его гениальные исследования в механике. Именно на это указал знаменитый французский механик XVIII века Лагранж, сказав, что «открытие спутников Юпитера, фаз Венеры, солнечных пятен и так далее потребовало лишь наличия телескопа и известного трудолюбия, но нужен был необыкновенный гений, чтобы открыть законы природы в таких явлениях, которые всегда пребывали перед глазами, но объяснение которых всегда ускользало от изыскания философов».
Открытие равномерности колебаний маятника
Несомненно, что с древнейших времен люди были знакомы с колебаниями подвешенных тяжестей. Например, моряки часто наблюдали, как колеблется подвижный блок, который спускают сверху, чтобы захватить корабельную снасть. Но ученые долго не интересовались законами колебаний. Впервые изучать их экспериментально начал Галилей.
Еще в студенческие годы Галилей заметил, что хотя размах колебаний маятника с течением времени становится все меньше, но период их остается одинаковым. Это открытие было сделано им в соборе, где он наблюдал качание люстр, измеряя время биениями своего пульса.
Это постоянство периода колебаний навело Галилея на мысль применить маятник для измерения времени.
Галилей устроил для этой цели маленький маятниковый прибор, но колебания маятника быстро затухали. Поэтому его прибор был пригоден лишь для коротких промежутков времени, например для определения врачами частоты биения пульса.
Тень, падающая от столбика (гномона) на коническую поверхность часов, показывает время.
Между тем проблема измерения времени еще не была удовлетворительно разрешена в эпоху, когда жил Галилей.
Древние греческие ученые изобрели много разных солнечных часов. У одних тень столбика падала на вертикальную стену, у других — на поверхность шара, конуса или цилиндра. Эта тень, служившая стрелкой солнечных часов, по мере движения по небу солнца поворачивалась, указывая концом деления циферблата. Но эти часы годились только для измерения времени днем.
При астрономических наблюдениях пользовались водяными часами, усовершенствованием которых занимался еще Ктезибий в I веке до н. э. Этими часами время измерялось по количеству вытекавшей из сосуда воды.
Для градуирования водяных часов открывали кран верхнего сосуда в тот момент, когда восходящее солнце только касалось верхним краем горизонта. Когда же оно, передвинувшись на ширину диска, касалось горизонта нижним краем, количество вытекшей воды определяло «шаг» солнца.
В XIV веке уже строились и колесные часы, приводившиеся в действие тяжестью гирь. Так как опускание гири — ускоренное движение, то колесные часы нуждались в регуляторе. Они регулировались особым приспособлением, «билянцем», — горизонтальной штангой на вертикальной оси с насаженными на ней двумя лопатками. Храповое колесо часов при вращении упиралось зубцом то в верхнюю, то в нижнюю лопатку. Зацепив верхнюю лопатку, храповик двигал его в одну сторону. Через короткое время этот зубец терял соприкосновение с верхней лопаткой, но другой зубец зацеплял нижнюю лопатку и поворачивал ось «билянца» в обратную сторону.
Скорость хода зависела от инерции горизонтальной штанги. Чтобы замедлить его, «билянц» нагружали гирями, а иногда, в башенных часах, даже просто кирпичами.
Колесные часы, регулируемые колебаниями в горизонтальной плоскости рычага w — «билянца».
Такие часы были установлены, например, в 1348 году на башне в Дувре (ими пользовались до 1872 года). Столетием позднее подобными же часами пользовались на обсерватории в Нюрнберге.
Открытие равномерности (изохронности) колебаний маятника навело на мысль конструкторов, что он может быть прекрасным регулятором колесных часов.
Галилей лишь в конце жизни пытался применить маятник в колесных часах.
Он составил проект таких часов и поручил выполнение его своему сыну Винченцо. Но и Винченцо не успел закончить конструкцию часов. После смерти Галилея изобретенные им часы были проданы в 1649 году в числе других предметов оставшегося имущества.
Так погиб для науки этот замечательный памятник деятельности великого Галилея.