Знимтельня физик. В 2-х книгх. Книг 2 Издтельство «Нук» Москв 1983

Я. И. Перельмн

Знимтельня физик

Книг 2

ОТ РЕДАКЦИИ

Предлгемое издние «Знимтельной физики» в основном повторяет предыдущие. Я. И. Перельмн в течение многих лет рботл нд книгой, совершенствуя текст и дополняя его, и в последний рз при жизни втор книг вышл в 1936 г. (триндцтое издние). Выпускя последующие издния, редкция не ствил своей целью коренную перерботку текст или существенные дополнения: втор тк подобрл основное содержние «Знимтельной физики», что оно, иллюстрируя и углубляя основные сведения из физики, не устрело до сих пор. Кроме того, времени после 1936 г. прошло уже тк много, что желние отрзить новейшие достижения физики привело бы и к знчительному увеличению книги, и к изменению ее «лиц». Нпример, вторский текст о принципх космических полетов не устрел, фктического мтерил в этой облсти уже тк много, что можно только дресовть читтеля к другим книгм, специльно посвященным этой теме. Четырндцтое и пятндцтое издния (1947 и 1949 гг.) вышли под редкцией проф. А. Б. Млодзеев-ского. В подготовке шестндцтого издния (1959— 1960 гг.) принял учстие доц. В. А. Угров. При редктировнии всех издний, вышедших без втор, лишь зменены устревшие цифры, изъяты не опрвдвшие себя проекты, сделны отдельные дополнения и примечния.

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА К ТРИНАДЦАТОМУ ИЗДАНИЮ

Эт книг предствляет собой смостоятельный сборник, не являющийся прямым продолжением первой книги «Знимтельной физики». Успех первого сборник побудил втор обрботть остльной нкопившийся у него мтерил, и тким обрзом соствилсь эт вторя или, вернее, другя книг, охвтывющя те же отделы физики.

В предлгемой книге, кк и в первой, соствитель стремится не столько сообщить новые знния, сколько оживить и освежить те простейшие сведения по физике, которые у читтеля уже имеются. Цель книги — возбудить деятельность нучного вообржения, приучить мыслить в духе физики и рзвить привычку к рзностороннему применению своих знний. Поэтому в «Знимтельной физике» отводится описнию эффектных опытов второстепенное место; н первый же плн выдвигются физические головоломки, интересные здчи, поучительные прдоксы, змысловтые вопросы, неожиднные сопоствления из облсти физических Явлений и т. п. В поискх ткого мтерил соствитель обрщется к кругу явлений обиходной жизни, к облсти техники, к природе, к стрницм нучно-фнтстических ромнов, — словом, ко всему, что, нходясь з пределми учебник и физического кбинет, способно привлечь внимние любознтельного читтеля.

Преднзнчя книгу не для изучения, для чтения, соствитель стрлся, нсколько умел, придть нложению и внешне интересную форму, исходя из того, что интерес к предмету повышет внимние,усиливет рботу мысли и, следовтельно, способствует более сознтельному усвоению. Для оживления интерес к физическим рсчетм в некоторые сттьи этого сборник введен вычислительный мтерил (чего в первой книге почти не деллось). В общем, нстоящий сборник по подбору мтерил преднзнчется для несколько более подготовленного читтеля, нежели первя книг «Знимтельной физики», хотя рзличие в этом отношении между обеими книгми нстолько незнчительно, что их можно читть в любой последовтельности и незвисимо одну от другой.Третьей книги «Знимтельной физики» не существует. Взмен ее втором соствлены следующие книги: «Знимтельня мехник», «Знете ли вы физику?» и, кроме того, отдельня книг, посвящення вопросм строномии: «Знимтельня строномия».

1936 г. Я. Перельмн

Глв первя

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ МЕХАНИКИ

Смый дешевый способ путешествовть

Остроумный фрнцузский пистель XVII век Сирно де Бержерк в своей стирической «Истории госудрств н Луне» (1652 г.) рсскзывет, между прочим, о тком будто бы происшедшем с ним удивительном случе. Знимясь физическими опытми, он однжды непостижимым обрзом был поднят вместе со своими склянкми высоко в воздух. Когд же через несколько чсов ему удлось спуститься вновь н землю, то, к изумлению, очутился он уже не в родной Фрнции и дже не в Европе, н мтерике Северной Америки, в Кнде! Свой неожиднный перелет через Атлнтический окен фрнцузский пистель, однко, нходит вполне естественным. Он объясняет его тем, что, пок невольный путешественник был отделен от земной поверхности, плнет нш продолжл по-прежнему врщться н восток; вот почему, когд он опустился, под ногми его вместо Фрнции окзлся уже мтерик Америки.

Кзлось бы, ккой дешевый и простой способ путешествовть! Стоит только подняться нд Землей и продержться в воздухе хотя бы несколько минут, чтобы Опуститься уже совершенно в другом месте, длеко К зпду. Вместо того чтобы предпринимть утомительные путешествия через мтерики и окены, можно неподвижно висеть нд Землей и выжидть, пок он см подствит путнику место нзнчения.

К сожлению, удивительный способ этот — не более кк фнтзия. Во-первых, поднявшись в воздух, мы, в сущности, не отделяемся еще от земного шр: мы остемся связнными с его гзообрзной оболочкой, висим в его тмосфере, которя тоже ведь учствует во врщении Земли вокруг оси. Воздух (вернее, его нижние более плотные слои) врщется вместе с Землей, увлекя с собой все, что в нем нходится: облк, эроплны, всех летящих птиц, нсекомых и т. д. Если бы воздух не учствовл во врщении земного шр, то, стоя н Земле, мы постоянно чувствовли бы сильнейший ветер, по срвнению с которым смый стршный ургн кзлся бы нежным дуновением[1]). Ведь совершенно безрзлично: стоим ли мы н месте, воздух движется мимо нс, или же, ноборот, воздух неподвижен, мы перемещемся в нем; в обоих случях мы ощущем одинково сильный ветер. Мотоциклист, движущийся со скоростью 100 км в чс, чувствует сильнейший встречный ветер дже в совершенно тихую погоду.

Рисунок 1. Можно ли с эростт видеть, кк врщется земной шр? (Мсштб в рисунке не соблюден).

Это во-первых. Во-вторых, если бы дже мы могли подняться в высшие слои тмосферы или если бы Земля вовсе не был окружен воздухом, нм и тогд не удлось бы воспользовться тем дешевым способом путешествовть, о котором фнтзировл фрнцузский стирик. В смом деле, отделяясь от поверхности врщющейся Земли, мы продолжем по инерции двигться с прежней скоростью, т. е. с тою же, с ккой перемещется под нми Земля. Когд же мы снов опускемся вниз, мы окзывемся в том смом месте, от которого рньше отделились, подобно тому кк, подпрыгнув в вгоне движущегося поезд, мы опускемся н прежнее место. Првд, мы будем двигться по инерции прямолинейно (по кстельной), Земля под нми — по дуге; но для небольших промежутков времени это не меняет дел.

«Земля, остновись!»

У известного нглийского пистеля Герберт Уэллс есть фнтстический рсскз о том, кк некий конторщик творил чудес. Весьм недлекий молодой человек окзлся волею судьбы облдтелем удивительного др: стоило ему выскзть ккое-нибудь пожелние, и оно немедленно же исполнялось. Однко змнчивый др, кк окзлось, не принес ни его облдтелю, ни другим людям ничего, кроме неприятностей. Для нс поучителен конец этой истории.

После зтянувшейся ночной попойки конторщик-чудодей, опсясь явиться домой н рссвете, вздумл воспользовться своим дром, чтобы продлить ночь. Кк это сделть? Ндо прикзть светилм неб приостновить свой бег. Конторщик не срзу решился н ткой необычйный подвиг, и когд приятель посоветовл ему остновить Луну, он, внимтельно поглядев н нее, скзл в рздумье:

«— Мне кжется, он слишком длеко для этого… Кк вы полгете?

— Но почему же не попробовть? — нстивл Мейдиг (тк звли приятеля. — Я. П.). — Он, конечно, не остновится, вы только прекртите врщение Земли. Ндеюсь, это никому не повредит!

— Гм, — скзл Фотерингей (конторщик. — Я. П.), — Хорошо, попробую. Ну…

Он стл в повелительную позу, простер руки нд миром и торжественно произнес:

— Земля, остновись! Перестнь врщться! Не успел он договорить эти слов, кк приятели уже летели в прострнство со скоростью нескольких дюжин миль в минуту.

Несмотря н это, он продолжл думть. Меньше чем в секунду он успел и подумть и выскзть про себя следующее пожелние:

— Что бы ни случилось, пусть я буду жив и невредим!

Нельзя не признть, что желние это было выскзно во-время. Еще несколько секунд, — и он упл н ккую-то свежевзрытую землю, вокруг него, не принося ему никкого вред, неслись кмни, обломки здний, метллические предметы рзного род; летел и ккя-то несчстня коров, рзбившяся при удре о землю. Ветер дул со стршной силой; он не мог дже приподнять голову, чтобы оглянуться вокруг.

— Непостижимо, — воскликнул он прерывющимся голосом. — Что случилось? Буря, что ли? Должно быть, я что-нибудь не тк сделл.

Осмотревшись, нсколько позволял ему ветер и рзвеввшиеся флды пиджк, он продолжл:

— Н небе-то, кжется, все в порядке. Вот и Лун. Ну, все остльное… Где же город? Где дом и улицы? Откуд взялся ветер? Я не прикзывл быть ветру.

Фотерингей попробовл встть н ноги, но это окзлось совершенно невозможным, и потому он подвиглся вперед н четверенькх, придерживясь з кмни и выступы почвы. Идти, впрочем, было некуд, тк кк, нсколько можно было видеть из-под флд пиджк, зкинутых ветром н голову пресмыкющегося чудодея, все кругом предствляло собою одну кртину рзрушения.

— Что-то ткое во вселенной серьезно испортилось, — подумл он, — что именно — неизвестно.

Действительно, испортилось. Ни домов, ни деревьев, ни кких-либо живых существ — ничего не было видно. Только бесформенные рзвлины д рзнородные обломки влялись кругом, едв видные среди целого ургн пыли.

Виновник всего этого не понимл, конечно, в чем дело. А между тем оно объяснялось очень просто. Остновив Землю срзу, Фотерингей не подумл об инерции, между тем он при внезпной остновке кругового движения неминуемо должн был сбросить с поверхности Земли все н ней нходящееся. Вот почему дом, люди, деревья, животные — вообще все, что только не было нерзрывно связно с глвной мссой земного шр, полетело по кстельной к его поверхности со скоростью пули. А зтем все это вновь пдло н Землю, рзбивясь вдребезги.

Фотерингей понял, что чудо, им совершенное, не особенно удчно. А потому им овлдело глубокое отврщение ко всяким чудесм, и он дл себе слово не творить их больше. Но прежде нужно было попрвить беду, которую он нделл. Бед эт окзлсь немлою. Буря свирепел, облк пыли зкрыли Луну, и вдли слышен был шум приближющейся воды; Фотерингей видел при свете молнии целую водяную стену, со стршной скоростью подвигвшуюся к тому месту, н котором он лежл. Он стл решительным.

— Стой! — вскричл он, обрщясь к воде. — Ни шгу длее!

Зтем повторил то же рспоряжение грому, молнии и ветру.

Все зтихло. Присев н корточки, он здумлся.

— Кк бы это опять не нделть ккой-нибудь кутерьмы, — подумл он и зтем скзл: — Во-первых, когд исполнится все, что я сейчс прикжу, пусть я потеряю способность творить чудес и буду тким же, кк обыкновенные люди. Не ндо чудес. Слишком опсня игрушк. А во-вторых, пусть все будет по-строму: тот же город, те же люди, ткие же дом, и я см ткой же, кким был тогд».

Письмо с смолет

Вообрзите, что вы нходитесь в смолете, который быстро летит нд землей. Внизу — знкомые мест. Сейчс вы пролетите нд домом, где живет вш приятель. «Хорошо бы послть ему привет», — мелькет у вс в уме. Быстро пишете вы несколько слов н листке зписной книжки, привязывете зписку к ккому-либо тяжелому предмету, который мы в дльнейшем будем нзывть «груз», и, выждв момент, когд дом окзывется кк рз под вми, выпускете груз из рук.

Вы в полной уверенности, конечно, что груз упдет в сду дом. Однко он пдет вовсе не туд, хотя сд и дом рсположены прямо под вми!

Следя з его пдением с смолет, вы увидели бы стрнное явление: груз опускется вниз, но в то же время продолжет оствться под смолетом, словно скользя по привязнной к нему невидимой нити. И когд груз достигнет земли, он будет нходиться длеко впереди того мест, которое вы нметили.

Здесь проявляется тот же зкон инерции, который мешет воспользовться соблзнительным советом путешествовть по способу Бержерк. Пок груз был в смолете, он двиглся вместе с мшиной. Вы отпустили его. Но, отделившись от смолет и пдя вниз, груз не утрчивет своей первончльной скорости, , пдя, продолжет в то же время совершть движение в воздухе в прежнем нпрвлении. Об движения, отвесное и горизонтльное, склдывются, и в результте груз летит вниз по кривой линии, оствясь все время под смолетом (если, конечно, см смолет не изменяет нпрвления или скорости полет). Груз летит, в сущности, тк же, кк летит горизонтльно брошенное тело, нпример пуля, выброшення из горизонтльно нпрвленного ружья: тело описывет дугообрзный путь, окнчивющийся в конце концов н земле.

Зметим, что все скзнное здесь было бы совершенно верно, если бы не было сопротивления воздух. Н смом деле это сопротивление тормозит и вертикльное и горизонтльное перемещение груз, вследствие чего груз не остется все время прямо под смолетом, несколько отстет от него.

Уклонение от отвесной линии может быть очень знчительно, если смолет летит высоко и с большой скоростью. В безветренную погоду груз, пдющий с смолет, который н высоте 1000 м летит со скоростью 100 км в чс, упдет метров н 400 впереди мест, лежщего отвесно под смолетом (рис. 2).

Рсчет (если пренебречь сопротивлением воздух) несложен. Из формулы для пути при рвномерно ускоренном движении

,

мы получим, что

.

Знчит, с высоты 1000 м кмень должен пдть в течение

т. е. 14 сек.

З это время он успеет переместиться в горизонтльном нпрвлении н

м.

Бомбометние

После скзнного стновится ясным, кк трудн здч военного летчик, которому поручено сбросить бомбу н определенное место: ему приходится принимть в рсчет и скорость смолет, и влияние воздух н пдющее тело и, кроме того, еще скорость ветр. Н рис. 3 схемтически предствлены рзличные пути, описывемые сброшенной бомбой при тех или иных условиях. Если ветр нет, сброшення бомб лежит по кривой АР; почему тк — мы объяснили выше. При попутном ветре бомбу относит вперед и он движется. по кривой АG. При встречном ветре умеренной силы бомб пдет по кривой АD, если ветер вверху и внизу одинков;если же, кк чсто бывет, ветер внизу имеет нпрвление, противоположное верхнему ветру (нверху — встречный, внизу — попутный), кривя пдения изменяет свой вид и принимет форму линии А Е.

Рисунок 2. Груз, брошенный с летящего смолет, пдет не отвесно, по кривой.

Рисунок 3. Путь, по которому пдют бомбы, сброшенные с эроплн. АР — в безветренную погоду; АG — при попутном ветре, АD — при встречном ветре, АЕ — при ветре, встречном вверху и попутном внизу.

Безостновочня железня дорог

Когд вы стоите н неподвижной плтформе вокзл и мимо нее проносится курьерский поезд, то вскочить в вгон н ходу, конечно, мудрено. Но предствьте себе, что и плтформ под вми тоже движется, притом с ткою же скоростью и в ту же сторону, кк и поезд. Трудно ли будет вм тогд войти в вгон?

Нисколько: вы войдете тк же спокойно, кк если бы вгон стоял неподвижно. Рз и вы и поезд движетесь в одну сторону с одинковой скоростью, то по отношению к вм поезд нходится в полном покое. Првд, колес его врщются, но вм будет кзться, что они вертятся н месте. Строго говоря, все те предметы, которые мы обычно считем неподвижными, — нпример, поезд, стоящий у вокзл, — движутся вместе с нми вокруг оси земного шр и вокруг Солнц; однко прктически мы можем не учитывть это движение, тк кк оно нм нисколько не мешет.

Следовтельно, вполне мыслимо устроить тк, что-бы поезд, проходя мимо стнций, принимл и высживл пссжиров н полном ходу, не остнвливясь. Приспособления ткого род нередко устривются н выствкх, чтобы дть публике возможность быстро и удобно осмтривть их достопримечтельности, рскинутые н обширном прострнстве. Крйние пункты выствочной площди, словно бесконечной лентой, соединяются железной дорогой; пссжиры могут в любой момент и в любом месте входить в вгоны и выходить из них н полном ходу поезд.

Это любопытное устройство покзно н прилгемых рисункх. Н рис. 4 буквми А и В отмечены крйние стнции. Н кждой стнции помещется кругля неподвижня площдк, окруження большим врщющимся кольцеобрзным диском. Вокруг врщющихся дисков обеих стнций обходит кнт, к которому прицеплены вгоны. Теперь последите, что происходит при врщении диск. Вгоны бегут вокруг дисков с ткою же скоростью, с ккою врщются их внешние кря; следовтельно, пссжиры без млейшей опсности могут переходить с дисков в вгоны или, ноборот, покидть поезд. Выйдя из вгон, пссжир идет по врщющемуся диску к центру круг, пок не дойдет до неподвижной площдки; перейти с внутреннего кря подвижного диск н неподвижную площдку уже нетрудно, тк кк здесь, при млом рдиусе круг, весьм мл и окружня скорость[2]). Достигнув внутренней неподвижной площдки, пссжиру остется лишь перебрться по мостику н землю вне железной дороги (рис. 5).

Рисунок 4. Схем устройств безостновочной железной дороги между стнциями А и В. Устройство стнции покзно н следующем рисунке.

Рисунок 5. Стнция безостновочной железной дороги.

Отсутствие чстых остновок дет огромный выигрыш во времени и зтрте энергии. В городских трмвях, нпример, большя чсть времени и почти две трети всей энергии тртится н постепенное ускорение движения при отходе со стнции и н змедление при остновкх[3]).

Н стнциях железных дорог можно было бы обойтись дже без специльных подвижных плтформ, чтобы принимть и высживть пссжиров н полном ходу поезд. Вообрзите, что мимо обыкновенной неподвижной стнции проносится курьерский поезд; мы желем, чтобы он, не остнвливясь, принял здесь новых пссжиров. Пусть же эти пссжиры зймут пок мест в другом поезде, стоящем н зпсном прллельном пути, и пусть этот поезд нчнет двигться вперед, рзвивя ту же скорость, что и курьерский. Когд об поезд окжутся рядом, они будут неподвижны один относительно другого: достточно перекинуть мостки, которые соединяли бы вгоны обоих поездов, — и пссжиры вспомогтельного поезд смогут спокойно перейти в курьерский. Остновки н стнциях сделются, кк видите, излишними.

Движущиеся тротуры

Н принципе относительности движения основно и другое приспособление, применявшееся до сих пор только н выствкх: тк нзывемые «движущиеся тротуры». Впервые они были осуществлены н выствке в Чикго в 1893 г., зтем н Прижской Всемирной выствке в 1900 г. Вот чертеж ткого устройств (рис. 6). Вы видите пять змкнутых полос-тротуров, движущихся посредством особого мехнизм одн внутри другой с рзличной скоростью.

Смя крйняя полос идет довольно медленно — со скоростью всего 5 км в чс; это обыкновення скорость пешеход, и вступить н ткую медленно ползущую полосу нетрудно. Рядом с ней, внутри, бежит вторя полос, со скоростью 10 км в чс. Вскочить н нее прямо с неподвижной улицы было бы опсно, но перейти н нее с первой полосы ничего не стоит. В смом деле: по отношению к этой первой полосе, ползущей со скоростью 5 км, вторя, бегущя со скоростью 10 км в чс, делет всего только 5 км в чс; знчит, перейти с первой н вторую столь же легко, кк перейти с земли н первую. Третья полос движется уже со скоростью 15 км в чс, но перейти н нее со второй полосы, конечно, нетрудно. Тк же легко перейти с третьей полосы н следующую, четвертую, бегущую со скоростью 20 км/чс, и, нконец, с нее н пятую, мчщуюся уже со скоростью 25 км в чс. Эт пятя полос доствляет пссжир до того пункт, который ему нужен; отсюд, последовтельно переходя обртно с полосы н полосу, он высживется н неподвижную землю.

Рисунок 6. Движущиеся тротуры.

Трудный зкон

Ни один из трех основных зконов мехники не вызывет, вероятно, столько недоумений, кк знменитый «третий зкон Ньютон» — зкон действия и противодействия. Все его знют, умеют дже в иных случях првильно применять, — и однко мло кто свободен от некоторых неясностей в его понимнии. Может быть, читтель, вм посчстливилось срзу понять его, — но я, сознюсь, вполне постиг его лишь десяток лет спустя после первого с ним знкомств.

Беседуя с рзными лицми, я не рз убеждлся, что большинство готово признть првильность этого зкон лишь с существенными оговоркми. Охотно допускют, что он верен для тел неподвижных, но не понимют, кк можно применять его к взимодействию тел движущихся… Действие, — глсит зкон, — всегд рвно и противоположно противодействию. Это знчит, что, если лошдь тянет телегу, то и телег тянет лошдь нзд с ткою же силою. Но ведь тогд телег должн оствться н месте: почему же все-тки он движется? Почему эти силы не урвновешивют одн другую, если они рвны?

Тковы обычные недоумения, связнные с этим зконом. Знчит, зкон неверен? Нет, он безусловно верен; мы только непрвильно понимем его. Силы не урвновешивют друг друг просто потому, что приложены к рзным телм: одн — к телеге, другя — к лошди. Силы рвны, д, — но рзве одинковые силы всегд производят одинковые действия? Рзве рвные силы сообщют всем телм рвные ускорения? Рзве действие силы н тело не звисит от тел, от величины того «сопротивления», которое смо тело окзывет силе?

Если подумть об этом, стнет ясно, почему лошдь увлекет телегу, хотя телег тянет ее обртно с ткой же силой. Сил, действующя н телегу, и сил, действующя н лошдь, в кждый момент рвны; но тк кк телег свободно перемещется н колесх, лошдь упирется в землю, то понятно, почему телег ктится в сторону лошди. Подумйте и о том, что если бы телег не окзывл противодействия движущей силе лошди, то… можно было бы обойтись и без лошди: смя слбя сил должн был бы привести телегу в движение. Лошдь зтем и нужн, чтобы преодолевть противодействие телеги.

Все это усвивлось бы лучше и порождло бы меньше недоумений, если бы зкон выскзывлся не в обычной крткой форме: «действие рвно противодействию», , нпример, тк: «сил противодействующя рвн силе действующей». Ведь рвны здесь только силы, — действия же (если понимть, кк обычно понимют, под «действием силы» перемещение тел) обыкновенно рзличны, потому что силы приложены к рзным телм.

Точно тк же, когд полярные льды сдвливли корпус «Челюскин», его борт двили н лед с рвною силою. Ктстроф произошл оттого, что мощный лед окзлся способным выдержть ткой нпор, не рзрушясь; корпус же судн, хотя и стльной, но не предствляющий собою сплошного тел, поддлся этой силе, был смят и рздвлен. (Подробнее о физических причинх гибели «Челюскин» рсскзно длее, в отдельной сттье, н стр. 44).

Дже пдение тел строго подчиняется зкону противодействия. Яблоко пдет н Землю оттого, что его притягивет земной шр; но точно с ткой же силой и яблоко притягивет к себе всю ншу плнету. Строго говоря, яблоко и Земля пдют друг н друг, но скорость этого пдения рзличн для яблок и для Земли. Рвные силы взимного притяжения сообщют яблоку ускорение 10 м/сек2, земному шру — во столько же рз меньшее, во сколько рз мсс Земли превышет мссу яблок. Конечно, мсс земного шр в неимоверное число рз больше мссы яблок, и потому Земля получет перемещение нстолько ничтожное, что прктически его можно считть рвным нулю. Оттого-то мы и говорим, что яблоко пдет н Землю, вместо того чтобы скзть: «яблоко и Земля пдют друг н друг[4]»).

Отчего погиб Святогор-богтырь?

Помните нродную былину о Святогоре-богтыре, который вздумл поднять Землю? Архимед, если верить преднию, тоже готов был совершить ткой же подвиг и требовл точки опоры для своего рычг. Но Святогор был силен и без рычг. Он искл лишь, з что ухвтиться, к чему приложить богтырские руки. «Кк бы я тяги ншел, тк бы всю Землю поднял!» Случй предствился: богтырь ншел н земле «сумочку переметную», которя «не скрянется, не сворохнется, не подымется».

Если бы Святогору был известен зкон действия и противодействия, он сообрзил бы, что богтырскя сил его, приложення к земле, вызовет рвную, следовтельно, столь же колоссльную противодействующую силу, которя может втянуть его смого в землю.

Во всяком случе, из былины видно, что нродня нблюдтельность двно подметил противодействие, окзывемое землей, когд н нее опирются. Люди бессознтельно применяли зкон противодействия з тысячелетия до того, кк Ньютон впервые провозглсил его в своей бессмертной книге «Мтемтические основы нтурльной философии» (т. е. физики).

Можно ли двигться без опоры?

При ходьбе мы оттлкивемся ногми от земли или от пол; по очень глдкому полу или по льду, от которого ног не может оттолкнуться, ходить нельзя. Провоз при движении оттлкивется «ведущими» колесми от рельсов: если рельсы смзть мслом, провоз остнется н месте. Иногд дже (в гололедицу) для того, чтобы сдвинуть поезд с мест, рельсы перед ведущими колесми провоз посыпют песком из специльного приспособления. Когд колес и рельсы (н зре железных дорог) делли зубчтыми, исходили именно из того, что колес должны оттлкивться от рельсов. Проход оттлкивется от воды лопстями бортового колес или гребного винт. Смолет оттлкивется от воздух ткже при помощи винт — пропеллер. Словом, в ккой бы среде ни двиглся предмет, он опирется н нее при своем перемещении. Но может ли тело нчть двигться, не имея никкой опоры вне себя?

Кзлось бы, стремиться осуществить ткое движение — все рвно, что пытться смого себя поднять з волосы. Кк известно, ткя попытк до сих пор удлсь лишь брону Мюнхгузену. Между тем, именно ткое будто бы невозможное движение чсто происходит н нших глзх. Првд, тело не может привести себя целиком в движение одними внутренними силми, но оно может зствить некоторую чсть своего веществ двигться в одну сторону, остльную же — в противоположную. Сколько рз видели вы летящую ркету, здумлись ли нд вопросом: почему он летит? В ркете мы имеем нглядный пример кк рз того род движения, которое нс сейчс интересует.

Почему взлетет ркет?

Дже среди людей, изучвших физику, случется нередко слышть совершенно превртное объяснение полет ркеты: он летит потому будто бы, что своими гзми, обрзующимися при горении в ней порох, оттлкивется от воздух. Тк думли в стрину (ркеты — двнее изобретение). Однко если бы пустить ркету в безвоздушном прострнстве, он полетел бы не хуже, дже лучше, чем в воздухе. Истиння причин движения ркеты совершенно иня. Очень понятно и просто изложил ее революционер-первомртовец Кибльчич в предсмертной своей зписке об изобретенной им леттельной мшине. Объясняя устройство боевых ркет, он писл:

«В жестяной цилиндр, зкрытый с одного основния и открытый с другого, вствляется плотно цилиндр из прессовнного порох, имеющий по оси пустоту в виде кнл. Горение порох нчинется с поверхности этого кнл и рспрострняется в течение определенного промежутк времени до нружной поверхности прессовнного порох; обрзующиеся при горении гзы производят двление во все стороны; но боковые двления гзов взимно урвновешивются, двление же н дно жестяной оболочки порох, не урвновешенное противоположным двлением (тк кк в эту сторону гзы имеют свободный выход), толкет ркету вперед».

Здесь происходит то же, что и при выстреле из пушки: снряд летит вперед, см пушк оттлкивется нзд. Вспомните «отдчу» ружья и всякого вообще огнестрельного оружия! Если бы пушк висел в воздухе, ни н что не опирясь, он после выстрел двиглсь бы нзд с некоторой скоростью, которя во столько же рз меньше скорости снряд, во сколько рз снряд легче смой пушки. В фнтстическом ромне Жюля Верн «Вверх дном» мерикнцы здумли дже воспользовться силой отдчи исполинской пушки для выполнения грндиозной зтеи — «выпрямить земную ось».

Ркет — т же пушк, только извергет он не снряды, пороховые гзы. По той же причине вертится и тк нзывемое «китйское колесо», которым, вероятно, случлось вм любовться при устройстве фейерверков: при горении порох в трубкх, прикрепленных к колесу, гзы вытекют в одну сторону, сми же трубки ( с ними и колесо) получют обртное движение. В сущности, это лишь видоизменение общеизвестного физического прибор — сегнеров колес.

Интересно отметить, что до изобретения проход существовл проект мехнического судн, основнный н том же нчле; зпс воды н судне предполглось выбрсывть с помощью сильного нгнеттельного нсос в кормовой чсти; вследствие этого корбль должен был двигться вперед, кк те плвучие жестянки, которые имеются для докзтельств рссмтривемого принцип в школьных физических кбинетх. Проект этот (предложенный Ремзи) не был осуществлен, однко он сыгрл известную роль в изобретении проход, тк кк нтолкнул Фультон н его идею.

Рисунок 7. Смя древняя провя мшин (турбин), приписывемя Герону Алексндрийскому (II век до ншей эры).

Рисунок 8. Провой втомобиль, приписывемый Ньютону.

Рисунок 9. Игрушечный проходик из бумги и яичной скорлупы. Топливом служит нлитый в нперсток спирт. Пр, выбивющийся из отверстия «прового котл» (выдутое яйцо), зствляет проходик плыть в противоположном нпрвлении.

Мы знем ткже, что смя древняя провя мшин, изобретення Героном Алексндрийским еще во II веке до ншей эры, был устроен по тому же принципу: пр из котл (рис. 7) поступл по трубке в шр, укрепленный н горизонтльной оси; вытекя зтем из коленчто-изогнутых трубок, пр толкл эти трубки в обртном нпрвлении, и шр нчинл врщться. К сожлению, геронов провя турбин в древности оствлсь только любопытной игрушкой, тк кк дешевизн труд рбов никого не побуждл к прктическому использовнию мшин. Но смый принцип не зброшен техникой: в нше время он применяется при устройстве рективных турбин.

Ньютону — втору зкон действия и противодействия — приписывют один из смых рнних проектов прового втомобиля, основнный н том же нчле: пр из котл, поствленного н колес, вырывется в одну сторону, смый котел в силу отдчи ктится в противоположную (рис. 8).

Ркетные втомобили, об опытх с которыми в 1928 г. много писли в гзетх и журнлх, предствляют собой современное видоизменение ньютоновой повозки.

Для любителей мстерить приведен здесь Рисунок бумжного проходик, ткже очень похожего н ньютонову повозку: в провом котле из опорожненного яйц, нгревемом нмоченной в спирте вткой в нперстке, обрзуется пр; вырывясь струёй в одну сторону, он зствляет весь проходик двигться в противоположную сторону. Для сооружения этой поучительной игрушки нужны, однко, очень искусные руки.

Кк движется крктиц?

Вм стрнно будет услышть, что есть не мло живых существ, для которых мнимое «поднятие смого себя з волосы» является обычным способом их перемещения в воде.

Рисунок 10. Плвтельное движение крктицы.

Крктиц и вообще большинство головоногих моллюсков движутся в воде тким обрзом: збирют воду в жберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тел, зтем энергично выбрсывют струю воды через упомянутую воронку; при этом они — по зкону противодействия — получют обртный толчок, достточный для того, чтобы довольно быстро плвть здней стороной тел вперед. Крктиц может, впрочем, нпрвить трубку воронки вбок или нзд и, стремительно выдвливя из нее воду, двигться в любом нпрвлении.

Н том же основно и движение медузы: сокрщением мускулов он вытлкивет из-под своего колоколообрзного тел воду, получя толчок в обртном нпрвлении. Сходным приемом пользуются при движении сльпы, личинки стрекоз и другие водные животные. А мы еще сомневлись, можно ли тк двигться!

К звездм н ркете[5]

Что может быть змнчивее, чем покинуть земной шр и путешествовть по необъятной вселенной, перелетть с Земли н Луну, с плнеты н плнету? Сколько фнтстических ромнов нписно н эту тему! Кто только не увлекл нс в вообржемое путешествие по небесным светилм! Вольтер в «Микромегсе», Жюль Верн в «Путешествии н Луну» и «Гекторе Сервдке», Уэллс в «Первых людях н Луне» и множество их подржтелей совершли интереснейшие путешествия н небесные светил, — конечно, в мечтх.

Неужели же нет возможности осуществить эту двнишнюю мечту? Неужели все остроумные проекты, с тким змнчивым првдоподобием изобрженные в ромнх, н смом деле неисполнимы? В дльнейшем мы будем еще беседовть о фнтстических проектх межплнетных путешествий; теперь же познкомимся с рельным проектом подобных перелетов, впервые предложенным ншим соотечественником К. Э. Циолковским.

Можно ли долететь до Луны н смолете? Конечно, нет: смолеты и дирижбли движутся только потому, что опирются о воздух, оттлкивются от него, между Землей и Луной воздух нет. В мировом прострнстве вообще нет достточно плотной среды, н которую мог бы опереться «межплнетный дирижбль». Знчит, ндо придумть ткой ппрт, который способен был бы двигться и упрвляться, ни н что не опирясь.

