Рассуждение катоптрико-диоптрическом зажигательном инструменте

Перевод Т. П. Кравца

Inter innumera, quae radiorum solarium virtute natura perpetrat, et industria eruditorum manu opem ferente, curiosis oculis usurpanda sistit, mirabilis speculorum et lentium causticarum vis principem locum jure obtinet. Etenim plerique viri docti aeque ac artifices periti et solertes summam operam in illis elaborandis posuerunt, atque, ut potuerant, maxima mole illa conflare, arte politissima perficere et ad id perfectionis deducere adnixi sunt, ut validissimus eorum in comburendo vigor fere inimitabilis esse moderno tempore credatur. Artifex Lugdunensis Vilettus speculum causticum habebat, cujus diameter erat 30 pollices longa, focus autem dimidium Ludovici nummum aureum adaequabat, ejus virtutis causticae, qua lignum viride admotum statim exardescebat; metalla duriora perforata, silices in vitrum conflati fuerunt. Dn. de Tschirnhausen majora speculis suis praestitit; quae non solum metalla, verum etiam Ardesiam, validissima crucibula, lateres ingenti igne excoctos atque etiam pumices ex montibus ignivomis rapaci flamma ejectos in vitrum convertebant. Idem vir mentis suis in orbe litterario praeclarus lentes causticas confecerat tantae molis, ut nemo tandem illis majores parare aggredi ausus fuerit. Maximum omnium quatuor pedes diametro adaequabat, cujus foco lignum durum et humectatum admotum momento temporis flammas conceperat, vasa porcellana, pumex, Asbestus, cineres lignorum ibidem in vitrum abiverant. Vires lentis illius alia minor, collectiva dicta, intendebat.

Среди бесчисленных явлений, которые природа свершает силой солнечных лучей и дает наблюдать любознательным взорам при содействии усердного труда ученых, первое место, по справедливости, занимает изумительное свойство зажигательных зеркал и линз. Многочисленные ученые, а равно опытные и искусные мастера положили огромный труд на их изготовление и постарались, насколько могли, отлить их наибольшего размера, сделать их с превосходным искусством и довести до такой степени совершенства, что современникам почти недостижимой кажется их мощная зажигательная сила. У лионского мастера Виллета¹ было зажигательное зеркало с диаметром в 30 дюймов и фокусом в половину луидора² такой зажигательной силы, что поднесенное к нему зеленое дерево сразу вспыхивало, в твердых металлах проплавлялись отверстия, а кремни расплавлялись в стекло. Господин фон Чирнгаузен³ достигал своими зеркалами большего: они обращали в стекло не только металлы, но и шифер, самые прочные тигли, кирпичи, обожженные на сильном огне, и даже пемзу, выброшенную буйным пламенем из огнедышащих гор. Этот же муж, прославившийся заслугами своими в ученом мире, изготовлял зажигательные линзы такой величины, что никто не осмеливался даже взяться за изготовление более крупных. Самая большая имела у него четыре фута в диаметре; твердое, смоченное водой дерево, будучи поднесено к ее фокусу, немедленно вспыхивало; фарфоровая посуда, пемза, асбест, древесная зола превращались в стекло. Силу этой линзы увеличивала другая, меньшего размера, называемая собирательной.

Sed hic laudatorum virorum solertia substitit, difficultatibus forte, quae in hoc negotio occurere solent, impedita. Lentibus majoribus elaborandis sequens prae reliquis incommodum officit. Quippe vitrum liquefactum dum ex fornace formae infunditur, aërem secum corripit, qui tandem, massa refrigerate, in bullas colligitur, lentisque pelluciditatem minuit, radiis solis multoties refractis; quo focus admodum haebetatur, deformis et amplior redditus. Tumque si forma non satis calefacta fuerit; fervidissimum vitrum, repentino frigore inde occurrente, refrigeratum rumpitur. Specula ampliora facilius parantur; sed praestantissima haec instrumenta hoc incommodi habent, quod radios collectos ita dirigant, ut axis foci sit cum radiis a sole ad faciem speculi tendentibus parallelus. Quo fit, ut objecta foco exposita lumen praepediant, atque aestui in foco derogent. Quae directio tamen vix tantillum mutari potest, praesertim si speculi sphaericitas fuerit minor, ipsumque majus quam 20° segmentum sphaerae sit. Caeterum non minus praepedimentum, praecipue vero privatis, qui experimentis vigoroso igne tentandis delectantur, obstat; scilicet magnum hujusmodi lentium et speculorum praetium.

