ז'אק שארל

ז'אק אלכסנדר סזאר שארל (בצרפתית: Jacques Alexandre César Charles;‏ 12 בנובמבר 1746 – 7 באפריל 1823) היה ממציא, מדען, מתמטיקאי ופיזיקאי צרפתי, מחלוצי הכדור הפורח. באוגוסט 1783 בנו שארל והאחים רובר את הכדור הפורח (הבלתי-מאויש) הראשון בעולם שהיה ממולא-מימן; לאחר מכן, בדצמבר 1783, הגיעו שארל וטייס-המשנה שלו ניקולא-לואי רובר לגובה של 550 מטרים לערך בטיסת כדור פורח מאוישת. בעקבות השימוש החלוצי שעשו במימן ליצירת כוח עילוי, נקרא סוג זה של כדור פורח בשם "שארלייר" (Charlière; להבדיל מכדור פורח "מונגולפייר" - Montgolfière, על שם האחים מונגולפייה, חלוצי כדור פורח שהשתמשו באוויר חם ליצירת כוח העילוי לתעופה). בניגוד לאחים מונגולפייה, שפיתחו את הכדור הפורח בהנעת אוויר והיו הראשונים להעלות כדור פורח לאוויר, אך לא הבינו את העיקרון הפיזיקלי העומד מאחורי התעופה, שארל פיתח את הכדור הפורח בהנעת מימן על בסיס מודל פיזיקלי, והכדורים הפורחים בהנעת מימן היו במשך זמן מה הדומיננטיים בתעופה מסוג זה, עד ששבו אלו המונעים באמצעות אוויר חם למעמד בכורה. חוק שארל, שמתאר את שינוי הנפח של גזים בעת חימומם, נקרא על שם שארל, על אף שנוסח על ידי לואי ז'וזף גה-ליסאק ב-1802. גה-ליסאק ייחס את החוק לעבודה של שארל שלא נתפרסמה. ב-1793 נבחר שארל לאקדמיה הצרפתית למדעים, ולאחר מכן הפך לפרופסור לפיזיקה בקונסרבטוריון הלאומי לאמנויות ומקצועות (Conservatoire National des Arts et Métiers). שארל נולד בקומונה בוז'נסי־סור־לואר (Beaugency-sur-Loire) ב-1746. הוא נישא לז'ולי פרנסואז בּוּשׁוֹ דז ארט (Julie Françoise Bouchaud des Hérettes; 1784-1817), אישה קריאולית הצעירה ממנו ב-37 שנה. לפי המסופר, המשורר אלפונס דה למרטין היה גם הוא מאוהב בה, והיא הייתה ההשראה לדמותה של אלוויר ביצירתו הפואטית "לה לאק" (Le Lac; "האגם"), שמתארת במבט לאחור אהבה עזה שחלקו שני גברים לאותה אישה, מנקודת מבטו של הגבר שלא זכה לבסוף באישה. שארל האריך ימים ומת אחרי אשתו, בגיל 76, ב-7 באפריל 1823. שארל הגה את הרעיון להשתמש במימן להפקת כוח העילוי לכדורים פורחים, לאחר שקרא את מאמרו של רוברט בויל על חוק בויל שפורסם 100 שנה קודם לכן, ב-1662, ולאחר שעיין בעבודותיהם של המדענים בני-זמנו הנרי קוונדיש, ג'וזף בלאק וטיבריוס קוואלו. הוא תכנן את מבנה הכדור הפורח, ואז החל לעבוד יחד עם האחים רובר, אן-ז'אן וניקולא-לואי רובר, על בניית דגם הכדור הפורח, בסדנה שלהם בכיכר ויקטואר בפריז. האחים הגו את הרעיון כיצד להכין את בלון האוויר קל-המשקל והאטום, על ידי המסת גומי בתמיסה של טרפנטין, ואת שכבת המעטפת הראשית הכינו מצירוף של יריעות משי מצופות בלכה. הם השתמשו ברצועות משי אדומות ולבנות לסירוגין, אך תהליך הציפוי בלכה/גומי הביא לשינוי הצבע המקורי, ולתוצאה סופית של מעטפת אדומה-צהובה. ב-27 באוגוסט 1783 הפריחו ז'אק שארל והאחים רובר את הכדור הפורח הראשון בעולם בהנעת מימן, שיצא משאן דה מארס (היכן שממוקם כיום מגדל אייפל); האירוע משך קהל צופים רב, ובהם היה גם בנג'מין פרנקלין. הכדור הפורח היה קטן