Μηχανές Atwood στα εργαστήρια των εκπαιδευτικών ιδρυμάτων

του ελλαδικού χώρου (1850-1930)

Εισαγωγή

Η μηχανή του Atwood αποτελεί για πάνω από 200 χρόνια ένα από τα πιο

αναγνωρίσιμα όργανα μηχανικής στο εργαστήριο φυσικής, χάρη κυρίως στο μεγάλο

μέγεθος αλλά και την απλότητα πίσω από την έξυπνη σχεδίαση. Ταυτόχρονα, έχει

αποτελέσει έμπνευση για αναρίθμητες ασκήσεις στις οποίες δύο ή περισσότερα

σώματα συνδέονται μέσω τροχαλίας με νήμα.

Η διάταξη φέρει το όνομα του George Atwood (1746-1807), Άγγλου μαθηματικού

και καθηγητή στο Trinity College του Cambridge. O Atwood εξέδωσε το 1784 μια

μελέτη με τίτλο: A Treatise on the Rectilinear Motion and Rotation of Bodies, with a

Description of Original Experiments Relative to the Subject, στην οποία περιγράφεται

μία πρωτότυπη διάταξη για τη μελέτη της ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης των

σωμάτων μέσα από μια σειρά 12 σχετικών πειραμάτων (εικόνα 1). Ο Atwood

χρησιμοποιούσε τη μηχανή στις παραδόσεις του ήδη από το 1776.

Εικόνα 1. Το εξώφυλλο του βιβλίου του George Atwood.

Τα βασικά μέρη μιας μηχανής Atwood είναι μία τροχαλία που στηρίζεται σε ξύλινη

κολώνα ύψους συνήθως 2 μέτρων, μία μεταλλική βαθμονομημένη ράβδος και δύο

κυλινδρικά μεταλλικά ή σπανιότερα ξύλινα σώματα με παραπλήσιες μάζες, τα οποία

συνδέονται με ένα νήμα μέσω της τροχαλίας. Επιπλέον σώματα μικρής μάζας

μπορούν να τοποθετηθούν σε οποιοδήποτε από τα δύο σώματα. Επίσης, υπάρχουν

δύο πλατφόρμες που μπορούν να τοποθετηθούν σε όποιο ύψος είναι επιθυμητό. Η

πρώτη τερματίζει την πτώση των σωμάτων. Η δεύτερη διαθέτει μια οπή μέσα από την

οποία διέρχεται το σώμα που πέφτει με αποτέλεσμα τα τυχόν επιπλέον βάρη που

φέρει να αφαιρούνται και να μένουν στην πλατφόρμα. Για την απαραίτητη

χρονομέτρηση χρησιμοποιείται ένα εκκρεμές δευτερολέπτων, συχνά ενσωματωμένο

στη μηχανή ειδικά σε παλαιότερα μοντέλα.

Μια ιδανική μηχανή Atwood διαθέτει ένα μη εκτατό μεταξωτό νήμα και τροχαλία

μηδενικών τριβών. Συνήθως, είναι κατασκευασμένη από αλουμίνιο για να έχει μικρή

μάζα. Στην απεικόνιση της μηχανής στο έργο του Atwood τα άκρα του άξονα της

τροχαλίας περιστρέφονται πάνω στα στεφάνια από 4 τροχούς για ελάττωση των

τριβών. Πρόκειται για μια πολύ αποτελεσματική λύση που απαντάται σε ακριβά

μοντέλα μηχανών Atwood, ενώ τα φθηνότερα χρησιμοποιούν απλές τροχαλίες, καλής

βέβαια ποιότητας.

Η παρουσία της διάταξης στα σχολικά και πανεπιστημιακά εργαστήρια ήταν

εξαιρετικά συνηθισμένη, παρόλο το σχετικά μεγάλο κόστος της, και αποτελούσε ένα

«κόσμημα» για κάθε εργαστηριακή συλλογή. Προσφέρεται για μια ποικιλία

πειραμάτων όπως την πειραματική επιβεβαίωση των «νόμων» της ομαλά

επιταχυνόμενης κίνησης και του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα καθώς και για τον