Мы знкомы уже с подобным снрядом в виде игрушки — с ркетой. Отчего бы не устроить огромную ркету, с особым помещением для людей, съестных припсов, бллонов с воздухом и всем прочим? Вообрзите, что люди в ркете везут с собой большой зпс горючих веществ я могут нпрвлять истечение взрывных гзов в любую сторону. Вы получите нстоящий упрвляемый небесный корбль, н котором можно плыть в окене мирового прострнств, полететь н Луну, н плнеты… Пссжиры смогут, упрвляя взрывми, увеличивть скорость этого межплнетного дирижбля с необходимой постепенностью, чтобы возрстние скорости было для них безвредно. При желнии спуститься н ккую-нибудь плнету они смогут, повернув свой корбль, постепенно уменьшить скорость снряд и тем ослбить пдение. Нконец, пссжиры смогут тким же способом возвртиться и н Землю.

Рисунок 11. Проект межплнетного дирижбля, устроенного нподобие ркеты.

Вспомним, кк недвно еще делл свои первые робкие звоевния виция. А сейчс — смолеты уже высоко реют в воздухе, перелетют горы, пустыни, мтерики, окены. Может быть, и «звездоплвнию» предстоит ткой же пышный рсцвет через дв-три десятк лет? Тогд человек рзорвет невидимые цепи, тк долго приковыввшие его к родной плнете, и ринется в безгрничный простор вселенной.

Глв вторя

СИЛА. РАБОТА. ТРЕНИЕ.

Здч о лебеде, рке и щуке

История о том, кк «лебедь, рк д щук везти с поклжей воз взялись», известн всем. Но едв ли кто пробовл рссмтривть эту бсню с точки зрения мехники. Результт получется вовсе не похожий н вывод бснописц Крылов.

Перед нми мехническя здч н сложение нескольких сил, действующих под углом одн к другой. Нпрвление сил определено в бсне тк:

… Лебедь рвется в облк,

Рк пятится нзд, щук тянет в воду.

Это знчит (рис. 12), что одн сил, тяг лебедя, нпрвлен вверх; другя, тяг щуки (ОВ), — вбок; третья, тяг рк (ОС), — нзд. Не збудем, что существует еще четвертя сил — вес воз, которя нпрвлен отвесно вниз. Бсня утверждет, что «воз и ныне тм», другими словми, что рвнодействующя всех приложенных к возу сил рвн нулю.

Тк ли это? Посмотрим. Лебедь, рвущийся к облкм, не мешет рботе рк и щуки, дже помогет им: тяг лебедя, нпрвлення против силы тяжести, уменьшет трение колес о землю и об оси, облегчя тем вес воз, может быть, дже вполне урвновешивя его, — ведь груз невелик («поклж бы для них кзлсь и легк»). Допустив для простоты последний случй, мы видим, что остются только две силы: тяг рк и тяг щуки. О нпрвлении этих сил говорится, что «рк пятится нзд, щук тянет в воду». Смо собой рзумеется, что вод нходилсь не впереди воз, где-нибудь сбоку (не потопить же воз собрлись Крыловские труженики!). Знчит, силы рк и щуки нпрвлены под углом одн к другой. Если приложенные силы не лежт н одной прямой, то рвнодействующя их никк не может рвняться нулю.

Рисунок 12. Здч о крыловских лебеде, рке и щуке, решення по првилм мехники. Рвнодействующя (OD) должн увлекть воз в реку.

Поступя по првилм мехники, строим н обеих силх ОВ и ОС прллелогрмм, дигонль его OD дет нпрвление и величину рвнодействующей. Ясно, что эт рвнодействующя сил должн сдвинуть воз с мест, тем более, что вес его полностью или чстично урвновешивется тягой лебедя. Другой вопрос — в ккую сторону сдвинется воз: вперед, нзд или вбок? Это звисит уже от соотношения сил и от величины угл между ними.

Читтели, имеющие некоторую прктику в сложении и рзложении сил, легко рзберутся и в том случе, когд сил лебедя не урвновешивет вес воз; они убедятся, что воз и тогд не может оствться неподвижным. При одном только условии воз может не сдвинуться под действием этих трех сил: если трение у его осей и о полотно дороги больше, чем приложенные усилия. Но это не соглсуется с утверждением, что «поклж бы для них кзлсь и легк».

Во всяком случе, Крылов не мог с уверенностью утверждть, что «возу все нет ходу», что «воз и ныне тм». Это, впрочем, не меняет смысл бсни.

Вопреки Крылову

Мы только что видели, что житейское првило Крылов: «когд в товрищх соглсья нет, н лд их дело не пойдет» — не всегд применимо в мехнике. Силы могут быть нпрвлены не в одну сторону и, несмотря н это, двть известный результт.

Мло кто знет, что усердные труженики — мурвьи, которых тот же Крылов восхвлял кк обрзцовых рботников, трудятся совместно именно по способу, осмеянному бснописцем. И дело у них в общем идет н лд. Выручет опять зкон сложения сил. Внимтельно следя з мурвьями во время рботы, вы скоро убедитесь, что рзумное сотрудничество их — только кжущееся: н деле кждый мурвей рботет см для себя, вовсе и не думя помогть другим.

Вот кк описывет рботу мурвьев один зоолог[6]:

«Если крупную добычу тщит десяток мурвьев по ровному месту, то все действуют одинково, и получется внешность сотрудничеств. Но вот добыч — нпример гусениц — зцепилсь з ккое-либо препятствие, з стебель трвы, з кмешек. Дльше вперед тщить нельзя, ндо обогнуть. И тут с ясностью обнруживется, что кждый мурвей по-своему и ни с кем из товрищей не сообрзуясь, стрется спрвиться с препятствием (рис. 13 и 14). Один тщит нпрво, другой нлево; один толкет вперед, другой тянет нзд. Переходят с мест н место, хвтются з гусеницу в другом месте, и кждый толкет или тянет по-своему. Когд случится, что силы рботющих сложтся тк, что в одну сторону будут двигть гусеницу четыре мурвья, в другую шесть, то гусениц в конце концов движется именно в сторону этих шести мурвьев, несмотря н противодействие четырех».

Приведем (зимствовнный у другого исследовтеля) еще поучительный пример, нглядно иллюстрирующий это мнимое сотрудничество мурвьев. Н рис. 15 изобржен прямоугольный кусочек сыр, з который ухвтилось 25 мурвьев. Сыр медленно подвиглся в нпрвлении, укзнном стрелкой А, и можно бы думть, что передняя шеренг мурвьев тянет ношу к себе, здняя — толкет ее вперед, боковые же мурвьи помогют тем и другим. Однко это не тк, в чем нетрудно убедиться: отделите ножом всю зднюю шеренгу, — нош поползет горздо быстрее! Ясно, что эти 11 мурвьев тянули нзд, не вперед: кждый из них стрлся повернуть ношу тк, чтобы, пятясь нзд, волочить ее к гнезду. Знчит, здние мурвьи не только не помогли передним, но усердно мешли им, уничтожя их усилия. Чтобы волочить этот кусочек сыр, достточно было бы усилий всего четырех мурвьев, но несоглсовнность действий приводит к тому, что ношу тщт 25 мурвьев.

Рисунок 13. Кк мурвьи волокут гусеницу.

Рисунок 14. Кк мурвьи тянут добычу. Стрелки покзывют нпрвления усилий отдельных мурвьев.

Рисунок 15. Кк мурвьи стрются притщить кусочек сыр к мурвейнику, рсположенному в нпрвлении стрелки А.

Эт особенность совместных действий мурвьев двно уже был подмечен Мрком Твеном. Рсскзывя о встрече двух мурвьев, из которых один ншел ножку кузнечик, он говорит: «Они берут ногу з об конц и тянут изо всех сил в противоположные стороны. Об видят, что что-то нелдно, но что — не могут понять. Нчинются взимные пререкния; спор переходит в дрку… Происходит примирение, и снов нчинется совместня и бессмыслення рбот, причем рненый в дрке товрищ является только помехой. Стрясь изо всей мочи, здоровый товрищ тщит ношу, с ней и рненого друг, который вместо того, чтобы уступить добычу, висит н ней». Шутя, Твен бросет совершенно првильное змечние, что «мурвей хорошо рботет только тогд, когд з ним нблюдет неопытный нтурлист, делющий неверные выводы».

Легко ли сломть яичную скорлупу?

В числе философских вопросов, нд которыми ломл свою мудрую голову глубокомысленный Киф Мокиевич из «Мертвых душ», был ткя проблем: «Ну, если бы слон родился в яйце, ведь скорлуп, чй, сильно бы толст был, — пушкой не прошибешь; нужно ккое-нибудь новое огнестрельное орудие выдумть».

Гоголевский философ был бы, вероятно, не мло изумлен, если бы узнл, что и обыкновення яичня скорлуп, несмотря н тонкость, — тоже длеко не нежня вещь. Рздвить яйцо между лдонями, нпиря н его концы, не тк-то легко; нужно немлое усилие, чтобы сломть скорлупу при подобных условиях[7].

Столь необычйня крепость яичной скорлупы звисит исключительно от ее выпуклой формы и объясняется тк же, кк и прочность всякого род сводов и рок.

Н прилгемом рис. 17 изобржен небольшой кменный свод нд окном. Груз S (т. е. вес вышележщих чстей клдки), нпирющий н клинообрзный средний кмень свод, двит вниз с силой, которя обознчен н рисунке стрелкой А. Но сдвинуться вниз кмень не может вследствие своей клинообрзной формы; он только двит н соседние кмни. При этом сил А рзлгется по првилу прллелогрмм н две силы, обознченные стрелкми С и В; они урвновешивются сопротивлением прилегющих кмней, в свою очередь зжтых между соседними. Тким обрзом, сил, двящя н свод снружи, не может его рзрушить. Зто срвнительно легко рзрушить его силой, действующей изнутри. Это и попятно, тк кк клинообрзня форм кмней, мешющя им опускться, нисколько не препятствует им поднимться.

Рисунок 16. Чтобы сломть яйцо в тком положении, требуется знчительное усилие.

Рисунок 17. Причин прочности свод.

Скорлуп яйц — тот же свод, только сплошной. При двлении снружи он рзрушется не тк легко, кк можно было бы ожидть от ткого хрупкого мтерил. Можно поствить довольно тяжелый стол ножкми н четыре сырых яйц — и они не рздвятся (для устойчивости ндо снбдить яйц н концх гипсовыми рсширениями; гипс легко пристет к известковой скорлупе).

Теперь вы понимете, почему нседке не приходится опсться сломть скорлупу яиц тяжестью своего тел. И в то же время слбый птенчик, желя выйти из природной темницы, без труд пробивет клювиком скорлупу изнутри.

С легкостью рзлмывя скорлупу яйц боковым удром чйной ложечки, мы и не подозревем, кк прочн он, когд двление действует н нее при естественных условиях, и ккой ндежной броней зщитил природ рзвивющееся в ней живое существо.

Згдочня прочность электрических лмпочек, кзлось бы столь нежных и хрупких, объясняется тк же, кк и прочность яичной скорлупы. Их крепость стнет еще порзительнее, если вспомним, что многие из них (пустотные, не гзополные) — почти бсолютно пусты и ничто изнутри не противодействует двлению внешнего воздух. А величин двления воздух н электрическую лмпочку немля: при поперечнике в 10 см лмпочк сдвливется с обеих сторон силою более 75 кг (вес человек). Опыт покзывет, что пустотня электрическя лмпочк способн выдержть дже в 2,5 рз большее двление.

Под прусми против ветр

Трудно предствить себе, кк могут прусные суд идти «против ветр» — или, по выржению моряков, идти «в бейдевинд». Првд, моряк скжет вм, что прямо против ветр идти под прусми нельзя, можно двигться лишь под острым углом к нпрвлению ветр. Но угол этот мл — около четверти прямого угл, — и предствляется, пожлуй, одинково непонятным: плыть ли прямо против ветр или под углом к нему в 22°.

Н деле это, однко, не безрзлично, и мы сейчс объясним, кким обрзом можно силой ветр идти нвстречу ему под небольшим углом. Снчл рссмотрим, кк вообще действует ветер н прус, т. е. куд он толкет прус, когд дует н пего. Вы, вероятно думете, что ветер всегд толкет прус в ту сторону, куд см дует. Но это не тк: куд бы ветер ни дул, он толкет прус перпендикулярно к плоскости прус. В смом деле: пусть ветер дует в нпрвлении, укзнном стрелкми н рис. 18; линия АВ обознчет прус. Тк кк ветер нпирет рвномерно н всю поверхность прус, то зменяем двление ветр силой R, приложенной к середине прус. Эту силу рзложим н две: силу Q, перпендикулярную к прусу, и силу Р, нпрвленную вдоль него (рис. 18, спрв). Последняя сил никуд но толкет прус, тк кк трение ветр о холст незнчительно. Остется сил Q, которя толкет прус под прямым углом к нему.

Зня это, мы легко поймем, кк может прусное судно идти под острым углом нвстречу ветру. Пусть линия КК (рис. 19) изобржет килевую линию судн. Ветер дует под острым углом к этой линии в нпрвлении, укзнном рядом стрелок. Линия АВ изобржет прус; его помещют тк, чтобы плоскость его делил пополм угол между нпрвлением киля и нпрвлением ветр. Проследите н рис. 19 з рзложением сил. Нпор ветр н прус мы изобржем силой Q, которя, мы знем, должн быть перпендикулярн к прусу. Силу эту рзложим н две: силу R, перпендикулярную к килю, и силу S, нпрвленную вперед, вдоль килевой линии судн. Тк кк движение судн в нпрвлении R встречет сильное сопротивление воды (киль в прусных судх делется очень глубоким), то сил R почти полностью урвновешивется сопротивлением воды. Остется одн лишь сил S, которя, кк видите, нпрвлен вперед и, следовтельно, подвигет судно под углом, кк бы нвстречу ветру[8]. Обыкновенно это движение выполняется зигзгми, кк покзывет рис. 20. Н языке моряков ткое движение судн нзывется «лвировкой» в тесном смысле слов.

Рисунок 18. Ветер толкет прус всегд под прямым углом к его плоскости.

Рисунок 19. Кк можно идти н прусх против ветр.

Рисунок 20. Лвировк прусного судн.

Мог ли Архимед поднять Землю?

«Дйте мне точку опоры, и я подниму Землю!» — ткое восклицние легенд приписывет Архимеду, генильному мехнику древности, открывшему зконы рычг.

Рисунок 21. «Архимед рычгом поднимет Землю». Грвюр из книги Вриньон (1787) о мехнике.

«Однжды Архимед, — читем мы у Плутрх, — нписл сиркузскому црю Гиерону, которому он был родственник и друг, что днной силой можно подвинуть ккой угодно груз. Увлеченный силой докзтельств, он прибвил, что если бы был другя Земля, он, перейдя н нее, сдвинул бы с мест ншу».

Архимед знл, что нет ткого груз, которого нельзя было бы поднять смой слбой силой, если воспользовться рычгом: стоит только приложить эту силу к очень длинному плечу рычг, короткое плечо зствить действовть н груз. Поэтому он и думл, что, нпиря н чрезвычйно длинное плечо рычг, можно силой рук поднять и груз, мсс которого рвн мссе земного шр[9].

Но если бы великий мехник древности знл, кк огромн мсс земного шр, он, вероятно, воздержлся бы от своего горделивого восклицния. Вообрзим н мгновение, что Архимеду дн т «другя Земля», т точк опоры, которую он искл; вообрзим длее, что он изготовил рычг нужной длины. Знете ли, сколько времени пондобилось бы ему, чтобы груз, рвный по мссе земному шру, поднять хотя бы н один снтиметр? Не менее тридцти тысяч биллионов лет!

В смом деле. Мсс Земли известн строномм[10]; тело с ткой мссой весило бы н Земле круглым числом 6 000 000 000 000 000 000 000 тонн.

Если человек может непосредственно поднять только 60 кг, то, чтобы «поднять Землю», ему пондобится приложить свои руки к длинному плечу рычг, которое больше короткого в 100 000 000 000 000 000 000 000 рз!

Простой рсчет убедит вс, что, пок конец короткого плеч поднимется н 1 см, другой конец опишет во вселенной огромную дугу в 1000 000 000 000 000 000 км.

Ткой невообрзимо длинный путь должн был бы пройти рук Архимед, нлегющя н рычг, чтобы «поднять Землю» только н один снтиметр! Сколько же времени пондобится для этого? Если считть, что Архимед способен был поднять груз в 60 кг н высоту 1 м в одну секунду (рботоспособность почти в целую лошдиную силу!), то и тогд для «поднятия Земли» н 1 см потребуется 1000 000 000 000 000 000 000 секунд, или тридцть тысяч биллионов лет! З всю свою долгую жизнь Архимед, нпиря н рычг, не «поднял бы Земли» дже н толщину тончйшего волос…

Никкие ухищрения генильного изобреттеля не помогли бы ему зметно сокртить этот срок. «Золотое првило мехники» глсит, что н всякой мшине выигрыш в силе неизбежно сопровождется соответствующей потерей в длине перемещения, т. е. во времени. Если бы дже Архимед довел быстроту своей руки до величйшей скорости, ккя возможн в природе, — до 300 000 км в секунду (скорость свет), то и при тком фнтстическом допущении он «поднял бы Землю» н 1 см лишь после десяти миллионов лет рботы.

Жюль-верновский силч и формул Эйлер

Вы помните у Жюля Верн силч-тлет Мтифу? «Великолепня голов, пропорционльня исполинскому росту; грудь, похожя н кузнечный мех; ноги — кк хорошие бревн, руки — нстоящие подъемные крпы, с кулкми, похожими н молоты…» Вероятно, из подвигов этого силч, описнных в ромне «Мтис Спдорф», вм пмятен порзительный случй с судном «Трбоколо», когд нш гигнт силой могучих рук здержл спуск целого корбля.

Вот кк рсскзывет ромнист об этом подвиге:

«Судно, освобожденное уже от подпорок, которые поддерживли его по бокм, было готово к спуску. Достточно было отнять швртов, чтобы судно нчло скользить вниз. Уже с полдюжины плотников возились под килем судн. Зрители с живым любопытством следили з оперцией. В этот момент, обогнув береговой выступ, появилсь увеселительня яхт. Чтобы войти в порт, яхт должн был пройти перед верфью, где подготовляли спуск „Трбоколо“, и, кк только он подл сигнл, пришлось, во избежние всяких случйностей, здержть спуск, чтобы снов приняться з дело после проход яхты в кнл. Если бы суд, — одно, стоявшее поперек, другое, подвигющееся с большой быстротой, — столкнулись, яхт погибл бы.

Рбочие перестли стучть молоткми. Все взоры были устремлены н грциозное судно, белые прус которого кзлись позолоченными в косых лучх Солнц. Скоро яхт очутилсь кк рз против верфи, где змерл тысячня толп любопытных. Вдруг рздлся крик ужс: «Трбоколо» зкчлось и пришло в движение в тот смый момент, когд яхт повернулсь к нему штирбортом! Об судн готовы были столкнуться; не было ни времени, ни возможности помешть этому столкновению. «Трбоколо» быстро скользило вниз по нклону… Белый дымок, появившийся вследствие трения, зкрутился перед его носом, тогд кк корм погрузилсь уже в воду бухты (судно спусклось кормой вперед. — Я. П.).

Вдруг появляется человек, схвтывет швртов, висящий у передней чсти «Трбоколо», и стрется удержть его, пригнувшись к земле. В одну минуту он нмтывет швртов н вбитую в землю железную трубу и, рискуя быть рздвленным, держит с нечеловеческой силой в рукх кнт в продолжение 10 секунд. Нконец швртов обрывется. Но этих 10 секунд было достточно: «Трбоколо», погрузившись в воду, только слегк здело яхту и пронеслось вперед.

Яхт был спсен. Что ксется человек, которому никто не успел дже прийти н помощь, — тк быстро и неожиднно все произошло, — то это был Мтифу».

Кк изумился бы втор ромн, если бы ему скзли, что для совершения подобного подвиг не нужно вовсе быть великном и облдть, кк Мтифу, «силою тигр». Кждый нходчивый человек мог бы сделть то же смое!

Мехник учит, что при скольжении кнт, нвитого н тумбу, сил трения достигет большой величины. Чем больше число оборотов кнт, тем трение больше; првило возрстния трения тково, что, с увеличением числ оборотов в прогрессии рифметической, трение рстет в прогрессии геометрической. Поэтому дже слбый ребенок, держ з свободный конец кнт, 3 — 4 рз нвитого н неподвижный вл, может урвновесить огромную силу.

Н речных проходных пристнях подростки остнвливют этим приемом подходящие к пристням проходы с сотней пссжиров. Помогет им не феноменльня сил их рук, трение веревки о свю.

Знменитый мтемтик XVIII век Эйлер устновил звисимость силы трения от числ оборотов веревки вокруг сви. Для тех, кого не пугет сжтый язык лгебрических выржений, приводим эту поучительную формулу Эйлер:

Здесь F — т сил, против которой нпрвлено нше усилие f. Буквой е обознчено число 2,718… (основние нтурльных логрифмов), k — коэффициент трения между кнтом и тумбой. Буквой обознчен «угол нвивния», т. е. отношение длины дуги, охвченной веревкой, к рдиусу этой дуги.

Применим формулу к тому случю, который описн у Жюля Верн. Результт получится порзительный. Силой F в днном случе является сил тяги судн, скользящего по доку. Вес судн из ромн известен: 50 тонн. Пусть нклон стпеля 0,1; тогд н кнт действовл не полный вес судн, 0,1 его, т. е. 5 тонн, или 5000 кг.

Длее, величину k — коэффициент трения кнт о железную тумбу — будем считть рвной 1/3. Величину легко определим, если примем, что Мтифу обвил кнт вокруг тумбы всего три рз. Тогд

подствив все эти знчения в приведенную выше формулу Эйлер, получим урвнение

Неизвестное f (т. е. величину необходимого усилия) можно определить из этого урвнения, прибегнув к помощи логрифмов:

Lg 5000 = lg f + 2n lg 2,72, откуд f = 9,3 кг.

Итк, чтобы совершить подвиг, великну достточно было тянуть кнт с силой лишь 10 килогрммов!

Не думйте, что эт цифр — 10 кг — только теоретическя и что н деле потребуется усилие горздо большее. Нпротив, нш результт дже преувеличен: при пеньковой веревке и деревянной све, когд коэффициент трения k больше, усилие потребуется до смешного ничтожное. Лишь бы веревк был достточно крепк и могл выдержть нтяжение, — тогд дже слбый ребенок мог бы, нвив веревку 3 — 4 рз, не только повторить подвиг жюль-верновского богтыря, но и превзойти его.

От чего звисит крепость узлов?

В обыденной жизни мы, сми не подозревя, чсто пользуемся выгодой, н которую укзывет нм формул Эйлер. Что ткое узел, кк не бечевк, нвитя н влик, роль которого в днном случе игрет другя чсть той же бечевки? Крепость всякого род узлов — обыкновенных, «беседочных», «морских», звязок, бнтов и т. п. — звисит исключительно от трения, которое здесь во много рз усиливется вследствие того, что шнурок обвивется вокруг себя, кк веревк вокруг тумбы. В этом нетрудно убедиться, проследив з изгибми шнурк в узле. Чем больше изгибов, чем больше рз бечевк обвивется вокруг себя — тем больше «угол нвивния» и, следовтельно, тем крепче узел.

Бессознтельно пользуется тем же обстоятельством и портной, пришивя пуговицу. Он много рз обмтывет нить вокруг зхвченного стежком учстк мтерии и зтем обрывет ее; если только нитк крепк, пуговиц не отпорется. Здесь применяется уже знкомое нм првило: с увеличением числ оборотов нитки в прогрессии рифметической крепость шитья возрстет в прогрессии геометрической.

Если бы не было трения, мы не могли бы пользовться пуговицми: нитки рзмотлись бы под их тяжестью и пуговицы отвлились бы.

Если бы не было трения

Вы видите, кк рзнообрзно и порой неожиднно проявляется трение в окружющей нс обстновке. Трение принимет учстие, и притом весьм существенное, тм, где мы о нем дже и не подозревем. Если бы трение внезпно исчезло из мир, множество обычных явлений протекло бы совершенно иным обрзом.

Очень крсочно пишет о роли трения фрнцузский физик Гильом:

«Всем нм случлось выходить в гололедицу: сколько усилий стоило нм удерживться от пдения, сколько смешных движений приходилось нм проделывть, чтобы устоять! Это зствляет нс признть, что обычно земля, по которой мы ходим, облдет дргоценным свойством, блгодря которому мы сохрняем рвновесие без особых усилий. Т же мысль возникет у пс, когд мы едем н велосипеде по скользкой мостовой или когд лошдь скользит по сфльту и пдет. Изучя подобные явления, мы приходим к открытию тех следствий, к которым приводит трение. Инженеры стремятся по возможности устрнить его в мшинх — и хорошо делют. В приклдной мехнике о трении говорится кк о крйне нежелтельном явлении, и это првильно, — однко лишь в узкой, специльной облсти. Во всех прочих случях мы должны быть блгодрны трению: оно дет нм возможность ходить, сидеть и рботть без опсения, что книги и чернильниц упдут н пол, что стол будет скользить, пок не упрется в угол, перо выскользнет из пльцев.

Трение предствляет нстолько рспрострненное явление, что нм, з редкими исключениями, не приходится призывть его н помощь: оно является к нм смо.

Трение способствует устойчивости. Плотники вырвнивют пол тк, что столы и стулья остются тм, куд их поствили. Блюд, трелки, сткны, поствленные н стол, остются неподвижными без особых збот с ншей стороны, если только дело не происходит н проходе во время кчки.

Вообрзим, что трение может быть устрнено совершенно. Тогд никкие тел, будь они величиною с кменную глыбу или млы, кк песчинки, никогд не удержтся одно н другом: все будет скользить и ктиться, пок не окжется н одном уровне. Не будь трения, Земля предствлял бы шр без неровностей, подобно жидкому».

К этому можно прибвить, что при отсутствии трения гвозди и винты выскльзывли бы из стен, ни одной вещи нельзя было бы удержть в рукх, никкой вихрь никогд бы не прекрщлся, никкой звук не умолкл бы, звучл бы бесконечным эхом, неослбно отржясь, нпример, от стен комнты.

Нглядный урок, убеждющий нс в огромной вжности трения, дет нм всякий рз гололедиц. Зстигнутые ею н улице, мы окзывемся беспомощными и все время рискуем упсть. Вот поучительня выдержк из гзеты (декбрь 1927 г.):

«Лондон, 21. Вследствие сильной гололедицы уличное и трмвйное движение в Лондоне зметно зтруднено. Около 1400 человек поступило в больницы с переломми рук, ног и т. д.».

Рисунок 22. Вверху — нгруженные сни н ледяной дороге; две лошди везут 70 тонн груз. Внизу — ледяня дорог; А — колея; B — полоз; С — уплотненный снег; D — земляное основние дороги.

«При столкновении вблизи Гйд-Прк трех втомобилей и двух трмвйных вгонов мшины были совершенно уничтожены из-з взрыв бензин…»

«Приж, 21. Гололедиц в Приже и его пригородх вызвл многочисленные несчстные случи…»

Однко ничтожное трение н льду может быть успешно использовно технически. Уже обыкновенные сни служт тому примером. Еще лучше свидетельствуют об этом тк нзывемые ледяные дороги, которые устривли для вывозки лес с мест рубки к железной дороге или к пунктм сплв. Н ткой дороге (рис. 22), имеющей глдкие ледяные рельсы, две лошди тщт сни, нгруженные 70 тоннми бревен.

Физическя причин ктстрофы «Челюскин»

Из скзнного сейчс не следует делть поспешного вывод, что трение о лед ничтожно при всяких обстоятельствх. Дже при темпертуре, близкой к нулю, трение о лед бывет нередко довольно знчительно. В связи с рботой ледоколов тщтельно изучлось трение льд полярных морей о стльную обшивку корбля. Окзлось, что оно неожиднно велико, не меньше трения желез по железу: коэффициент трения повой стльной судовой обшивки о лед рвен 0,2.

Чтобы попять, ккое знчение имеет эт цифр для судов при плвнии во льдх, рзберемся в рис. 23; он изобржет нпрвление сил, действующих н борт MN судн при нпоре льд. Сил Р двления льд рзлгется н две силы: R, перпендикулярную к борту, и F, нпрвленную по кстельной к борту. Угол между Р и R рвен углу нклон борт к вертикли. Сил Q трения льд о борт рвн силе R, умноженной н коэффициент трения, т. е. н 0,2; имеем: Q = 0,2R. Если сил трения Q меньше F, последняя сил увлекет нпирющий лед под воду; лед скользит вдоль борт, не успевя причинить судну вред. Если же сил Q больше F, трение мешет скольжению льдины, и лед при продолжительном нпоре может смять и продвить борт.

Рисунок 23. «Челюскин», зтертый во льдх. Внизу: силы, действующие н борт MN судн при нпоре льд.

Когд же Q «F? Легко видеть, что

F = R tg a;

следовтельно, должно существовть нервенство:

Q «R tg ;

тк кк Q = 0,2R, то нервенство Q «F приводит к другому:

0,2R «R tg a, или tg a» 0,2.

По тблицм отыскивем угол, тнгенс которого 0,2; он рвен 11°. Знчит, Q «F тогд, когд »11°. Тем смым определяется, ккой нклон бортов корбля к вертикли обеспечивет безопсное плвние во льдх: нклон должен быть не меньше 11°.

Обртимся теперь к гибели «Челюскин». Этот проход, не ледокол, успешно прошел весь северный морской путь, но в Беринговом проливе окзлся зжтым во льдх.

Льды унесли «Челюскин» длеко н север и рздвили (в феврле 1934 г.). Двухмесячное героическое пребывние челюскинцев н льдине и спсение их героями-летчикми сохрнилось у многих в пмяти. Вот описние смой ктстрофы:

«Крепкий метлл корпус сдл не срзу, — сообщл по рдио нчльник экспедиции О. Ю. Шмидт. — Видно было, кк льдин вдвливется в борт и кк нд нею листы обшивки пучтся, изгибясь нружу. Лед продолжл медленное, но неотрзимое нступление. Вспученные железные листы обшивки корпус рзорвлись по шву. С треском летели зклепки. В одно мгновение левый борт проход был оторвн от носового трюм до кормового конц плубы…»

После того, что скзно было в этой сттье, читтелю должн быть понятн физическя причин ктстрофы.

Отсюд вытекют и прктические следствия: при сооружении судов, преднзнченных для плвния во льдх, необходимо придвть бортм их ндлежщий уклон, именно не менее 11°.

Смоурвновешивющяся плк

Н укзтельные пльцы рсствленных рук положите глдкую плку, кк покзно н рис. 24. Теперь двигйте пльцы нвстречу друг другу, пок они сойдутся вплотную. Стрння вещь! Окжется, что в этом окончтельном положении плк не опрокидывется, сохрняет рвновесие. Вы проделывете опыт много рз, меняя первончльное положение пльцев, но результт неизменно тот же: плк окзывется урвновешенной. Зменив плку чертежной линейкой, тростью с нблдшником, биллирдпым кием, половой щеткой, — вы зметите ту же особенность. В чем рзгдк неожиднного финл? Прежде всего ясно следующее: рз плк окзывется урвновешенной н примкнутых пльцх, то ясно, что пльцы сошлись под центром тяжести плки (тело остется в рвновесии, если отвесня линия, проведення из центр тяжести, проходит внутри грниц опоры).

Когд пльцы рздвинуты, большя нгрузк приходится н тот плец, который ближе к центру тяжести плки. С двлением рстет и трение: плец, более близкий к центру тяжести, испытывет большее трение, чем удленный. Поэтому близкий к центру тяжести плец не скользит под плкой; двигется всегд лишь тот плец, который дльше от этой точки. Кк только двигвшийся плец окжется ближе к центру тяжести, нежели другой, пльцы меняются ролями; ткой обмен совершется несколько рз, пок пльцы не сойдутся вплотную. И тк кк движется кждый рз только один из пльцев, именно тот, который дльше от центр тяжести, то естественно, что в конечном положении об пльц сходятся под центром тяжести плки.

Рисунок 24. Опыт с линейкой. Спрв — конец опыт.

Рисунок 25. Тот же опыт с половой щеткой. Почему весы не в рвновесии?

Прежде чем с этим опытом покончить, повторите его с половой щеткой (рис. 25, вверху) и поствьте перед собой ткой вопрос; если рзрезть щетку в том месте, где он подпирется пльцми, и положить обе чсти н рзные чшки весов (рис. 25, внизу), то ккя чшк перетянет — с плкой или со щеткой?

Кзлось бы, рз обе чсти щетки урвновешивли одн другую н пльцх, они должны урвновешивться и н чшкх весов. В действительности же чшк со щеткой перетянет. О причине нетрудно догдться, если принять в рсчет, что, когд щетк урвновешивлсь н пльцх, силы вес обеих чстей приложены были к нервным плечм рычг; в случе же весов те же силы приложены к концм рвноплечего рычг.

Для «Пвильон знимтельной нуки» в Ленингрдском прке культуры мною был зкзн нбор плок с рзличным положением центр тяжести; плки рзнимлись н две обычно нервные чсти кк рз в том месте, где нходился центр тяжести. Клдя эти чсти н весы, посетители с удивлением убеждлись, что короткя чсть тяжелее длинной.

Глв третья

КРУГОВОЕ ДВИЖЕНИЕ.

Почему не пдет врщющийся волчок?

Из тысяч людей, збвлявшихся в детстве с волчком, не многие смогут првильно ответить н этот вопрос. Кк, в смом деле, объяснить то, что врщющийся волчок, поствленный отвесно или дже нклонно, не опрокидывется, вопреки всем ожидниям? Ккя сил удерживет его в тком, кзлось бы, неустойчивом положении? Рзве тяжесть н него не действует?

