По приглашению А. Г. Столетова с 1881 г. И. Ф. Усагин работал механиком отдела прикладной физики Политехнического музея. Он был избран членом физической комиссии этого отдела. В качестве механика и демонстратора физических опытов на публичных лекциях в Политехническом музее И. Ф. Усагин работал до конца своей жизни.
По отзывам современников, И. Ф. Усагин как демонстратор физических опытов был непревзойденным мастером. Лекции Н. А. Любимова и А. Г. Столетова, Н. А. Умова, П. Н. Лебедева, А. Н. Соколова, А. В. Цингера, А. А. Эйхенвальда и др. как в университете, так и публичные лекции вне университета всегда сопровождались опытами, демонстрируемыми И. Ф. Усагиным. Эти опыты для слушателей были не менее ценными и интересными, чем сами лекции. Вот как вспоминает о демонстрационном мастерстве И. Ф. Усагина академик Н. Н. Андреев:
«Впервые я услышал имя Ивана Филипповича Усагина, когда еще будучи студентом Базельского университета приехал в 1908 году на каникулы в Москву и встретился с некоторыми молодыми физиками, группировавшимися около П. Н. Лебедева. ...Все говорили: «Не было случая, чтобы у И. Ф. Усагина не удалась какая-нибудь демонстрация». Через год я вернулся в Москву уже доктором философии (физика входила в курс философского факультета) и начал работать у П. Н. Лебедева. Мне приходилось встречаться с Иваном Филипповичем на лебедевских коллоквиумах, где он неизменно присутствовал. Он был высокого роста, густые с проседью волосы и такая же борода. Говорил он мало — это был самый молчаливый участник коллоквиума. Но одно его выступление запомнилось мне навсегда. На коллоквиуме был доклад о работах Перрена по броуновскому движению, тогда совсем новых и обративших на себя внимание всего мира. В большой физической аудитории нас собралось человек двадцать; по окончании доклада все притихли и задумались: новы и значительны показались всем исследования Перрена. Тут П. Н. Лебедев сказал:
— А теперь Иван Филиппович покажет вам броуновское движение на экране.
Мы столпились около проекционного микроскопа; Иван Филиппович включил ток, и на экране заплясали броуновские частички. Вероятно, это была первая в мире демонстрация броуновского движения на экране. Молчание не прерывалось, все смотрели, как зачарованные. Тут мы услышали низкий голос Усагина:
— Вот вам и вечное движение.
Свет был включен, мы стали расходиться по-прежнему в молчании. Молчал и Иван Филиппович». Профессор К. Ф. Теодорчик вспоминает: «С Иваном Филипповичем Усагиным я встретился впервые в 1812 году, еще будучи студентом, на лекциях
по общей физике. Демонстрации опытов, выполняемых Усагиным, с его точными, неторопливыми движениями, которыми он безотказно управлял сложнейшими физическими явлениями, запоминались несравненно ярче, чем лекции читавших курс профессоров. Безмолвный во время лекции, Иван Филиппович во время перерывов был всегда окружен студенческой толпой и живо, увлекательно отвечал на многочисленные вопросы, касавшиеся как курса, так особенно методов показа физических явлений.
Необходимо сказать, что блестящая техника и богатство лекционного материала физического эксперимента определялись не только выдающимся дарованием Ивана Филипповича, но и неустанной упорной работой его в физическом кабинете: как правило, Иван Филиппович работал в кабинете с утра до поздней ночи. Лекцию, которая должна начаться в 10 часов утра, Иван Филиппович со своими помощниками начинал готовить еще накануне днем.
Таким образом, работа Ивана Филипповича над демонстрационным оснащением курса физики напоминала работу талантливого режиссера над постановкой спектакля. Как в хорошей постановке, Иван Филиппович заботился о том, чтобы каждое явление показать наиболее полно и убедительно, чтобы демонстрация одинаково хорошо была видна из любого места аудитории. ... Каждое новое физическое явление, описанное в журнале, Иван Филиппович сейчас же воспроизводил и стремился облачить в форму, пригодную для демонстрации в большой аудитории».