υπολογισμό της επιτάχυνσης της βαρύτητας. Η λεπτομερής παρουσίαση των

αντίστοιχων μετρήσεων και υπολογισμών είναι έξω από τους σκοπούς της παρούσας

εργασίας, άλλωστε μπορούν να βρεθούν εύκολα σε μια πληθώρα πηγών. Αξίζει,

όμως, να σημειωθεί ότι ο ευφυής σχεδιασμός της μηχανής Atwood έχει σαν

αποτέλεσμα να μελετώνται οι επιταχυνόμενες κινήσεις, ακόμα και η ελεύθερη πτώση,

σε «αργή κίνηση» κάτι το οποίο ήταν εξαιρετικά σημαντικό στη συγκεκριμένη εποχή

που δεν υπήρχαν τόσο ακριβή χρονόμετρα. Ο ίδιος ο Alessandro Volta είχε πει, αφού

είχε πειραματιστεί με μια μηχανή Atwood, πως τα πειραματικά αποτελέσματα

συμφωνούν με τη θεωρία με μια ακρίβεια τόσο μεγάλη που κανείς δεν θα μπορούσε

να ζητήσει μεγαλύτερη.

Στα πλαίσια των ερευνών του Ελληνικού Αρχείου Επιστημονικών Οργάνων

(www.hasi.gr) του Εθνικού Ιδρύματος Ερευνών, σχετικά με τα επιστημονικά όργανα

στον ευρύτερο ελλαδικό χώρο μέχρι το 1970, έχουν συγκεντρωθεί στοιχεία για

μηχανές Atwood στα εξής εκπαιδευτικά ιδρύματα: Μεγάλη του Γένους Σχολή και

Ζωγράφειο Λύκειο στην Κωνσταντινούπολη, 1ο Γυμνάσιο Αθηνών, 2ο Λύκειο

Θηλέων Αθηνών, Διδασκαλείο Αθηνών (μετέπειτα Μαράσλειος Παιδαγωγική

Ακαδημία) και Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών.

Οι μηχανές Atwood στα ελληνικά εγχειρίδια φυσικής

Οι μηχανές Atwood αναφέρονται σε όλα τα ελληνικά εγχειρίδια φυσικής της υπό

μελέτης περιόδου. Αναφέρουμε ενδεικτικά τα «Στοιχεία Φυσικής» του Β.Λάκωνα,

τα «Στοιχεία Πειραματικής Φυσικής» του Α.Δαμασκηνού και τα «Στοιχεία Φυσικής»

του Τ.Αργυρόπουλου (εικόνες 2α, 2β και 2γ αντίστοιχα). Κάτι τέτοιο είναι

αξιοσημείωτο ακόμα και αν λάβουμε υπόψη μας πως τα εγχειρίδια της εποχής είναι

αποκλειστικά προϊόν μετάφρασης από αντίστοιχα –κυρίως γαλλικά- βιβλία.

Επιπλέον, η απουσία αναλυτικού προγράμματος αναθέτει στα εγχειρίδια όχι μόνο να

μεταφέρουν τη γνώση αλλά ουσιαστικά να επιλέξουν και ποια γνώση θα μεταφερθεί.

Υπό αυτό το πρίσμα η συνεχής παρουσία της μηχανής Atwood την καθιστά και

συμβολικά ένα αναπόσπαστο όργανο κάθε εργαστηρίου φυσικής.

Εικόνες 2α, 2β και 2γ. Απεικονίσεις μηχανών Atwood σε σχολικά εγχειρίδια.

Οι μηχανές Atwood και τα εκπαιδευτικά ιδρύματα

Μεγάλη του Γένους Σχολή

Το παλαιότερο και εντυπωσιακότερο δείγμα μηχανής Atwood σε ελληνικό

εκπαιδευτικό ίδρυμα είναι εκείνο που διασώζεται στη Μεγάλη του Γένους Σχολή

στην Κωνσταντινούπολη (εικόνες 3α και 3β). Η μηχανή έχει κατασκευαστεί από τον

γαλλικό οίκο Breton Frères και είναι, μάλλον, το ακριβότερο από τα 4 μοντέλα που

κατασκεύαζε, κατασκευασμένη από μαόνι (Εικόνα 5) (Breton, 1852, 1859, 1867). Η

κατασκευή και η ποιότητα της μηχανής είναι εξαιρετική. Περιλαμβάνει εκκρεμές

δευτερολέπτων, με αρκετές ελλείψεις, συνδεδεμένο με τον μηχανισμό άφεσης των

βαρών, 4 κοχλίες οριζοντιοποίησης (ο ένας λείπει) και τα άκρα του άξονα

περιστρέφονται πάνω σε 4 στεφάνια (εικόνα 4) σε αντίθεση με τα φθηνότερα μοντέλα

της εταιρείας που είχαν μονή τροχαλία (εικόνα 6). Δεν έχουν βρεθεί τα βάρη.