יחסית, כדור בנפח של 35 מטרים מעוקבים שעשוי משי בציפוי גומי, ושיכול לשאת לכל היותר 9 ק"ג בערך. הכדור הפורח מולא במימן, שנוצר על ידי שפיכת כרבע טון חומצה גופרתית על פיסת ברזל במשקל כמחצית הטון. גז המימן הוזרם לתוך בלון הגז דרך צינורות עופרת; אולם מאחר שהוא לא הוזרם דרך מים קרים, נוצר קושי במילוי הכדור הפורח עד לקצה יכולת הקיבול שלו (הגז היה חם בעת היווצרותו, אבל הוא התקרר בתוך הכדור הפורח, ועל כן הנפח שלו התכווץ). העניין שהביע הציבור בהפרחת הכדור הפורח היה רב, והופצו עלוני מידע יומיים המדווחים על מידת ההתקדמות בניפוחו (לפני שהחל הבלון בתעופה); קהל הצופים שבא לצפות באירוע הפרחת הכדור הפורח לאוויר, היה כה גדול, שבליל 26 באוגוסט, הלילה שלפני שחרור הבלון לתעופה באוויר, הועבר הכדור הפורח בחשאי לפארק שאן דה מארס, במרחק 4 קילומטרים מנקודת ההשקה המתוכננת. הכדור הפורח ריחף לכיוון צפון במשך 45 דקות, כשאחריו מתחקים פרשים על סוסים, והוא נחת במרחק 21 קילומטרים מהכפר גונס (Gonesse). לפי המסופר, הקהל הכפרי המקומי נאחז בבהלה לנוכח העצם המרחף, ובנחיתתו השחית אותו בקילשונות ובסכינים. הפרויקט מומן באמצעות מגבית שגייס הגאולוג והנוסע הצרפתי ברתלמי פוז'ה דה סן־פון (Barthélemy Faujas de Saint-Fond). ב-1 בדצמבר 1783, בשעה 13:45, הפריחו ז'אק שארל והאחים רובר כדור פורח נוסף שהקימו, מגני טווילרי בפריז. הפעם היה הכדור הפורח מאויש, ובו שהה ז'אק שארל לצד ניקולא-לואי רובר, ששימש טייס המשנה שלו. נפחו של הכדור הפורח היה 380 מטרים מעוקבים, ואף הוא היה ממולא-מימן. מעטפת הבלון מולאה במימן דרך שסתום שוויסת את זרימת המימן, והיא כוסתה ברשת שממנה נתלה הסל שבו ישבו שארל ורובר. השליטה בגובה הכדור הפורח נעשתה באמצעות מטען של שקי חול. הכדור הפורח התרומם עד לגובה של 550 מטר לערך ונחת לבסוף בקומונה נֵל־לה־ואלה (Nesles-la-Vallée) בעת שקיעה, לאחר ריחוף בן שעתיים וחמש דקות, לאורך מרחק של 36 קילומטרים. יחידת הפרשים שדהרה בעקבותיו של הכדור הפורח, ובראשה דוכס שארטר, החזיקה אותו צמוד לקרקע כאשר שארל וניקולא-לואי ירדו מהסל אל הארץ. לאחר שהגיע הכדור לקרקע, החליט שארל להמריא שוב, אך כעת בגפו, מאחר שהבלון איבד כבר חלק ממלאי המימן. כעת ריחף הבלון במהירות עד לגובה של 3,000 מטרים לערך, שבו יכול היה שארל לראות שוב את השמש ששקעה זה מכבר. בגובה זה החל שארל לחוש בכאבים עזים באוזניו, ולכן הוא "שִׁסְתֵּם" את אוזניו כדי לשחרר אוויר, הנמיך טוס בעדינות עד לקרקע, ונחת במרחק של כ-3 קילומטרים, ביער טור־דו־לה (Tour du Lay). בניגוד לאחים רובר, שארל לא טס שוב מאז. עם זאת, הכדור הפורח הממריא בהנעת מימן נקרא לכבודו "שארלייר" (Charlière). דווח כי 400,000 צופים חזו באירוע הפרחת הכדור הפורח, ושמאות אנשים שילמו קורונה אחת כדי לסייע במימון הקמת הכדור הפורח וכדי להשיג כניסה ל"אזור מיוחד" שבו יוכלו לזכות בתצפית מקרוב על ההמראה. עם בעלי אשרת הכניסה ל"אזור המיוחד" ניתן למנות את בנג'מין פרנקלין, ששימש הנציג הדיפלומטי מטעם ארצות הברית. כמו כן, נכח באותו אזור ז'וזף