צ'ארלס ויטסטון

סר צ'ארלס ויטסטון (באנגלית: Charles Wheatstone;‏ 6 בפברואר 1802 – 19 באוקטובר 1875) היה מדען אנגלי, בן התקופה הוויקטוריאנית, שהמצאותיו השאירו חותם עמוק על עולם הפיזיקה והמדע. מבין רעיונותיו ופיתוחיו הרבים בתחום הפיזיקה, נודע במיוחד בהמצאת הטלגרף החשמלי יחד עם ויליאם פות'רגיל קוק וכן בתרומתו לביסוס מעמדה של הנוסחה המתמטית לחישוב התנגדות חשמלית, "גשר ויטסטון". ויטסטון נולד במחוז גלוסטרשייר שבאנגליה. אביו היה מוכר כלי נגינה ובהמשך הפך למורה לנגינה בחליל. כבר בגיל צעיר מוריו של ויטסטון נדהמו מיכולותיו הדידקטיות והוא הסתמן כתלמיד מחונן. ב-12 בפברואר 1847 הוא נישא לאמה ווסט, שהייתה בחורה נאה ממשפחה אמידה. לזוג נולדו חמישה ילדים. בשנת 1866נפטרה אשתו והוא נותר אחראי לגידול ילדיו. בשנת 1868, לאחר שהמציא את הטלגרף, הוענק לו תואר אבירות על ידי מלכת אנגליה. בנוסף זכה לתואר אביר מטעם לגיון הכבוד הצרפתי, וכן נבחר לכהן כחבר באקדמיה השוודית המלכותית למדעים. במהלך ביקורו בצרפת בשנת 1875 הוא חלה בשפעת ובעקבות סיבוך של המחלה הוא נפטר מספר חודשים לאחר מכן באוקטובר 1875. בשנת 1843 דיווח ויטסטון לחברה המלכותית על פריצת דרך בניסיון להסביר את התאוריה לחישוב קבוע המעגל החשמלי. גשר ויטסטון הוא מעגל חשמלי הנועד לחשב התנגדות (או עכבה חשמלית) במקרה שמדובר ברכיב שלא ניתן למדוד בצורה ישירה (על ידי מיכשור). על אף שהראשון שתועד משתמש בשיטה היה סמואל האנטר כריסטי (אנ'), למעשה, השיטה לא הייתה מקובלת בקרב החוגים המדעיים עד שויטסטון פעל לביסוס מעמדה. מסיבה זו השיטה נקראה על שמו, "גשר ויטסטון", ושם זה נפוץ ומקובל עד היום. גשר ויטסטון מאפשר למדוד תכונות פיזיקליות שונות והשפעתן על חומרים שונים. למעשה הגשר מורכב מארבעה נגדים המוזנים על ידי זרם חשמלי. שימוש בחומרים שונים להרכבת הגשר מאפשר למדוד את השפעתן של תכונות החומרים. הפרש המתח בין הנגדים מלמד על הפרש התכונות של החומרים השונים. בציור משמאל, ניתן לראות כי על ידי שימוש בגשר ויטסטון ניתן לחשב את ההתנגדות Rx על ידי הבאת הגשר לאיזון, כלומר על ידי איפוס המתח בין הנקודות B ו-C לאחר שינוי אחד הנגדים הידועים. גשר ויטסטון משמש כאמצעי מדידה של תכונות שונות המשפיעות על חומרים שמהם עשויים הנגדים בגשר. כך ניתן, למשל, למדוד טמפרטורה כאשר הנגדים עשויים מחומר שהתנגדותו משתנה כפונקציה של טמפרטורת הסביבה באפיון ידוע (ליניארי, או אחר). לצורך מדידה כזו יונח צד אחד של הגשר בטמפרטורה ידועה. הפרש המתח שיתקבל בין שני צדדי הגשר יהיה פרופורציונלי להפרש הטמפרטורות. על עבודתו וכתביו בתחום זה, זכה ויטסטון למדליית כבוד מטעם החברה המלכותית. אחת מהמצאותיו החשובות של ויטסטון שאף זיכתה אותו בתואר אבירות מטעם המלכה, הייתה המצאת הטלגרף החשמלי. הטלגרף מאפשר שידור הודעות כתובות מבלי שההודעה נישאת על גבי עצם פיזי (כך לדוגמה, פקס או דואר אלקטרוני הם אמצעים טלגרפיים). ויליאם פות'רגיל קוק וויטסטון היו הראשונים שבנו מכשיר טלגרף לצורכי שימוש מסחריים. הטלגרף נכנס לשימוש בשירות הרכבות האנגלי בשנת 1838. המנגנון הפיזיקלי על פיו פועל מכשיר הטלגרף, כולל הפעלת קודים של פעימות זרם חשמלי שנעים