Здесь имеет место весьм любопытное взимодействие сил. Теория волчк непрост, и углубляться в нее мы не стнем. Нметим лишь основную причину, вследствие которой врщющийся волчок не пдет.

Н рис. 26 изобржен волчок, врщющийся в нпрвлении стрелок. Обртите внимние н чсть А его ободк и н чсть В, противоположную ей. Чсть А стремится двигться от вс, чсть В — к вм. Проследите теперь, ккое движение получют эти чсти, когд вы нклоняете ось волчк к себе. Этим толчком вы зствляете чсть А двигться вверх, чсть В — вниз; обе чсти получют толчок под прямым углом к их собственному движению. Но тк кк при быстром врщении волчк окружня скорость чстей диск очень велик, то сообщемя вми незнчительня скорость, склдывясь с большой круговой скоростью точки, дет рвнодействующую, весьм близкую к этой круговой, — и движение волчк почти не меняется. Отсюд понятно, почему волчок кк бы сопротивляется попытке его опрокинуть. Чем мссивнее волчок и чем быстрее он врщется, тем упорнее противодействует он опрокидывнию.

Рисунок 26. Почему волчок не пдет?

Рисунок 27. Врщющийся волчок, будучи подброшен, сохрняет первончльное нпрвление своей оси.

Сущность этого объяснения непосредственно связн с зконом инерции. Кждя чстиц волчк движется по окружности в плоскости, перпендикулярной к оси врщения. По зкону инерции чстиц в кждый момент стремится сойти с окружности н прямую линию, кстельную к окружности. Но всякя кстельня рсположен в той же плоскости, что и см окружность; поэтому кждя чстиц стремится двигться тк, чтобы все время оствться в плоскости, перпендикулярной к оси врщения. Отсюд следует, что все плоскости в волчке, перпендикулярные к оси врщения, стремятся сохрнить свое положение в прострнстве, поэтому и общий перпендикуляр к ним, т. е. см ось врщения, ткже стремится сохрнить свое нпрвление.

Не будем рссмтривть всех движений волчк, которые возникют при действии н него посторонней силы. Это потребовло бы чересчур подробных объяснений, которые, пожлуй, покжутся скучными. Я хотел лишь рзъяснить причину стремления всякого врщющегося тел сохрнять неизменным нпрвление оси врщения.

Этим свойством широко пользуется современня техник. Рзличные гироскопические (основнные н свойство волчк) приборы — компсы, стбилизторы и др. — устнвливются н корблях и смолетх[11].

Тково полезное использовние простой, кзлось бы, игрушки.

Искусство жонглеров

Многие удивительные фокусы рзнообрзной прогрммы жонглеров основны тоже н свойстве врщющихся тел сохрнять нпрвление оси врщения. Позволю себе привести выдержку из увлектельной книги нглийского физик проф. Джон Перри «Врщющийся волчок».

Рисунок 28. Кк летит монет, подброшення с врщением.

Рисунок 29. Монет, подброшення без врщения, пдет в случйном положении.

Рисунок 30. Подброшенную шляпу легче поймть, если ей было сообщено врщение около оси.

«Однжды я покзывл некоторые из моих опытов перед публикой, пившей кофе и курившей тбк в великолепном помещении концертного зл „Виктория“ в Лондоне. Я стрлся зинтересовть моих слуштелей, нсколько мог, и рсскзывл о том, что плоскому кольцу ндо сообщить врщение, если его желют бросить тк, чтобы можно было нперед укзть, куд оно упдет; точно тк же поступют, если хотят кому-нибудь бросить шляпу тк, чтобы он мог поймть этот предмет плкой. Всегд можно полгться н сопротивление, которое окзывет врщющееся тело, когд изменяют нпрвление его оси. Длее я объяснял моим слуштелям, что, отполировв глдко дуло пушки, никогд нельзя рссчитывть н точность прицел; вследствие этого теперь делют нрезные дул, т. е. вырезют н внутренней стороне дул пушек спирлеобрзные желоб, в которые приходятся выступы ядр или снряд, тк что последний должен получить врщтельное движение, когд сил взрыв порох зствляет его двигться по кнлу пушки. Блгодря этому снряд покидет пушку с точно определенным врщтельным движением.

Это было все, что я мог сделть во время этой лекции, тк кк я не облдю ловкостью в метнии шляп или дисков. Но после того, кк я зкончил свою лекцию, н подмостки выступили дв жонглер, — и я не мог пожелть лучшей иллюстрции упомянутых выше зконов, нежели т, которую двл кждый отдельный фокус, покзнный этими двумя ртистми. Они бросли друг другу врщющиеся шляпы, обручи, трелки, зонтики… Один из жонглеров бросл в воздух целый ряд ножей, ловил их опять и снов подбрсывл с большой точностью вверх; моя удитория, только что прослушв объяснение этих явлений, ликовл от удовольствия; он змечл врщение, которое жонглер сообщл кждому ножу, выпускя его из рук тк, что мог нверное знть, в кком положении нож снов вернется к нему. Я был тогд поржен, что почти все без исключения жонглерские фокусы, покзнные в тот вечер, предствляли иллюстрцию изложенного выше принцип».

Новое решение колумбовой здчи

Свою знменитую здчу о том, кк поствить яйцо, Колумб решил чересчур просто: ндломил его скорлупу[12]. Ткое решение, в сущности, неверно: ндломив скорлупу яйц, Колумб изменил его форму и, знчит, поствил не яйцо, другое тело; ведь вся суть здчи в форме яйц: изменяя форму, мы зменяем яйцо другим телом. Колумб дл решение не для того тел, для которого оно исклось.

Рисунок 31. Решение колумбовой здчи: яйцо врщется, стоя н конце.

А между тем можно решить здчу великого мореплвтеля, нисколько не изменяя формы яйц, если воспользовться свойством волчк; для этого достточно только привести яйцо во врщтельное движение вокруг его длинной оси, — и оно будет, не опрокидывясь, стоять некоторое время н тупом или дже н остром конце. Кк это сделть — покзывет Рисунок : яйцу придют врщтельное движение пльцми. Отняв руки, вы увидите, что яйцо продолжет еще некоторое время врщться стоймя: здч решен.

Для опыт необходимо брть непременно вреные яйц. Это огрничение не противоречит условию колумбовой здчи: предложив ее, Колумб взял яйцо тут же со стол, к столу, ндо полгть, подны были не сырые яйц. Вм едв ли удстся зствить стоймя врщться яйцо сырое, потому что внутренняя жидкя мсс является в днном случе тормозом. В этом, между прочим, состоит простой способ отличть сырые яйц от свренных вкрутую — прием, известный многим хозяйкм.

«Уничтоження» тяжесть

«Вод не выливется из сосуд, который врщется, — не выливется дже тогд, когд сосуд перевернут дном вверх, ибо этому мешет врщение», — писл две тысячи лет нзд Аристотель. Н рис. 32 изобржен этот эффектный опыт, который, без сомнения, многим знком: врщя достточно быстро ведерко с водой, кк покзно н рисунке, вы достигете того, что вод не выливется дже в той чсти пути, где ведерко опрокинуто вверх дном.

В обиходе принято объяснять это явление «центробежной силой», понимя под нею ту вообржемую силу, которя будто бы приложен к телу и обусловливет стремление его удлиться от центр врщения. Этой силы не существует: укзнное стремление есть не что иное, кк проявление инерции, всякое движение по инерции осуществляется без учстия силы. В физике под центробежной силой рзумеют нечто иное, именно — ту рельную силу, с ккой врщющееся тело нтягивет удерживющую его нить или двит н свой криволинейный путь. Сил эт приложен не к движущемуся телу, к препятствию, мешющему ему двигться прямолинейно: к нити, к рельсм н кривом учстке пути и т. п.

Обрщясь к врщению ведерк, попытемся рзобрться в причине этого явления, не прибегя вовсе к двусмысленному понятию «центробежной силы». Зддим себе вопрос: куд нпрвится струя воды, если в стенке ведерк сделть отверстие? Не будь силы тяжести, водяня струя по инерции нпрвилсь бы по кстельной АК к окружности АВ (рис. 32). Тяжесть же зствляет струю снижться и описывть кривую (прболу АР). Если окружня скорость достточно велик, эт кривя рсположится вне окружности АВ. Струя обнруживет перед нми тот путь, по которому при врщении ведерк двиглсь бы вод, если бы не препятствовло ндвливющее н нее ведерко. Теперь понятно, что вод вовсе не стремится двигться отвесно вниз, потому и но выливется из ведерк. Он могл бы вылиться из него лишь в том случе, если бы ведерко было обрщено отверстием в нпрвлении его врщения.

Рисунок 32. Почему не выливется вод из врщемого ведерк?

Вычислите теперь, с ккой скоростью ндо в этом опыте врщть ведерко, чтобы вод из него не выливлсь вниз. Скорость эт должн быть тков, чтобы центростремительное ускорение врщющегося ведерк было не меньше ускорения силы тяжести: тогд путь, по которому стремится двигться вод, будет лежть вне окружности, описывемой ведерком, и вод нигде от ведерк не отстнет. Формул для вычисления центростремительного ускорения W тков;

W=v2/R,

где v — окружня скорость, R — рдиус кругового пути. Тк кк ускорение тяжести н земной поверхности g = 9,8 м/сек2, то имеем нервенство v2/R»= 9,8. Если положить R рвным 70 см, то

и v»= 2,6 м/сек.

Легко рссчитть, что для получения ткой окружной скорости ндо делть рукой около полутор оборотов в секунду. Подобня быстрот врщения вполне достижим, и опыт удется без труд.

Способностью жидкости прижимться к стенкм сосуд, в котором он врщется вокруг горизонтльной оси, пользуются в технике для тк нзывемого центробежного литья. При этом имеет существенное знчение то, что неоднородня жидкость рссливется по удельному весу: более тяжелые соствные чсти рсполгются дльше от оси врщения, легкие знимют место ближе к оси. Вследствие этого все гзы, содержщиеся в рсплвленном метлле и обрзующие тк нзывемые «рковины» в литье, выделяются из метлл во внутреннюю, полую чсть отливки. Изделия, изготовленные тким способом, получются плотные и свободные от рковин. Центробежное литье дешевле обычного литья под двлением и не требует сложного оборудовния.

Вы в роли Глилея

Для любителей сильных ощущений иногд устривется весьм своеобрзное рзвлечение — тк нзывемя «чертов кчель». Имелсь ткя кчель и в Ленингрде. Мне не пришлось смому н ней кчться, потому приведу здесь ее описние из сборник нучных збв Федо:

«Кчель подвешен к прочной горизонтльной переклдине, перекинутой через комнту н известной высоте нд полом. Когд все сядут, особо приствленный к этому служитель зпирет входную дверь, убирет доску, служившую для вход, и, зявив, что он сейчс дст возможность зрителям сделть небольшое воздушное путешествие, нчинет легонько рскчивть кчель. Вслед з тем он сдится нзди кчели, подобно кучеру н зпяткх, или совсем выходит из зл.

Между тем рзмхи кчели стновятся все больше и больше; он, по-видимому, поднимется до высоты переклдины, потом переходит з нее, выше и выше и, нконец, описывет полный круг. Движение ускоряется все зметнее, и кчющиеся, хотя по большей чсти уже предупрежденные, испытывют несомненные ощущения кчния и быстрого движения; им кжется, что они несутся вниз головой в прострнстве, тк что невольно хвтются з спинки сидений, чтобы не упсть.

Но вот рзмхи нчинют уменьшться; кчель более не поднимется уже н высоту переклдины, еще через несколько секунд остнвливется совершенно.

Рисунок 33. Схем устройств «чертовой кчели».

Н смом же доле кчель все время висел неподвижно, пок продолжлся опыт, см комнт, с помощью очень несложного мехнизм, обрщлсь мимо зрителей вокруг горизонтльной оси. Рзного род мебель прикреплен к полу или стенм зл; лмп, припяння к столу тк, что он, по-видимому, легко может перевернуться, состоит из электрической лмпочки нкливния, скрытой под большим колпком. Служитель, который, по-видимому, рскчивл кчель, двя ей легкие толчки, в сущности, сообрзовл их с легкими колебниями зл и делл только вид, что рскчивет. Вся обстновк способствует полному успеху обмн».

Секрет иллюзии, кк видите, прост до смешного. И все-тки, если бы теперь, уже зня, в чем дело, вы очутились н «чертовой кчели», вы неизбежно поддлись бы обмну. Тков сил иллюзии!

Помните стихотворение Пушкин «Движение»?

— Движенья нет, — скзл мудрец брдтый[13].

Другой[14] смолчл — и стл пред ним ходить.

Сильнее бы не мог он возрзить.

Хвлили все ответ змысловтый.

Но, господ, збвный случй сей

Другой пример н пмять мне приводит:

Ведь кждый день нд нми Солнце ходит,

Однко ж прв упрямый Глилей!

Среди пссжиров кчели, не посвященных в ее секрет, вы были бы своего род Глилеем — только ноборот: Глилей докзывл, что Солнце и звезды неподвижны, кружимся, вопреки очевидности, мы сми; вы же будете докзывть, что неподвижны мы, вся комнт вертится вокруг нс. Возможно, что вм пришлось бы при этом испытть и печльную учсть Глилея; н вс смотрели бы, кк н человек, спорящего против очевидных вещей…

Мой спор с вми

Докзть свою првоту вм будет не тк легко, кк вы, может быть, полгете. Вообрзите, что вы в смом деле очутились н «чертовой кчели» и хотите убедить вших соседей, что они зблуждются. Предлгю вм вступить в этот спор со мной. Сядем с вми н «чертову кчель», дождемся момент, когд, рскчвшись, он нчнет, по-видимому, описывть полные круги, и зведем диспут о том, что кружится: кчель или вся комнт? Прошу только помнить, что во время спор мы но должны покидть кчели; все необходимое зхвтим с собой зблговременно.

Вы. Кк можно сомневться в том, что мы неподвижны, вертится комнт! Ведь если бы ншу кчель в смом деле опрокинуть вверх дном, то мы с вми не повисли бы вниз головой, выпли бы из нес. Но мы не пдем. Знчит, вертится не кчель, комнт.

Я. Однко вспомните, что вод из быстро кружщегося ведерк не выливется, хотя оно и опрокидывется вверх дном (стр. 55). Велосипедист в «чертовой петле» (см. длее, стр. 65) ткже не пдет, хотя и едет вниз головой.

Вы. Если тк, то вычислим центростремительное ускорение и убедимся, достточно ли оно для того, чтобы мы не выпли из кчели. Зня нше рсстояние от оси врщения и число оборотов в секунду, мы легко определим по формуле…

Я. Не трудитесь вычислять. Устроители «чертовой кчели», зня о ншем споре, предупредили меня, что число оборотов будет вполне достточно, чтобы явление объяснялось по-моему. Следовтельно, вычисление не решит ншего спор.

Вы. Однко я не потерял ндежды вс переубедить. Видите, вод из этого сткн не выливется н пол… Впрочем, вы и тут сошлетесь н опыт с врщющимся ведерком. Хорошо же: я держу в руке отвес, — он все время нпрвлен к ншим ногм, т. е. вниз. Если бы вертелись мы, комнт оствлсь неподвижной, отвес был бы все время обрщен к полу, т. е. вытягивлся бы то к ншим головм, то вбок.

Я. Ошибетесь: если мы вертимся с достточной скоростью, то отвес все время должен отбрсывться от оси вдоль рдиус врщения, т. с. к ншим ногм, кк мы и нблюдем.

Финл ншего спор

Теперь позвольте вм посоветовть, кк одержть победу в этом споре. Ндо взять с собою н «чертову кчель» пружинные весы, положить н их чшку гирю, нпример в 1 кг, и следить з положением укзтеля: он все время будет покзывть один и тот же ознченный н гире вес, именно — один килогрмм. Это и есть докзтельство неподвижности кчели.

В смом деле: если бы мы вместе с пружинными весми описывли круги около оси, то н гирю, кроме силы тяжести, действовл бы ткже центробежный эффект, который в нижних точкх пути увеличивл бы вес гири, в верхних уменьшл бы его; мы должны были бы змечть, что гиря то стновится тяжелее, то почти ничего не весит. А рз этого не змечется, знчит, врщется комнт, не мы.

В «зколдовнном» шре

Один предпринимтель в Америке устроил для рзвлечения публики очень збвную и поучительную крусель в форме шрообрзной врщющейся комнты. Люди внутри нее испытывют ткие необыкновенные ощущения, ккие мы считем возможными рзве только во сне или в волшебной скзке.

Вспомним снчл, что испытывет человек, стоящий н быстро врщющейся круглой плтформе.

Рисунок 34. Что испытывет человек н крю врщющейся плтформы.

Рисунок 35. Человек прочно стоит н нклонном конце врщющейся плтформы.

Врщтельное движение стремится отбросить человек нружу; чем дльше стоите вы от центр, тем сильнее будет клонить и тянуть вс нружу. Если зкроете глз, вм будет кзться, что вы стоите не н горизонтльном полу, н нклонной плоскости, н которой с трудом сохрняете рвновесие. Это стнет понятно, когд рссмотрим, ккие силы действуют здесь н нше тело (рис. 34). Действие врщения увлекет пше тело нружу, тяжесть тянет вниз; об движения, склдывясь по првилу прллелогрмм, дют результирующее действие, которое нклонено вниз. Чем быстрее врщется плтформ, тем это результирующее движение больше и нпрвляется более отлого.

Предствьте же себе теперь, что крй плтформы згнут вверх и вы стоите н этой отогнутой нклонной чсти (рис. 35). Если плтформ неподвижн, вы в тком положении не удержитесь, сползете или дже опрокинетесь. Другое дело, если плтформ врщется: тогд эт нклоння плоскость стнет для вс, при известной скорости, кк бы горизонтльной, потому что результирующее обоих увлекющих вс движений нпрвится тоже нклонно, под прямым углом к отогнутой чсти плтформы[15].

Если врщющейся плтформе придть ткую кривизну, чтобы при определенной скорости ее поверхность был в кждой точке перпендикулярн к результирующей, то помещенный н пол человек будет чувствовть себя во всех ее точкх, кк н горизонтльной плоскости. Мтемтическим вычислением нйдено, что ткя кривя поверхность есть поверхность особого геометрического тел — прболоид. Ее можно получить, если быстро врщть вокруг вертикльной оси сткн, до половины нлитый водой: тогд вод у крев поднимется, в центре опустится, и поверхность ее примет форму прболоид.

Если вместо воды нлить в сткн рстопленный воск и продолжть врщение до тех пор, пок воск не остынет, то зтвердевшя поверхность его дст нм точную форму прболоид. При определенной скорости врщения ткя поверхность является для тяжелых тел кк бы горизонтльной: шрик, положенный в любую ее точку, не сктывется вниз, остется н этом уровне (рис. 36).

Теперь легко будет понять устройство «зколдовнного» шр.

Дно его (рис. 37) соствляет большя врщющяся плтформ, которой придн кривизн прболоид. Хотя врщение блгодря скрытому под плтформой мехнизму совершется чрезвычйно плвно, все же люди н плтформе испытывли бы головокружение, если бы окружющие предметы не перемещлись вместе с ними; чтобы не дть возможности нблюдтелю обнружить движение, плтформу помещют внутри большого шр с непрозрчными стенкми, который врщется с ткой же скоростью, кк и см плтформ.

Рисунок 36. Если этот бокл врщть с достточной скоростью, то шрик не сктится н его дно.

Рисунок 37. «Зколдовнный» шр (рзрез).

Тково устройство этой крусели, носящей нзвние «зколдовнной» или «волшебной» сферы. Что же испытывете вы, нходясь н плтформе внутри сферы? Когд он врщется, пол под вшими ногми горизонтлен, в ккой бы точке кривой плтформы вы ни нходились, — у оси, где пол действительно горизонтлен, или у кря, где он нклонен н 45°. Глз ясно видят вогнутость, мускульное же чувство свидетельствует, что под вми ровное место.

Покзния обоих чувств противоречт друг другу смым резким обрзом. Если вы перейдете с одного кря плтформы н другой, то вм покжется, будто весь огромный шр с легкостью мыльного пузыря перевлился н другой бок под тяжестью вшего тел: ведь во всякой точке вы чувствуете себя, кк н горизонтльной плоскости. А положение других людей, стоящих н плтформе нклонно, должно предствляться вм до крйности необычйным: вм буквльно будет кзться, что люди, кк мухи, ходят по стенм (рис. 39).

Вод, вылитя н пол зколдовнного шр, рстеклсь бы ровным слоем по его кривой поверхности. Людям кзлось бы, что вод здесь стоит перед ними нклонной стеной.

Привычные предствления о зконх тяжести словно отменяются в этом удивительном шре, и мы переносимся в скзочный мир чудес…

Подобные ощущения испытывет н поворотх летчик. Тк, если он летит со скоростью 200 км в чс по кривой с рдиусом 500 м, то земля должн кзться[16] ему приподнявшейся и нклоненной н 16°.

Рисунок 38. Истинное положение людей внутри «зколдовнною» шр.

Рисунок 39. Положение, которое предствляется при этом кждому из двух посетителей.

Рисунок 40. Врщющяся лбортория — действительное положение.

Рисунок 41. Кжущееся положение той же врщющейся лбортории.

В Гермнии, в городе Геттингене, был сооружен для нучных изыскний подобня врщющяся лбортория. Это (рис. 40) цилиндрическя комнт 3 м в поперечнике, врщющяся со скоростью до 50 оборотов в секунду. Тк кк пол комнты плоский, то при врщении нблюдтелю, стоящему у стены, кжется, будто комнт откинулсь нзд, см он полулежит н поктой стене (рис. 41).

Жидкий телескоп

Нилучшя форм для зеркл отржтельного телескоп — прболическя, т. е. именно т форм, ккую см собою принимет поверхность жидкости во врщющемся сосуде. Конструкторы телескопов зтрчивют много хлопотливого труд, чтобы придть зерклу подобную форму. Изготовление зеркл для телескоп длится целые годы. Америкнский физик Вуд обошел эти зтруднения, устроив жидкое зеркло: врщя ртуть в широком сосуде, он получил идельную прболическую поверхность, которя могл игрть роль зеркл, тк кк ртуть хорошо отржет лучи свет. Телескоп Вуд был устновлен в неглубоком колодце.

Недостток телескоп, однко, тот, что млейший толчок морщит поверхность жидкого зеркл и искжет изобржение, ткже и тот, что горизонтльное зеркло дет возможность непосредственно рссмтривть только те светил, которые нходятся в зените.

«Чертов петля»

Быть может, вм знком головокружительный велосипедный трюк, иногд исполняемый в циркх: велосипедист едет в петле снизу вверх и описывет полный круг, несмотря н то, что по верхней чсти круг ему приходится ехть вниз головой. Н рене устривют деревянную дорожку в виде петли с одним или несколькими звиткми, кк изобржено н ншем рис 42. Артист спускется н велосипеде по нклонной чсти петли, зтем быстро взлетет н своем стльном коне вверх, по круговой ее чсти, совершет полный оборот, буквльно вниз головой, и блгополучно съезжет н землю[17].

Рисунок 42. «Чертов петля». Внизу слев — схем для рсчет.

Этот головоломный велосипедный фокус кжется зрителям верхом кробтического искусств. Оздчення публик в недоумении спршивет себя: ккя тинствення сил удерживет смельчк вниз головой? Недоверчиво нстроенные готовы подозревть здесь ловкий обмн, между тем в трюке нет ничего сверхъестественного. Он всецело объясняется зконми мехники. Биллирдный шр, пущенный по этой дорожке, выполнил бы то же с не меньшим успехом. В школьных физических кбинетх имеются минитюрные «чертовы петли».

Знменитый исполнитель и изобреттель этого трюк, ртист «Мефисто», для испытния прочности «чертовой петли» имел тяжелый шр, вес которого рвнялся весу ртист вместо с велосипедом. Шр этот пускли по дорожке петли, и если он блгополучно пробегл ее, то ртист решлся проделть петлю см.

Читтель, конечно, догдывется, что причин стрнного явления — т же, которя объясняет общеизвестный опыт с врщющимся ведерком (стр. 55). Однко трюк удется но всегд; необходимо в точности рссчитть высоту, с которой велосипедист должен нчть свое движение: инче трюк окончится ктстрофой.

Мтемтик в цирке

Я зню, что ряды «бездушных» формул отпугивют иных любителей физики. Но, откзывясь от знкомств с мтемтической стороной явлений, ткие недруги мтемтики лишют себя удовольствия зрнее предусмтривть ход явления и определять его условия. В днном, нпример, случе две-три формулы помогут нм в точности определить, при кких условиях возможно успешное выполнение столь удивительного трюк, кк пробег в «чертовой петле».

Приступим же к рсчетм.

Обознчим буквми те величины, с которыми придется вести рсчеты:

буквой h обознчим высоту, с которой сктывется велосипедист;

буквой х обознчим ту чсть высоты h, которя возвышется нд верхней точкой «петли»; из рис. 42 очевидно, что x = h — АВ;

буквой г обознчим рдиус круг петли;

буквой m — общую мссу ртист вместе с велосипедом; вес их вырзится тогд через mg, причем:

буквой g обознчено ускорение силы земной тяжести;

оно рвно, кк известно, 9,8 м/с з секунду;

буквой v обознчим скорость велосипед в тот момент, когд он достигет смой верхней точки круг.

Все эти величины мы можем связть двумя урвнениями. Во-первых, мы знем из мехники, что скорость, которую приобретет велосипед к моменту, когд, ктясь по нклонной дорожке, он нходится в С н уровне точки В (это положение изобржено в нижней чсти н рис. 42), рвн той, ккую он имеет в верхней чсти петли, в точке В. Первя скорость выржется формулой[18]

или v2 = 2gx

Следовтельно, и скорость и велосипедист в точке В рвн

, т. е. v2 = 2gx

Длее, для того чтобы велосипедист, достигнув высшей точки кругового пути, не упл вниз, нужно (см. стр. 55 — 56), чтобы рзвивющееся при этом центростремительное ускорение было больше, нежели ускорение тяжести, т. е. ндо, чтобы

, или v2» gr

Но мы уже знем, что v2 = 2gx; следовтельно, 2gx» gr или

Итк, мы узнли, что для успешного выполнения этого головоломного фокус необходимо устроить «чертову петлю» тк, чтобы вершин нклонной чсти пути возвышлсь нд верхней точкой петли больше чем н 1/2 ее рдиус. Крутизн нклон роли не игрет, — нужно только, чтобы пункт, с которого велосипедист нчинет спускться, возвышлся нд вершиной петли больше чем н 1/4 ее поперечник. Если, нпример, петля имеет в поперечнике 16 м, то ртист должен нчть спуск пе меньше чем с 20-метровой высоты. Не выполни он этого условия, никкое искусство не поможет ему описть «чертову петлю»: достигнув ее верхней чсти, он неминуемо упдет.

Рсчет этот не учитывет влияния силы трения в велосипеде: считется, что скорости в точке С и точке В одинковы. Поэтому нельзя слишком удлинять путь и делть очень отлогий спуск. При отлогом спуске в результте действия трения скорость велосипед по достижении точки В будет меньшей, чем в точке С.

Ндо зметить, что при исполнении этого трюк велосипедист едет без цепи, предоствляя мшину действию тяжести: ни ускорять, ни змедлять своего движения он не может, д и не должен. Все его искусство в том, чтобы держться середины деревянной дорожки; при млейшем уклонении ртист рискует съехть с дорожки и быть отброшенным в сторону. Скорость движения по кругу весьм велик: при круге с поперечником 16 м ездок совершет оборот в 3 секунды. Это соответствует скорости 60 км в чс! Упрвлять велосипедом при ткой скорости, конечно, мудрено; но этого и не ндо; можно смело положиться н зконы мехники. «См по себе велосипедный трюк, — читем мы в брошюре, соствленной профессионлом, — при првильном рсчете и прочной конструкции ппрт не опсен. Опсность трюк лежит в смом ртисте. Если рук ртист дрогнет, если он будет взволновн, потеряет смооблдние, если ему неожиднно сделется дурно, то можно ожидть всего».

Н этом же зконе покоится всем известня «мертвя петля» и другие фигуры высшего пилотж. В «мертвой петле» первостепенную роль игрет првильный «рзгон» пилот по кривой и умелое упрвление смолетом.

Нехвтк в весе

Ккой-то шутник объявил однжды, что знет способ без обмн обвешивть покуптелей. Секрет состоит в том, чтобы покупть товры в стрнх эквторильных, продвть — поближе к полюсм. Двно известно, что близ эквтор вещи имеют меньший вес, нежели близ полюсов; 1 кг, перенесенный с эквтор н полюс, прибвится в весе н 5 г. Ндо пользовться, однко, не обыкновенными весми, пружинными, притом изготовленными (грдуировнными) н эквторе, инче никкой выгоды не получится: товр стнет тяжелее и н столько же тяжелее сделются гири. Если купить тонну золот где-нибудь в Перу, сбыть ее, скжем, в Ислндии, то можно, пожлуй, н этом кое-что зрботть, — при бесплтном провозе, рзумеется.

Не думю, чтобы подобня торговля могл кого-нибудь обогтить, но по существу шутник прв: сил тяжести действительно увеличивется с удлением от эквтор. Происходит это оттого, что тел н эквторе описывют при врщении Земли смые большие круги, ткже и оттого, что земной шр кк бы вздут у эквтор.

Глвня доля недостчи вес обусловлен врщением Земли; оно уменьшет вес тел близ эквтор н 1/290 долю по срвнению с весом того же тел у полюсов.

Рзниц в весе при переносе тел с одной широты н другую для легких тел ничтожн. Но для предметов грузных он может достигнуть величины довольно солидной. Вы и не подозревли, нпример, что провоз, весящий в Москве 60 тонн, по прибытии в Архнгельск стновится н 60 кг тяжелее, по прибытии в Одессу — н столько же легче. В свое время с остров Шпицберген ежегодно вывозили в более южные порты до 300 000 тонн угля. Если бы это количество было доствлено в ккой-нибудь эквторильный порт, то тм обнружен был бы недостч в 1200 тонн, будь груз перевешен при приемке н пружинных весх, вывезенных со Шпицберген. Линкор, весивший в Архнгельске 20 000 тонн, по прибытии в эквторильные воды стновится легче тонн н 80; но это остется неощутимым, тк кк соответственно стновятся легче и все другие тел, не исключя, конечно, и воды в окене[19].

Если бы земной шр врщлся вокруг своей оси быстрее, чем теперь, нпример, если бы сутки длились не 24 чс, , скжем, 4 чс, то рзниц в весе тел н эквторе и полюсх был бы зметн резче. При четырехчсовых суткх, нпример, гиря, весящя н полюсе 1 кг, весил бы н эквторе всего 875 г. Именно тковы приблизительно условия тяжести н Стурне: близ полюсов этой плнеты все тел н 1/6 тяжелее, чем н эквторе.

Тк кк центростремительное ускорение возрстет пропорционльно квдрту скорости, то нетрудно вычислить, при ккой скорости врщения оно н земном эквторе должно стть в 290 рз более, т. е. срвняться с силой притяжения. Это нступит при скорости, в 17 рз большей, нежели нынешняя (17*17 — почти 290). В тком состоянии тел перестнут окзывть двление н свои опоры. Другими словми, если бы Земля врщлсь в 17 рз быстрее, вещи н эквторе совсем не имели бы вес! Н Стурне это нступило бы при скорости врщения, всего в 2, 5 рз большей, чем нынешняя.

Глв четвертя

ВСЕМИРНОЕ ТЯГОТЕНИЕ.

Велик ли сил притяжения?

«Если бы мы не нблюдли ежеминутно пдения тел, оно было бы для нс смым удивительным явлением», — писл знменитый фрнцузский строном Арго. Привычк делет то, что притяжение всех земных предметов Землей кжется нм естественным и обычным явлением. Но когд нм говорят, что предметы притягивют ткже и друг друг, мы не склонны этому верить, потому что в обыденной жизни ничего подобного не змечем.

Почему, в смом деле, зкон всеобщего притяжения не проявляется постоянно вокруг пс в обычной обстновке? Почему не видим мы, чтобы притягивли друг друг столы, рбузы, люди? Потому что для небольших предметов сил притяжения чрезвычйно мл. Приведу нглядный пример. Дв человек, отстоящих н дв метр друг от друг, притягивют один другого, но сил этого притяжения ничтожн: для людей среднего вес — менее 0,01 миллигрмм. Это знчит, что дв человек притягивют друг друг с ткою же силой, с ккой гирьк в 0,00001 грмм двит н чшку весов; только чрезвычйно чувствительные весы нучных лборторий способны обнружить столь ничтожный грузик! Ткя сил, понятно, не может сдвинуть нс с мест, — этому мешет трение нших подошв о пол. Чтобы сдвинуть нс, нпример, н деревянном полу (сил трения подошв о пол рвн 30% вес тел), нужн сил не меньше 20 кг. Смешно дже срвнивть эту силу с ничтожной силой притяжения в одну сотую миллигрмм. Миллигрмм — тысячня чсть грмм; грмм — тысячня чсть килогрмм; знчит, 0, 01 мг соствляет половину одной миллирдной доли той силы, которя нужн, чтобы сдвинуть нс с мест! Удивительно ли, что при обычных условиях мы не змечем и нмек н взимное притяжение земных тел?

Другое дело, если бы трения не существовло; тогд ничто не мешло бы дже и слбому притяжению вызвть сближение тел. Но при силе в 0, 01 мг быстрот этого сближения людей должн быть совершенно ничтожн. Можно вычислить, что при отсутствии трения дв человек, отстоящих н рсстоянии 2 м, в течение первого чс придвинулись бы друг к другу н 3 см; в течение следующего чс они сблизились бы еще н 9 см; в течение третьего чс — еще н 15 см. Движение все ускорялось бы, но вплотную об человек сблизились бы не рнее, чем через пять чсов.