Но на этом искусство достохвальных мужей остановилось, вероятно вследствие трудностей, которые неизбежно связаны с этой работой. Изготовлению больших линз, кроме прочих обстоятельств, мешает следующее. Когда жидкое стекло льется из печи в формы, оно увлекает с собой воздух, который в конце концов, при охлаждении массы, собирается пузырьками и уменьшает прозрачность линзы, ибо солнечные лучи многократно преломляются в ней, и от этого прежний фокус слабеет, искажаясь и увеличиваясь в размерах. Далее, если форма не будет достаточно нагрета, то раскаленное стекло, вследствие происходящего отсюда внезапного охлаждения, при этом охлаждении трескается. Легче приготовлять большие зеркала, но у этих превосходных приборов имеется следующее неудобство: они направляют собранные лучи так, что ось фокуса параллельна лучам, идущим от солнца к поверхности зеркала. Вследствие этого предметы, выставляемые в фокусе, заслоняют свет и отнимают у фокуса силу жара. Направление это, однако, едва можно изменить даже в самой малой степени, особенно если сферичность зеркала мала и само оно представляет собой сегмент сферы больше чем в 20°. Кроме того, имеется еще не малое препятствие, особенно для частных лиц, которые любят опыты, требующие сильного огня, а именно — высокая цена таких линз и зеркал.

Quoniam autem mihi animus est instrumenta Physicorum, non secus veritates ab iisdem detectas in Chymiam introducendi, quo difficultates in ea obvenientes aliquatenus tollantur vel subleventur; similiter ea, quae obscura sunt et in profunda ignorantia sepulta jacent, in lucem prodeant: ideo non indignum judicavi celebrate a tot scientiae naturalis promotoribus haec instrumenta, quae laboribus Chymicis violento igne perficiendis auxilio ventura fore non dubito, quacunque ratione a memoratis difficultatibus pro modulo meo liberare, et vim eorum causticam promovere tentare. Quo mihi mentem dirigenti nulla alia via hoc praestari posse videbatur, nisi aliquot lentium vel speculorum foci in unum eundemque locum cogantur, ubi sociatis viribus calorem producant noto hucusque majorem. Verum subveniebat, lentes causticas, quotquot lumini solari excipiendo et in unum contrahendo exposueris axes habere semper parallelos, unde illos nequaquam convergere et in unum congredi unquam posse. Nec plus solatii in speculis concavis erat, ob rationes superius memoratas. Restabat igitur, ut instrumenta utriusque generis inter se conferendo perpenderem. Ubi tandem mentem subiit, radios solis etiam a speculis planis reflexos vim calorificam adhuc conservare, atque adeo secundum legem, cui alias obediunt, lente convexa collectos calorem intendere debere. Itaque confestim speculum planum et lentem diametri bipollicaris ovans arripui, ac sereno tum die radios solis speculo reflexos lente coëgi. Quo facto subjectum frustum ligni maculam nigram contrahebat, fumo inde surgente. Spectabam cum voluptate, et ulterius progressurus, lentis radiis directis expositae focum foco prioris junxi, illisque chartam candidissimam, quae directis solis radiis alterutra dictarum lentium collectis accendi recusabat, admovi; tum statim fumo emisso maculam nigram nacta est, et accensa gliscente igniculo consumebatur. His itaque aliquoties repetitis et veritate extra dubium posita, non vereor inferre, majoribus speculis et lentibus ita ut surpa monui dispositis majorem calorem produci posse. Ponamus enim vitro Tschirnhausiano AB (fig. 1) radios directos collectos focum usque ad F exporrigere, calor in hoc erit ejus violentiae, quam superius descripsi. Denique, quod speculo plano GH radii b b b b b

ita ex c c c c c reflectant, ut focus F in eorum meditullio sit constitutus, qui tandem lente DE in unum cogantur (eaque huc illuc sensim mota), foci jungantur. Eo facto, quoniam speculum GH ampla sua facie radios sufficientes in convexitatem vitri DE reverberabit, vix (aut ne vix quidem, si politissimum fuerit) directis haebetiores, ideo virtus foci lente DE coarctati prope aequalis erit vi superioris, et sic ambo junctis viribus duplicem fere calorem producent, mirabiliora praestabunt. Sed quid futurum fore arbitremur, pluribus hujusmodi lentibus eadem ratione dispositis? Fervorem profecto stupendum et nunquam visum, horrendos simul effectus, naturae arcanorum revelatores. Sed haec de majoribus; minora tandem, verum mirabilis virtutis causticae, compendio depingam. Comparetur tabula quadrata g h k l (fig. 2) crassiciei circiter pollicaris, amplitudinis vero tantae, ut specula 