על גבי חוטי חשמל ומשדרים אינפורמציה למרחקים ארוכים. הטלגרף המקובל מעביר את המידע באמצעות קוד מורס. לאחר שהאלקטרומגנט הומצא בשנת 1825, ניתן היה באמצעות זרם חשמלי ליצור תנועה מכנית. רעיון התקשורת החשמלית היה שניתן באמצעות סגירה ופתיחה של המפסק הסוגר את המעגל החשמלי להפעיל את האלקטרומגנט הנמצא רחוק. המפסק, הנקרא מפתח הטלגרף, מאפשר תרגום המידע המקודד לאותות חשמליים. הזרם החשמלי המועבר למרחקים גדולים נחלש, כתוצאה מאיבודי אנרגיה הנובעים מהתנגדותו החשמלית של התיל המעביר את הזרם. אולם, אלקטרומגנט המורכב עם סליל בעל מספר רב של ליפופים, יכול לפעול גם בזרם נמוך, וכך פותח הממסר, המאפשר סגירת מעגלים חשמליים בדרך והוספת אנרגיה לאות המתקדם. כתוצאה מכך, הממסר מאפשר להגביר את האות המועבר בקו החשמלי, ולהעבירו למרחק גדול יותר. הטלגרף הפשוט דרש מפעיל מיומן בצד המשדר, ומפעיל מיומן בצד הקולט. קצב השידור המקסימלי של מידע באמצעות הטלגרף היה של כ-30 מילים בדקה. רק לאחר המצאת הטלפרינטר, ניתן היה להגדיל בצורה משמעותית את קצב העברת המידע, ולהוריד את רמת המיומנות הנדרשת מהמפעיל. האיש המשדר יכול היה להקליד את המידע באותיות האלף בית, והמכשיר היה מתרגם בצורה אוטומטית את המידע לקוד מורס. גם בצד הקולט היה המכשיר מתרגם את המידע מקוד מורס למילים כתובות. את המידע ניתן היה לנקב על סרט עם חורים לפני המשלוח. בשנת 1838 תכנן ויטסטון את אחת הגרסאות הראשונות של הסטריאוסקופ – מכשיר המכיל שתי עדשות צפייה, כל אחת מהן מציגה שני דימויים כמעט זהים המוצבים זה לצד זה. פעולת המכשיר מבוססת על ההבנה שכאשר העיניים מביטות באובייקט מזוויות מעט שונות, נוצרת חווית צפייה תלת־ממדית. מחקרו של ויטסטון התבסס על עיקרון זה והוביל ליצירת הסטריאוסקופ, שחווית השימוש בו מעניקה אשליה של צפייה בתמונות תלת־ממדיות בעלות עומק. הפופולריות של הסטריאוסקופ צברה תאוצה במחצית השנייה של המאה ה-19, ושמשה בין היתר בתערוכות גדולות שבהן הוצבו מכשירי צפייה סטריאוסקופים. המצאה זו והתובנות שעומדות מאחוריה המשיכו לעצב את תחום המציאות המדומה גם בשנים הבאות. בשנת 1848 הוצג לראשונה השעון הפולארי בפני חברי הוועדה הבריטית למדעים. ההמצאה התבססה על תגליתו של דייוויד ברוסטר. ברוסטר גילה כי אור המאיר בשמיים עובר פולימריזציה על גבי משטח מישורי בזווית של 90 מעלות ביחס לשמש. בהתבסס על הנחה זו, הצליח ויטסטון לייצר מכשיר שיכול למדוד את מיקומה של השמש בכל רגע נתון ועל ידי כך למדוד את השעה. השעון הכיל זכוכית בעלת עדשה כפולה, ולוחית של סלניט. כאשר השעון פנה לקוטב הצפוני, זווית המחוגים הייתה משתנה ומורה על השעה המתאימה. מדיה וקבצים בנושא צ'ארלס ויטסטון בוויקישיתוף צ'ארלס ויטסטון, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) צ'ארלס ויטסטון, באתר "Find a Grave" (באנגלית) Wheatstone Bridge, באתר Electronics Tutorials מי המציא את הטלגרף?, באתר אנציקלופדיה אאוריקה Sir Charles Wheatstone: Father of the Wheatstone Bridge and British Electric Telegraph, באתר Interesting Engineering,‏ 1 במרץ 2018 רמי אריאלי, הטלגרף, באתר מכון ויצמן ההיסטוריה של המציאות המדומה, בבלוג virtualion