Рисунок 43. Притяжение Солнц искривляет путь Земли Е. Вследствие инерции земной шр стремится умчться по кстельной линии ЕR.

Притяжение земных тел можно обнружить в тех случях, когд сил трения не служит препятствием. Груз, подвешенный н нити, нходится под действием силы земного притяжения, и поэтому нитк имеет отвесное нпрвление; но если вблизи груз нходится ккое-нибудь мссивное тело, которое притягивет груз к себе, то нитк слегк отклоняется от отвесного положения и нпрвляется по рвнодействующей земного притяжения и притяжения другого тел, относительно очень слбого. Ткое отклонение отвес вблизи большой горы впервые нблюдл в 1775 году Мскелйн в Шотлндии; он срвнил нпрвление отвес с нпрвлением к полюсу звездного неб с двух сторон одной и той же горы. Впоследствии более совершенные опыты с притяжением земных тел при помощи весов особого устройств позволили точно измерить силу тяготения.

Сил тяготения между небольшими мссми ничтожн. При увеличении мсс он возрстет пропорционльно их произведению. Но тут многие склонны преувеличивть эту силу. Один ученый — првд, не физик, зоолог, — пытлся уверить меня, что взимное притяжение, нблюдемое нередко между морскими судми, вызывется силой всемирного тяготения! Нетрудно покзть вычислением, что тяготение здесь не при чем: дв линейных корбля, в 25 000 тонн кждый, н рсстоянии 100 м притягивют друг друг с силой всего 400 г. Рзумеется, ткя сил недостточн, чтобы сообщить корблям в воде хотя бы ничтожное перемещение. Истинную причину згдочного притяжения корблей мы объясним в глве о свойствх жидкостей.

Ничтожня для небольших мсс сил тяготения стновится весьм ощутительной, когд речь идет о колоссльных мссх небесных тел. Тк, дже Нептун, очень длекя от нс плнет, медленно кружщяся почти н крю солнечной системы, шлет нм свой «привет» притяжением Земли с силой 18 миллионов тонн! Несмотря н огромное рсстояние, отделяющее нс от Солнц, Земля удерживется н своей орбите единственно лишь силой тяготения. Если бы сил солнечного притяжения почему-либо исчезл, Земля полетел бы по линии, кстельной к ее орбите, и нвеки умчлсь бы в бездонную глубь мирового прострнств

Стльной кнт от Земли до Солнц

Вообрзите, что могущественное притяжение Солнц почему-либо в смом деле исчезло и Земле предстоит печльня учсть нвсегд удлиться в холодные и мрчные пустыни вселенной. Вы можете предствить себе — здесь необходим фнтзия, — что инженеры решили, тк скзть, зменить невидимые цепи притяжения мтерильными связями, т. е. попросту здумли соединить Землю с Солнцем крепкими стльными кнтми, которые должны удерживть земной шр н круговом пути в его беге вокруг Солнц. Что может быть крепче стли, способной выдержть нтяжение в 100 кг н кждый квдртный миллиметр? Предствьте себе мощную стльную колонну, поперечником в 5 м. Площдь ее сечения зключет круглым счетом 20 000 000 кв. мм; следовтельно, ткя колонн рзрывется лишь от груз в 2 000 000 тонн. Вообрзите длее, что колонн эт простирется от Земли до смого Солнц, соединяя об светил. Знете ли вы, сколько тких могучих колонн потребовлось бы для удержния Земли н ее орбите? Миллион миллионов! Чтобы нгляднее предствить себе этот лес стльных колонн, густо усеивющих все мтерики и окены, прибвлю, что при рвномерном рспределении их по всей обрщенной к Солнцу половине земного шр промежутки между соседними колоннми были бы лишь немногим шире смих колонн. Вообрзите силу, необходимую для рзрыв этого огромного лес стльных колонн, и вы получите предствление о могуществе невидимой силы взимного притяжения Земли и Солнц.

И вся эт колоссльня сил проявляется лишь в том, что, искривляя путь движения Земли, кждую секунду зствляет Землю уклоняться от кстельной н 3 мм; блгодря этому путь ншей плнеты и преврщется в змкнутый, эллиптический. Не стрнно ли: чтобы придвигть Землю кждую секунду н 3 мм, высоту этой строки, — нужн ткя исполинскя сил! Это только покзывет, кк огромн мсс земного шр, если дже столь чудовищня сил может сообщить ей лишь весьм незнчительное перемещение.

Можно ли укрыться от силы тяготения?

Сейчс мы фнтзировли о том, что было бы, если бы взимное притяжение между Солнцем и Землей исчезло: освободившись от невидимых цепей притяжения, Земля умчлсь бы в бесконечный простор вселенной. Теперь пофнтзируем н другую тему: что стло бы со всеми земными предметми, если бы не было тяжести? Ничто не привязывло бы их к ншей плнете, и при млейшем толчке они уносились бы прочь в межплнетное прострнство. Не пришлось бы, впрочем, дожидться и толчк: врщение ншей плнеты рскидло быв прострнство все, что непрочно связно с ее поверхностью.

Английский пистель Уэллс воспользовлся подобного род идеей, чтобы описть в ромне фнтстическое путешествие н Луну. В этом произведении («Первые люди н Луне») остроумный ромнист укзывет н очень оригинльный способ путешествовть с плнеты н плнету. А именно: ученый, герой его ромн, изобрел особый соств, который облдет змечтельным свойством — непроницемостью для силы тяготения. Если слой ткого соств подвести под ккое-нибудь тело, оно освободится от притяжения Земли и будет подвержено действию притяжения только остльных тел. Это фнтстическое вещество Уэллс нзвл «кеворитом» — по имени его вымышленного изобреттеля Кевор.

«Мы знем, — пишет ромнист, — что для всемирного тяготения, то есть для силы тяжести, проницемы все тел. Вы можете поствить прегрды, чтобы отрезть лучм свет доступ к предметм; помощью метллических: листов можете огрдить предмет от доступ электрических волн рдиотелегрф, — но никкими прегрдми но можете вы зщитить предмет от действия тяготения Солнц или от силы земной тяжести. Отчего собственно в природе нет подобных прегрд для тяготения, — трудно скзть. Однко Кевор не видел причин, почему бы и не существовть ткому веществу, непроницемому для тяготения; он считл себя способным искусственно создть ткое непроницемое для тяготения вещество.

Всякий облдющий хоть искрой вообржения легко предствит себе, ккие необычйные возможности открывет перед нми подобное вещество. Если, нпример, нужно поднять груз, то, кк бы огромен он ни был, достточно будет рзостлть под ним лист из этого веществ, — и груз можно будет поднять хоть соломинкой».

Облдя тким змечтельным веществом, герой ромн сооружют небесный корбль, в котором и совершют смелый полет н Луну. Устройство снряд весьм несложно: в нем нет никкого двигтельного мехнизм, тк кк он перемещется действием притяжения светил.

Вот описние этого фнтстического снряд:

«Вообрзите себе шрообрзный снряд, достточно просторный, чтобы вместить двух человек с их бгжом. Снряд будет иметь две оболочки — внутреннюю и нружную; внутренняя из толстого стекл, нружня — стльня. Можно взять с собой зпс сгущенного воздух, концентрировнной пищи, ппрты для дистилляции воды и т. п. Стльной шр будет весь снружи покрыт слоем „кеворит“. Внутренняя стекляння оболочк будет сплошня, кроме люк; стльня же будет состоять из отдельных чстей, и кждя ткя чсть может сворчивться, кк штор. Это легко устроить посредством особых пружин; шторы можно будет опускть и свертывть электрическим током, проводимым по плтиновым проводм в стеклянной оболочке. Но это уже технические подробности. Глвное то, что нружня оболочк снряд будет вся состоять кк бы из окон и „кеворитных“ штор. Когд все шторы нглухо спущены, внутрь шр не может проникнуть ни свет, ни ккой-либо вообще вид лучистой энергии, ни сил всемирного тяготения. Но вообрзите, что одн из штор поднят, — тогд любое мссивное тело, которое случйно нходится вдли против этого окн, притянет нс к себе. Прктически мы сможем путешествовть в мировом прострнстве в том нпрвлении, в кком пожелем, притягивемые то одним, то другим небесным телом».

Кк полетели н Луну герои Уэллс

Интересно описн у ромнист смый момент отпрвления межплнетного вгон в путь. Тонкий слой «кеворит», покрывющий нружную поверхность снряд, делет его кк бы совершенно невесомым. Вы понимете, что невесомое тело не может лежть спокойно н дне воздушного окен; с ним должно произойти то же, что произошло бы с пробкой, погруженной н дно озер: пробк быстро всплыл бы н поверхность воды. Точно тк же невесомый снряд, — отбрсывемый к тому же и инерцией врщения земного шр, — должен стремительно взлететь ввысь и, дойдя до крйних грниц тмосферы, свободно продолжть свой путь в мировом прострнстве. Герои ромн тк и полетели. А очутившись в мировом прострнстве, они, открывя одни зслонки, зкрывя другие, подвергя внутренность снряд притяжению то Солнц, то Земли, то Луны, добрлись до поверхности ншего спутник. Впоследствии один из путешественников в том же снряде возвртился н Землю.

Не будем остнвливться здесь н рзборе идеи Уэллс по существу, — это сделно мною в другом месте[20], где я и выяснил ее несостоятельность. Поверим н минуту остроумному ромнисту и последуем з его героями н Луну.

Полчс н Луне

Посмотрим, кк чувствовли себя герои повести Уэллс, очутившись в мире, где сил тяжести слбее, меньше, чем н Земле.

Вот эти любопытные стрницы[21] ромн «Первые люди н Луне». Рсскз ведется от лиц одного из жителей Земли, только что прибывших н Луну.

«Я принялся вывинчивть крышку снряд. Ств н колени, я высунулся из люк; внизу, н рсстоянии трех футов от моей головы, лежл девственный снег Луны.

Зкутвшись в одеяло, Кевор сел н крй люк и стл осторожно свешивть ноги. Спустив их до высоты полуфут нд почвой, он после минутного колебния соскользнул вниз н почву лунного мир.

Я следил з ним через стеклянную оболочку шр. Пройдя несколько шгов, он постоял минуту, озирясь кругом, зтем решился и — прыгнул вперед.

Стекло искжло его движения, но мне кзлось, что это и в действительности был чересчур большой прыжок. Кевор срзу очутился от меня в рсстоянии 6 — 10 метров. Стоя н скле, он делл мне ккие-то знки; возможно, что он и кричл, — однко звуки но достигли меня… Но кк он проделл свой прыжок?

Оздченный, я пролез через люк и тоже спустился вниз, очутившись н крю сложной выемки. Сделв шг вперед, я прыгнул.

Я почувствовл, что лечу, и вскоре очутился близ склы, н которой стоял поджидвший меня Кевор; ухвтившись з нее, я повис в стршном изумлении.

Кевор, нгнувшись, кричл мне визгливым голосом, чтобы я был осторожнее. Я и збыл, что н Луне нпряжение тяжести в шесть рз слбее, нежели н Земле. Действительность см нпоминл мне об этом.

Осторожно, сдерживя свои движения, я поднялся н вершину склы и, ступя словно больной ревмтизмом, стл н солнце рядом с Кевором. Снряд нш лежл н тющем сугробе снег, футх в тридцти от нс,

— Посмотрите, — обртился я, поворчивясь к Кевору.

Но Кевор исчез.

Одно мгновение я стоял, порженный этой неожиднностью, зтем, желя зглянуть з крй склы, поспешно шгнул вперед, совершенно збыв, что я н Луне. Усилие, которое я сделл, подвинуло бы меня н один метр, будь я н Земле; н Луне же оно подвинуло меня н 6 метров, и я очутился в 5 метрх з крем склы.

Я испытывл то ощущение витния в прострнстве, которое приходится переживть во сне, когд снится, будто пдешь в бездну. Н Земле человек, пдя, опускется в течение первой секунды н 5 метров, н Луне же он проходит при пдении в первую секунду 80 снтиметров. Вот почему я плвно порхнул вниз н глубину метров девяти. Пдение покзлось мне продолжительным; оно длилось секунды три. Я поплыл в воздухе и опустился плвно, кк пушинк, увязши по колено в снежном сугробе н дне склистой долины.

— Кевор! — крикнул я, осмтривясь кругом. Но нигде но было и следов его.

— Кевор! — крикнул я громче.

И вдруг я увидел его; он смеялся и делл мне знки, стоя н голом утесе, метрх в двдцти от меня. Я не мог слышть слов, но понял смысл его жестов: он приглшл меня прыгнуть к нему.

Я колеблся: рсстояние кзлось мне слишком огромным.

Но скоро я сообрзил, что рз Кевор проделл ткой прыжок, то, нверное, удстся прыгнуть и мне.

Отступив н шг, я прыгнул изо всех сил. Стрелой взвился я в воздух и, кзлось, никогд не опущусь вниз. Это был фнтстический полет — чудовищный, кк в сновидении, но в то же время восхитительно приятный.

Прыжок окзлся слишком сильным: я перелетел нд головой Кевор».

Стрельб н Луне

Следующий зпизод, взятый из повести выдющегося советского изобреттеля К. Э. Циолковского «Н Луне», поможет нм уяснить условия движения под действием силы тяжести. Н Земле тмосфер, препятствуя движению в ней тел, зслоняет от нс простые зконы пдения, усложняя их добвочными условиями. Н Луне воздух отсутствует совершенно. Лун был бы превосходной лборторией для изучения пдения тел, если бы мы могли н ней очутиться и знимться тм нучными исследовниями.

Обрщясь к эпизоду повести, поясним, что дв собеседник приводимого длее отрывк нходятся н Луне и желют исследовть, кк будут двигться тм пули, вылетевшие из ружья.

«— Но будет ли тут рботть порох?

— Взрывчтые веществ в пустоте должны проявлять себя дже с большей силой, чем в воздухе, тк кк последний только препятствует их рсширению; что же ксется кислород, то они в нем но нуждются, потому что все необходимое его количество зключется в них смих.

— Устновим ружье вертикльно, чтобы пулю после взрыв отыскть поблизости…

Огонь, слбый звук[22], легкое сотрясение почвы.

— Где же пыж? Он должен быть тут, поблизости.

— Пыж улетел вместе с пулей и едв ли от нее отстнет, тк кк только тмосфер мешет ему н Земле поспевть з свинцом; здесь же пух пдет и летит вверх с ткой же стремительностью, кк и кмень. Возьми пушинку, торчщую из подушки, я возьму чугунный шрик. Ты можешь кидть свою пушинку и попдть ею в цель, дже отдленную, с тким же удобством, кк я шриком. Я могу, при млой тяжести, кинуть шрик метров н 400; ты н ткое же рсстояние можешь бросить пушинку; првд, ты никого ею не убьешь и при броснии дже не почувствуешь, что ты что-нибудь бросешь. Бросим нши меттельные снряды изо всех сил, — которые у нс не очень рзличны, — и в одну цель: вон в тот крсный грнит…

Пушинк опередил немного чугунный шрик, кк бы увлекемя сильным вихрем.

— Но что это? Со времени выстрел прошло три минуты, пули нет?

— Подожди две минуты, и он, нверное, вернется. Действительно, через укзнный срок мы ощущем легкое сотрясение почвы и видим прыгющий невдлеке пыж.

— Кк долго летл пуля! Н ккую же высоту он должн подняться?

— Километров н семьдесят. Эту высоту создют мля тяжесть и отсутствие воздушного сопротивления».

Проверим. Если для скорости пули в момент вылет из ружейного ствол взять срвнительно скромную цифру 500 м в секунду (для современных ружей это рз в полтор меньше действительной), то высот поднятия н Земле, при отсутствии тмосферы, был бы:

т. е. 12,5 км. Н Луне же, где нпряжение тяжести в 6 рз слбее, вместо g ндо взять 10/6 м/сек2; достигемя пулей высот должн рвняться:

12 500 * 6 = 75 км.

В бездонном колодце

О том, что делется в глубоких недрх ншей плнеты, известно пок очень мло. Одни полгют, что под твердой корой в сотню километров толщины нчинется огненно-жидкя мсс; другие считют весь земной шр отвердевшим до смого центр. Решить вопрос трудно: ведь смя глубокя сквжин простирется не глубже 7,5 км, смя глубокя шхт, в которую проник человек, рсположен н глубине 3300 м[23], рдиус земного шр рвен 6400 км. Если бы можно было просверлить через пшу плнету сквозной колодец, прорезющий земной шр по диметру, — тогд подобные вопросы были бы рзрешены. Современня техник длек еще от возможности осуществления подобных предприятий, — хотя все прорытые в земной коре буровые сквжины, взятые вместе, соствили бы длину, превышющую диметр ншей плнеты. О прорытии сквозного туннеля через земной шр мечтли в восемндцтом веке мтемтик Мопертюи и философ Вольтер. К этому проекту, првд, в ином, более скромном мсштбе, вернулся фрнцузский строном Флммрион; мы воспроизводим здесь зглвный Рисунок его сттьи, посвященной этой теме (рис. 44).

Ничего подобного, конечно, пок еще не сделно; но воспользуемся вообржемым бездонным колодцем, чтобы зняться одной любопытной здчей. Кк вы думете, что было бы с вми, если бы вы упли в ткой бездонный колодец (о сопротивлении воздух н время збудем)? Рзбиться о дно вы не можете, дн здесь не существует, — но где же вы остновитесь? В центре Земли? Нет.

Рисунок 44. Если просверлить земной шр по диметру…

Рисунок 45. Упв в колодец, прорытый через центр земного шр, тело будет кчться безостновочно от одного конц колодц до другого, совершя кждое полное кчние в течение 1 чс 24 минут.

Когд вы долетите до центр, тело вше будет иметь ткую колоссльную скорость (около 8 км/сек), что об остновке в этой точке не может быть и речи. Вы промчитесь длее и будете нестись, постепенно змедляя движение, пок не порвняетесь с крями противоположного конц колодц. Здесь ндо будет вм покрепче ухвтиться з кря, — инче вы вновь проделете прогулку через весь колодец до другого конц. Если и тут не удстся вм ухвтиться з что-нибудь, вы опять полетите в колодец и будете кчться тк без конц. Мехник учит, что при тких условиях (если только, повторяю, пренебречь сопротивлением воздух в колодце) тело должно кчться туд и нзд вечно[24].

Кков был бы продолжительность одного ткого кчния? Окзывется, что весь путь туд и обртно знял бы 84 минуты 24 секунды, т. е. круглым счетом полтор чс.

«Тк было бы, — продолжет Флммрион, — если бы колодец вырыт был по оси от полюс до полюс. Но достточно перенести точку отпрвления н ккую-либо иную широту — н мтерик Европы, Азии или Африки, — и придется принять в рсчет влияние врщения Земли. Известно, что кждя точк земной поверхности пробегет н эквторе 465 м в секунду, н широте Приж — 300 м. Тк кк окружня скорость возрстет с удлением от оси врщения, то свинцовый шрик, нпример, брошенный в колодец, пдет но по вертикли, уклоняется несколько к востоку. Если вырыть бездонный колодец н эквторе, то ширин его должн быть весьм знчительн, либо же он должен быть сильно скошен, потому что тело, пдющее с поверхности Земли, пронеслось бы длеко к востоку от ее центр.

Если бы входное отверстие колодц нходилось н одном из плоскогорий Южной Америки, н высоте, положим, двух километров, противоположный конец туннеля приходился бы н уровне окен, то человек, который по неосторожности свлился бы в мерикнское отверстие, достиг бы противоположного конц с ткой скоростью, что вылетел бы из него н высоту двух километров.

А если бы об конц колодц приходились н уровне окен, можно было бы подть летящему человеку руку в момент появления его у отверстия, когд скорость полет рвняется пулю. В предыдущем же случе следовло бы, нпротив, с опскою посторониться от чересчур стремительного путешественник».

Скзочня дорог

В свое время в С.-Петербурге появилсь брошюр со стрнным зглвием: «Смоктня подземня железня дорог между С.-Петербургом и Москвой. Фнтстический ромн пок в трех глвх, д и то неоконченных». Автор этой брошюры, А. А. Родных, предлгет остроумный проект, с которым интересно познкомиться любителю физических прдоксов.

Проект состоит «в проведении 600-километрового туннеля, который должен соединить обе нши столицы по совершенно прямой подземной линии. Тким обрзом, впервые явилсь бы возможность для человечеств совершть путь по прямой, не ходить кривыми путями, кк это было до сих пор». (Автор хочет скзть, что все нши дороги, подчиняясь кривизне земной поверхности, следуют по дугм, между тем кк проектируемый туннель пройдет по прямой линии — по хорде.)

Ткой туннель, если бы его можно было прорыть, имел бы удивительное свойство, кким не облдет ни одн дорог в мире. Оно зключется в том, что любой экипж в подобном туннеле должен двигться см собой. Вспомним нш подземный колодец, пробурвливющий земной шр. Ленингрдо-московский туннель — тот же колодец, только просверленный не по диметру, по хорде. Првд, при взгляде н рис. 46 может кзться, что туннель прорыт горизонтльно и что поезду, следовтельно, нет причины ктиться по нему в силу тяжести. Но это лишь обмн зрения: проведите мысленно рдиусы к концм туннеля (нпрвление рдиус есть нпрвление отвес); вы поймете тогд, что туннель прорыт не под прямым углом к отвесу, т. е. не горизонтльно, нклонно.

Рисунок 46. Если бы прорыть туннель между Ленингрдом и Москвой, то поезд мчлись бы в нем туд и обртно под собственным весом, без провозов.

В тком косом колодце всякое тело должно кчться, увлекемое силою тяжести, вперед и нзд, все время прижимясь ко дну. Если в туннеле устроить рельсы, то железнодорожный вгон будет см ктиться по ним: вес зменит тягу провоз. Внчле поезд будет двигться очень медленно. С кждой секундой скорость смоктного поезд будет возрстть; вскоре он дойдет до невообрзимой величины, тк что воздух в туннеле будет уже зметно мешть его движению. Но збудем н время об этом досдном препятствии, мешющем осуществлению многих змнчивых проектов, и проследим з поездом дльше. Домчвшись до середины туннеля, поезд будет облдть ткой огромной скоростью, — во много рз быстрее пушечного снряд! — что с рзбег доктится почти до противоположного конц туннеля. Если бы не трение, не было бы и этого «почти»: поезд без провоз см доехл бы из Ленингрд в Москву. Продолжительность перелет в один конец, кк покзывет рсчет, — т же, что и для пдения сквозь туннель, прорытый по диметру: 42 минуты 12 секунд. Стрнным обрзом он не звисит от длины туннеля; путешествия в туннеле Москв — Ленигрд, Москв — Влдивосток или Москв — Мельбурн продолжлись бы одинковое время[25].

То же повторялось бы с любым другим экипжем: дрезиной, кретой, втомобилем и т. д. Поистине скзочня дорог, которя, см оствясь неподвижной, мчит по себе все экипжи от одного конц до другого, и притом с невообрзимой быстротой!

(Интересующиеся мтемтической стороной этой здчи могут нйти подробный рзбор ее в моей сттье, нпечтнной в журнле «Мтемтик и физик в школе», 1936, №3, стр. 106 — 107.)

Кк роют туннели?

Взгляните н рис. 47, изобржющий три способ проведения туннелей, и скжите, ккой из них прорыт горизонтльно?

Рисунок 47. Три способ проклдывть туннели сквозь горы.

Не верхний и не нижний, средний, идущий по дуге, которя во всех точкх обрзует прямые углы с нпрвлением отвесных линий (или земных рдиусов). Это и есть горизонтльный туннель, — его изгиб вполне соответствует кривизне земной поверхности.

Большие туннели прорывют обыкновенно тк, кк покзно вверху: по прямым линиям, кстельным к земной поверхности в крйних точкх туннеля. Ткой туннель снчл идет немного вверх, зтем вниз. Он предствляет то удобство, что вод не зстивется в нем, см стекет к крям.

Если бы туннель рылся строго горизонтльно, то длинный туннель имел бы дугообрзную форму. Вод не имел бы стремления вытекть из него, тк кк в кждой его точке нходилсь бы в рвновесии. Когд ткой туннель длиннее 15 км (Симплонский, нпример, имеет в длину 20 км), то, стоя у одного выход, нельзя видеть другого: луч зрения упирется в потолок, тк кк средняя точк ткого туннеля более чем н 4 м возвышется нд его конечными точкми.

Нконец, если прорыть туннель по прямой линии, соединяющей крйние точки, он будет с обоих концов иметь легкий нклон вниз к середине. Вод не только не будет вытекть из него, но, нпротив, скопится в средней, смой низкой его чсти. Зто, стоя у одного конц ткого туннеля, можно будет видеть другой. Прилгемые рисунки поясняют скзнное[26].

Глв пятя

ПУТЕШЕСТВИЕ В ПУШЕЧНОМ СНАРЯДЕ.

В зключение нших бесед о зконх движения и силе притяжения рзберем то фнтстическое путешествие н Луну, которое тк знимтельно описно Жюлем Верном в ромнх «С Земли н Луну» и «Вокруг Луны[27]». Вы, конечно, помните, что члены Пушечного клуб Блтиморы, обреченные н бездеятельность с окончнием Северомерикнской войны, решили отлить исполинскую пушку, зрядить ее огромным полым снрядом и, посдив внутрь пссжиров, выстрелом отпрвить снряд-вгон н Луну.

Фнтстичн ли эт мысль? И прежде всего: можно ли сообщить телу ткую скорость, чтобы оно безвозвртно покинуло земную поверхность?

Ньютонов гор

Предоствим слово генильному Ньютону, открывшему зкон всемирного тяготения. В своих «Мтемтических нчлх физики» он пишет (приводим это место рди облегчения понимния в вольном переводе):

«Брошенный кмень под действием тяжести отклоняется от прямолинейного пути и пдет н Землю, описывя кривую линию. Если бросить кмень с большею скоростью, то он полетит дльше; поэтому может случиться, что он опишет дугу в десять, сто, тысячу миль и, нконец, выйдет з пределы Земли и не вернется н нее больше. Пусть AFB (рис. 48) предствляет поверхность Земли, С — ее центр, a UD, UE, UF, UG — кривые линии, которые описывет тело, бросемое в горизонтльном нпрвлении с очень высокой горы со все большей и большей скоростью. Мы не принимем во внимние противодействия тмосферы, т. е. предполгем, что он совершенно отсутствует. При меньшой первончльной скорости тело описывет кривую UD, при большей скорости — кривую UE, при еще больших скоростях — кривые UF, UG. При некоторой скорости тело обойдет вокруг всей Земли и возвртится к вершине горы, с которой его бросили. Тк кк при возврщении к исходному пункту скорость тел будет не меньше, чем в смом нчле, то тело будет продолжть двигться и дльше по той же кривой».

Рисунок 48. Кк должны пдть кмни, бросемые н вершине горы с огромной скоростью в горизонтльном нпрвлении.

Если бы н этой вообржемой горе был пушк, то выброшенный ею снряд при известной скорости никогд не упл бы обртно н Землю, стл бы безостновочно кружиться вокруг земного шр. Путем довольно простого рсчет[28] нетрудно определить, что это должно нступить при скорости около 8 км в секунду. Другими словми, снряд, выбрсывемый пушкой со скоростью восьми километров в секунду, нвсегд покидет поверхность земного шр и стновится спутником ншей плнеты. Он будет мчться в 17 рз быстрее, чем ккя-либо точк н эквторе, и опишет полный оборот вокруг ншей плнеты в 1 чс 24 минуты. Если же сообщить снряду большую скорость, он будет врщться около Земли уже не по кругу, по более или менее вытянутому эллипсу, удляясь от Земли н огромное рсстояние. При еще большей нчльной скорости снряд нвсегд удлится от ншей плнеты в мировое прострнство. Это должно нступить при нчльной скорости около 11 км в секунду. (Во всех этих рссуждениях имеются в виду снряды, движущиеся в пустом прострнстве, не в воздушной среде.)

Теперь посмотрим, можно ли осуществить полет н Луну теми средствми, которые предлгл Жюль Верн. Современные пушки сообщют снрядм скорость не более двух километров в первую секунду. Это в пять рз меньше той скорости, с ккой тело может полететь н Луну. Герои ромн думли, что если они соорудят исполинскую пушку и зрядят ее огромным количеством взрывчтых веществ, им удстся получить скорость, достточную, чтобы отпрвить снряд н Луну.

Фнтстическя пушк

И вот члены Пушечного клуб отливют гигнтскую пушку, длиной в четверть километр, отвесно врытую в землю. Изготовляется соответственно огромный снряд, который внутри предствляет собою кюту для пссжиров. Вес его 8 тонн. Зряжют пушку хлопчтобумжным порохом — пироксилином — в количестве 160 тонн. В результте взрыв снряд, если верить ромнисту, приобретет скорость в 16 км в секунду, но вследствие трения о воздух скорость эт уменьшется до 11 км в секунду. Тким обрзом, очутившись з пределми тмосферы, жюль-вернов снряд облдет скоростью, достточной, чтобы долететь до Луны.

Тк описывется в ромне. Что же может скзть об этом физик?

Проект Жюля Верн уязвим совсем не в том пункте, куд обычно нпрвляется сомнение читтеля. Во-первых, можно докзть (я докзывю это в книге «Межплнетные путешествия»), что пороховые пушки никогд не смогут сообщить снрядм скорости, большей 3 км в секунду.

Кроме того, Жюль Верн не посчитлся с сопротивлением воздух, которое при ткой огромной скорости должно быть весьм велико и совершенно изменит кртину полет. Но и помимо этого имеются серьезные возржения против проект полет н Луну в ртиллерийском снряде.

Глвные опсения вызывет учсть смих пссжиров. Не думйте, что опсность грозит им во время полет от Земли до Луны. Если бы им удлось остться живыми к тому моменту, когд они покинут жерло пушки, то во время дльнейшего путешествия им нечего уже было бы опсться. Огромня скорость, с которой пссжиры будут мчться в мировом прострнстве вместе с их вгоном, столь же безвредн для них, кк безвредн для нс, обиттелей Земли, т еще большя скорость, с ккой земной шр мчится вокруг Солнц.

Тяжеля шляп

Смый опсный момент для нших путешественников предствили бы те несколько сотых долей секунды, в течение которых кют-снряд движется в кнле пушки. Ведь в течение этого ничтожно млого промежутк времени скорость, с ккою пссжиры будут двигться в пушке, должн возрсти от нуля до 16 км/сек! Недром в ромне пссжиры с тким трепетом ожидли выстрел. И Брбикен был вполне прв, утверждя, что момент, когд снряд полетит, будет для пссжиров столь же опсен, кк если бы они нходились не внутри, впереди снряд. Действительно: в момент выстрел нижняя площдк кюты удрит пссжиров снизу с ткой же силой, с ккой нлетел бы снряд н всякое тело, нходящееся н его пути. Герои ромн отнеслись к этой опсности чересчур легко, вообржя, что отделются в худшем случе только приливом крови к голове…

Дело обстоит серьезнее. В кнле ствол снряд движется ускоренно: скорость его рстет под постоянным нпором гзов, обрзующихся при взрыве. В течение ничтожной доли секунды скорость эт возрстет от 0 до 16 км/сек. Допустим для простоты, что возрстние скорости совершется рвномерно; тогд ускорение, необходимое для того, чтобы в столь ничтожное время довести скорость снряд до 16 км/сек, достигнет здесь круглым счетом 600 км в секунду з секунду (вычисления приведены длее н стр. 91 — 93).

Роковое знчение этой цифры мы вполне поймем, если вспомним, что обычное ускорение силы тяжести н земной поверхности рвняется всего 10 м в секунду з секунду[29]. Отсюд следует, что кждый предмет внутри снряд в момент выстрел окзывл бы н дно кюты двление, которое в 60 000 рз больше вес этого предмет. Другими словми: пссжиры чувствовли бы, что сделлись словно в несколько десятков тысяч рз тяжелее! Под действием ткой колоссльной тяжести они были бы мгновенно рздвлены. Один цилиндр мистер Брбикен весил бы в момент выстрел не менее 15 тонн (вес груженого вгон); ткой шляпы более чем достточно, чтобы рздвить ее влдельц.

Првд, в ромне описны меры, принятые для ослбления удр: ядро снбжено пружинными буферми и двойным дном с водою, зполняющей прострнство в нем. Продолжительность удр от этого немного рстягивется, и следовтельно, быстрот нрстния скорости ослбевет. Но при огромных силх, с которыми приходится здесь иметь дело, выгод от этих приспособлений получется мизерня. Сил, которя будет придвливть пссжиров к полу, уменьшется н ничтожную долю, — не все ли рвно, быть рздвленным шляпой в 15 или 14 тонн?!

Кк ослбить сотрясение?

Мехник дет укзние н то, кк можно было бы ослбить роковую быстроту нрстния скорости.

Этого можно достигнуть, если во много рз удлинить ствол пушки.

Удлинение потребуется, однко, весьм знчительное, если мы хотим, чтобы в момент выстрел сил «искусственной» тяжести внутри снряд рвнялсь обыкновенной тяжести н земном шре. Приблизительный рсчет покзывет, что для этого нужно было бы изготовить пушку длиной ни мло, ни много, — в 6000 км! Другими словми, жюль-вернов «колумбид» должн бы простирться в глубь земного шр до смого его центр… Тогд пссжиры могли бы быть избвлены от всяких неприятностей: к их обычному весу прибвился бы еще только ткой же кжущийся вес вследствие медленного нрстния скорости, и они чувствовли бы, что стли всего вдвое тяжелее.