et lentes omnes pro lubitu electa super ea constitui possint. Tandem lentes aliquot, e. g. octo, quarum sphaericitas et amplitudo eadem est, super tabula illa ita disponantur, ut aliquid ad illam inclinata sint, et circulum forment, aequali distantia a se invicem remotae. Vitra AB et QR axes suos radiis directis perpendiculares habeant, CH et ab autem iisdem radiis parallelos (per axem diametrum vitri intelligo, quae tabulae g h k l parallela est). Denique lentes CD, IM, VM et ce ° efficiant; sed vitrorum ce et CD extremitates e et C versus vitrum AB, vitrorum vero IM et VW margines M et V versus lentem QR vergant. Ante lentes CD et ce specula DE et de lucem solis ea ratione excipiant, quo angulus incidentiae sit 22°30′, et radii reflexi ad convexitatem dictarum lentium tendant. Ob eandem causam specula zr et KL ad 45°, specula vero OP et XY ad 67°30′ directos radios reflectant opus est. XY, ST et OP altius erigi debent, ne in umbram reliquorum incidant. Porro cum dicta specula vario situ radiis parallelis exponenda sint, et simul in aequales lentes aequale lumen vibrare debeant; diversae longitudinis fiant necesse est, Trigonometriae legibus determinandae. Quod in exemplo speciali superius aliquatenus determinato facturus, suppono cujuslibet octo lentium diametrum esse 30 lineas longam. Itaque quoniam linea cn=nD=Km=Oo=Xo=Zm est aequalis diametro lentium, et quaelibet illarum cum radiis a speculo suo reflexis angulum eidem oppositum facit rectum, atque anguli his lineis oppositi ex superioribus innotescunt; ideo erit

Вознамерившись ввести в области химии приборы физиков, а также истины, ими открытые, чтобы до известной степени устранить или облегчить трудности, встречающиеся в этой науке, и осветить области темные и скрытые глубоким неведением, я счел за благо по мере сил моих уничтожить каким-либо способом упомянутые трудности и попытаться увеличить зажигательную силу этих приборов, которые прославлены столькими работниками, двинувшими вперед естествознание, и которые, я не сомневаюсь, придут на помощь в химических работах, требующих сильного огня. В этих размышлениях мне представилось возможным достигнуть цели только одним способом, а именно: собиранием фокусов нескольких линз или зеркал в одно и то же место, где соединенными силами они и произведут жар больший, чем известный до сих пор. Но возникало то сомнение, что в зажигательных линзах, сколько ни выставляй их для уловления солнечного света и для собирания его вместе, оси будут всегда параллельными, так что их никак нельзя склонить и когда-либо свести вместе. Не в большей степени удовлетворяли и вогнутые зеркала по причинам, упомянутым выше. Итак, мне оставалось оценить, сравнивая между собою, приборы того и другого вида. И вот, наконец, явилась мысль, что солнечные лучи и после отражения от плоских зеркал все еще сохраняют теплотворную силу⁴ и, следовательно, по закону, которому они повинуются в других случаях, должны, будучи собраны выпуклой линзой, увеличить жар. Тотчас же я, торжествуя, взял плоское зеркало и линзу диаметром в два дюйма и, так как день был как раз ясный, собрал линзой солнечные лучи, отраженные зеркалом. Когда после этого я подставил кусок дерева, на нем образовалось черное пятно и оттуда пошел дым. Я смотрел на это с восторгом и, с целью итти и далее, соединил фокус линзы, подставленной прямым лучам, с фокусом первой и поднес к ним весьма белую бумагу, которая отказывалась загораться от прямых солнечных лучей, собранных непосредственно той или другой из названных линз; сразу же пошел дым, на бумаге образовалось черное пятно, бумага вспыхнула, и огонь, разгораясь, начал ее сжигать. Итак, повторив этот опыт несколько раз и устранив всякое сомнение в его правильности, я не колеблюсь заключить, что