Как физик-экспериментатор И. Ф. Усагин уже в конце XIX века становится известным среди ученых России и даже за границей. Он был участником многих съездов и собраний обществ ученых России и, как уже упоминалось, Международного конгресса физиков в Париже. Сохранившиеся архивные материалы многих обществ ученых говорят нам о том, какое выдающееся значение имело участие И. Ф. Усагина в работе этих обществ, с каким уважением и теплотой относились к нему известные русские ученые.
В дневнике IX съезда естествоиспытателей и врачей, в протоколе № 9 заседания от 10 января 1894 г., читаем:
«По предложению председателя Г. Г. де-Метца собрание единодушными аплодисментами благодарило профессора А. Г. Столетова за организацию многочисленных и интересных демонстраций. А. Г. Столетов заявил, что успехом этих демонстраций он обязан содействию лаборантов Е. И. Брюсова, А. В. Ульянина, П. Н. Лебедева и в особенности препаратора И. Ф. Усагина, на котором главным образом сосредоточилась вся совокупность приготовлений. Собрание приветствовало этих лиц аплодисментами».
В дневнике XII съезда естествоиспытателей и врачей, в протоколе от 28 декабря 1909 г. на странице 13 читаем: «И. И. Боргманом было произнесено слово в память А. Г. Столетова ... П. Н. Лебедев и И. Ф. Усагин сделали сообщения о работе А. Г. Столетова и демонстрировали на опыте токи насыщения, открытые Столетовым. По предложению И. И. Боргмана собрание продолжительными аплодисментами приветствовало И. Ф. Усагина, сотрудника А. Г. Столетова».
Краткие протокольные записи говорят нам о выдающейся роли И. Ф. Усагина на традиционных съездах русских естествоиспытателей и врачей, обсуждавших на своих заседаниях новые научные открытия. Секция физики этого съезда 4 января 1910 г. избрала И. Ф. Усагина почетным секретарем на все заседания.
Как физик-экспериментатор И. Ф. Усагин активно участвовал на съездах Общества любителей естествознания, антропологии и этнографии. В 1890 г. на очередном годичном съезде это Общество наградило И. Ф. Усагина именной медалью. На лицевой стороне медали обозначено:
«ИВАНУ ФИЛИППОВИЧУ УСАГИНУ,
15 октября 1890 г.»
На обратной стороне медали читаем:
«Признательное императорское Общество любителей естествознания при Московском университете 1890».
Это же Общество в 1892 г. избрало И. Ф. Усагина своим действительным членом.
Московское общество испытателей природы на заседании 16 октября 1897 г. избрало И. Ф. Усагина членом-корреспондентом.
Педагогическое общество при Московском университете избрало И. Ф. Усагина своим членом-сотрудником (Общество было закрыто в 1905 г. за революционные выступления).
Общество по изучению и распространению физических наук, организованное в 1912 г. Н. А. Умовым вместо Педагогического общества, на учредительном собрании 18 ноября 1912 г. избрало И. Ф. Усагина (вместе с Н. Е. Жуковским, С. А. Чаплыгиным и другими выдающимися деятелями науки) почетным членом.
И. Ф. Усагин был в особенно хороших отношениях с Н. А. Умовым. С ним он работал с 1893 г. Н. А. Умов высоко ценил И. Ф. Усагина, принимал самое деятельное участие в его личной жизни, проявлял исключительную заботу о его научно-исследовательской работе.
И. Ф. Усагин бессменно демонстрировал физические опыты на всех лекциях Умова в университете и на публичных лекциях. Сам Н. А. Умов почти никогда не занимался экспериментальной частью, предоставив ее И. Ф. Усагину. Для опытов, демонстрируемых на лекциях Н. А. Умова, И. Ф. Усагин построил несколько приборов.
Некоторые из них сохранились в университете — прибор для демонстрации скорости распространения звука, прибор для демонстрации поляризации света, конический анализатор и др.