Впрочем, в течение крткого промежутк человеческий оргнизм способен без вред переносить увеличение тяжести в несколько рз. Когд мы сктывемся с ледяной горы вниз и здесь быстро меняем нпрвление своего движения, вес нш в этот крткий миг зметно увеличивется, т. е. тело нше прижимется к снкм сильнее обычного. Увеличение тяжести рз в три переносится нми довольно блгополучно. Если допустить, что человек может безвредно переносить в течение короткого времени дже десятикртное увеличение вес, то достточно будет отлить пушку «всего» в 600 км длиною. Однко это мло утешительно, потому что и подобное сооружение лежит з пределми технически возможного.

Вот при кких лишь условиях мыслимо осуществление змнчивого проект Жюля Верн: полететь н Луну в пушечном снряде[30].

Для друзей мтемтики

Среди читтелей этой книги, без сомнения, нйдутся и ткие, которые пожелют сми проверить рсчеты, упомянутые выше. Приводим здесь эти вычисления. Они верны лишь приблизительно, тк кк основны н допущении, что в кнле пушки снряд движется рвномерно-ускоренно (в действительности же возрстние скорости происходит нервномерно).

Для рсчетов придется пользовться следующими двумя формулми рвномерно-ускоренного движения:

скорость v по истечении t-й секунды рвн at, где — ускорение:

v = at;

путь S, пройденный з t секунд, определяется формулой

S = at2/2.

По этим формулм определим прежде всего ускорение снряд, когд он скользил в кнле «колумбиды».

Из ромн известн длин чсти пушки, не знятой зрядом, — 210 м; это и есть пройденный снрядом путь S.

Мы знем и конечную скорость: v =16 000 м/сек. Днные S и v позволяют определить величину t — продолжительность движения снряд в кнле орудия (рссмтривя это движение кк рвномерно-ускоренное). В смом деле:

v = at = 16000,

откуд

t = 210/8000 = около 1/40 сек.

Снряд, окзывется, скользил бы внутри пушки всего 1/40 секунды! Подствив

t = 1/40 в формулу v = at, имеем:

16 000 = 1/40 , откуд = 640 000 м/сек2.

Знчит, ускорение снряд при движении в кнле рвно 640 000 м/сек2, т. е. в 64 000 рз больше ускорения силы тяжести!

Ккой же длины должн быть пушк, чтобы ускорение снряд было всего в 10 рз больше ускорения пдющего тел (т. е. рвнялось бы 100 м/сек2)?

Это — здч, обртня той, которую мы сейчс решили. Днные:

a = 100 м/сек2,

v =11 000 м/сек (при отсутствии сопротивления тмосферы ткя скорость достточн).

Из формулы v = at имеем:

11000 = 100t, откуд t = 110 сек.

Из формулы S = at2/2 = at*t/2 получем, что длин пушки должн рвняться

т. е. круглым счетом 600 км.

Ткими вычислениями получены те цифры, которые рзрушют змнчивые плны героев Жюля Верн[31].

Глв шестя

СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ.

Море, в котором нельзя утонуть

Ткое море существует в стрне, известной человечеству с древнейших времен. Это знменитое Мертвое море Плестины. Воды его необыкновенно солены, нстолько, что в них не может жить ни одно живое существо. Знойный, без дождей климт Плестины вызывет сильное испрение воды с поверхности моря. Но испряется только чистя вод, рстворенные же соли остются в море и увеличивют соленость воды Вот почему вод Мертвого моря содержит не 2 или 3 процент соли (по весу), кк большинство морей и окенов, 27 и более процентов; с глубиной соленость рстет. Итк, четвертую чсть содержимого Мертвого моря соствляют соли, рстворенные в его воде. Общее количество солей в нем оценивется в 40 миллионов тонн.

Высокя соленость Мертвого моря обусловливет одну его особенность: вод этого моря знчительно тяжелее обыкновенной морской воды. Утонуть в ткой тяжелой жидкости нельзя: человеческое тело легче ее.

Вес ншего тел зметно меньше вес рвного объем густо-соленой воды и, следовтельно, по зкону плвния, человек не может в Мертвом море потонуть; он всплывет в нем, кк всплывет в соленой воде куриное яйцо (которое в пресной тонет)

Юморист Мрк Твен, посетивший это озеро-море, с комичной обстоятельностью описывет необычйные ощущения, которые он и его спутники испытли, купясь в тяжелых водх Мертвого моря:

«Это было збвное купнье! Мы не могли утонуть. Здесь можно вытянуться н воде во всю длину, леж н спине и сложив руки н груди, причем большя чсть тел будет оствться нд водой. При этом можно совсем поднять голову… Вы можете лежть очень удобно н спине, подняв колони к подбородку и охвтив их рукми, — но вскоре перевернетесь, тк кк голов перевешивет. Вы можете встть н голову — и от середины груди до конц ног будете оствться вне воды, по вы не сможете долго сохрнять ткое положение. Вы не можете плыть н спине, подвигясь сколько нибудь зметно тк кк ноги вши торчт из воды и вм приходится оттлкивться только пяткми. Если же вы плывете лицом вниз, то гюдвигетесь не вперед, нзд. Лошдь тк неустойчив, что не может ни плвть, ни стоять в Мертвом море, — он тотчс же ложится н бок»

Н рис. 49 вы видите человек, довольно удобно рсположившегося н поверхности Мертвого моря; большой удельный вес воды позволяет ему в этой позе читть книгу, зщищясь зонтиком от жгучих лучей солнц.

Ткими же необычйными свойствми облдет вод Кр-Богз-Гол (злив Кспийского моря[32]) и не менее соленя вод озер Эльтон, содержщя 27% солей.

Нечто в этом роде приходится испытывть тем больным, которые принимют соленые внны. Если соленость воды очень велик, кк, нпример, в Строрусских минерльных водх, то больному приходится прилгть немло усилий, чтобы удержться н дне внны. Я слышл, кк женщин, лечившяся в Строй Руссе, с возмущением жловлсь, что вод «положительно вытлкивл ее из внны». Кжется, он склонн был винить в этом не зкон Архимед, дминистрцию курорт…

Рисунок 49. Человек н поверхности Mеpтвoro моря (с фотогрфии).

Рисунок 50. Грузовя мрк н борту корбля. Обознчения мрок делются н уровне втерлинии. Для отчетливости они покзны ткже отдельно в увеличенном виде. Знчение букв объяснено в тексте.

Степень солености воды в рзличных морях несколько колеблется, — и соответственно этому суд сидят не одинково глубоко в морской воде. Быть может, некоторым из читтелей случлось видеть н борту судн близ втерлинии тк нзывемую «Ллойдовскую мрку» — знк, покзывющий уровень предельных втерлиний в воде рзличной плотности. Нпример, изобрження н рис. 50 грузовя мрк ознчет уровень предельной втерлинии:

в пресной воде (Fresch Water) .............................. FW

в Индийском окене (India Summer) ....................... IS

в соленой воде летом (Summer) .......................... S

в соленой воде зимой (Winter) ............................ W

в Сев. Атлнт. окене зимой (Winter North Atlantik) .. WNA

У нс эти мрки введены кк обязтельные с 1909 г. Зметим в зключение, что существует рзновидность воды, которя и в чистом виде, без всяких примесей, зметно тяжелее обыкновенной; ее удельный вес 1,1, т. е. н 10% больше, чем обыкновенной; следовтельно, в бссейне с ткой водой человек, дже не умеющий плвть, едв ли мог бы утонуть. Ткую воду нзвли «тяжелой» водой; ее химическя формул D2O (входящий в ее соств водород состоит из томов, вдвое тяжелее томов обыкновенного водород, и обознчется буквой D). «Тяжеля» вод в незнчительном количестве рстворен в обыкновенной: в ведре питьевой воды ее содержится около 8 г.

Тяжеля вод соств D2O (рзновидностей тяжелой воды рзличного соств возможно семндцть) в нстоящее время добывется уже почти в чистом виде; примесь обыкновенной воды соствляет около 0,05%[33].

Кк рботет ледокол?

Принимя внну, не упустите случя проделть следующий опыт. Прежде чем покинуть внну, откройте ее выпускное отверстие, продолжя лежть н ее дне. По мере того кк стнет выступть нд водою все большя и большя чсть вшего тел, вы будете ощущть постепенное его отяжеление. Смым нглядным обрзом убедитесь вы при этом, что вес, утрчивемый телом в воде (вспомните, кк легко чувствовли вы себя в внне!), появляется вновь, лишь только тело окзывется вне воды.

Когд ткой опыт невольно проделывет кит, очутившись во время отлив н мели, последствия окзывются для животного роковыми: его рздвит собственным чудовищным весом. Недром киты живут в водной стихии: вытлкивющя сил жидкости спсет их от гибельного действия силы тяжести.

Скзнное имеет ближйшее отношение к зголовку нстоящей сттьи. Рбот ледокол основн н том же физическом явлении: вынесення из воды чсть корбля перестет урвновешивться вытлкивющим действием воды и приобретет свой «сухопутный» вес. Не следует думть, что ледокол рзрезет лед н ходу непрерывным двлением своей носовой чсти — нпором форштевня. Тк рботют не ледоколы, ледорезы. Этот способ действия пригоден только для льд срвнительно незнчительной толщины.

Подлинные морские ледоколы — ткие, кк «Крсин» или «Ермк», — рботют инче. Действием своих мощных мшин ледокол ндвигет н поверхность льд свою носовую чсть, которя с этой целью устривется сильно скошенной под водой. Окзвшись вне воды, нос корбля приобретет полный свой вес, и этот огромный груз (у «Ермк» этот вес доходил, нпример, до 800 тонн) облмывет лед. Для усиления действия в носовые цистерны ледокол нередко нкчивют еще воду — «жидкий бллст».

Тк действует ледокол до тех пор, пок толщин льд не превышет полуметр. Более мощный лед побеждется удрным действием судн. Ледокол отступет нзд и нлетет всей своей мссой н кромку льд. При этом действует уже не вес, кинетическя энергия движущегося корбля; судно преврщется словно в ртиллерийский снряд небольшой скорости, зто огромной мссы, в трн.

Ледяные торосы в несколько метров высоты рзбивются энергией многокртных удров прочной носовой чсти ледокол.

Учстник знменитого переход «Сибиряков» в 1932 г., моряк-полярник Н. Мрков, тк описывет рботу этого ледокол:

«Среди сотен ледяных скл, среди сплошного покров льд „Сибиряков“ нчл битву. Пятьдесят дв чс подряд стрелк мшинного телегрф прыгл от „полного нзд“ к „полному вперед“. Триндцть четырехчсовых морских вхт „Сибиряков“ с рзгон врезлся в лед, крошил его носом, влезл н лед, ломл его и снов отходил нзд. Лед, толщиной в три четверти метр, с трудом уступл дорогу. С кждым удром пробивлись н треть корпус».

Смыми крупными и мощными в мире ледоколми рсполгет СССР.

Где нходятся зтонувшие суд?

Рспрострнено мнение, — дже среди моряков, — будто суд, зтонувшие в окене, не достигют морского дн, висят недвижно н некоторой глубине, где вод «соответственно уплотнен двлением вышележщих слоев».

Мнение это рзделял, по-видимому, дже втор «20 тысяч лье под водой»; в одной из глв этого ромн Жюль Верн описывет неподвижно висящее в воде зтонувшее судно, в другой упоминет о корблях, «догнивющих, свободно вися в воде».

Првильно ли подобное утверждение?

Некоторое основние для него, кк будто, имеется, тк кк двление воды в глубинх окен действительно достигет огромных степеней. Н глубине 10 м вод двит с силой 1 кг н 1 см2 погруженного тел. Н глубине 20 м это двление рвно уже 2 кг, н глубине 100 м — 10 кг, 1000 м — 100 кг. Окен же во многих местх имеет глубину в несколько километров, достигя в смых глубоких чстях Великого окен более 11 км (Мринскя впдин). Легко вычислить, ккое огромное двление должны испытывть вод и погруженные в нее предметы н этих огромных глубинх.

Если порожнюю зкупоренную бутылку опустить н знчительную глубину и зтем извлечь вновь, то обнружится, что двление воды вогнло пробку внутрь бутылки и вся посудин полн воды. Знменитый океногрф Джон Меррей в своей книге «Окен» рсскзывет, что был проделн ткой опыт: три стеклянные трубки рзличных рзмеров, с обоих концов зпянные, были звернуты в холст и помещены в медный цилиндр с отверстиями для свободного пропуск воды. Цилиндр был спущен н глубину 5 км. Когд его извлекли оттуд, окзлось, что холст нполнен снегообрзной мссой: это было рздробленное стекло. Куски дерев, опущенные н подобную глубину, после извлечения тонули в воде, кк кирпич, — нстолько они были сдвлены.

Естественно, кзлось бы, ожидть, что столь чудовищное двление должно нстолько уплотнить воду н больших глубинх, что дже тяжелые предметы не будут в ней тонуть, кк не тонет железня гиря в ртути.

Однко подобное мнение совершенно не обосновно. Опыт покзывет, что вод, кк и все вообще жидкости, мло поддется сжтию. Сдвливемя с силой 1 кг н 1 см2 вод сжимется всего только н 1/22 000 долю своего объем и примерно тк же сжимется при дльнейшем возрстнии двления н кждый килогрмм. Если бы мы пожелли довести воду до ткой плотности, чтобы в ней плвло железо, необходимо было бы уплотнить ее в 8 рз. Между тем для уплотнения только вдвое, т. е. для сокрщения объем нполовину, необходимо двление в 11 000 кг н 1 см2 (если бы только упомянутя мер сжтия имел место для тких огромных двлений). Это соответствует глубине 110 км под уровнем окен!

Отсюд ясно, что говорить о сколько-нибудь зметном уплотнении воды в глубине окенов совершенно не приходится. В смом глубоком их место вод уплотнен лишь н 1100/22000, т. е. н 1/20 нормльной своей плотности, всего н 5%[34]. Это почти не может повлиять н условия плвния в ней рзличных тел, — тем более, что твердые предметы, погруженные в ткую воду, ткже подвергются этому двлению и, следовтельно, тоже уплотняются.

Не может быть поэтому ни млейшего сомнения в том, что зтонувшие суд покоятся н дне окен. «Все, что тонет в сткне воды, — говорит Меррей, — должно пойти ко дну и в смом глубоком окене».

Мне приходилось слышть против этого ткое возржение. Если осторожно погрузить сткн вверх дном в воду, он может остться в этом положении, тк кк будет вытеснять объем воды, весящий столько же, сколько сткн. Более тяжелый метллический сткн может удержться в подобном положении и ниже уровня воды, не опускясь н дно. Точно тк же, будто бы, может остновиться н полпути и опрокинутый вверх килем крейсер или другое судно. Если в некоторых помещениях судн воздух окжется плотно зпертым, то судно погрузится н определенную глубину и тм остновится.

Не мло ведь судов идет ко дну в перевернутом состоянии — и возможно, что некоторые из них тк и не достигют дн, оствясь висеть в темных глубинх окен. Достточно было бы легкого толчк, чтобы вывести ткое судно из рвновесия, перевернуть, нполнить водою и зствить упсть н дно, — по откуд взяться толчкм в глубине окен, где вечно црит тишин и спокойствие и куд не проникют дже отголоски бурь?

Все эти доводы основны н физической ошибке. Перевернутый сткн не погружется в воду см — его ндо внешней силой погрузить в воду, кк кусок дерев или пустую зкупоренную бутылку. Точно тк же и опрокинутый килем вверх корбль вовсе и не нчнет тонуть, остнется н поверхности воды. Очутиться н полпути между уровнем окен и его дном он никк не может.

Кк осуществились мечты Жюля Верн и Уэллс

Рельные подводные лодки ншего времени в некоторых отношениях не только догнли фнтстический «Нутилус» Жюля Верп, но дже превзошли его. Првд, скорость ход нынешних подводных крейсеров вдвое меньше быстроты «Нутилус»: 24 узл против 50 у Жюля Верн (узел — около 1,8 км в чс). Смый длинный переход современного подводного корбля — кругосветное путешествие, между тем кк кпитн Немо совершил поход вдвое длиннее. Зто «Нутилус» облдл водоизмещением только в 1500 тонн, имел н борту комнду всего из двух-трех десятков человек и способен был оствться под водой без перерыв не более сорок восьми чсов. Подводный крейсер «Сюркуф», построенный в 1929 г. и приндлежвший фрнцузскому флоту, имел 3200 тонн водоизмещения, упрвлялся комндой из ст пятидесяти человек и способен был держться под водой, не всплывя, до ст двдцти чсов[35].

Переход от портов Фрнции до остров Мдгскр этот подводный крейсер мог совершть, не зходя по пути ни в один порт. По комфортбельности жилых помещений «Сюркуф», быть может, не уступл «Нутилусу». Длее, «Сюркуф» имел перед корблем кпитн Немо и то несомненное преимущество, что н верхней плубе крейсер устроен был водонепроницемый нгр для рзведывтельного гидросмолет. Отметим ткже, что Жюль Верн не снбдил «Нутилус» перископом, дющим лодке возможность обозревть горизонт из-под воды.

В одном лишь отношении рельные подводные корбли долю еще будут длеко отствть от создния фнтзии фрнцузского ромнист: в глубине погружения. Однко приходится отметить, что в этом пункте фнтзия Жюля Верн перешл грницы првдоподобия. «Кпитн Немо, — читем в одном месте ромн, — достигл глубины в три, четыре, пять, семь, девять и десять тысяч метров под поверхностью окен». А однжды «Нутилус» опустился дже н небывлую глубину — в 16 тысяч метров! «Я чувствовл, — рсскзывет герой ромн, — кк содрогются скрепы железной обшивки подводного судн, кк изгибются его рспоры, кк подются внутрь окн, уступя двлению воды Если бы корбль нш не облдл прочностью сплошною литого тел, его мгновенно сплющило бы в лепешку».

Опсение вполне уместное, потому что н глубине 16 км (если бы ткя глубин имелсь в окене) двление воды должно было бы достигть 16 000: 10 = 1600 кг н 1 см2, или 1600 технических тмосфер; ткое усилие не рздробляет желез, но безусловно смяло бы конструкцию. Однко подобной глубины современня океногрфия не знет. Преувеличенные предствления о глубинх окен, господствоввшие в эпоху Жюля Верн (ромн нписн в 1869 г.), объясняются несовершенством способов измерения глубины. В те времен для линь-лот употреблялсь не проволок, пеньковя веревк; ткой лот здерживлся трением о воду тем сильнее, чем глубже он погружлся; н знчительной глубине трение возрстло до того, что лот вовсе перествл опускться, сколько ни трвили линь: пеньковя веревк лишь спутывлсь, создвя впечтление огромной глубины.

Подводные корбли ншего времени способны выдерживть двление не более 25 тмосфер; это определяет нибольшую глубину их погружения: 250 м. Горздо большей глубины удлось достигнуть в особом ппрте, нзвнном «бтисферой» (рис. 51) и преднзнченном специльно для изучения фуны окенских пучин. Этот ппрт нпоминет, однко, не «Нутилус» Жюля Верн, фнтстическое создние другого ромнист — глубоководный шр Уэллс, описнный в рсскзе «В морской глубине». Герой этого рсскз спустился до дн окен н глубину 9 км в толстостенном стльном шре; ппрт погружлся без трос, но со съемным грузом; достигнув дн окен, шр освободился здесь от увлеквшего его груз и стремительно взлетел н поверхность воды.

В бтисфере ученые достигли глубины более 900 м. Бтисфер спускется н тросе с судн, с которым сидящие в шре поддерживют телефонную связь[36].

Рисунок 51. Стльной шрообрзный ппрт «бтисфер» для спуск в глубокие слои окен. В этом ппрте Вильям Бийб достиг в 1934 г глубины 923 м. Толщин стенок шр — около 4 см, диметр 1,5 м, вес 2, 5 тонны.

Кк был поднят «Сдко»?

В широком просторе окен гибнут ежегодно тысячи крупных и мелких судов, особенно в военное время. Ниболее ценные и доступные из зтонувших корблей стли извлекть со дн моря. Советские инженеры и водолзы, входящие в соств ЭПРОН (т. е. «Экспедиции подводных рбот особого нзнчения»), прослвились н весь мир успешным подъемом более чем 150 крупных судов. Среди них одно из смых больших — ледокол «Сдко», зтонувший н Белом море в 1916 г. из-з хлтности кпитн. Пролежв н морском дне 17 лет, этот превосходный ледокол был поднят рботникми ЭПРОН и вступил опять в строй.

Техник подъем был всецело основн н применении зкон Архимед. Под корпусом зтонувшего судн в грунте морского дн водолзы прорыли 12 туннелей и протянули сквозь кждый из них прочное стльное полотенце. Концы полотенец были прикреплены к понтонм, нмеренно потопленным подле ледокол. Вся эт рбот выполнен был н глубине 25 м под уровнем моря.

Понтонми (рис. 52) служили полые непроницемые железные цилиндры 11 м длиной и 5,5 м в диметре. Порожний понтон весил 50 тонн. По првилм геометрии легко вычислить его объем: около 250 кубометров. Ясно, что ткой цилиндр порожняком должен плвть н воде: он вытесняет 250 тонн воды, см же весит только 50; грузоподъемность его рвн рзности между 250 и 50, т. е. 200 тонн. Чтобы зствить понтон опуститься н дно, его зполняют водой.

Когд (см. рис. 52) концы стльных строп были прочно прикреплены к потопленным понтонм, в цилиндры стли с помощью шлнгов нгнетть сжтый воздух. Н глубине 25 м вод двит с силой 25/10 + 1, т. е. 3,5 тмосферы. Воздух же подвлся в цилиндры под двлением около 4 тмосфер и, следовтельно, должен был вытеснять воду из понтонов. Облегченные цилиндры с огромной силою вытлкивлись окружющей водою н поверхность моря. Они всплывли в воде, кк эростт в воздухе. Совместня подъемня их сил при полном вытеснении из них воды рвнялсь бы 200 х 12, т. е. 2400 тонн. Это превышет вес зтонувшего «Сдко», тк что рди более плвного подъем понтоны были освобождены от воды только чстично.

Рисунок 52. Схем подъем «Сдко»; покзн рзрез ледокол, понтоны и стропы.

Тем не менее подъем осуществлен был лишь после нескольких неудчных попыток. «Четыре врии терпел н нем спстельня пртия, пок добилсь успех, — пишет руководивший рботми глвный корбельный инженер ЭПРОН Т. И. Бобрицкий[37]. — Три рз, нпряженно ожидя судн, мы видели вместо поднимющегося ледокол стихийно вырывющиеся нверх, в хосе волн и пены, понтоны и рзорвнные, змеями извивющиеся шлнги. Дв рз покзывлся и снов исчезл в пучине моря ледокол, прежде чем всплыл и окончтельно удержлся н поверхности».

«Вечный» водяной двигтель

Среди множеств проектов «вечного двигтеля» было немло и тких, которые основны н всплывнии тел в воде. Высокя бшня в 20 м высоты нполнен водой. Нверху и внизу бшни устновлены шкивы, через которые перекинут прочный кнт в виде бесконечного ремня. К кнту прикреплено 14 полых кубических ящиков в метр высоты, склепнных из железных листов тк, что внутрь ящиков вод проникнуть не может. Нши рис. 53 и 54 изобржют внешний вид ткой бшни и ее продольный рзрез.

Кк же действует эт устновк? Кждый, знкомый с зконом Архимед, сообрзит, что ящики, нходясь в воде, будут стремиться всплыть вверх. Их увлекет вверх сил, рвня весу воды, вытесняемой ящикми, т. е. весу одного кубического метр воды, повторенному столько рз, сколько ящиков погружено в воду. Из рисунков видно, что в воде окзывется всегд шесть ящиков. Знчит, сил, увлекющя погруженные ящики вверх, рвн весу 6 м3 воды, т. е. 6 тоннм. Вниз же их тянет собственный вес ящиков, который, однко, урвновешивется грузом из шести ящиков, свободно свисющих н нружной стороне кнт.

Итк, кнт, перекинутый укзнным обрзом, будет всегд подвержен тяге в 6 тонн, приложенной к одной его стороне и нпрвленной вверх. Ясно, что сил эт зствит кнт безостновочно врщться, скользя по шкивм, и при кждом обороте совершть рботу в 6000 * 20 = 120 000 кгм.

Теперь понятно, что если усеять стрну ткими бшнями, то мы сможем получть от них безгрничное количество рботы, достточное для покрытия всех нужд нродного хозяйств. Бшни будут врщть якоря динмомшин и двть электрическую энергию в любом количестве.

Однко если рзобрться внимтельно в этом проекте, то легко убедиться, что ожидемого движения кнт происходить вовсе не должно.

Чтобы бесконечный кнт врщлся, ящики должны входить в водяной бссейн бшни снизу и покидть его сверху. Но ведь, вступя в бссейн, ящик должен преодолеть двление столб воды в 20 м высотой! Это двление н квдртный метр площди ящик рвно ни много, ни мло двдцти тоннм (весу 20м3 воды). Тяг же вверх соствляет всего только 6 тонн, т. е. явно недостточн, чтобы втщить ящик в бссейн.

Среди многочисленных обрзчиков водяных «вечных» двигтелей, сотни которых придумны были изобреттелями-неудчникми, можно нйти очень простые и остроумные вринты.

Рисунок 53. Проект мнимого «вечного» водяного двигтеля.

Рисунок 54. Уcтpoйствo бшни предыдущего рисунк.

Взгляните н рис. 55. Чсть деревянного брбн, укрепленного н оси, все время погружен в воду. Если спрведлив зкон Архимед, то погруження в воду чсть должн всплывть и, коль скоро вытлкивющя сил больше силы трения н оси брбн, врщение никогд не прекртится…

Рисунок 55. Еще один проект «вечного» водяного двигтеля.

Не спешите с постройкой этого «вечного» двигтеля! Вс непременно постигнет неудч: брбн не сдвинется с мест. В чем же дело, в чем ошибк нших рссуждений? Окзывется, мы не учли нпрвления действующих сил. А нпрвлены они будут всегд по перпендикуляру к поверхности брбн, т. е. по рдиусу к оси. Из повседневного опыт кждый знет, что невозможно зствить колесо врщться, приклдывя усилия вдоль рдиус колес. Чтобы вызвть врщение, ндо приложить усилие перпендикулярно к рдиусу, т. е. по кстельной к окружности колес. Теперь уже нетрудно понять, почему и в этом случе зкончится неудчей попытк осуществить «вечное» движение.

Зкон Архимед двл соблзнительную пищу уму исктелей «вечного» двигтеля и побуждл придумывть хитроумные приспособления для использовния кжущейся потери вес в целях получения вечного источник мехнической энергии.

Кто придумл слов «гз» и «тмосфер»?

Слово «гз» приндлежит к числу слов, придумнных учеными нряду с ткими словми, кк «термометр», «электричество», «гльвнометр», «телефон» и прежде всего «тмосфер». Из всех придумнных слов «гз» — безусловно смое короткое. Стринный голлндский химик и врч Гельмонт, живший с 1577 по 1644 г. (современник Глилея), произвел «гз» от греческого слов «хос». Открыв, что воздух состоит из двух чстей, из которых одн поддерживет горение и сгорет, остльня же чсть не облдет этими свойствми, Гельмонт писл:

«Ткой пр я нзвл гз, потому что он почти не отличется от хос древних» (первончльный смысл слов «хос» — сияющее прострнство).

Однко повое словечко долго после этого не употреблялось и было возрождено лишь знменитым Лвузье в 1789 г. Оно получило широкое рспрострнение, когд всюду зговорили о полетх бртьев Монгольфье н первых воздушных шрх.

Ломоносов в своих сочинениях употреблял другое нименовние для гзообрзных тел — «упругие жидкости» (остввшееся в употреблении еще и тогд, когд я учился в школе). Зметим, кстти, что Ломоносову приндлежит зслуг введения в русскую речь ряд нзвний, ствших теперь стндртными словми нучного язык:

тмосфер

мнометр

брометр

микрометр

воздушный нсос

оптик, оптический

вязкость

э (е) лектрический

кристллизция

э (е) фир

мтерия

и др.

Генильный родончльник русского естествознния писл по этому поводу: «Принужден я был искть слов для нименовния некоторых физических инструментов, действий и нтурльных вещей, которые (т. е. слов) хотя сперв покжутся несколько стрнны, однко ндеюсь, что они со временем через употребление знкомее будут».

Кк мы знем, ндежды Ломоносов вполне опрвдлись.

Нпротив, предложенные впоследствии В. И. Длем (известным соствителем «Толкового словря») слов для змены «тмосферы» — неуклюжие «мироколиц» или «колоземиц» — совершенно не привились, кк не привился его «небозём» вместо горизонт и другие новые слов.

Кк будто простя здч

Смовр, вмещющий 30 сткнов, полон воды. Вы подствляете сткн под его крн и с чсми в рукх следите по секундной стрелке, во сколько времени сткн нполняется до крев. Допустим, что в полминуты. Теперь зддим вопрос: во сколько времени опорожнится весь смовр, если оствить крн открытым?

Кзлось бы, здесь детски-простя рифметическя здч: один сткн вытекет в 0,5 минуты, — знчит, 30 сткнов выльются в 15 минут.

Но сделйте опыт. Окжется, что смовр опоржнивется не в четверть чс, кк вы ожидли, в полчс.

В чем же дело? Ведь рсчет тк прост!

Прост, но неверен. Нельзя думть, что скорость истечения с нчл до конц остется одн и т же. Когд первый сткн вытек из смовр, струя течет уже под меньшим двлением, тк кк уровень воды в смовре понизился; понятно, что второй сткн нполнится в больший срок, чем в полминуты; третий вытечет еще ленивее, и т. д.

Скорость истечения всякой жидкости из отверстия в открытом сосуде нходится в прямой звисимости от высоты столб жидкости, стоящего нд отверстием. Генильный Торичелли, ученик Глилея, первый укзл н эту звисимость и вырзил ее простой формулой:

где v — скорость истечения, g — ускорение силы тяжести, a h — высот уровня жидкости нд отверстием. Из этой формулы следует, что скорость вытекющей струи совершенно не звисит от плотности жидкости: легкий спирт и тяжеловесня ртуть при одинковом уровне вытекют из отверстия одинково быстро (рис. 56). Из формулы видно, что н Луне, где сил тяжести в 6 рз меньше, чем н Земле, потребовлось бы для нполнения сткн примерно в 2,5 рз больше времени, нежели н Земле.

Но возвртимся к ншей здче. Если после истечения из смовр 20 сткнов уровень воды в нем (считя от отверстия крн) понизился в четыре рз, то 21-й сткн нполнится вдвое медленнее, чем 1-й. И если в дльнейшем уровень воды понизится в 9 рз, то для нполнения последних сткнов пондобится уже втрое больше времени, чем для нполнения первого. Все знют, кк вяло вытекет вод из крн смовр, который уже почти опорожнен. Решя эту здчу приемми высшей мтемтики, можно докзть, что время, нужное н полное опорожнение сосуд, с дв рз больше срок, в течение которого вылился бы ткой же объем жидкости при неизменном первончльном уровне.

Рисунок 56. Что скорее выльется: ртуть или спирт? Уровень жидкости в сосудх одинков.

Здч о бссейне

От скзнного один шг к пресловутым здчм о бссейне, без которых не обходится ни один рифметический и лгебрический здчник. Всем пмятны клссически-скучные, схолстические здчи вроде следующей:

«В бссейн проведены две трубы. Через одну первую пустой бссейн может нполниться в 5 чсов; через одну вторую полный бссейн может опорожниться в 10 чсов. Во сколько чсов нполнится пустой бссейн, если открыть обе трубы срзу?»

Здчи этого род имеют почтенную двность — без млого 20 веков, восходя к Герону Алексндрийскому. Вот одн из героновых здч, — не столь, првд, змысловтя, кк ее потомки:

Две тысячи лет решются здчи о бссейнх и — тков сил рутины! — две тысячи лет решются непрвильно. Почему непрвильно — вы поймете сми после того, что сейчс скзно было о вытекнии воды. Кк учт решть здчи о бссейнх? Первую, нпример, здчу решют тк. В 1 чс первя труб нливет 0,2 бссейн, вторя выливет 0,1 бссейн; знчит, при действии обоих труб в бссейн ежечсно поступет 0,2 — 0,1 = 0,1 откуд для времени нполнения бссейн получется 10 чсов. Это рссуждение неверно: если втекние воды можно считть происходящим под постоянным двлением и, следовтельно, рвномерным, то ее вытекние происходит при изменяющемся уровне и, знчит, нервномерно. Из того, что второй трубой бссейн опоржнивется в 10 чсов, вовсе не следует, что ежечсно вытекет 0,1 доля бссейн; школьный прием решения, кк видим, ошибочен. Решить здчу првильно средствми элементрной мтемтики нельзя, потому здчм о бссейне (с вытекющей водой) вовсе не место в рифметических здчникх[38].

Рисунок 57. Здч о бссейне.

Удивительный сосуд

Возможно ли устроить ткой сосуд, из которого вод вытекл бы все время рвномерной струёй, не змедляя своего течения, несмотря н то, что уровень жидкости понижется? После того, что вы узнли из предыдущих сттей, вы, вероятно, готовы счесть подобную здчу нерзрешимой.

Между тем это вполне осуществимо. Бнк, изобрження н рис. 58, — именно ткой удивительный сосуд. Это обыкновення бнк с узким горлом, через пробку которой вдвинут стекляння трубк. Если вы откроете крн С ниже конц трубки, то жидкость будет литься из него неослбевющей струёй до тех пор, пок уровень воды не опустится в сосуде до нижнего конц трубки. Вдвинув трубку почти до уровня крн, вы можете зствить всю жидкость, нходящуюся выше уровня отверстия, вытечь рвномерной, хотя и очень слбой струёй.