расставив так, как я упомянул выше, бо́льшие зеркала и линзы, можно получить жар больший. В самом деле, предположим, что примые лучи a a a a a, собранные стеклом Чирнгаузена AB (фиг. 1), идут к фокусу F, в котором жар будет так силен, как я описывал выше. Затем пусть плоское зеркало GH c c c c c лучи b b b b b так, чтобы фокус F приходился между ними по середине; наконец, с помощью линзы DE соберем их в одну точку и (слегка передвигая линзу в разных направлениях) приведем фокусы к совмещению. Так как зеркало GH своей обширной поверхностью отбросит на выпуклость стекла DE достаточно лучей, едва уступающих (а при хорошо отполированном зеркале и вовсе не уступающих) по силе прямым, то сила фокуса, собранного линзой DE, будет почти равна силе первого; оба же они соединенными силами произведут жар почти вдвое больший и явят более разительное действие. А что, нужно думать, будет, если таким же образом расставить

несколько линз такого рода? Жар, поистине поразительный и никогда не виданный, и одновременно ужасающие действия, открывающие тайны природы. Но это относится к большим стеклам; я кратко опишу меньшие, отличающиеся, однако, чудесной зажигательной силой. Возьмем квадратную доску g h k l надо расставить на этой доске под некоторым к ней наклоном и так, чтобы они образовали круг, находясь друг от друга на равном расстоянии. В стеклах AB и QR оси будут перпендикулярны прямым лучам, а в CH и ab параллельны этим лучам (под осью я разумею диаметр стекла, параллельный доске ghkl). Линзы CD, IM, VW и ce °, причем в линзах ce и CD точки e и C обращены к линзе AB, а в линзах IM и VW M и V — к линзе QR. Перед линзами CD и ce зеркала DE и de пусть принимают солнечный свет таким образом, чтобы угол падения равнялся 22°30′ и чтобы отраженные лучи направлялись на выпуклость названных линз. По той же причине требуется, чтобы зеркала zr и KL отражали прямые лучи под 45°, а зеркала OP и XY — под 67°30′; XY, ST и OP надо ставить повыше, чтобы они не попадали в тень остальных. Далее, так как названные зеркала должны быть поставлены под различными углами к параллельным лучам и должны одновременно отбрасывать на одинаковые линзы одинаковый свет, то длина их, определяемая по законам тригонометрии, должна быть разной. Чтобы определить ее на специальном примере, несколько разъясненном выше, я предполагаю, что диаметр любой из восьми линз равен 30 линиям. А так как линия cn=nD=km=Oo=Xo=Zm равна диаметру линз и любая из них с лучами, отраженными ее зеркалом, образует противолежащий ему прямой угол, а углы, противолежащие этим линиям, явствуют из вышесказанного, то получится

cui in canone Logarithmorum pro numeris vulgaribus respondent 78 denotantque longitudinem speculorum cn et DF in lineis. Denique

чему в логарифмической таблице для натуральных чисел соответствует 78; это означает длину зеркал cn и DF

huic respondet numerus 42, qui denotat longitudinem speculorum cdDE]. Tandem,

чему соответствует число 42, означающее длину зеркал cd и [DE]. Наконец

cui respondet numerus 33, sc. longitudo speculorum XY=OP

чему соответствует число 33, т. е. длина зеркал XY=OP. Высота [установки] упомянутых зеркал будет зависеть от наклона линз к доске.