В 1899 г. благодаря настойчивому ходатайству Н. А. Умова, при поддержке А. П. Соколова, за заслуги перед наукой И. Ф. Усагину было присвоено звание личного почетного гражданина (обычно это звание присваивалось известным и богатым буржуа, не жалевшим денег на строительство церквей, на вклады в монастыри и «богоугодные» благотворительные учреждения).
На протяжении почти десятилетия коллектив профессоров и сотрудников физико-математического факультета университета добивался назначения И. Ф. Усагина штатным лаборантом, а впоследствии старшим ассистентом, несмотря на отсутствие у него официального образовательного ценза. В то время И. Ф. Усагин был известен экспериментальными исследованиями и изобретениями не только среди ученых России, но и за рубежом (исследования по цветной фотографии, изобретение трансформатора). Профессора и сотрудники физико-математического факультета стремились устранить несоответствие научных заслуг И. Ф. Усагина с занимаемой должностью препаратора.
В 1915 г. благодаря настойчивым ходатайствам ученых Московского университета и попечителя московского учебного округа, министр просвещения представил доклад царю, на основании которого И. Ф. Усагин был «высочайше» утвержден в должности старшего ассистента по кафедре физики. А на эту должность назначали лиц с университетским образованием.
В постановке физического эксперимента И. Ф. Усагин не был мастером-одиночкой. Многим молодым физикам он помогал совершенствовать искусство демонстрации опытов. Известный русский ученый Петр Николаевич Лебедев начинал свою работу в университете в качестве лаборанта физической лаборатории. В то время И. Ф. Усагин уже имел большой опыт работы в экспериментальной физике. П. Н. Лебедев в своей работе использовал богатый опыт И. Ф. Усагина. Позднее, став прославленным ученым, П. Н. Лебедев всегда пользовался услугами И. Ф. Усагина. На всех ответственных лекциях в университете и на публичных лекциях П. Н. Лебедеву неизменно ассистировал И. Ф. Усагин.
По предложению П. Н. Лебедева И. Ф. Усагин применил оборотную призму для проекции на экран. Об этом эксперименте П. Н. Лебедев написал работу «Проложение с оборотного призмою», опубликованную в журнале «Физическое обозрение» в 1900 г. с посвящением И. Ф. Усагину.
В 1910 г. по идее П. Н. Лебедева при непосредственном участии И. Ф. Усагина Е. В. Богословский, ученик Лебедева, создал прибор для демонстрации принципа Гюйгенса. Этот прибор описан в статье П. Н. Лебедева и И. Ф. Усагина «Прибор для демонстрации принципа Гюйгенса». Прибор давал возможность демонстрировать в движении капиллярные волны на поверхности жидкости (раньше это делалось по фотоснимкам).
С И. Ф. Усагиным работал и выдающийся ученый-физик, педагог Александр Александрович Эйхенвальд (1863—1944), известный своими научными трудами и как мастер физического эксперимента. На лекциях А. А. Эйхенвальда по экспериментальной физике опыты всегда демонстрировал И. Ф. Усагин.
У И. Ф. Усагина прошел школу физического эксперимента выдающийся ученый и педагог Александр Васильевич Цингер (1870—1934), автор известного учебника по физике. В одном из своих выступлений, посвященных памяти Н. А. Умова, А. В. Цингер назвал И. Ф. Усагина своим учителем. А. В. Цингер повторил это и на траурном собрании, посвященном памяти И. Ф. Усагина.