Рисунок 58. Устройство сосуд Мриотт. Из отверстия С вод течет рвномерно.

Отчего это происходит? Проследите мысленно з тем, что совершется в сосуде при открытии крн С (рис. 58). Прежде всего выливется вод из стеклянной трубки; уровень жидкости внутри нее опускется до конц трубки. При дльнейшем вытекнии опускется уже уровень воды в сосуде и через стеклянную трубку входит нружный воздух; он просчивется пузырькми через воду и собирется нд ней в верхней чсти сосуд. Теперь н всем уровне В двление рвно тмосферному. Знчит, вод из крн С вытекет лишь под двлением слоя воды ВС, потому что двление тмосферы изнутри и снружи сосуд урвновешивется. А тк кк толщин слоя ВС остется постоянной, то и неудивительно, что струя все время течет с одинковой скоростью.

Попробуйте же теперь ответить н вопрос: кк быстро будет вытекть вод, если вынуть пробочку В н уровне конц трубки?

Окзывется, что он вовсе не будет вытекть (рзумеется, если отверстие нстолько мло, что шириной его можно пренебречь; инче вод будет вытекть под двлением тонкого слоя воды, толщиной в ширину отверстия). В смом деле, здесь изнутри и снружи двление рвно тмосферному, и ничто не побуждет воду вытекть.

А если бы вы вынули пробку А выше нижнего конц трубки, то не только вод не вытекл бы из сосуд, по в него еще входил бы нружный воздух. Почему? По весьм простой причине: внутри этой чсти сосуд двление воздух меньше, чем тмосферное двление снружи.

Этот сосуд со столь необычйными свойствми был придумн знменитым физиком Мриоттом и нзвн по имени ученого «сосудом Мриотт».

Поклж из воздух

В середине XVII столетия жители город Рогенсбург и съехвшиеся туд влдетельные князья Гермнии во глве с импертором были свидетелями порзительного зрелищ: 16 лошдей изо всех сил стрлись рзнять дв приложенных друг к другу медных полушрия. Что связывло их? «Ничто», — воздух. И тем не менее восемь лошдей, тянувших в одну сторону, и восемь, тянувших в другую, окзлись не в силх их рзъединить. Тк бургомистр Отто фон Герике воочию покзл всем, что воздух — вовсе не «ничто», что он имеет вес и двит со знчительной силой н все земные предметы.

Опыт этот был произведен 8 мя 1654 г. при весьм торжественной обстновке. Ученый бургомистр сумел всех зинтересовть своими нучными изыскниями, несмотря н то, что дело происходило в рзгр политических неурядиц и опустошительных войн.

Описние знменитого опыт с «мгдебургскими полушриями» имеется в учебникх физики. Все же, я уверен, читтель с интересом выслушет этот рсскз из уст смого Герике, зтого «гермнского Глилея», кк иногд нзывют змечтельного физик. Объемистя книг с описнием длинного ряд его опытов вышл н лтинском языке в Амстердме в 1672 г. и, подобно всем книгм этой эпохи, носил прострнное зглвие. Вот оно:

ОТТО фон ГЕРИКЕ

Тк нзывемые новые мгдебургские опыты

нд БЕЗВОЗДУШНЫМ ПРОСТРАНСТВОМ,

первончльно описнные профессором мтемтики

в Вюрцбургском университете КАСПАРОМ ШОТТОМ.

Издние смого втор,

более обстоятельное и пополненное рзличными

новыми опытми.

Интересующему нс опыту посвящен глв XXIII этой книги. Приводим дословный ее перевод.

«Опыт, докзывющий, что двление воздух соединяет дв полушрия тк прочно, что их нельзя рзнять усилиями 16 лошдей.

Я зкзл дв медных полушрия диметром в три четверти мгдебургских локтя[39]. Но в действительности диметр их зключл всего 67/100, тк кк мстер, по обыкновению, не могли изготовить в точности то, что требовлось. Об полушрия вполне отвечли одно другому. К одному полушрию был приделн крн; с помощью этого крн можно удлить воздух изнутри и препятствовть проникновению воздух снружи. Кроме того, к полушриям прикреплены были 4 кольц, через которые продевлись кнты, привязнные к упряжи лошдей. Я велел ткже сшить кожное кольцо; оно нпитно было смесью воск в скипидре; зжтое между полушриями, оно не пропускло в них воздух. В крн вствлен был трубк воздушного нсос, и был удлен воздух внутри шр. Тогд обнружилось, с ккою силою об полушрия придвливлись друг к другу через кожное кольцо. Двление нружного воздух прижимло их тк крепко, что 16 лошдей (рывком) совсем не могли их рзнять или достигли этого лишь с трудом. Когд же полушрия, уступя нпряжению всей силы лошдей, рзъединялись, то рздвлся грохот, кк от выстрел.

Но стоило поворотом крн открыть свободный доступ воздуху — и полушрия легко было рзнять рукми».

Несложное вычисление может объяснить нм, почему нужн ткя знчительня сил (8 лошдей с кждой стороны), чтобы рзъединить чсти пустого шр. Воздух двит с силою около 1 кг н кждый кв.см; площдь круг[40] диметром в 0,67 локтя (37 см) рвн 1060 см2. Знчит, двление тмосферы н кждое полушрие должно превышть 1000 кг (1 тонну). Кждя восьмерк лошдей должн был, следовтельно, тянуть с силой тонны, чтобы противодействовть двлению нружного воздух.

Кзлось бы, для восьми лошдей (с кждой стороны) это не очень большой груз. Не збывйте, однко, что, двигя, нпример, клдь в 1 тонну, лошди преодолевют силу не в 1 тонну, горздо меньшую, именно — трение колес об оси и о мостовую. А эт сил соствляет — н шоссе, нпример, — всего процентов пять, т. е. при однотонном грузе — 50 кг. (Не говорим уже о том, что при соединении усилий восьми лошдей теряется, кк покзывет прктик, 50% тяги.) Следовтельно, тяг в 1 тонну соответствует при восьми лошдях нгрузке телеги в 20 тонн. Вот кков т воздушня поклж, везти которую должны были лошди мгдебургского бургомистр! Они словно должны были сдвинуть с мест небольшой провоз, не поствленный, к тому же, н рельсы.

Измерено, что сильня ломовя лошдь тянет воз с усилием всего в 80 кг[41]. Следовтельно, для рзрыв мгдебургских полушрий пондобилось бы при рвномерной тяге 1000/80 = по 13 лошдей с кждой стороны[42].

Читтель будет, вероятно, изумлен, узнв, что некоторые сочленения ншего скелет не рспдются по той же причине, что и мгдебургские полушрия. Нше тзобедренное сочленение предствляет собой именно ткие мгдебургские полушрия. Можно обнжить это сочленение от мускульных и хрящевых связей, и все-тки бедро не выпдет: его прижимет тмосферное двление, тк кк в межсуствном прострнстве воздух нет.

Новые героновы фонтны

Обычня форм фонтн, приписывемого древнему мехнику Герону, вероятно, известн моим читтелям, Нпомню здесь его устройство, прежде чем перейти к описнию новейших видоизменений этого любопытного прибор. Геронов фонтн (рис. 60) состоит из трех сосудов: верхнего открытого и двух шрообрзных b и с, герметически змкнутых. Сосуды соединены тремя трубкми, рсположение которых покзно н рисунке. Когд в есть немного воды, шр b нполнен водой, шр с — воздухом, фонтн нчинет действовть: вод переливется по трубке из в с. вытесняя оттуд воздух в шр b; под двлением поступющего воздух вод из b устремляется по трубке вверх и бьет фонтном нд сосудом . Когд же шр b опорожнится, фонтн перестет бить.

Рисунок 59. Кости нших тзобедренных сочленений не рспдются блгодря тмосферному двлению, подобно тому кк сдерживются мгдебургские полушрия.

Рисунок 60. Стринный геронов фонтн.

Рисунок 61. Современное видоизменение геронов фонтн. Вверху — вринт устройств трелки.

Тков стриння форм геронов фонтн. Уже в нше время один школьный учитель в Итлии, побуждемый к изобреттельности скудной обстновкой своего физического кбинет, упростил устройство геронов фонтн и придумл ткие видоизменения его, которые кждый может устроить при помощи простейших средств (рис. 61). Вместо шров он употребил птечные склянки; вместо стеклянных или метллических трубок взял резиновые. Верхний сосуд не ндо продырявливть: можно просто ввести в него концы трубок, кк покзно н рис. 61 вверху.

В тком видоизменении прибор горздо удобнее к употреблению: когд вся вод из бнки b перельется через сосуд в бнку с, можно просто перествить бнки b и с, и фонтн вновь действует; не ндо збывть, рзумеется, пересдить ткже нконечник н другую трубку.

Другое удобство видоизмененного фонтн состоит в том, что он дет возможность произвольно изменять рсположение сосудов и изучть, кк влияет рсстояние уровней сосудов н высоту струи.

Если желете во много рз увеличить высоту струи, вы можете достигнуть этого, зменив в нижних склянкх описнного прибор воду ртутью, воздух — водой (рис. 62). Действие прибор понятно: ртуть, переливясь из бнки с в бнку b, вытесняет из нее воду, зствляя ее бить фонтном. Зня, что ртуть в 13,5 рз тяжелее воды, мы можем вычислить, н ккую высоту должн поднимться при этом струя фонтн. Обознчим рзницу уровней соответственно через h1, h2, h3. Теперь рзберемся, под действием кких сил ртуть из сосуд с (рис. 62) перетекет в b. Ртуть в соединительной трубке подвержен двлению с двух сторон. Спрв н нее действует двление рзности h2 ртутных столбов (которое рвносильно двлению в 13,5 рз более высокого водяного столб, 13,5 h2) плюс двление водяного столб h1. Слев нпирет водяной столб h3. В итого ртуть увлекется силой

13,5h2 + h1 — h3.

Но h3 — h1 = h2; зменяем поэтому h1 — h3 н минус h2 и получем:

13,5h2 — h2 т. е. 12,5h2.

Итк, ртуть поступет в сосуд b под двлением вес водяного столб высотой 12,5 h2. Теоретически фонтн должен бить поэтому н высоту, рвную рзности ртутных уровней в склянкх, умноженной н 12,5. Трение несколько понижет эту теоретическую высоту.

Тем не менее описнный прибор дет удобную возможность получить бьющую высоко вверх струю. Чтобы зствить, нпример, фонтн бить н высоту 10 м, достточно поднять одну бнку нд другой примерно н один метр. Любопытно, что, кк видно из ншего рсчет, возвышение трелки нд склянкми с ртутью нисколько не влияет н высоту струи.

Рисунок 62. Фонтн, действующий двлением pтyти. Струя бьет рз в десять выше рзности уровней ртути.

Обмнчивые сосуды

В стрину — в XVII и XVIII векх — вельможи збвлялись следующей поучительной игрушкой: изготовляли кружку (или кувшин), в верхней чсти которой имелись крупные узорчтые вырезы (рис. 63). Ткую кружку, нлитую вином, предлгли незнтному гостю, нд которым можно было безнкзнно посмеяться. Кк пить из нее? Нклонить — нельзя: вино польется из множеств сквозных отверстий, до рт не достигнет ни кпли. Случится, кк в скзке:

Рисунок 63. Обмнчивый кувшин конц XVIII век и секрет его устройств.

Мед, пиво пил,

Д усы лишь обмочил.

Но кто знл секрет устройств подобных кружек, — секрет, который покзн н рис. 63 спрв, — тот зтыкл пльцем отверстие В, брл в рот носик и втягивл в себя жидкость, не нклоняя сосуд: вино поднимлось через отверстие Е по кнлу внутри ручки, длее по его продолжению С внутри верхнего кря кружки и достигло носик.

Не тк двно еще подобные кружки изготовлялись ншими гончрми. Мне случилось в одном доме видеть обрзчик их рботы, довольно искусно скрывющей секрет устройств сосуд; н кружке был ндпись: «Пей, но не облейся».

Сколько весит вод в опрокинутом сткне?

— Ничего, конечно, не весит: в тком сткне вод не держится, выливется, — скжете вы.

— А если не выливется? — спрошу я. — Что тогд?

В смом деле, возможно ведь удержть воду в опрокинутом сткне тк, чтобы он не выливлсь. Этот случй изобржен н рис. 64. Опрокинутый стеклянный бокл, подвязнный з донышко к одной чшке весов, нполнен водой, которя не выливется, тк кк кря бокл погружены в сосуд с водой. Н другую чшку весов положен точно ткой же пустой бокл.

Ккя чшк весов перетянет?

Рисунок 64. Ккя чшк перетянет?

Перетянет т, к которой привязн опрокинутый бокл с водой. Этот бокл испытывет сверху полное тмосферное двление, снизу же — тмосферное двление, ослбленное весом содержщейся в бокле воды. Для рвновесия чшек необходимо было бы нполнить водою бокл, помещенный н другую чшку.

При укзнных условиях, следовтельно, вод в опрокинутом сткне весит столько же, сколько и в поствленном н дно.

Отчего притягивются корбли?

Осенью 1912 г. с окенским проходом «Олимпик» — тогд одним из величйших в мире судов — произошел следующий случй. «Олимпик» плыл в открытом море, почти прллельно ему, н рсстоянии сотни метров, проходил с большой скоростью другой корбль, горздо меньший, броненосный крейсер «Гук». Когд об судн зняли положение, изобрженное н рис. 65, произошло нечто неожиднное: меньшее судно стремительно свернуло с пути, словно повинуясь ккой-то невидимой силе, повернулось носом к большому проходу и, не слушясь руля, двинулось почти прямо н него. Произошло столкновение. «Гук» врезлся носом в бок «Олпмпик»; удр был тк силен, что «Гук» проделл в борту «Олимпик» большую пробоину.

Рисунок 65. Положение проходов «Олимпик» и «Гук» перед столкновением.

Когд этот стрнный случй рссмтривлся в морском суде, виновной стороной был признн кпитн гигнт «Олимпик», тк кк, — глсило постновление суд, — он не отдл никких рспоряжений уступить дорогу идущему нперерез «Гуку».

Суд не усмотрел здесь, следовтельно, ничего необычйного: простя нерспорядительность кпитн, не больше. А между тем, имело место совершенно непредвиденное обстоятельство: случй взимного притяжения судов н море.

Ткие случи не рз происходили, вероятно, и рньше при прллельном движении двух корблей. Но пок не строили очень крупных судов, явление это не проявлялось с ткой силой. Когд воды окенов стли бороздить «плвучие город», явление притяжения судов сделлось горздо зметнее; с ним считются комндиры военных судов при мневрировнии.

Многочисленные врии мелких судов, проплыввших в соседстве с большими пссжирскими и военными судми, происходили, вероятно, по той же причине.

Чем же объясняется это притяжение? Конечно, здесь не может быть и речи о притяжении по зкону всемирного тяготения Ньютон; мы уже видели (в гл. IV), что ото притяжение слишком ничтожно. Причин явления совершенно иного род и объясняется зконми течения жидкостей в трубкх и кнлх. Можно докзть, что если жидкость протекет по кнлу, имеющему сужения и рсширения, то в узких чстях кнл он течет быстрее и двит н стенки кнл слбее, нежели в широких местх, где он протекет спокойнее и двит н стенки сильнее (тк нзывемый «принцип Бернулли»).

То же спрведливо и для гзов. Это явление в учении о гзх носит нзвние эффект Клемн — Дезорм (по имени открывших его физиков) и нередко именуется «эросттическим прдоксом». Впервые явление это, кк говорят, обнружено было случйно при следующих обстоятельствх. В одном из фрнцузских рудников рбочему прикзно было зкрыть щитом отверстие нружной штольни, через которую подвлся в шхту сжтый воздух. Рбочий долго боролся со струёй воздух, но внезпно щит см собой зхлопнул штольню с ткой силой, что, будь щит недостточно велик, его втянуло бы в вентиляционный люк вместе с перепугнным рбочим.

Между прочим, этой особенностью течения гзов объясняется действие пульверизтор. Когд мы дуем (рис. 67) в колено , зкнчивющееся сужением, то воздух, переходя в сужение, уменьшет свое двление. Тким обрзом, нд трубкой b окзывется воздух с уменьшенным двлением, и потому двление тмосферы гонит жидкость из сткн вверх по трубке; у отверстия жидкость попдет в струю выдувемого воздух и в нем рспыляется.

Теперь мы поймем, в чем кроется причин притяжения судов. Когд дв проход плывут прллельно один другому, между их бортми получется кк бы водяной кнл. В обыкновенном кнле стенки неподвижны, движется вод; здесь же ноборот: неподвижн вод, движутся стенки. Но действие сил от этого нисколько не меняется: в узких местх подвижного кпл вод слбее двит н стенки, нежели в прострнстве вокруг проходов. Другими словми, бок проходов, обрщенные друг к другу, испытывют со стороны воды меньшее двление, нежели нружные чсти судов. Что же должно произойти вследствие этого? Суд должны под нпором нружной воды двинуться друг к другу, и естественно, что меньшее судно перемещется зметнее, между тем кк более мссивное остется почти неподвижным. Вот почему притяжение проявляется с особенной силой, когд большой корбль быстро проходит мимо мленького.

Рисунок 66. В узких чстях кнл вод течет быстрее и двит н стенки слбее, чем в широких.

Рисунок 67. Пульверизтор.

Рисунок 68. Течение воды между двумя плывущими судми.

Итк, притяжение корблей обусловлено вссывющим действием текущей воды. Этим же объясняется и опсность быстрин для купющихся, вссывющее действие водоворотов. Можно вычислить, что течение воды в реке при умеренной скорости 1 м в секунду втягивет человеческое тело с силой 30 кг! Против ткой силы не легко устоять, особенно в воде, когд собственный вес ншего тел не помогет нм сохрнять устойчивость. Нконец, втягивющее действие быстро несущегося поезд объясняется тем же принципом Бернулли: поезд при скорости 50 км в чс увлекет близстоящего человек с силой около 8 кг.

Явления, связнные с «принципом Бернулли», хотя и весьм нередки, мло известны в кругу неспецилистов. Полезно будет поэтому остновиться н нем подробнее. Длее мы приводим отрывок из сттьи н эту тему, помещенной в одном нучно-популярном журнле.

Принцип Бернулли и его следствия

Принцип, впервые выскзнный Дниилом Бернулли в 1726 г., глсит: в струе воды или воздух двление велико, если скорость мл, и двление мло, если скорость велик. Существуют известные огрничения этого принцип, но здесь мы не будем н них остнвливться.

Рис. 69 иллюстрирует этот принцип.

Воздух продувется через трубку АВ. Если сечение трубки мло, — кк в , — скорость воздух велик; тм же, где сечение велико, — кк в b, — скорость воздух мл. Тм, где скорость велик, двление мло, где скорость мл, двление велико. Вследствие млой величины двления воздух в жидкость в трубке С поднимется; в то же время сильное двление воздух в b зствляет опускться жидкость в трубке D.

Рисунок 69. Иллюстрция принцип Бернулли. В суженной чсти () трубки АВ двление меньше, нежели в широкой (b).

Н рис. 70 трубк Т укреплен н медном диске DD; воздух продувется через трубку Т и длее мимо свободного диск dd[43]. Воздух между двумя дискми имеет большую скорость, но эт скорость быстро убывет по мере приближения к крям дисков, тк кк сечение воздушного поток быстро возрстет и преодолевется инерция воздух, вытекющего из прострнств между дискми. Но двление окружющего диск воздух велико, тк кк скорость мл, двление воздух между дискми мло, тк кк скорость велик. Поэтому воздух, окружющий диск, окзывет большее воздействие н диски, стремясь их сблизить, нежели воздушный поток между дискми, стремящийся их рздвинуть; в результте диск dd приссывется к диску DD тем сильнее, чем сильнее ток воздух в Т.

Рис. 71 предствляет нлогию рис. 70, но только с водой. Быстро движущяся вод н диске DD нходится н низком уровне и см поднимется до более высокого уровня спокойной воды в бссейне, когд огибет кря диск. Поэтому спокойня вод под диском имеет более высокое двление, чем движущяся вод нд диском, вследствие чего диск поднимется. Стержень Р не допускет боковых смещений диск.

Рисунок 70. Опыт с дискми.

Рисунок 71. Диск DD приподнимется н стержне Р, когд н него изливется струя воды из бк.

Рис. 72 изобржет легкий шрик, плвющий в струе воздух. Воздушня струя удряется о шрик и не дет ему пдть. Когд шрик высккивет из струи, окружющий воздух возврщет его обртно в струю, тк кк двление окружющего воздух, имеющего млую скорость, велико, двление воздух в струе, имеющего большую скорость, мло.

Рис. 73 предствляет дв судн, движущиеся рядом в спокойной воде, или, что сводится к тому же, дв судн, стоящие рядом и обтекемые водою. Поток более стеснен в прострнстве между судми, и скорость воды в этом прострнстве больше, чем по обе стороны судов. Поэтому двление воды между судми меньше, чем по обе стороны судов; более высокое двление воды, окружющей суд, сближет их. Моряки очень хорошо знют, что дв корбля, идущих рядом, сильно притягивются друг к другу.

Рисунок 72. Шрик, поддерживемый струей воздух.

Рисунок 73. Дв судн, движущиеся прллельно, кк бы притягивют друг друг.

Рисунок 74. При движении судов вперед судно В поворчивется носом к судну А.

Рисунок 75. Если между двумя легкими шрикми продувть воздух, они сближются до соприкосновения.

Более серьезный случй может иметь место, когд один корбль идет з другим, кк предствлено н рис. 74. Две силы F и F, которые сближют корбли, стремятся повернуть их, причем судно В поворчивется к Л со знчительной силой. Столкновение в тком случе почти неизбежно, тк кк руль не успевет изменить нпрвление движения корбля.

Явление, описнное в связи с рис. 73, можно демонстрировть, продувя воздух между двумя легкими резиновыми мячикми, подвешенными, кк укзно н рис. 75. Если между ними продувть воздух, они сближются и удряются друг о друг.

Нзнчение рыбьего пузыря

О том, ккую роль выполняет плвтельный пузырь рыб, обыкновенно говорят и пишут — кзлось бы, вполне првдоподобно — следующее. Для того чтобы всплыть из глубины в поверхностные слои воды, рыб рздувет свой плвтельный пузырь; тогд объем ее тел увеличивется, вес вытесняемой воды стновится больше ее собственного вес — и, по зкону плвния, рыб поднимется вверх. Чтобы прекртить подъем или опуститься вниз, он, нпротив, сжимет свой плвтельный пузырь. Объем тел, с ним и вес вытесняемой воды уменьшются, и рыб опускется н дно соглсно зкону Архимед.

Ткое упрощенное предствление о нзнчении плвтельного пузыря рыб восходит ко временм ученых Флорентийской кдемии (XVII в.) и было выскзно профессором Борелли в 1685 г. В течение более чем 200 лет оно принимлось без возржений, успело укорениться в школьных учебникх, и только трудми новых исследовтелей (Моро, Шрбонель) был обнружен полня несостоятельность этой теории,

Пузырь имеет, несомненно, весьм тесную связь с плвнием рыбы, тк кк рыбы, у которых пузырь был при опытх искусственно удлен, могли держться в воде, только усиленно рботя плвникми, при прекрщении этой рботы пдли н дно. Кков же истиння его роль? Весьм огрничення: он лишь помогет рыбе оствться н определенной глубине, — именно н той, где вес вытесняемой рыбой воды рвен весу смой рыбы. Когд же рыб рботой плвников опускется ниже этого уровня, тело ее, испытывя большое нружное двление со стороны воды, сжимется, сдвливя пузырь; вес вытесняемого объем воды уменьшется, стновится меньше вес рыбы, и рыб неудержимо пдет вниз. Чем ниже он опускется, тем сильнее стновится двление воды (н 1 тмосферу при опускнии н кждые 10 м), тем больше сдвливется тело рыбы и тем стремительнее продолжет оно опускться.

То же смое, только в обртном нпрвлении, происходит тогд, когд рыб, покинув слой, где он нходилсь в рвновесии, перемещется рботой плвников в более высокие слои. Тело ее, освободившись от чсти нружного двления и по-прежнему рспиремое изнутри плвтельным пузырем (в котором двление гз нходилось до этого момент в рвновесии с двлением окружющей воды), увеличивется в объеме и вследствие этого всплывет выше. Чем выше рыб поднимется, тем более рздувется ее тело и тем, следовтельно, стремительнее ее дльнейший подъем. Помешть этому, «сжимя пузырь», рыб не в состоянии, тк кк стенки ее плвтельного пузыря лишены мышечных волокон, которые могли бы ктивно изменять его объем.

Что ткое пссивное рсширение объем тел действительно совершется у рыб, подтверждется следующим опытом (рис. 76). Уклейк в зхлороформировнном состоянии помещется в зкрытый сосуд с водой, в котором поддерживется усиленное двление, близкое к тому, ккое господствует н определенной глубине в естественном водоеме. н поверхности воды рыбк лежит бездеятельно, вверх брюшком. Погруження немного глубже, он вновь всплывет н поверхность. Помещення ближе ко дну, он опускется н дно. Но в промежутке между обоими уровнями существует слой воды, в котором рыбк остется в рвновесии — не тонет и не всплывет. Все это стновится понятным если вспомним скзнное сейчс о пссивном рсширении и сжтии плвтельного пузыря.

Итк, вопреки рспрострненному мнению, рыб вовсе не может произвольно рздувть и сжимть свой плвтельный пузырь. Изменения его объем происходят пссивно, под действием усиленного или ослбленного нружного двления (соглсно зкону Бойля — Мриотт). Эти изменения объем для рыбы не только не полезны, , нпротив, приносят ей вред, тк кк обусловливют либо неудержимое, все ускоряющееся пдение н дно, либо столь же неудержимый и ускоряющийся подъем н поверхность. Другими словми, пузырь помогет рыбе в неподвижном положении сохрнять рвновесие, но рвновесие это неустойчивое.

Тков истиння роль плвтельного пузыря рыб, — поскольку речь идет о его отношении к плвнию; выполняет ли он ткже и другие функции в оргнизме рыбы и ккие именно, — неизвестно, тк что оргн этот все же является пок згдочным. И только его гидросттическую роль можно считть в нстоящее время вполне выясненной.

Нблюдения рыболовов подтверждют скзнное.

Рисунок 76. Опыт с уклейкой.

При ловле рыб из большой глубины случется, что иня рыб н половине пути высвобождется; но, вопреки ожиднию, он не опускется вновь в глубину, из которой был извлечен, , нпротив, стремительно поднимется н поверхность. У тких-то рыб и змечют иногд, что пузырь выпячивется через рот.

Волны и вихри

Многие из повседневных физических явлений не могут быть объяснены н основе элементрных зконов физики. Дже ткое чсто нблюдемое явление, кк волнение моря в ветреный день, не поддется исчерпывющему объяснению в рмкх школьного курс физики. А чем обусловлены волны, рзбегющиеся в спокойной воде от нос идущего проход? Почему волнуются флги в ветреную погоду? Почему песок н берегу моря рсполгется волнообрзно? Почему клубится дым, выходящий из зводской трубы?

Рисунок 77. Спокойное («лминрное») течение жидкости в трубе.

Рисунок 78. Вихревое («турбулентное») течение жидкости в трубе.

Чтобы объяснить эти и другие подобные им явления, ндо знть особенности тк нзывемого вихревого движения жидкостей и гзов. Постремся рсскзть здесь немного о вихревых явлениях и отметить их глвные особенности, тк кк в школьных учебникх о вихрях едв упоминется.

Предствим себе жидкость, текущую в трубе. Если все чстицы жидкости движутся при этом вдоль трубы по прллельным линиям, то перед нми простейший вид движения жидкости — спокойный, или, кк физики говорят, «лминрный» поток. Однко это вовсе не смый чстый случй. Нпротив, горздо чще жидкости текут в трубх неспокойно; от стенок трубы идут к ее оси вихри. Это — вихреобрзное или турбулентное движение. Тк течет, нпример, вод в трубх водопроводной сети (если не иметь в виду тонкие трубы, где течение лминрное). Вихревое течение нблюдется всякий рз, когд скорость течения днной жидкости в трубе (днного диметр) достигет определенной величины, тк нзывемой критической скорости[44].

Вихри текущей в трубе жидкости можно сделть зметными для глз, если в прозрчную жидкость, текущую в стеклянной трубке, ввести немного легкого порошк, нпример ликоподия. Тогд ясно рзличются вихри, идущие от стенок трубки к ее оси.

Эт особенность вихревого течения используется в технике при устройство холодильников и охлдителей. Жидкость, текущя турбулентно в трубке с охлждемыми стенкми, горздо быстрее приводит все свои чстицы в соприкосновение с холодными стенкми, нежели при движении без вихрей; ндо помнить, что сми по себе жидкости — плохие проводники теплоты и при отсутствии перемешивния охлждются или прогревются очень медленно. Оживленный тепловой и вещественный обмен крови с омывемыми ею ткнями ткже возможен лишь потому, что ее течение в кровеносных сосудх не лминрное, вихревое.

Скзнное о трубх относится в рвной мере и к oткрытым кнлм и руслм рек: в кнлх и рекх вод течет турбулентно. При точном измерении скорости течения реки инструмент обнруживет пульсции, особенно близ дн: пульсции укзывют н постоянно меняющееся нпрвление течения, т. е. н вихри Чстицы речной воды движутся не только вдоль речного русл, кк обычно предствляют себе, но ткже и от берегов к середине. Оттого и непрвильно утверждение, будто в глубине реки вод имеет круглый год одну и ту же темпертуру, именно +4°С: вследствие перемешивния темпертур текущей воды близ дн реки (но не озер) ткя же, кк и н поверхности[45]. Вихри, обрзующиеся у дн реки, увлекют с собою легкий песок и порождют здесь песчные «волны». То же можно видеть и н песчном берегу моря, омывемом нбегющей волной (рис. 79). Если бы течение воды близ дн было спокойное, песок н дне имел бы ровную поверхность.

Рисунок 79. Обрзовние песчных волн н морском берегу действием водяных вихрей.

Рисунок 80. Волнообрзное движение веревки в текучей воде обусловлено обрзовнием вихрей.

Итк, близ поверхности тел, омывемого водой, обрзуются вихри. Об их существовнии говорит нм, нпример, змеевидно извивющяся веревк, протянутя вдоль по течению воды (когд один конец веревки привязн, другой свободен). Что тут происходит? Учсток веревки, близ которого обрзовлся вихрь, увлекется им; но в следующий момент этот учсток движется уже другим вихрем в противоположную сторону — получется змеевидное извивние (рис. 80).

От жидкостей перейдем к гзм, от воды — к воздуху.

Кто не видл, кк воздушные вихри увлекют с земли пыль, солому и т. п? Это — проявление вихревого течения воздух вдоль поверхности земли. А когд воздух течет вдоль водной поверхности, то в местх обрзовния вихрей, вспедствие понижения здесь воздушною двления, вод возвышется горбом — порождется волнение. Т же причин порождет песчные волны в пустыне и н склонх дюн (рис. 82).

Рисунок 81. Реющий флг н ветру…

Рисунок 82. Волнообрзня поверхность песк в пустыне.

Легко понять теперь, почему волнуется флг при ветре: с ним происходит то же, что и с веревкой в текучей воде. Твердя плстинк флюгер не сохрняет при ветре постоянного нпрвления, , повинуясь вихрям, все время колеблется. Ткого же вихревого происхождения и клубы дым, выходящего из зводской трубы; топочные гзы протекют через трубу вихревым движением, которое продолжется некоторое время по инерции з пределми трубы (рис 83).

Велико знчение турбулентного движения воздух для виции. Крыльям смолет придется ткя форм, при которой место рзрежения воздух под крылом окзывется зполненным веществом крыл, вихревое действие нд крылом, нпротив, усиливется. В итоге крыло снизу подпирется, сверху приссывется (рис. 84). Сходные явления имеют место и при прении птицы с рспростертыми крыльями.

Рисунок 83. Клубы дым, выходящего из зводской трубы.

Кк действует ветер, обдувющий крышу? Вихри создют нд крышей рзрежение воздух; стремясь выровнять двление, воздух из-под крыши, увлекясь вверх, нпирет н нее. В результте происходит то, что, к сожлению, приходится нередко нблюдть: легкя, непрочно прикреплення крыш уносится ветром. Большие оконные стекл по той же причине при ветре выдвливются изнутри ( не рзлмывются нпором снружи). Однко эти явления проще объясняются уменьшением двления в движущемся воздухе (см. выше «Принцип Бернулли», стр. 125).

Когд дв поток воздух рзной темпертуры и влжности текут один вдоль другого, в кждом возникют вихри. Рзнообрзные формы облков в знчительной мере обусловлены этой причиной.

Мы видим, ккой обширный круг явлений связн с вихревыми течениями.

Рисунок 84. Кким силм подвержено крыло смолет.

Рспределение двлений (+) и рзрежений (-) воздух по крылу н основнии опытов. В итоге всех приложенных усилий, подпирющих и зссывющих, крыло увлекется вверх. (Сплошные линии покзывют рспределение двлений; пунктир — то же при резком увеличении скорости полет)

Путешествие в недр Земли

Ни один человек не опусклся еще в Землю глубже 3, 3 км, — между тем рдиус земного шр рвен 6400 км. До центр Земли остется еще очень длинный путь. Тем не менее изобреттельный Жюль Верн спустил глубоко в недр Земли своих героев — чудк-профессор Лиденброк и его племянник Акселя. В ромне «Путешествие к центру Земли» он описл удивительные приключения этих подземных путешественников. В числе неожиднностей, встреченных ими под Землей, было, между прочим, и увеличение плотности воздух. По мере поднятия вверх воздух рзрежется очень быстро: его плотность уменьшется в геометрической прогрессии, в то время кк высот поднятия рстет в прогрессии рифметической. Нпротив, при опускнии вниз, ниже уровня окен, воздух под двлением вышележщих слоев должен стновиться все плотнее. Подземные путешественники, конечно, не могли не зметить этого.