Ut vero, speculis et vitris ita ordinatis, radii solis locum continuo mutantis eodem modo reflectantur a speculis, in lentibus refringantur atque focus communis maneat immutatus tempore cujuslibet experimenti longius durantis, oportet pedem mensulae articulatum conficere, in duabus juncturis versatilem (fig. 3); quarum altera ita comparata sit, ut tabula ABCD, super qua lentes et specula collocanda sunt, ad horizontem pro lubitu inclinari possit; altera F abcd incisae, infixus esse debet; quo versus quamlibet mundi plagam machina dirigi possit. Sic sole quocunque vergente specula semper radios eodem more flectent, lentes focum communem unum eundemque habebunt, si radius, per dioptram H transmissus, per dioptram Q G plumbo oneretur, ne totum instrumentum vacillet. Tabulae ABCD KL objectis foco exponendis inservitura per cochleam M affirmetur, cujus ope sublevari et deprimi possit. In N fiat geniculum simile illi, quod in pede est E (fig. 4). Lentes et specula auxilio cochlearum abcd AB et DE mensae affigi poterunt. Atque ita breviter totius machinae constructionem delineasse sufficit. Sequitur ut effectum ejus seu vim causticam cum eadem lentium vel speculorum majorum comparem, ubi numerus et magnitudo lentium minorum, quae lenti vel speculo magno salvo ejus effectu substitui possunt, per calculum assignanda erunt. Itaque videamus, quot lentes minores, e. g. tripollicaris diametri, quarum focus duas lineas latus est, eandem vim in comburendo exerere poterunt, qua speculum vilettianum tam mirabilia praestitit. Laudatum illud instrumentum erat, ut supra monui, in diametro 30 pollicum, seu quod idem est, 300 linearum; focus ejus dimidium Ludovici aureum, sc. circiter 8 lineas latitudine adaequabat. Unde, quoniam speculum et focus figurae circularis sunt, circuli vero eandem rationem inter se habent, quam quadrate diametrorum, erit planicies speculi, qua radios excipit, ad planiciem foci ejusdem ut 64 ad 90 000 seu ut 1 ad 140¼; vis vero caustica foci ad calorem radiorum solis directorum in ratione reciproca planicierum ipsarum: nempe focus speculi vilettiani erit millies quadringenties sexies calidior, quam radii a sole tendentes.

Чтобы после такой установки зеркал и линз лучи солнца, непрерывно меняющего место, одинаково отражались зеркалами и преломлялись в линзах, а общий фокус оставался неизменным во время любого длительного опыта, нужно ножку столика сделать составной, подвижной в двух соединениях (фиг. 3): одно нужно сделать так, чтобы доску ABCD, на которой должны быть помещены линзы и зеркала, можно было наклонять к горизонту по произволу; другое F должно представлять собой цилиндр, вставленный в равное и подобное ему отверстие, вырезанное в шаре abcd один и тот же фокус, если луч, пропущенный через диоптру H, пройдет через диоптру Q. Нижняя часть ножки G должна быть нагружена свинцом, чтобы весь прибор не шатался. К доске ABCD нужно прикрепить другую, меньшую доску KLN делается колено, подобное тому, какое имеется в ножке E (фиг. 4). Линзы и зеркала можно прикреплять к столу с помощью винтов abcd и ножек AB и DE размеры меньших линз, которыми без ущерба для действия можно заменить бо́льшую линзу или зеркало. Итак посмотрим, сколько меньших линз, напр. диаметром в три дюйма с фокусом протяжением в две линии, потребуется, чтобы дать при сжигании ту же силу, с которой столь удивительно действовало вилеттово зеркало. Этот достославный прибор имел, как я упоминал выше, в диаметре 30 дюймов, или, что то же, 300 линий; фокус его равнялся в ширину половине луидора, т. е. приблизительно 8 линиям. Так как и зеркало и фокус имеют круглую форму, а площади кругов находятся между собой в том же отношении, что квадраты диаметров, то площадь зеркала, которой оно принимает лучи, будет относиться к площади его фокуса, как

labore polire necessum erit, cum aliquot minora idem praestare possint; quibus comparandis nec magnos sumptus impendere opus erit, nec conficiendis summum laborem et operam navare. Machinam integram hoc tractatulo propositam constructurus plus quam quadraginta florenos non impendet, si ea octo vitris diametri tripollicaris et speculis septem huc spectantibus, requisitae amplitudinis, duntaxat habebit. Verum magna illa specula et lentes sola Imperatorum et Regum munificentia comparata in eorundem technophylaciis spectantur.

Так как я не сомневаюсь в возможности этого (ибо причины для сомнений нет), то я убежден, что цель, к которой я стремлюсь, легко достижима. Тут не нужно потеть за отливкой огромных стекол и заниматься докучнейшим трудом, полируя их, ибо несколько меньших стекол произведут то же действие. Они потребуют сравнительно небольших расходов, а для их изготовления не нужно будет большого труда и усилий. Тот, кто возьмется сделать весь прибор, предлагаемый в этой статье, истратит не больше 40 флоринов,⁶ если удовольствуется восемью стеклами диаметром в три дюйма и семью сюда относящимися зеркалами требуемой величины. Те же большие стекла и линзы, изготовляемые лишь при щедрой поддержке императоров и королей, можно видеть в кунсткамерах последних.⁷

Finis.

Конец.