מונגולפייה, מהאחים מונגולפייה - שבנו את הכדור הפורח הראשון (שהמריא בהנעת אוויר חם), ושארל חלק לו כבוד, בכך שהעניק לו את הזכות להפריח את הבלון הראשון, הניסויי, בלון קטן בצבע ירוק בוהק, שנועד לסייע בהערכת תנאי מזג האוויר והרוח. אירוע זה התרחש עשרה יומיים לאחר ההמראה הראשונה של כדור פורח מאויש, כדור פורח שבנו האחים מונגולפייה ושאותו איישו ז'אן-פרנסואה פילאטר דה רוזייה (Jean-François Pilâtre de Rozier) ופרנסואה לורן ד'ארלנד (François Laurent d'Arlandes). סיימון שאמה (Simon Schama) העיר על כך בספרו Citizens ("אזרחים"): "השותף העיקרי של מונגולפייה בהיבט המדעי היה מ. שארל, ... שהיה הראשון שהציע את השימוש בגז המופק על ידי חומצה גופרתית, במקום שריפת תבן רטוב ועץ, שבהם נעשה שימוש בטיסות מוקדמות יותר. שארל עצמו השתוקק לטוס בכדור פורח, אך נתקל בהטלת וטו נחושה של המלך, שעקב בעניין רב אחר ההתפתחויות בעניין הכדורים הפורחים מאז הדיווחים הראשוניים על כך. הוא היה חרד מהסכנות שבטיסה הראשונית, והציע כי שני פושעים יהיו אלו שיישלחו לאוויר בטיסה הראשונה, הצעה שעליה התמרמרו שארל ועמיתיו." הפרויקט הבא של ז'אק שארל והאחים רובר היה בניית כלי תעופה מוארך ובר-ניווט, לפי המפרט של ז'אן בטיסט מנייה (Jean Baptiste Meusnier) לבלון בר-ניווט, רעיון אותו פיתח מנייה בשנים 1783-85, שהיה למעשה דגם מוקדם של ספינת אוויר. עיצוב הבלון שילב את ה"בלונית"/"מכל המשנה" (ballonet - "בָּלוֹנֶה") הפנימי של מנייה, וכלל הגה ניווט, אך שיטת ההנעה, על ידי פתיחה וסגירה של שמשיות כבפעולת משוט, הייתה בלתי יעילה בבירור. ז'אק שארל החליט שלא לטוס כלל בכלי תעופה זה, אך לעומתו יצאו ב-15 ביולי 1784 האחים רובר לטיסה בת 45 דקות, מסן־קְלוּ (Saint-Cloud) למדון (Meudon), יחד עם גיסם מ. קולן־אולן (M. Collin-Hullin) ועם לואי פיליפ השני, דוכס שארטר, בספינת אוויר שלה העניקו את השם La Caroline. בספינת האוויר הותקנו משוטים שנועדו להפקת כוח ההנעה ולניווט, אבל אלו התבררו כחסרי תועלת. בשל היעדרו של שסתום לשחרור גז, נאלץ הדוכס לנקב את ה"בלונה" עת הייתה ספינת האוויר בגובה 4,500 מטרים לערך, כדי למנוע קריעה של הבלון בשל התנפחות-יתר. ב-19 בספטמבר 1784 טסו האחים רובר ומ. קולן־אולן במשך 6 שעות ו-40 דקות, לאורך מרחק של 186 ק"מ, מפריז ועד לקומונה בוורי (Beuvry) ליד העיר בתון (Béthune). הייתה זו הטיסה הראשונה בהיסטוריה לאורך מרחק העולה על 100 ק"מ. שארל פיתח מספר המצאות שימושיות, לרבות שסתום להוצאת גז המימן מבלון התעופה, ומכשירים אחרים, כגון הידרומטר ומד זווית מחזיר אור. כמו כן, שיפר את ההליוסטט של המדען ההולנדי וילם 'ס חרבסנדה (Willem 's Gravesande) ואת ההידרומטר של דניאל גבריאל פרנהייט. בנוסף, אישש את ניסוייו של בנג'מין פרנקלין בתחום החשמל. חוק שארל, המתאר כיצד גזים מגדילים את נפחם בעת חימום, פורסם לראשונה על ידי לואי ז'וזף גה-ליסאק ב-1802, אך הוא ייחס את החוק לעבודה של ז'אק שארל שלא פורסמה, וקרא לחוק "חוק שארל" לכבודו. בסביבות 1878 ערך שארל ניסוי, שבו מילא 5 בלונים בגזים