Δυστυχώς, τα ξύλινα μέρη παρουσιάζουν μεγάλη φθορά και έχουν προσβληθεί από

σαράκι.

Εικόνες 3α και 3β. Η μηχανή Atwood της Μεγάλης του Γένους Σχολής και λεπτομέρεια από το

εκκρεμές δευτερολέπτων.

Εικόνα 4. Τα 4 στεφάνια πάνω στα οποία κυλάει ο άξονας της τροχαλίας και οι πλατφόρμες της

μηχανής Atwood της Μεγάλης του Γένους Σχολής. Η τροχαλία έχει βρεθεί σε χρόνο αργότερο της

φωτογράφισης για αυτό απουσιάζει από την εικόνα.

Η μηχανή αγοράστηκε το 1881, στα πλαίσια μιας μεγάλης προμήθειας οργάνων

αποτέλεσμα σημαντικής δωρεάς του ομογενούς Γ.Κορωνιού στη Σχολή (Παλαμάς,

1881).

Εικόνα 5. Τα στοιχεία των 4 μηχανών Atwood που αναφέρονται στους καταλόγους των αδελφών

Breton τα έτη 1852, 1859 και 1867.

Εικόνα 6. Μηχανή Atwood κατασκευής Breton Frères σε άριστη κατάσταση από δημοπρασία του

οίκου Christie’s. Πρόκειται για φθηνότερο μοντέλο με μονή τροχαλία. Οι ομοιότητες, ωστόσο, με τη

μηχανή της Μεγάλης του Γένους Σχολής είναι πολλές.

Διδασκαλείο Αθηνών

Το Διδασκαλείο Αθηνών, το οποίο εκπαίδευε τους μελλοντικούς δασκάλους

πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης, διέθετε μηχανή Atwood όπως καταγράφεται στο βιβλίο

υλικού του 1899 (Ταμπάκης, 2008). Δεν αναφέρονται στοιχεία για το έτος

απόκτησης, όπως συμβαίνει σε κάποια από τα υπόλοιπα όργανα, ούτε για τον

κατασκευαστή. Αξίζει να σημειωθεί, πάντως, πως όλα τα διασωθέντα όργανα του

Διδασκαλείου, που περιέχονται στο συγκεκριμένο βιβλίο υλικού και στα οποία

αναφέρεται ο κατασκευαστής, είναι γαλλικής κατασκευής (των οίκων Ducretet και

Duboscq) ενώ οι παλαιότερες προμήθειες έχουν γίνει το 1879. Είναι εύλογο, λοιπόν, να

υποτεθεί πως η συγκεκριμένη μηχανή Atwood αποκτήθηκε στο διάστημα 1879-1899 και

ήταν γαλλικής κατασκευής. Η μηχανή δεν αναφέρεται στην απογραφή του υλικού των

εργαστηρίων της Μαρασλείου Παιδαγωγικής Ακαδημίας -όπως μετονομάστηκε

αργότερα το Διδασκαλείο Αθηνών- με ημερομηνία 14/7/1937 (Ταμπάκης, 2008) και

η τύχη της είναι άγνωστη.

1ο Γυμνάσιο Αρρένων Αθηνών

Μία μηχανή Atwood υπήρχε στο 1ο Γυμνάσιο Αθηνών όπως μαρτυρούν τα βιβλία

υλικού του 19ου αιώνα, τα οποία φυλάσσονται στα Γενικά Αρχεία του Κράτους.

Συγκεκριμένα στο βιβλίο υλικού του 1886 υπάρχει σχετική καταγραφή και δίπλα της

-με άλλον γραφικό χαρακτήρα- σημείωση «μη λειτουργούσα», πιθανώς ύστερα από

μετέπειτα απογραφή. Στο βιβλίο υλικού του 1898-1899 (5/11/1898) η μηχανή

κατατάσσεται στα όργανα που χρήζουν επισκευής. Αναφέρεται, μάλιστα, πως τα

όργανα αυτά δόθηκαν στον καθηγητή Π.Κονδύλη προς επισκευή αλλά δεν

επιστράφηκαν όλα, χωρίς να διευκρινίζεται ποια είναι αυτά. Ο Κονδύλης δίδασκε και