Вот ккой рзговор происходил между дядей-ученым и его племянником н глубине 12 лье (48 км) в недрх Земли.

«— Посмотри, что покзывет мнометр? — спросил дядя.

— Очень сильное двление.

— Теперь ты видишь, что, спускясь помленьку, мы постепенно привыкем к сгущенному воздуху и нисколько но стрдем от этого.

— Если не считть боли в ушх.

— Пустяки!

— Хорошо, — отвечл я, решив не противоречить дяде. — Нходиться в сгущенном воздухе дже приятно. Вы зметили, кк громко рздются в нем звуки?

— Конечно. В этой тмосфере дже глухой мог бы слышть.

— Но воздух будет стновиться все плотнее. Не приобретет ли он в конце концов плотности воды?

— Конечно: под двлением в 770 тмосфер.

— А еще ниже?

— Плотность увеличится еще больше.

— Кк же ми стнем тогд спускться?

— Нбьем крмны кмнями.

— Ну, дядя, у вс н все есть ответ!

Я не стл более вдвться в облсть догдок, потому что, пожлуй, опять придумл бы ккое-нибудь препятствие, которое рссердило бы дядю. Было, однко, очевидно, что под двлением в несколько тысяч тмосфер воздух может перейти в твердое состояние, тогд, допускя дже, что мы могли вынести ткое двление, придется все же остновиться. Тут уже никкие споры не помогут».

Фнтзия и мтемтик

Тк повествует ромнист; но но то окжется, если мы проверим фкты, о которых говорится в этом отрывке. Нм не придется спускться для этого в недр Земли; для мленькой экскурсии в облсть физики вполне достточно зпстись крндшом и бумгой.

Прежде всего постремся определить, н ккую глубину нужно опуститься, чтобы двление тмосферы возросло н 1000-ю долю. Нормльное двление тмосферы рвно весу 760-миллиметрового столб ртути. Если бы мы были погружены не в воздух, в ртуть, нм ндо было бы опуститься всего н 760/1000 = 0,76 мм, чтобы двление увеличилось н 1000-ю долю. В воздухе же, конечно, мы должны опуститься для этого горздо глубже, и именно во столько рз, во сколько рз воздух легче ртути — в 10 500 рз. Знчит, чтобы двление увеличилось н 1000-ю долю нормльного, нм придется опуститься не н 0, 76 мм, кк в ртути, н 0, 76х10500, т. е. почти н 8 м. Когд же мы опустимся еще н 8 м, то увеличенное двление возрстет еще н 1000-то своей величины, и т. д[46]… Н кком бы уровне мы ни нходились — у смого «потолк мир» (22 км), н вершине горы Эверест (9 км) или близ поверхности окен, — нм нужно опуститься н 8 м, чтобы двление тмосферы возросло н 1000-ю долю первончльной величины. Получется, следовтельно, ткя тблиц возрстния двления воздух с глубиной:

Н уровне Земли двление

760 мм = нормльному

» глубине 8 м» =1,001 нормльного

» глубине 2х8» =(1,001)2

» глубине 3х8» =(1,001)3

» глубине 4х8» =(1,001)4

И вообще н глубине nх8 м двление тмосферы больше нормльного в (1,001)n рз; и пок двление не очень велико, во столько же рз увеличится и плотность воздух (зкон Мриотт).

Зметим, что в днном случе речь идет, кк видно из ромн, об углублении в Землю всего н 48 км, потому ослбление силы тяжести и связнное с ним уменьшение вес воздух можно не принимть в рсчет.

Теперь можно рссчитть, кк велико было, примерно. то двление, которое подземные путешественники Жюля Верн испытывли н глубине 48 км (48 000 м). В ншей формуле n рвняется 48000/8 = 6000. Приходятся вычислить 1,0016000. Тк кк умножть 1,001 смо н себя 6000 рз — знятие довольно скучное и отняло бы много времени, то мы обртимся к помощи логрифмов. о которых спрведливо скзл Лплс, что они, сокрщя труд, удвивют жизнь вычислителей[47]. Логрифмируя, имеем: логрифм неизвестного рвен

6000 * lg 1,001 = 6000 * 0,00043 = 2,6.

По логрифму 2,6 нходим искомое число; оно рвно 400.

Итк, н глубине 48 км двление тмосферы в 400 рз сильнее нормльного; плотность воздух под тким двлением возрстет, кк покзли опыты, в 315 рз. Сомнительно поэтому, чтобы нши подземные путники нисколько не стрдли, испытывя только «боль в ушх»… В ромне Жюля Верп говорится, однко, о достижении людьми еще больших подземных глубин, именно 120 и дже 325 км. Двление воздух должно было достигть тм чудовищных степеней; человек же способен переносить безвредно для себя воздушное двление не свыше трех-четырех тмосфер.

Если бы по той же формуле мы стли вычислять, н ккой глубине воздух стновится тк же плотен, кк и вод, т. е. уплотняется в 770 рз, то получили бы цифру: 53 км. Но этот результт неверен, тк кк при высоких двлениях плотность гз уже не пропорционльн двлению. Зкон Мриотт вполне верен лишь для не слишком знчительных двлений, не превышющих сотни тмосфер. Вот днные о плотности воздух, полученные н опыте:

Двление Плотность

200 тмосфер ... 190

400» .............. 315

600» .............. 387

1500» ............. 513

1800» ............. 540

2100» ............. 564

Увеличение плотности, кк видим, зметно отстет от возрстния двления. Нпрсно жюль-верновский ученый ожидл, что он достигнет глубины, где воздух плотнее воды, — этого ему не пришлось бы дождться, тк кк воздух достигет плотности воды лишь под двлением 3000 тмосфер, дльше уже почти не сжимется. О том же, чтобы превртить воздух в твердое состояние одним двлением, без сильнейшего охлждения (ниже минус 146°), не может быть речи.

Спрведливость требует отметить, однко, что упомянутый ромн Жюля Верн был опубликовн здолго до того, кк стли известны приведенные сейчс фкты. Это опрвдывет втор, хотя и не испрвляет повествовния.

Воспользуемся еще приведенной рньше формулой, чтобы вычислить нибольшую глубину шхты, н дне которой человек может оствться без вред для своего здоровья. Нибольшее воздушное двление, ккое еще способен переносить нш оргнизм, — 3 тмосферы. Обознчя искомую глубину шхты через х, имеем урвнение (1,001)х/8 = 3, откуд (логрифмируя) вычисляем х. Получем х = 8,9 км.

Итк, человек мог бы без вред нходиться н глубине почти 9 км. Если бы Тихий окен вдруг высох, люди могли бы почти повсюду жить н его дне.

В глубокой шхте

Кто ближе всего продвинулся к центру Земли — не в фнтзии ромнист, в рельной действительности? Конечно, горнорбочие. Мы уже знем (см. гл. IV), что глубочйшя шхт мир прорыт в Южной Африке. Он уходит в глубь более чем н 3 км. Здесь имеется в виду не глубин проникновения бурильного долот, достигющя 7,5 км, углубление смих людей. Вот что рсскзывет, нпример, о шхте н руднике Морро Вельхо (глубин около 2300 м) фрнцузский пистель д-р Люк Дюртен, лично посетивший ее:

«Знменитые золотые прииски Морро Вельхо нходятся в 400 км от Рио-де-Жнейро. После 16 чсов езды по железной дороге в склистой местности вы спускетесь в глубокую долину, окруженную джунглями. Здесь нглийскя компния рзрбтывет золотоносные жилы н ткой глубине, н ккую никогд рньше не спусклся человек.

Жил идет в глубь косо. Шхт следует з ней шестью уступми. Вертикльные шхты — колодцы, горизонтльные — туннели. Чрезвычйно хрктерно для современного обществ, что глубочйшя шхт, прорытя в коре земного шр, — смя смеля попытк человек проникнуть в недр плнеты — сделн в поискх золот.

Нденьте прусиновую прозодежду и кожную куртку. Осторожнее: млейший кмешек, пдющий в колодец, может рнить вс. Нс будет сопровождть один из «кпитнов» шхты. Вы входите в первый туннель, хорошо освещенный. Вс охвтывет дрожь от леденящего ветр в 4°: это — вентиляция для охлждения глубин шхты.

Проехв в узкой метллической клетке первый колодец глубиной 700 м, вы попдете во второй туннель. Спускетесь во второй колодец; воздух стновится теплее. Вы уже нходитесь ниже уровня моря.

Нчиня со следующего колодц, воздух обжигет лицо. Обливясь потом, согнувшись под низким сводом, вы подвигетесь по нпрвлению к реву сверлильных мшин. В густой пыли рботют обнженные люди; с них струится пот, руки безостновочно передют бутыль с водой. Не дотргивйтесь до обломков руды, сейчс отколотых: темпертур их 57°.

Кков же итог этой ужсной, отвртительной действительности? — Около 10 килогрммов золот в день[48]…».

Описывя физические условия н дне шхты и степень крйней эксплутции рбочих, фрнцузский пистель отмечет высокую темпертуру, но не упоминет о повышенном двлении воздух. Вычислим, кково оно н глубине 2300 м. Если бы темпертур оствлсь ткя же, кк н поверхности Земли, то, соглсно знкомой уже нм формуле, плотность воздух возросл бы в

рз.

В действительности темпертур не остется неизменной, повышется. Поэтому плотность воздух рстет не столь знчительно, меньше. В конечном итоге воздух н дне шхты по плотности рзнится от воздух н поверхности Земли немногим больше, чем воздух знойного летнего дня от морозного воздух зимы. Понятно теперь, почему это обстоятельство не привлекло к себе внимния посетителя шхты.

Зто большое знчение имеет знчительня влжность воздух в тких глубоких рудникх, делющя пребывние в них невыносимым при высокой темпертуре. В одном из южнофрикнских рудников (Иогнсбург), глубиною 2553 м, влжность при 50° жры достигет 100%; здесь устривется теперь тк нзывемый «искусственный климт», причем охлждющее действие устновки рвнознчще 2000 тоннм льд.

Ввысь со стртосттми

В предыдущих сттьях мы мысленно путешествовли в земные недр, причем нм помогл формул звисимости двления воздух от глубины. Отвжимся теперь подняться вверх и, пользуясь той же формулой, посмотрим, кк меняется двление воздух н больших высотх. Формул для этого случя принимет ткой вид:

р = 0,999h/8,

где р — двление в тмосферх, h — высот в метрх. Дробь 0,999 зменил здесь число 1,001, потому что при перемещении вверх н 8 м двление не возрстет н 0,001, уменьшется н 0,001.

Решим для нчл здчу: кк высоко ндо подняться, чтобы двление воздух уменьшилось вдвое?

Для этого прирвняем в ншей формуле двление p = 0,5 и стнем искть высоту h. Получим урвнение 0,5 = 0,999h/8, решить которое не соствит труд для читтелей, умеющих обрщться с логрифмми. Ответ h = 5,6 км определяет высоту, н которой двление воздух должно уменьшиться вдвое.

Нпрвимся теперь еще выше, вслед з отвжными советскими воздухоплвтелями, достигшими высоты 19 и 22 км. Эти высокие облсти тмосферы нходятся уже в тк нзывемой «стртосфере». Поэтому и шрм, н которых совершются подобные подъемы, присвоено нименовние не эросттов, «стртосттов». Не думю, чтобы среди людей стршего поколения ншелся хотя бы один, который не слыхл бы нзвний советских стртосттов «СССР» и «ОАХ-1», поствивших в 1933 и 1934 годх мировые рекорды высоты: первый — 19 км, второй — 22 км.

Попытемся вычислить, кково двление тмосферы н этих высотх.

Для высоты 19 км нйдем, что двление воздух должно соствлять

0,99919000/8 = 0,095 тм = 72 мм.

Для высоты 22 км

0,99922000/8 = 0,066 тм = 50 мм.

Однко, зглянув в зписи стртонвтов, нходим, что н укзнных высотх отмечены были другие двления: н высоте 19 км — 50 мм, н высоте 22 км — 45 мм.

Почему же рсчет не подтверждется? В чем нш ошибк?

Зкон Мриотт для гзов при столь млом двлении применим вполне, но н этот рз мы сделл другое упущение: считли темпертуру воздух одинковой по всей 20-километровой толще, между тем кк он зметно пдет с высотой. В среднем принимют; что темпертур при поднятии н кждый километр пдет н 6,5°; тк происходит до высоты 11 км, где темпертур рвн минус 56° и длее н знчительном протяжении остется неизменной. Если принять это обстоятельство во внимние (для чего уже недостточны средств элементрной мтемтики), получтся результты, горздо более соглсные с действительностью. По той же причине н итоги нших прежних вычислений, относящихся к двлению воздух в глубинх, нужно тоже смотреть кк н приближенные.

Глв седьмя

ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ.

Веер

Когд женщины обмхивются веерми, им, конечно, стновится прохлднее. Кзлось бы, что знятие это вполне безвредно для остльных присутствующих в помещении и что собрвшиеся могут быть только признтельны женщинм з охлждение воздух в зле.

Посмотрим, тк ли это. Почему при обмхивнии веером мы ощущем прохлду? Воздух, непосредственно прилегющий к ншему лицу, нгревется и эт тепля воздушня мск, невидимо облегющя нше лицо, «греет» его, т. е. змедляет дльнейшую потерю тепл. Если воздух вокруг нс неподвижен, то нгревшийся близ лиц слой воздух лишь весьм медленно вытесняется вверх более тяжелым ненгретым воздухом. Когд же мы смхивем веером с лиц теплую воздушную мску, то лицо соприксется с все новыми порциями ненгретого воздух и непрерывно отдет им свою теплоту; тело нше остывет, и мы ощущем прохлду.

Знчит, при обмхивпии веером женщины непрерывно удляют от своего лиц нгретый воздух и зменяют его ненгретым; нгревшись, этот воздух удляется в свою очередь и зменяется новой порцией ненгретого, и т. д.

Рбот веером ускоряет перемешивние воздух и способствует быстрейшему урвнивнию темпертуры воздух во всем зле, т. е. доствляет облегчение облдтельницм веер з счет более прохлдного воздух, окружющего остльных присутствующих. Для действия веер имеет знчение еще одно обстоятельство, о котором мы сейчс рсскжем.

Отчего при ветре холоднее?

Все знют, конечно, что в тихую погоду мороз переносится горздо легче, чем при ветре. Но не все предствляют себе отчетливо причину этого явления. Больший холод при ветре ощущется лишь живыми существми; термометр вовсе не опускется ниже, когд его обдувет ветер. Ощущение резкого холод в ветреную морозную погоду объясняется прежде всего тем, что от лиц (и вообще от тел) отнимется при этом горздо больше тепл, нежели в тихую погоду, когд воздух, нгретый телом, не тк быстро сменяется новой порцией холодного воздух. Чем ветер сильнее, тем большя мсс воздух успевет в течение кждой минуты прийти в соприкосновение с кожей, и, следовтельно, тем больше тепл отнимется ежеминутно от ншего тел. Этого одного уже достточно, чтобы вызвть ощущение холод.

Но есть и еще причин. Кож нш всегд испряет влгу, дже в холодном воздухе. Для испрения требуется теплот; он отнимется от ншего тел и от того слоя воздух, который к телу прилегет. Если воздух неподвижен, испрение совершется медленно, тк кк прилегющий к коже слой воздух скоро нсыщется прми (в нсыщенном влгой воздухе не происходит интенсивного испрения). Но если воздух движется и к коже притекют все новые и новые его порции, то испрение все время поддерживется очень обильное, это требует большого рсход теплоты, которя отбирется от ншего тел.

Кк же велико охлждющее действие ветр? Оно звисит от его скорости и от темпертуры воздух; в общем оно горздо знчительнее, чем обычно думют. Приведу пример, дющий предствление о том, кково бывет это понижение. Пусть темпертур воздух +4°, ветр нет никкого. Кож ншего тел при тких условиях имеет темпертуру 31°. Если же дует легкий ветерок, едв движущий флги и не шевелящий листвы (скорость 2 м/сек), то кож охлждется н 7°; при ветре, зствляющем флг полоскться (скорость 6 м/сек), кож охлждется н 22°: темпертур ее пдет до 9°! Эти днные взяты из книги Н. Н. Клитин «Основы физики тмосферы в применении к медицине»; любознтельный читтель нйдет в ней много интересных подробностей.

Итк, о том, кк будет ощущться нми мороз, мы не можем судить по одной лишь темпертуре, должны принимть во внимние ткже и скорости ветр. Один и тот же мороз переносится в Ленингрде в среднем хуже, чем в Москве, потому что средняя скорость ветр н берегх Блтийского моря рвн 5 — 6 м/сек, в Москве — только 4,5 м/сек. Еще легче переносятся морозы в Збйклье, где средняя скорость ветр всего 1,3 м. Знменитые восточносибирские морозы ощущются длеко не тк жестоко, кк думем мы, привыкшие в Европе к срвнительно сильным ветрм; Восточня Сибирь отличется почти полным безветрием, особенно в зимнее время.

Горячее дыхние пустыни

«Знчит, ветер и в знойный день должен приносить прохлду, — скжет, быть может, читтель, прочтя предыдущую сттью. — Почему же в тком случе путешественники говорят о горячем дыхнии пустыни?»

Противоречие объясняется тем, что в тропическом климте воздух бывет теплее, чем нше тело. Неудивительно, что тм при ветре людям стновится не прохлднее, жрче. Теплот передстся тм уже не от тел воздуху, но обртно — воздух нгревет человеческое тело. Поэтому, чем большя мсс воздух успеет ежеминутно прийти в соприкосновение с телом, тем сильнее ощущение жр. Првд, испрение и здесь усиливется при ветре, но первя причин перевешивет. Вот почему жители пустыни, нпример туркмены, носят теплые хлты и меховые шпки.

Греет ли вуль?

Вот еще здч из физики обыденной жизни. Женщины утверждют, что вуль греет, что без нее лицо зябнет. При взгляде н легкую ткнь вули, нередко с довольно крупными ячейкми, мужчины не очень склонны верить этому утверждению и думют, что согревющее действие вули — игр вообржения.

Однко если вы вспомните скзнное выше, то отнесетесь к этому утверждению более доверчиво. Кк бы крупны ни были ячейки вули, воздух через ткую ткнь проходит все же с некоторым змедлением. Тот слой воздух, который непосредственно прилегет к лицу и, нгревшись, служит теплой воздушной мской, — слой этот, удерживемый вулью, не тк быстро сдувется ветром, кк при отсутствии ее. Поэтому нет основния не верить женщинм, что при небольшом морозе и слбом ветре лицо во время ходьбы зябнет в вули меньше, чем без нее.

Охлждющие кувшины

Если вм не случлось видеть тких кувшинов, то, вероятно, вы слыхли или читли о них. Эти сосуды из необожженной глины облдют той любопытной особенностью, что нлитя в них вод стновится прохлднее, чем окружющие предметы. Кувшины в большом рспрострнении у южных нродов (между прочим, и у нс в Крыму) и носят рзличные нзвния: в Испнии — «лькрцц», в Египте — «гоул» и т. д.

Секрет охлждющего действия этих кувшинов прост: жидкость просчивется через глиняные стенки нружу и тм медленно испряется, отнимя при этом теплоту («скрытую теплоту испрения») от сосуд и зключенной в нем жидкости.

Но неверно, что жидкость в тких сосудх очень охлждется, кк приходится читть в описниях путешествий по южным стрнм. Охлждение не может быть велико. Звисит оно от многих условий. Чем знойнее воздух, тем скорее и обильнее испряется жидкость, увлжняющя сосуд снружи, и, следовтельно, тем более охлждется вод внутри кувшин. Звисит охлждение и от влжности окружющего воздух: если в нем много влги, испрение происходит медленно, и вод охлждется незнчительно; в сухом воздухе, нпротив, происходит энергичное испрение, вызывющее более зметное охлждение. Ветер ткже ускоряет испрение и тем способствует охлждению; это все хорошо знют по тому ощущению холод, которое приходится испытывть в мокром плтье в теплый, но ветреный день. Понижение темпертуры в охлждющих кувшинх не превышет 5°. В знойный южный день, когд термометр покзывет подчс 33°, вод в охлждющем кувшине имеет темпертуру теплой внны, 28°. Охлждение, кк видим, прктически бесполезное. Зто кувшины хорошо сохрняют холодную воду; для этой цели их преимущественно и употребляют.

Мы можем попытться вычислить степень охлждения воды в «лькрццх».

Пусть у нс имеется кувшин, вмещющий 5 л воды; допустим, что 0,1 л исприлсь. Для испрения 1 л воды (1 кг) требуется при темпертуре знойного (33°) дня около 580 клорий. У нс исприлсь 0,1 кг, следовтельно, пондобилось 58 клорий. Если бы вся эт теплот зимствовлсь только от воды, которя нходится в кувшине, темпертур последней понизилсь бы н 58/5, т. е. грдусов н 12. Но большя чсть тепл, потребного для испрения, отнимется от стенок смого кувшин и от окружющего его воздух; с другой стороны, рядом с охлждением воды в кувшине происходит и нгревние ее теплым воздухом, прилегющим к кувшину. Поэтому охлждение едв достигет половины полученной цифры.

Трудно скзть, где кувшин охлждется больше, — н солнце пли в тени. Н солнце ускоряется испрение, но вместе с тем усиливется и приток тепл. Лучше всего, вероятно, держть охлждющие кувшины в тени н слбом ветре.

«Ледник» без льд

Н охлждении от испрения основно устройство охлждющего шкф для хрнения продуктов, своего род «ледник» без льд. Устройство ткого охлдителя весьм несложно: это ящик из дерев (лучше из оцинковнного желез) с полкми, н которые клдут подлежщие охлждению продукты. Вверху ящик ствится длинный сосуд с чистой холодной водой; в сосуд погружен крй холст, который идет вдоль здней стенки ящик вниз, кончясь в сосуде, помещенном под нижней полкой. Холст нпитывется водой, которя, кк по фитилю, все время движется через него, медленно испряясь и тем охлждя все отделения «ледник».

Ткой «ледник» следует ствить в прохлдное место квртиры и кждый вечер менять в нем холодную воду, чтобы он успел з ночь хорошо остудиться. Сосуды, содержщие воду, и холст, пропитывемый ею, должны быть, конечно, совершенно чисты.

Ккую жру способны мы переносить?

Человек горздо выносливее по отношению к жре, чем обыкновенно думют: он способен переносить в южных стрнх темпертуру зметно выше той, ккую мы в умеренном поясе считем едв переносимой. Летом в Средней Австрлии нередко нблюдется темпертур 46° в тени; тм отмечлись дже темпертуры в 55" в тени (по Цельсию). При переходе через Крсное море в Персидский злив темпертур в корбельных помещениях достигет 50° и выше, несмотря н непрерывную вентиляцию.

Ниболее высокие темпертуры, нблюдвшиеся в природе н земном шре, не превышли 57°. Темпертур эт устновлен в тк нзывемой «Долине Смерти» в Клифорнии. Зной в Средней Азии — смом жрком месте ншего Союз — не бывет выше 50°.

Отмеченные сейчс темпертуры измерялись в тени. Объясню кстти, почему метеоролог интересует темпертур именно в тени, не н солнце. Дело в том, что темпертуру воздух измеряет только термометр, выствленный в тени. Грдусник, помещенный н солнце, может нгреться его лучми знчительно выше, чем окружющий воздух, и покзние его нисколько не хрктеризует теплового состояния воздушной среды. Поэтому и нет смысл, говоря о знойной погоде, ссылться н покзние термометр, выствленного н солнце.

Производились опыты для определения высшей темпертуры, ккую может выдержть человеческий оргнизм. Окзлось, что при весьм постепенном нгревнии оргнизм нш в сухом воздухе способен выдержть не только темпертуру кипения воды (100°), но иногд дже еще более высокую, до 160°С, кк докзли нглийские физики Блгден и Чентри, проводившие рди опыт целые чсы в нтопленной печи хлебопекрни. «Можно сврить яйц и изжрить бифштекс в воздухе помещения, в котором люди остются без вред для себя», — змечет по этому поводу Тиндль.

Чем же объясняется ткя выносливость? Том, что оргнизм нш фктически не принимет этой темпертуры, сохрняет темпертуру, близкую к нормльной. Он борется с нгревнием посредством обильного выделения пот; испрение пот поглощет знчительное количество тепл из того слоя воздух, который непосредственно прилегет к коже, и тем в достточной мере понижет его темпертуру. Единственные необходимые условия состоят в том, чтобы тело не соприкслось непосредственно с источником тепл и чтобы воздух был сух.

Кто бывл в ншей Средней Азии, тот змечл, без сомнения, кк срвнительно легко переносится тм жр в 37 и более грдусов Цельсия. 24-грдусня жр в Ленингрде переносится горздо хуже. Причин, конечно, во влжности воздух в Ленингрде и сухости его в Средней Азии, где дождь — явление крйне редкое[49].

Термометр или брометр?

Известен некдот о нивном человеке, который не решлся принять внну по следующей необыкновенной причине:

Рисунок 85. Термоскоп Герон.

— Я сунул в внну брометр, он покзл — бурю… Опсно купться!

Но не думйте, что всегд легко отличить термометр от брометр. Есть ткие термометры, верное, термоскопы, которые с не меньшим првом могли бы нзывться брометрми, и ноборот. Примером может служить стринный термоскоп, придумнный Героном Алексндрийским (рис. 85). Когд солнечные лучи пригревют шр, воздух в верхней чсти шр, рсширяясь, двит н воду и вытесняет ее по изогнутой трубке нружу; вод нчинет кпть из конц трубки в воронку, откуд стекет в нижний ящик. В холодную же погоду, нпротив, упругость воздух в шре уменьшется и вод из нижнего ящик вытесняется двлением нружного воздух по прямой трубке в шр.

Однко прибор этот чувствителен и к изменениям брометрического двления: когд нружное двление ослбевет, воздух внутри шр, сохрнивший прежнее более высокое двление, рсширяется и вытесняет чсть воды по трубке в воронку; при повышении же нружного двления чсть воды из ящик вгоняется в шр вследствие большего двления снружи. Кждый грдус темпертурной рзницы вызовет ткое же изменение в объеме воздух внутри шр, кк 760/273=около 2,5 мм рзницы в высоте брометрического столб (ртутного). В Москве брометрические колебния достигют 20 и более миллиметров; это соответствует 8°С в термоскопе Герон, — знчит, ткое пдение тмосферного двления легко принять з повышение темпертуры н 8 грдусов!

Вы видите, что стринный термоскоп в не меньшей мере является и броскопом. Одно время в продже имелись у нс водяные брометры, которые являлись в ткой же степени и термометрми; об этом, однко, не подозревли не только покуптели, но, кжется, и их изобреттель.

Для чего служит лмповое стекло?

Мло кто знет о том, ккой долгий путь прошло лмповое стекло, прежде чем достигло своего современного вид. Длинный ряд тысячелетий люди пользовлись для освещения плменем, не прибегя к услугм стекл. Пондобился гений Леонрдо д Винчи (1452 — 1519), чтобы сделть это вжное усовершенствовние лмпы. Но Леонрдо окружил плмя не стеклянной, метллической трубой, прошло еще три век, прежде чем додумлись до змены метллической трубы прозрчным стеклянным цилиндром. Кк видите, лмповое стекло — изобретение, нд которым рботли десятки поколений.

Кково же его нзнчение?

Едв ли у всех готов првильный ответ н столь естественный вопрос. Зщищть плмя от ветр — лишь второстепення роль стекл. Глвное же действие его — в увеличении яркости плмени, в ускорении процесс горения. Роль стекл т же, что и печной или зводской трубы: оно усиливет приток воздух к плмени, усиливет «тягу».

Рзберемся в этом. Столб воздух, нходящийся внутри стекл, нгревется плменем горздо быстрее, нежели воздух, окружющий лмпу. Нгревшись и сделвшись поэтому легче, воздух по зкону Архимед вытлкивется вверх более тяжелым ненгретым воздухом, который поступет снизу, через отверстия в горелке. Тким обрзом устнвливется постоянное течение воздух снизу вверх, течение, непрерывно отводящее продукты горения и приносящее свежий воздух. Чем стекло выше, тем больше рзниц в весе нгретого и ненгретого столб воздух и тем энергичнее происходит приток свежего воздух, следовтельно, ускоряется горение. Здесь имеет место то же смое, что и в высоких зводских трубх. Поэтому эти трубы делются столь высокими.

Интересно, что уже Леонрдо отчетливо предствлял себе эти явления. В его рукописях нходим ткую зпись: «Где появляется огонь, тм вокруг него обрзуется воздушное течение: оно его поддерживет и усиливет».

Почему плмя не гснет смо собой?

Если вдумться хорошенько в процесс горения, то невольно возникет вопрос: отчего плмя не гснет смо собой? Ведь продуктми горения являются углекислый гз и водяной пр — веществ негорючие, неспособные поддерживть горение. Следовтельно, плмя с первого же момент горения должно быть окружено негорючими веществми, которые мешют притоку воздух; без воздух горение продолжться не может, и плмя должно погснуть.

Почему же этого не происходит? Почему горение длится непрерывно, пок есть зпс горючего веществ? Только потому, что гзы рсширяются от нгревния и, следовтельно, стновятся легче. Лишь блгодря этому нгретые продукты горения не остются н месте своего обрзовния, в непосредственном соседстве с плменем, немедленно же вытесняются вверх чистым воздухом. Если бы зкон Архимед не рспрострнялся н гзы (или если бы не было тяжести), всякое плмя, погоревши немного, гсло бы смо собой.

Весьм легко убедиться в том, кк губительно действуют н плмя продукты его горения. Вы нередко пользуетесь этим, сми того не подозревя, чтобы згсить огонь в лмпе. Кк здувете вы керосиновую лмпу? Дуете в нее сверху, т. е, гоните вниз, к плмени, негорючие продукты его горения; и оно гснет, лишенное свободного доступ воздух.

Недостющя глв в ромне Жюля Верн

Жюль Верн подробно поведл нм, кк проводили время трое смельчков внутри снряд, мчщегося н Луну. Однко он не рсскзл о том, кк Мишель Ардн исполнял обязнности повр в этой необычной обстновке. Вероятно, ромнист полгл, что стряпня внутри летящего снряд не предствляет ничего ткого, что зслуживло бы описния. Если тк, то он ошиблся. Дело в том, что внутри летящего ядр все предметы стновятся невесомыми (подробное рзъяснение этого интересного обстоятельств приведено в первой книге «Знимтельной физики», ткже в моих книгх «Межплнетные путешествия», «К звездм н ркете» и «Ркетой н Луну»). Жюль Верн упустил из виду это обстоятельство. А соглситесь, что стряпня в невесомой кухне — сюжет, вполне достойный пер ромнист, и ндо только пожлеть, что тлнтливый втор «Путешествия н Луну» не уделил внимния этой теме. Попытюсь, кк умею, восполнить недостющую глву в ромне, чтобы дть читтелю некоторое предствление о том, нсколько эффектно могл бы вылиться он из-под пер смого Жюля Верп.

При чтении этой сттьи читтель должен все время не упускть из виду, что внутри ядр, кк уже скзно, нет тяжести: все предметы в нем невесомы.

Звтрк в невесомой кухне

— Друзья мои, ведь мы еще но звтркли, — объявил Мишель Ардн своим спутникм по межплнетному путешествию. — Из того, что мы потеряли свой вес в пушечном снряде, не следует вовсе, что мы потеряли и ппетит. Я берусь устроить вм, друзья мои, невесомый звтрк, который, без сомнения, будет состоять из смых легких блюд, когд-либо изготовлявшихся н свете.

И, не ожидя ответ товрищей, фрнцуз принялся з стряпню.

— Нш бутыль с водой притворяется пустой, — ворчл про себя Ардн, возясь с рскупоркой большой бутыли. — Не проведешь меля: я ведь зню, отчего ты легкя… Тк, пробк вынут. Изволь излить в кстрюлю свое невесомое содержимое!

Но сколько ни нклонял он бутыли, вод не выливлсь.

— Не трудись, милый Ардн, — явился н выручку Николь. — Пойми, что в ншем снряде, где нет тяжести, вод по может литься. Ты должен ее вытрясти из бутыли, кк если бы ото был густой сироп.

Не долго думя, Ардн хлопнул лдонью по дну опрокинутой бутылки. Новя неожиднность: у горлышк тотчс же рздулся водяной шр, величиной с кулк.

— Что стло с ншей водой? — изумился Ардн. — Вот, признюсь, совсем излишний сюрприз! Объясните же, ученые друзья мои, что тут произошло?

— Это кпля, милый Ардн, простя водяня кпля. В мире без тяжести кпли могут быть кк угодно велики… Вспомни, что ведь жидкости только под влиянием тяжести принимют форму сосудов, льются в виде струй и т. д. Здесь же нет тяжести, жидкость предоствлен своим внутренним молекулярным силм и должн принять форму шр, кк мсло в знменитом опыте Плто.

— Мне никкого дел нет до этого Плто с его опытми! Я должен вскипятить воду для бульон, и, клянусь, никкие молекулярные силы не остновят меня! — зпльчиво объявил фрнцуз.

Он яростно принялся вытряхивть воду нд прящей в воздухе кстрюлей, но, по-видимому, все было в зговоре против пего. Большие водяные шры, достигнув кстрюли, быстро рсползлись по ее поверхности. Этим дело не кончилось: с внутренних стенок вод переходил н нружные, рстеклсь по ним, — и вскоре кстрюля окзлсь окутнной толстым водяным слоем. Кипятить воду в тком виде но было никкой возможности.