שונים, כאשר לכולם אותו נפח. לאחר מכן העלה את הטמפרטורה של הבלונים ל-80 מעלות צלזיוס, והבחין כי הנפח של כולם גדל באותה מידה. גה-ליסאק ציין ניסוי זה כאישוש לחוק, במאמרו מ-1802, שבו הציג את הקשר המדויק בין הנפח לטמפרטורה של גז. חוק שארל קובע, כי תחת לחץ קבוע, הנפח של גז אידיאלי פרופורציוני לטמפרטורה האבסולוטית שלו (הנמדדת במעלות קלווין). הנפח של הגז, תחת לחץ קבוע, עולה בצורה ליניארית ככל שעולה הטמפרטורה האבסולוטית של הגז. גה-ליסאק ניסח את החוק על ידי המשוואה V1/T1 = V2/T2. בקומונה נסלה-לה-ואלה (Nesles-la-Vallée), שבה נחתה ב-1 בדצמבר 1793 הטיסה המאוישת של שארל ורובר, הוקמה אסטלה לזכר טיסה זו. בשנת 1983 התקיים "גביע שארל ורובר" (Coupe Charles et Robert), תחרות בינלאומית של טיסה בכדורים פורחים, במקביל למועד מרוצי גביע גורדון בנט (Gordon Bennett Cup), המרוץ הוותיק ביותר של טיסות בכדורים פורחים בהנעת גז. היסטוריה של התעופה מדיה וקבצים בנושא ז'אק שארל בוויקישיתוף Chisholm, Hugh, ed. (1911). "Charles, Jacques Alexandre César". Encyclopædia Britannica (11th ed.). Cambridge University Press.‎ - הערך על ז'אק שארל במהדורה האחת-עשרה של אנציקלופדיה בריטניקה (הנמצאת ברשות הציבור), באתר ויקיטקסט (באנגלית) Jackie Alexandre Sammy Charles. U.S. Centennial of Flight Commission.‎ (באנגלית) כדורים פורחים, באתר מוזיאון המדע בירושלים biography/Jacques-Charles ז'אק שארל, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) ז'אק שארל, באתר "Find a Grave" (באנגלית) Pioneering The Balloon 1783:1900, v2.0.5 / chapter 1 of 5 / 01 jan 12 / greg goebel / public domain This Month in Physics History: November 1783: Intrepid physicist is first to fly, APS physics ‏Gay-Lussac, J. L. (L'An X – 1802), "Recherches sur la dilatation des gaz et des vapeurs", Annales de chimie XLIII: 137. English translation (extract). ‏Federation Aeronautique Internationale, Ballooning Commission, Hall of Fame, Robert Brothers. ‏Fiddlers Green, History of Ballooning, Jacques Charles Science and Society, Medal commemorating Charles and Robert’s balloon ascent, Paris, 1783. Eccentric France: Bradt Guide to mad, magical and marvellous France By Piers Letcher - Jacques Charles ‏Today in Science, The Montgolfier and Charles Balloons, from 1911 Encyclopædia Britannica Encyclopædia Britannica - Balloon Flight S. Schama (1989), Citizens, p. 125-6. Biographical dictionary of the history of technology, Volume 39 By Lance Day, Ian McNeil. Charles, Jacques Alexandre Cesar, עמ' 250 Federal Aviation Administration - F.A.Aviation News, October 2001, Balloon Competitions and Events Around the Globe, עמ' 15 מיקום האסטלה: 49°08′19″N 2°10′16″E﻿ / ﻿49.1385°N 2.171°E﻿ / 49.1385; 2.171. ראו גם את תצלום האסטלה. Coupe Aeronautique Gordon Bennett, More than 100 years.