στο Διδασκαλείο Αθηνών από το 1892 και ήταν υπεύθυνος για την αποστολή

οργάνων από το Διδασκαλείο προς άλλα Διδασκαλεία και Γυμνάσια αλλά και το

αντίστροφο όταν όργανα από τα σχολεία χρειαζόντουσαν επισκευή, η οποία γινόταν

στο Διδασκαλείο. Η μηχανή αναφέρεται, επίσης, στην Επετηρίδα του Σχολικού

Έτους 1926-1927 (Βαλάκης, 1927), όπου (ακόμα) χρήζει επισκευής. Η τύχη της

αγνοείται. Τα διασωθέντα όργανα του 1ου Γυμνασίου βρίσκονται σήμερα στο

Μουσείο Γεωαστροφυσικής του Εθνικού Αστεροσκοπείου και είναι όλα γαλλικής

κατασκευής, όπως πιθανότατα και η συγκεκριμένη μηχανή Atwood.

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Αθηνών

Το τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών απέκτησε το 1914 (Πανεπιστήμιο

Αθηνών, 1914) μια μηχανή Atwood συνοδευόμενη από ένα εκκρεμές δευτερολέπτων,

αμφότερα κατασκευής Max Kohl. Το εκκρεμές δευτερολέπτων (εικόνες 7α και 7β)

βρίσκεται σήμερα στο Μουσείο Ιστορίας του Πανεπιστημίου Αθηνών (Λάζος,

Πάπαρου, 2015) και είναι σε αρκετά καλή κατάσταση αλλά με μια βασική έλλειψη,

εκείνη της ράβδου του εκκρεμούς. Η μηχανή Atwood βρίσκεται αποθηκευμένη μαζί

με περισσότερα από 4000 ιστορικά όργανα του τμήματος Φυσικής σε ακατάλληλους

χώρους περιμένοντας τη δημιουργία του Μουσείου Φυσικών Επιστημών.

Εικόνες 7α και 7β. Το εκκρεμές δευτερολέπτων του Πανεπιστημίου Αθηνών και σχετική λιθογραφία

από τον εμπορικό κατάλογο του κατασκευαστή (Max Kohl).

Ζωγράφειο Λύκειο Κωνσταντινούπολης

Το Ζωγράφειο Λύκειο στην Κωνσταντινούπολη διαθέτει τη μηχανή Atwood (εικόνα

8α). Απουσιάζουν τα βάρη και η τροχαλία. Διαθέτει κοχλίες οριζοντιοποίησης. Έχει

το λογότυπο της γερμανικής εκδοτικής εταιρείας KV (Koehler und Volckmar) η

οποία ιδρύθηκε το 1918. Η διάταξη έχει κατασκευαστεί τη δεκαετία του 1920 και

αποτελεί πιστή αντιγραφή της μηχανής Atwood (μοντέλο 51781) που κατασκεύαζε

την ίδια περίοδο η διάσημη γερμανική εταιρεία Max Kohl (εικόνα 8β).

Εικόνες 8α και 8β. Η μηχανή Atwood στο Ζωγράφειο Λύκειο και αντίστοιχη μηχανή κατασκευής Max Κοhl.

2ο Λύκειο Θηλέων

Η μηχανή Atwood της εικόνας 9 ανήκει στο 26ο Γενικό Λύκειο Αθηνών και

προέρχεται από το εργαστήριο του 2ου Λυκείου Θηλέων Αθηνών. Ολόκληρος ο

κινητός εξοπλισμός της μηχανής (η μονή τροχαλία, τα δύο βάρη και οι πλατφόρμες)

απουσιάζει. Διαθέτει 2 κοχλίες οριζοντιοποίησης. Έχει κατασκευαστεί τη δεκαετία

του 1930 και είναι πιθανώς γερμανικής κατασκευής.

Εικόνα 9. Μηχανή Atwood από το 2ο Λύκειο Θηλέων Αθηνών.

Συμπεράσματα

Είναι άξιο αναφοράς το γεγονός πως σε όλα τα εργαστήρια των εκπαιδευτικών

ιδρυμάτων στα οποία είχαμε πρόσβαση έχουν διασωθεί ή έστω έχουν υπάρξει στο

παρελθόν μηχανές Atwood. Αυτό, σε συνδυασμό με την αναφορά της διάταξης

σχεδόν σε όλα τα εγχειρίδια φυσικής της συγκεκριμένης περιόδου, αναδεικνύει τη

σημασία που δινόταν στη μηχανή Atwood από τους εκπαιδευτικούς και τη

χρησιμότητά της στη διδασκαλία της πειραματικής φυσικής. Βέβαια, η περαιτέρω

μελέτη θα δείξει το αν και σε ποιο βαθμό η μηχανή Atwood χρησιμοποιούταν

τακτικά και δεν κοσμούσε απλώς τα εργαστήρια προσδίδοντας απλώς κύρος στο

εκπαιδευτικό ίδρυμα.