У И. Ф. Усагина учились овладевать техникой физического эксперимента многие выдающиеся советские ученые. Так, профессор К. П. Яковлев сообщает, что ему часто приходилось обращаться за помощью и советами к И. Ф. Усагину, а в чтении лекций по экспериментальной физике ему «приходилось целиком опираться на помощь Ивана Филипповича». Известный ученый Г. С. Ландсберг полюбил физику благодаря блестящей демонстрации опытов И. Ф. Усагиным и, как он вспоминает, через год учебы в Московском университете твердо решил перейти с естественного отделения на математическое (в то время математическое отделение включало специальности механику, физику и астрономию). Многие студенты университета, ставшие потом учителями, врачами, ассистентами, лаборантами, учились экспериментальному искусству у И. Ф. Усагина. Многие и теперь с благодарностью вспоминают его имя. Так, учитель из Рязани К. Р. Крылов, проработавший на педагогическом поприще 45 лет, вспоминает:
«Впервые я узнал об Иване Филипповиче, как изобретателе трансформатора, в 1908 г. от своего учителя физики, обучавшегося в Московском университете. Увидел же я его позднее, в 1911 году, на первой вступительной лекции по физике.
Перед самым началом лекции вошел в аудиторию высокий, немного сутуловатый человек, с большой седеющей головой и бородой и сел справа у стены, скрестив руки на груди. По аудитории пошел шепот: «Иван Филиппович!..» Таким я его запомнил.
Много поколений физиков, математиков, естественников и медиков видели и знали И. Ф. Усагина. Профессора менялись, а И. Ф. Усагин оставался, и о нем большинство студентов знало больше, чем о профессорах. Его жизнь и судьбу в какой-то мере можно сравнить с судьбой Фарадея. Оба получили только начальное образование, остального добились путем настойчивого самообразования...
Влияние личности И. Ф. Усагина на студентов было велико именно тем, что простой, не имевший систематического образования крестьянин мог добиться результатов, редких для многих ученых».
По ходатайству физико-математического факультета И. Ф. Усагин был командирован с экспедицией для наблюдения за солнечным затмением в Киев 8 августа 1914 г. Ему было поручено приготовление необходимой аппаратуры для наблюдения затмения и фотографирования короны.
Во время первой мировой врйны И. Ф. Усагин был занят работой на оборону страны. В 1915—1916 гг. в лабораториях физического кабинета и в лабораториях физического практикума под руководством И. Ф. Усагина и лаборантов изготовлено несколько тысяч позывных прерывателей («зуммеров») для военно-полевых телефонов.
В 1909—1910 гг. И. Ф. Усагин заинтересовался фосфоресценцией газов при электрических разрядах, наблюдавшейся еще в опытах А. Г. Столетова. Этой проблеме он посвятил несколько лет и заинтересовал молодого физика-ассистента Н. П. Метелкина, включившегося в исследования. Результаты исследования И. Ф. Усагин и Н. П. Метелкин описали в работе, озаглавленной «Фосфоресценция газов при электрических разрядах», опубликованной в 1917 г. в «Журнале Физико-химического общества».
В этой работе авторы определили фосфоресценцию как «электрическое послесвечение». «Нашей целью, — читаем в статье, — является изучение фосфоресценции газов при различных формах электрического разряда и определение зависимости факторов, характеризующих фосфоресценцию, от формы разряда и от других причин. Кроме того, в этой статье... приводятся некоторые добытые результаты исследований, предпринятых нами с целью выяснить внутренний механизм фосфоресценции». Далее авторы анализируют работы зарубежных и русских ученых в области фосфоресценции, вносят теоретические поправки к этим работам и делают смелые по тому времени обобщения. В работе авторы поместили подробные таблицы о «продолжительности фосфоресценции воздуха при различных явлениях и для различной формы разрядов», а также таблицы о продолжительности фосфоресценции и таблицы зависимости интенсивной фосфоресценции от давления. Авторы не опубликовали вторую работу об исследовании фосфоресценции азота, хотя такое исследование было проведено. «До сих пор, — писали они, — мы имели дело лишь с азотом, добытым из воздуха и несвободным от примесей. Подробное же изложение о фосфоресценции азота мы откладываем до следующего раза». Их намерение дополнительно исследовать ряд вопросов фосфоресценции, по-видимому, не удалось осуществить из-за длительного перерыва занятий в университете вследствие революционных событий 1917 г.