Βιβλιογραφία

Α’ Γυμνάσιο Αθηνών, Βιβλίο Υλικού (1886) του Α’ εν Αθήναις Γυμνασίου.

Βρίσκεται στα Γενικά Αρχεία του Κράτους.

Α’ Γυμνάσιο Αθηνών, Βιβλίο Υλικού (1898-1899) του Α’ εν Αθήναις Γυμνασίου.

Βρίσκεται στα Γενικά Αρχεία του Κράτους.

Αργυρόπουλος Τ. (1899), Στοιχεία φυσικής. Τυπογραφείο Κωνσταντινίδη: Αθήνα.

Βαλάκης Π. (επιμέλεια) (1927), Επετηρίς του Σχολικού έτους 1926-1927. Μετ’ανασκοπήσεως της προπαρασκευαστικής εργασίας προηγουμένων ετών. Εθνικό Τυπογραφείο, Αθήνα.

Δαμασκηνός Α.(1875). Μαθήματα Πειραματικής Φυσικής. Τυπογραφείο της φιλοκαλίας: Αθήνα.

Δελλαπόρτας, Κ. Ταμπάκης, Κ. Σκορδούλης (2005). Η πειραματική εκπαίδευση και

τα επιστημονικά όργανα στη Μαράσλειο Παιδαγωγική Ακαδημία, 3ο Πανελλήνιο

Συνέδριο Ιστορίας, Φιλοσοφίας και Διδασκαλίας των Φυσικών Επιστημών/European

Physical Society Conference: Notions of Physics in Natural Society. 19-25

Σεπτεμβρίου. Αθήνα.

Ελληνικό Αρχείο Επιστημονικών Οργάνων – Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών.

Προσπελάστηκε στις 25/2/2016 www.hasi.gr

Λάζος Π., Πάπαρου Φ. (2015). Επιστημονικά όργανα: Εργαλεία Έρευνας και

Εκπαίδευσης. Σπάνια Επιστημονικά Όργανα από τη μόνιμη Έκθεση του Μουσείου.

Μουσείο Ιστορίας Πανεπιστημίου Αθηνών. Αθήνα.

Λάκωνας Β.(1863). Στοιχεία φυσικής. Α.Κτενά και Π.Σούτσα: Αθήνα

Παλαμάς Γ.(1881), Έκθεσις της πνευματικής και υλικής καταστάσεως της

Πατριαρχικής Μεγάλης του Γένους Σχολής κατά το σχολικόν έτος 1880-1881.

Πατριαρχικό Τυπογραφείο, Κωνσταντινούπολη.

Πανεπιστήμιο Αθηνών. (1914), Κατάλογος των βιβλίων και οργάνων των

φροντιστηρίων και εργαστηρίων του Εθνικού Πανεπιστημίου. Εκδόσεις Λεώνης,

Αθήνα.

Ταμπάκης Κ. (2008). Η εκπαίδευση των δασκάλων και των διδασκαλισσών στις

φυσικές επιστήμες (1831-1950). Διδακτορική Διατριβή. Αθήνα.

Atwood G. (1784). A treatise on the rectilinear motion and rotation of bodies; with a

description of original experiments relative to the subject. Archdeacon. Cambridge,

Αγγλία.

Breton, A. et L. (frères) (1852). Catalogue et prix des instruments de physique, de

chimie, d'optique, de mathématiques et d'astronomie. Paris, Γαλλία.

Breton, A. et L. (frères) (1859). Catalogue et prix des instruments de physique, de

chimie, d'optique, de mathématiques et d'astronomie. Paris, Γαλλία.

Breton, A. et L. (frères) (1867). Catalogue et prix des instruments de physique, de

chimie, d'optique, de mathématiques et d'astronomie. Paris, Γαλλία.

Bud R., Warner D. (ed) (1998). Instruments of science. Garland Publishing. New

York & London.

Kohl, Max (1909). Price list, No 50 Vols II & III. Chemnitz, Γερμανία.

Turner G. (1998), Scientific Instruments 1500-1900. An introduction. Univeristy of

California Press, Los Angeles, ΗΠΑ.