— Вот любопытный опыт, докзывющий, кк велик сил сцепления, — спокойно говорил взбешенному Ардну невозмутимый Николь. — Ты не волнуйся: ведь здесь обыкновенное смчивние жидкостями твердых тел; только в днном случе тяжесть не мешет рзвиться этому явлению с полной силой.

— И очень жль, что не мешет! — возрзил Ардн. — Смчивние здесь или что-либо другое, по мне необходимо иметь воду внутри кстрюли, не вокруг нее. Вот еще новости ккие! Ни один повр в мире не соглсится готовить бульон при подобных условиях!

— Ты легко можешь воспрепятствовть смчивнию, если оно тк мешет тебе, — успокоительно вствил м-р Брбикен. — Вспомни, что вод не смчивет тел, покрытых хотя бы тонким слоем жир. Обмжь свою кстрюлю снружи жиром, и ты удержишь воду внутри нее.

— Брво! Вот это я нзывю истинной ученостью, — обрдовлся Ардн, приводя совет в исполнение. Зтем он приступил к нгревнию воды н плмени гзовой горелки.

Положительно все склдывлось против Ардн. Гзовя горелк — и т зкпризничл: прогорев полминуты тусклым плменем, он погсл по необъяснимой причине.

Ардн возился вокруг горелки, терпеливо нянчился с плменем, по хлопоты не приводили ни к чему: плмя откзывлось горсть.

— Брбикен! Николь! Неужели же нет средств зствить это упрямое плмя гореть тк, кк полгется ему по зконм вшей физики и по уствм гзовых компний? — взывл к друзьям обескурженный фрнцуз.

— Но здесь нет ничего необычйного и ничего неожиднного, — объяснил Николь. — Это плмя горит именно тк, кк полгется соглсно физическим зконм. А гзовые компнии… я думю, они все рзорились бы, если бы не было тяжести. При горении, ты знешь, обрзуются углекислот, водяной нр, словом, гзы негорючие; обыкновенно эти продукты горения но остются возле смого плмени: кк теплые и, следовтельно, более легкие, они вытесняются притекющим свежим воздухом. Но тут у нс нет тяжести, — поэтому продукты горения остются н месте возникновения, окружют плмя слоем негорючих гзов и прегрждют доступ свежему воздуху. Оттого-то плмя тк тускло здесь горит и тк быстро гснет. Ведь действие огнетушителей н том и основно, что плмя окружется негорючим гзом.

— Знчит, по-твоему, — перебил фрнцуз, — если бы н Земле не было тяжести, то не ндо было бы и пожрных комнд: пожр погс бы см собой, здыхлся бы в собственном дыхнии?

— Совершенно верно. А пок, чтобы помочь делу, зжги еще рз горелку и двй обдувть плмя. Нм, я ндеюсь, удстся создть искусственную тягу и зствить плмя гореть «по-земному».

Тк и сделли. Ардн снов зжег горелку и принялся з стряпню, не без злордств следя з тем, кк Николь с Брбикеном поочередно обдувли и обмхивли плмя, чтобы непрерывно вводить в него свежий воздух. В глубине души фрнцуз считл своих друзей и их нуку виновникми «всей этой кутерьмы».

— Вы в некотором роде исполняете обязнности фбричной трубы, поддерживя тягу, — трторил Ардн. — Мне очень жль вс, ученые друзья мои, но если мы хотим иметь горячий звтрк, придется подчиниться велениям вшей физики.

Однко прошло четверть чс, полчс, чс, вод в кстрюле и не думл зкипть.

— Тебе придется вооружиться терпением, милый Ардн. Видишь ли, обыкновення, весомя вод быстро нгревется — почему? Только потому, что и ней происходит перемешивние слоев: нгретые нижние слои, более легкие, вытесняются холодными сверху, и в результте вся жидкость быстро принимет высокую темпертуру. Случлось тебе когд-либо нгревть воду не снизу, сверху? Тогд перемешивние слоев не происходит, потому что верхние нгретые слои остются н месте. Теплопроводность же воды ничтожн; верхние слои можно дже довести до кипения, в то время кк в нижних будут нходиться куски нерстявшего льд. Но в ншем невесомом мире безрзлично, откуд ни нгревть воду: круговорот в кстрюле возникть не может, и вод должн нгревться очень медленно. Коли желешь ускорить нгревние, ты должен все время перемешивть воду.

Николь предупредил Ардн, чтобы он не доводил воды до 100°, огрничился несколько пониженной темпертурой. При 100° обрзуется много пр, который, облдя здесь удельным весом, одинковым с удельным весом воды (об рвны нулю), будет смешивться с ней в однородную пену.

Досдня неожиднность произошл с горохом. Когд Ардн, рзвязв мешочек, слегк тряхнул его, горошины рссеялись в воздухе и стли безостновочно бродить внутри кюты, удряясь о стенки и отсккивя от них. Эти витющие горошины чуть не нделли большой беды: Николь нечянно вдохнул одну из них и тк рскшлялся, что едв не здохнулся. Чтобы избвиться от ткой опсности и очистить воздух, друзья нши принялись усердно вылвливть летющие горошины тем счком, который Ардн предусмотрительно зхвтил с собою «для сбор коллекции лунных ббочек».

Нелегко было стряпть при тких условиях. Ардп был прв, когд утверждл, что здесь спсовл бы смый искусный повр. Немло пришлось повозиться и при жрений бифштекс: ндо было все время придерживть мясо вилкой, инче упругие пры мсл, обрзующиеся под бифштексом, вытлкивли его из кстрюли, и недожренное мясо летело «вверх», — если можно употребить это слово тм, где не было ни «верх», ни «низ».

Стрнную кртину предствлял и смый обед в этом мире, лишенном тяжести. Друзья висели в воздухе в весьм рзнообрзных позх, не лишенных, впрочем, живописности, и поминутно стуклись головми друг о друг. Сидеть, конечно, не приходилось. Ткие вещи, кк стулья, дивны, скмьи — совершенно бесполезны в мире, где нет тяжести. В сущности, и стол был бы здесь не нужен, если бы не нстойчивое желние Ардн звтркть непременно «з столом».

Трудно было сврить бульон, но еще труднее окзлось съесть его. Нчть с того, что рзлить невесомый бульон по чшкм никк не удвлось. Ардн чуть по поплтился з ткую попытку потерей трудов целого утр; збыв, что бульон невесом, он с досдой удрил по дну перевернутой кстрюли, чтобы изгнть из нее упрямый бульон. В результте из кстрюли вылетел огромня шрообрзня кпля — бульон в сфероидльной форме. Ардну пондобилось проявить искусство жонглер, чтобы вновь поймть и водворить в кстрюлю с тким трудом свренный бульон.

Попытк пользовться ложкми остлсь безрезульттной: бульон смчивл всю ложку до смых пльцев и висел н ней сплошной пеленой. Обмзли ложки мслом, чтобы предупредить смчивние, но дело от этого по стло лучше: бульон превртился н ложке в шрик, и не было никкой возможности блгополучно донести эту невесомую пилюлю до рт.

В конце концов Николь ншел решение здчи: сделли трубки из восковой бумги и с помощью их пили бульон, втягивя его в рот. Тким же способом приходилось ншим друзьям во время путешествия пить воду, вино и вообще всякие жидкости[50].

Почему вод гсит огонь?

Н столь простой вопрос не всегд умеют првильно ответить, и читтель, ндеемся, не посетует н нс, если мы объясним вкртце, в чем собственно зключется это действие воды н огонь.

Во— первых, приксясь к горящему предмету, вод преврщется в пр, отнимя при этом много теплоты у горящего тел; чтобы превртить крутой кипяток в пр, нужно впятеро с лишком больше теплоты, чем для нгревния того же количеств холодной воды до 100 грдусов.

Во— вторых, пры, обрзующиеся при этом, знимют объем, в сотни рз больший, чем породившя их вод; окружя горящее тело, пры оттесняют воздух, без воздух горение невозможно.

Чтобы увеличить огнегсительную силу воды, иногд примешивют к ней… порох! Это может покзться стрнным, однко это вполне рзумно: порох быстро сгорет, выделяя большое количество негорючих гзов, которые, окружя собой горящие предметы, зтрудняют горение.

Кк тушт огонь с помощью огня?

Вы слыхли, вероятно, что лучшее, иной рз и единственное средство борьбы с лесным или степным пожром — ото поджигние лес или степи с противоположной стороны. Новое плмя идет нвстречу бушующему морю огня и, уничтожя горючий мтерил, лишет огонь пищи; встретившись, обе огненные стены мгновенно гснут, словно пожрв друг друг.

Описние того, кк пользуются этим приемом тушения огня при пожре мерикнских степей, многие, конечно, читли у Купер в ромне «Прерия». Можно ли збыть тот дрмтический момент, когд стрик трппер спс от огненной смерти путников, зстигнутых в степи пожром? Вот это место из «Прерии».

«Стрик внезпно принял решительный вид.

— Нстло время действовть, — скзл он.

— Вы слишком поздно спохвтились, жлкий стрик! — крикнул Миддльтон. — Огонь в рсстоянии четверти мили от нс, и ветер несет его к нм с ужсющей быстротой!

— Вот кк! Огонь! Не очень-то я боюсь его. Ну, молодцы, полно! Приложите-к руки к этой высохшей трве и обнжите землю.

В очень короткое время было очищено место футов в двдцть в диметре. Трппер вывел женщин н один крй этого небольшого прострнств, скзв, чтобы они прикрыли одеялми свои плтья, легко могущие восплмениться. Приняв эти предосторожности, стрик подошел к противоположному крю, где стихия окружил путников высоким, опсным кольцом, и, взяв щепотку смой сухой трвы, положил ее н полку ружья и поджег. Легко восплменяющееся вещество вспыхнуло срзу. Тогд стрик бросил пылвшую трву в высокую зросль и, отойдя к центру круг, стл терпеливо ожидть результт своего дел.

Рзрушительня стихия с ждностью нбросилсь н новую пищу, и в одно мгновение плмя стло лизть трву.

— Ну, — скзл стрик, — теперь вы увидите, кк огонь срзит огонь.

— Но неужели это не опсно? — воскликнул удивленный Миддльтон. — Не приближете ли вы к нм врг, вместо того чтобы отдлять его?

Рисунок 86. Тушение степного пожр огнем.

Огонь, все увеличивясь, нчл рспрострняться в три стороны, змиря н четвертой вследствие недосттк пищи. По мере того кк огонь увеличивлся и бушевл все сильнее и сильнее, он очищл перед собой все прострнство, оствляя черную дымящуюся почву горздо более обнженной, чем если бы трв н этом месте был скошен косой.

Положение беглецов стло бы еще рисковннее, если бы очищенное ими место не увеличивлось но мере того, кк плмя окружло его с остльных сторон.

Через несколько минут плмя стло отступть во всех нпрвлениях, оствляя людей окутнными облком дым, но в полной безопсности от поток огня, продолжвшего бешено нестись вперед.

Зрители смотрели н простое средство, употребленное трппером, с тем же изумлением, с кким, кк говорят, цредворцы Фердиннд смотрели н способ Колумб поствить яйцо».

Этот прием тушения степных и лесных пожров не тк, однко, прост, кк кжется с первого взгляд. Пользовться встречным огнем для тушения пожр должен лишь человек очень опытный, — инче бедствие может дже усилиться.

Вы поймете, ккя для этого нужн сноровк, если зддите себе вопрос: почему огонь, зжженный трппером, побежл нвстречу пожру, не в обртном нпрвлении? Ведь ветер дул со стороны пожр и гнл огонь н путников! Кзлось бы, пожр, причиненный трппером, должен был нпрвиться не нвстречу огненному морю, нзд по степи. Если бы тк случилось, путники окзлись бы окруженными огненным кольцом и неминуемо погибли бы.

В чем зключлся секрет трппер?

В зннии простого физического зкон. Хотя ветер дул по нпрвлению от горящей степи к путникм, — но впереди, близ огня, должно было существовть обртное течение воздух, нвстречу плмени. В смом деле: нгревясь нд морем огня, воздух стновится легче и вытесняется вверх притекющим со всех сторон свежим воздухом со степи, не зтронутой плменем. Близ грницы огня устнвливется поэтому тяг воздух нвстречу плмени. Зжечь встречный огонь необходимо в тот момент, когд пожр приблизится достточно, чтобы ощутилсь тяг воздух. Вот почему трппер не спешил принимться з дело рньше времени, спокойно ждл нужного момент. Стоило поджечь трву немного рньше, когд встречня тяг еще не устновилсь, — и огонь рспрострнился бы в обртном нпрвлении, сделв положение людей безвыходным. Но и промедление могло быть не менее роковым: огонь подошел бы чересчур близко.

Можно ли воду вскипятить кипятком?

Возьмите небольшую бутылку (бночку или пузырек), нлейте в нее воды и поместите в стоящую н огне кстрюлю с чистой водой тк, чтобы склянк не кслсь дн вшей кстрюли; вм придется, конечно, подвесить этот пузырек н проволочной петле. Когд вод в кстрюле зкипит, то, кзлось бы, вслед з тем должн зкипеть и вод в пузырьке. Можете, однко, ждть, сколько вм угодно, — вы не дождетесь этого: вод в пузырьке будет горяч, очень горяч, но кипеть он не будет. Кипяток окзывется недостточно горячим, чтобы вскипятить воду.

Результт кк будто неожиднный, между тем его ндо было предвидеть. Чтобы довести воду до кипения, недостточно только нгреть ее до 100°С: ндо еще сообщить ей знчительный зпс тепл для того, чтобы перевести воду в другое грегтное состояние, именно в пр.

Чистя вод кипит при 100°С; выше этой точки ее темпертур при обычных условиях не поднимется, сколько бы мы ее ни нгревли. Знчит, источник теплоты, с помощью которого мы нгревем воду в пузырьке, имеет темпертуру 100°; он может довести воду в пузырьке ткже только до 100°. Когд нступит это рвенство темпертур, дльнейшего переход тепл от воды кстрюли к пузырьку не будет.

Итк, нгревя воду в пузырьке тким способом, мы не можем доствить ей того избытк теплоты, который необходим для переход воды в пр (кждый грмм воды, нгретый до 100°, требует еще свыше 500 клорий, чтобы перейти в пр). Вот почему вод в пузырьке хотя и нгревется, но не кипит.

Может возникнуть вопрос: чем же отличется вод в пузырьке от воды в кстрюле? Ведь в пузырьке т же вод, только отделення от остльной мссы стеклянной перегородкой; почему же не происходит с лей того же, что и с остльной водой?

Потому что перегородк мешет воде пузырьк учствовть в тех течениях, которые перемешивют всю воду в кстрюле. Кждя чстиц воды в кстрюле может непосредственно коснуться нкленного дн, вод же пузырьк соприксется только с кипятком.

Итк, мы видели, что чистым кипятком вскипятить воду нельзя. Но стоит в кстрюлю всыпть горсть соли, и дело меняется. Соленя вод кипит не при ст грдусх, немного выше и, следовтельно, может в свою очередь довести до кипения чистую воду в стеклянном пузырьке.

Можно ли вскипятить воду снегом?

«Если уж кипяток для этой цели непригоден, то что говорить о снеге!» — ответит иной читтель. Не торопитесь с ответом, лучше проделйте опыт хотя бы с тем же стеклянным флконом, который вы только что употребляли.

Нлейте в него воды до половины и погрузите в кипящую соленую воду. Когд вод во флконе зкипит, выньте его из кстрюли и быстро зкупорьте зрнее приготовленной плотной пробкой. Теперь переверните флкон и ждите, пок кипение внутри его прекртится.

Рисунок 87. Зкипние воды в колбе, обливемой холодной водой.

Рисунок 88. Неожиднный результт охлждения жестянки.

Выждв этот момент, облейте флкон кипятком, — вод не зкипит. Но положите н его донышко немного снегу или дже просто облейте его холодной водой, кк покзно н рис. 87, — и вы увидите, что вод зкипит… Снег сделл то, чего не мог сделть кипяток!

Это тем более згдочно, что н ощупь флкон не будет особенно горяч. Между тем вы собственными глзми видите, кк вод в нем кипит!

Рзгдк в том, что снег охлдил стенки флкон; вследствие этого пр внутри сгустился в водяные кпли. А тк кк воздух из стеклянного флкон был выгнн еще при кипячении, то теперь вод подвержен в нем горздо меньшему двлению. Но известно, что при уменьшении двления н жидкость он кипит при темпертуре более низкой. Мы имеем, следовтельно, в ншем флконе хотя и кипяток, но кипяток. негорячий.

Если стенки флкон очень тонки, то внезпное сгущение пров внутри него может вызвть нечто вроде взрыв; двление внешнего воздух, не встречя достточного противодействия изнутри флкон, способно рздвить его (вы видите, между прочим, что слово «взрыв» здесь неуместно). Лучше брть поэтому склянку круглую (колбу с выпуклым дном), чтобы воздух двил н свод.

Всего безопснее производить подобный опыт с жестянкой для керосин, мсл и т. п. Вскипятив в ней немного воды, звинтите плотно пробку и облейте посуду холодной водой. Тотчс же жестянк с пром сплющится двлением нружного воздух, тк кк пр внутри нее превртится при охлждении в воду. Жестянк будет измят двлением воздух, словно по ней удрили тяжелым молотом (рис. 88).

«Суп из брометр»

В книге «Стрнствовния з грницей» мерикнский юморист Мрк Твен рсскзывет об одном случе своего льпийского путешествия — случе, рзумеется, вымышленном:

«Неприятности нши кончились; поэтому люди могли отдохнуть, у меня, нконец, явилсь возможность обртить внимние н нучную сторону экспедиции. Прежде всего я хотел определить посредством брометр высоту мест, где мы нходились, но, к сожлению, не получил никких результтов. Из моих нучных чтений я знл, что не то термометр, не то брометр следует кипятить для получения покзний. Который именно из двух, — я не знл нверное и потому решил прокипятить об.

И все-тки не получил никких результтов. Осмотрев об инструмент, я увидел, что они вконец испорчены: у брометр был только одн медня стрелк, в шрике термометр болтлся комок ртути…

Я отыскл другой брометр; он был совершенно новый и очень хороший. Полчс кипятил я его в горшке с бобовой похлебкой, которую врил повр. Результт получился неожиднный: инструмент совершенно перестл действовть, но суп приобрел ткой сильный привкус брометр, что глвный повр — человек очень умный — изменил его нзвние в списке кушний. Новое блюдо зслужило всеобщее одобрение, тк что я прикзл готовить кждый день суп из брометр. Конечно, брометр был совершенно испорчен, но я не особенно жлел о нем. Рз он не помог мне определить высоту местности, знчит, он больше мне не нужен».

Отбросив шутки, постремся ответить н вопрос: что же в смом деле следовло «кипятить», термометр или брометр?

Термометр; и вот почему. Из предыдущего опыт мы видели, что чем меньше двление н воду, тем ниже темпертур ее кипения. Тк кк с поднятием в горы тмосферное двление уменьшется, то должн вместе с тем понижться и темпертур кипения воды. И действительно, нблюдются следующие темпертуры кипения чистой воды при рзличных двлениях тмосферы:

Рисунок 89. «Ученые изыскния» Мрк Твен.

Темпертур Брометрическое

кипения, °С двление, мм

101 ............... 787,7

100 ............... 760

98 ................ 707

96 ................ 657,5

94 ................ 611

92 ................ 567

90 ................ 525,5

88 ................ 487

86 ................ 450

В Берне (Швейцрия), где среднее двление тмосферы 713 мм, вод в открытых сосудх кипит уже при 97,5°, н вершине Монблн, где брометр покзывет 424 мм, кипяток имеет темпертуру всего 84,5°. С поднятием н кждый километр темпертур кипения воды пдет н 3°С. Знчит, если мы измерим темпертуру, при которой кипит вод (по выржению Твен, если «будем кипятить термометр»), то, спрвившись в соответствующей тблице, сможем узнть высоту мест. Для этого необходимо, конечно; иметь в рспоряжении зрнее соствленные тблицы, о чем Мрк Твен «просто» збыл.

Употребляемые для этой цели приборы — гипсотермометры — не менее удобны для переноски, чем метллические брометры, и дют горздо более точные покзния.

Рзумеется, и брометр может служить для определения высоты мест, тк кк он прямо, без всякого «кипячения», покзывет двление тмосферы: чем выше мы поднимемся, тем двление меньше. Но и тут необходимы либо тблицы, покзывющие, кк уменьшется двление воздух по мере поднятия нд уровнем моря, либо знние соответствующей формулы. Все это будто бы смешлось в голове юморист и побудило его «врить суп из брометр».

Всегд ли кипяток горяч?

Брвый ординрец Бен-Зуф, с которым читтель, без сомнения, познкомился по ромну Жюля Верн «Гектор Сервдк», был твердо убежден, что кипяток всегд и всюду одинково горяч. Вероятно, он думл бы тк всю жизнь, если бы случю не угодно было збросить его, вместе с комндиром Сервдком, н… комету. Это кпризное светило, столкнувшись с Землей, отрезло от ншей плнеты кк рз тот учсток, где нходились об героя, и унесло их длее по своему эллиптическому пути. И вот тогд-то денщик впервые убедился н собственном опыте, что кипяток вовсе не всюду одинково горяч. Сделл он это открытие неожиднно, готовя звтрк.

«Бен— Зуф нлил воды в кстрюлю, поствил ее н плиту и ждл, когд зкипит вод, чтобы опустить в нее яйц, которые кзлись ему пустыми, тк они мло весили.

Менее чем через дне минуты вод уже зкипел.

— Черт побери! Кк огонь греет теперь! — воскликнул Бен-Зуф.

— Не огонь греет сильнее, — ответил, подумв, Сервдк, — вод зкипет скорее.

И, сняв со стены термометр Цельсия, он опустил его в кипящую воду.

Грдусник покзл только шестьдесят шесть грдусов. — Ото! воскликнул офицер. — Вод кипит при шестидесяти шести грдусх вместо ст!

— Итк, кпитн?…

— Итк, Бен-Зуф, советую тебе продержть яйц в кипятке четверть чс.

— Но они будут крутые!

— Нет, дружище, они будут едв сврены.

Причиной этого явления было, очевидно, уменьшение высоты тмосферной оболочки. Воздушный столб нд поверхностью почвы уменьшился приблизительно н одну треть, и вот почему вод, подверження меньшему двлению, кипел при шестидесяти шести грдусх вместо ст. Подобное же явление имело бы место н горе, высот которой достигет 11 000 м. И если бы у кпитн был брометр, он укзл бы ему это уменьшение воздушного двления».

Нблюдения нших героев мы не стнем подвергть сомнению: они утверждют, что вод кипел при 66 грдусх, и мы примем это кк фкт. Но весьм сомнительно, чтобы они могли чувствовть себя хорошо в той рзреженной тмосфере, в которой они нходились.

Автор «Сервдк» совершенно првильно змечет, что подобное явление нблюдлось бы н высоте 11000 м: тм вод, кк видно из рсчет[51], действительно должн кипеть при 66°. Но двление тмосферы при этом должно быть рвно 190 мм ртутного столб, ровно вчетверо меньше нормльного. В воздухе, рзреженном до ткой степени, почти невозможно дышть! Ведь речь идет о высотх, нходящихся уже в стртосфере! Мы знем, что летчики, достигвшие ткой высоты без мсок, лишлись сознния от недосттк воздух, между тем Сервдк и его ординрец чувствовли себя сносно. Хорошо, что у Сервдк под рукой не окзлось брометр: инче ромнисту пришлось бы зствить этот инструмент покзывть не ту цифру, которую он должен был бы покзть соглсно зконм физики.

Если бы нши герои попли не н вообржемую комету, , нпример, н Мрс, где тмосферное двление не превышет 60 — 70 мм, им пришлось бы пить еще менее горячий кипяток — всего в 45 грдусов!

Ноборот, очень горячий кипяток можно получить н дне глубоких шхт, где двление воздух знчительно больше, чем н поверхности Земли, В шхте глубиною 300 м вод кипит при 101°, н глубине 600 м — при 102°.

При знчительно повышенном двлении зкипет вод и в котле провой мшины. Нпример, при 14 тмосферх вод зкипет при 200 грдусх! Нпротив, под колоколом воздушного нсос можно зствить бурно кипеть воду при обыкновенной комнтной темпертуре. получя «кипяток» всего грдусов в 20.

Горячий лед

Сейчс шл речь о прохлдном кипятке. Есть и еще более удивительня вещь: горячий лед. Мы привыкли думть, что вод в твердом состоянии не может существовть при темпертуре выше 0°. Исследовния нглийского физик Бриджмен покзли, что это не тк: под весьм знчительным двлением вод переходит в твердое состояние и остется ткой при темпертуре знчительно выше 0°. Вообще Бриджмец покзл, что может существовть не один сорт льд, несколько. Тот лед, который он нзывет «льдом № 5», получется под чудовищным двлением в 20 600 тмосфер и остется твердым при темпертуре 76° С. Он обжег бы нм пльцы, если бы мы могли до него дотронуться. Но прикосновение к нему невозможно: лед № 5 обрзуется под двлением мощного пресс в толстостенном сосуде из лучшей стли. Увидеть его или взять в руки нельзя, и о свойствх «горячего льд» узнют лишь косвенным обрзом.

Любопытно, что «горячий лед» плотнее обыкновенного, плотнее дже воды: его удельный вес 1,05. Он должен был бы тонуть в воде, между тем кк обыкновенный лед в ней плвет.

Холод из угля

Получение из угля не жр, , нпротив, холод не является чем-то несбыточным: оно кждодневно осуществляется н зводх тк нзывемого «сухого льд». Уголь сжигется здесь в котлх, обрзующийся дым очищется, причем содержщийся в нем углекислый гз улвливется щелочным рствором. Выделяемый зтем в чистом виде путем нгревния углекислый гз при последующем охлждении и сжтии переводится в жидкое состояние под двлением 70 тмосфер. Это — т жидкя углекислот, которя в толстостенных бллонх доствляется н зводы шипучих нпитков и употребляется для промышленных ндобностей. Он достточно холодн, чтобы зморозить грунт, кк деллось при сооружении московского метро; но для многих целей требуется рсполгть углекислотой в твердом виде, тем, что нзывется сухим льдом.

Сухой лед, т. е. твердя углекислот, получется из жидкой при быстром ее испрении под уменьшенным двлением. Куски сухого льд по внешности нпоминют скорее прессовнный снег, нежели лед, и вообще во многом отличются от твердой воды. Углекислый лед тяжелее обыкновенного льд и тонет в воде. Несмотря н чрезвычйно низкую темпертуру (минус 78°), холод его не ощущется пльцми, если бережно взять кусок в руки: обрзующийся при соприкосновении с ншим телом углекислый гз зщищет кожу от действия холод. Лишь сжв брусок сухого льд, мы рискуем отморозить пльцы.

Нзвние «сухой лед» чрезвычйно удчно подчеркивет глвную физическую особенность этого льд. Он действительно никогд мокрым не бывет и ничего не увлжняет кругом себя. Под влиянием теплоты он переходит срзу в гз, минуя жидкое состояние: существовть в жидком виде углекислот под двлением в одну тмосферу не может.

Эт особенность сухого льд вместе с его низкой темпертурой делет его незменимым охлдительным веществом для прктических ндобностей. Продукты, сохрняемые при помощи углекислого льд, не только не увлжняются, но зщищются от порчи еще и тем, что обрзующийся углекислый гз является средой, препятствующей рзвитию микрооргнизмов; поэтому н продуктх не появляется плесени и бктерий. Нсекомые и грызуны ткже не могут жить в ткой тмосфере. Нконец, углекислот является ндежным противопожрным средством: несколько кусков сухого льд, брошенные в горящий бензин, гсят огонь. Все это обеспечило сухому льду смое широкое применение в промышленности и в домшнем обиходе.

Глв восьмя

МАГНЕТИЗМ. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО.

«Любящий кмень»

Ткое поэтическое нзвние дли китйцы естественному мгниту. Любящий кмень (тшу-ши), — говорят китйцы, — притягивет железо, кк нежня мть привлекет своих детей. Змечтельно, что у фрнцузов — нрод, живущего н противоположном конце Строго Свет, мы встречем сходное нзвние для мгнит: фрнцузское слово «aimant» ознчет и «мгнит», и «любящий».

Сил этой «любви» у естественных мгнитов незнчительн, и потому очень нивно звучит греческое нзвние мгнит — «геркулесов кмень». Если обиттели древней Эллды тк поржлись умеренной силой притяжения естественного мгнит, то что скзли бы они, увидев н современном метллургическом зводе мгниты, поднимющие глыбы в целые тонны весом! Првд, это не естественные мгниты, «электромгниты», т. е. железные мссы, нмгниченные электрическим током, проходящим по окружющей их обмотке. Но в обоих случях действует сил одной и той же природы — мгнетизм.

Не следует думть, что мгнит действует только н железо. Есть ряд других тел, которые тоже испытывют н себе действие сильного мгнит, хотя и не в ткой степени, кк железо. Метллы: никель, кобльт, мргнец, плтин, золото, серебро, люминий — в слбой степени притягивются мгнитом. Еще змечтельнее свойств тк нзывемых димгнитных тел, нпример цинк, свинц, серы, висмут: эти тел оттлкивются от сильного мгнит!

Жидкости и гзы ткже испытывют н себе притяжение или оттлкивние мгнит, првд, в весьм слбой степени; мгнит должен быть очень силен, чтобы проявить свое влияние н эти веществ. Чистый кислород, нпример, притягивется мгнитом; если нполнить кислородом мыльный пузырь и поместить его между полюсми сильного электромгнит, пузырь зметно вытянется от одного полюс к другому, рстягивемый невидимыми мгнитными силми. Плмя свечи между концми сильного мгнит изменяет свою обычную форму, явно обнруживя чувствительность к мгнитным силм (рис. 90).

Рисунок 90. Плмя свечи между полюсми электромгнит.

Здч о компсе

Мы привыкли думть, что стрелк компс всегд обрщен одним концом н север, другим — н юг. Нм покжется поэтому совершенно несурзным следующий вопрос: где н земном шре мгнитня стрелк покзывет н север обоими концми?

И еще нелепее прозвучит вопрос: где н земном шре мгнитня стрелк обоими концми покзывет н юг?

Вы готовы утверждть, что подобных мест н ншей плнете нет и быть не может. Однко же они существуют.

Вспомните, что мгнитные полюсы Земли не совпдют с ее геогрфическими полюсми — и вы, вероятно, сми догдетесь, о кких местх ншей плнеты идет в здче речь. Куд будет покзывть стрелк компс, помещення н южном геогрфическом полюсе? Один ее конец будет нпрвлен в сторону ближйшего мгнитного полюс, другой — в противоположную. Но в ккую бы сторону ни идти от южного геогрфического полюс, мы всегд будем нпрвляться н север; другого нпрвления от южного геогрфического полюс нет, — кругом него всюду север. Знчит, помещення тм мгнитня стрелк будет покзывть север обоими концми.

Точно тк же стрелк компс, перенесенного н северный геогрфический полюс, обоими концми должн покзывть н юг.

Линии мгнитных сил

Любопытную кртину изобржет рис. 91, воспроизведенный с фотогрфии: от руки, положенной н полюсы электромгнит, торчт вверх пучки «крупных гвоздей, словно жесткие волосы. См по себе рук совершенно не ощущет мгнитной силы: невидимые нити проходят сквозь нее, ничем не выдвя своего присутствия. А железные гвозди послушно подчиняются ее воздействию и рсполгются в определенном порядке, обнруживя перед нми нпрвление мгнитных сил.

У человек нет мгнитного оргн чувств; поэтому о существовнии мгнитных сил, которые окружют мгнит, мы можем лишь догдывться[52]. Однко нетрудно косвенным обрзом обнружить кртину рспределения этих сил. Лучше всего сделть это с помощью мелких железных опилок. Нсыпьте опилки тонким ровным слоем н кусок глдкого кртон или н стеклянную плстинку; подведите под кртон или плстинку обыкновенный мгнит и встряхивйте опилки легкими удрми. Мгнитные силы свободно проходят сквозь кртон и стекло; следовтельно, железные опилки под действием мгнит нмгнитятся; когд мы встряхивем их, они н мгновение отделяются от плстинки и могут под действием мгнитных сил легко повернуться, зняв то положение, которое принял бы в днной точке мгнитня стрелк, т. е. вдоль мгнитной «силовой линии». В результте опилки рсполгются рядми, нглядно обнруживя рспределение невидимых мгнитных линий.

Рисунок 91. Мгнитные силы проходят через руку.

Рисунок 92. Рсположение железных опилок н кртоне, покрывющем полюсы мгнит. (С фотогрфии.).

Поместим нд мгнитом ншу плстинку с опилкми и встряхнем ее. Мы получим фигуру, изобрженную н рис. 92. Мгнитные силы создют сложную систему изогнутых линий. Вы видите, кк они лучисто рсходятся от кждого полюс мгнит, кк опилки соединяются между собой, обрзуя то короткие, то длинные дуги между обоими полюсми. Железные опилки воочию покзывют здесь то, что мысленно рисует перед собою физик и что невидимым обрзом присутствует вокруг кждого мгнит. Чем ближе к полюсу, тем линии опилок гуще и четче; нпротив, с удлением от полюс они рзрежются и утрчивют свою отчетливость, нглядно докзывя ослбление мгнитных сил с рсстоянием.

Кк нмгничивется стль?

Чтобы ответить н этот вопрос, который чсто здют читтели, ндо рзъяснить прежде всего, чем отличется мгнит от немгнитного бруск стли. Кждый том желез, входящего в соств стли — нмгниченной или ненмгниченной, — мы можем предствлять себе кк мленький мгнитик. В стли ненмгниченной томные мгнитики рсположены беспорядочно, тк что действие кждого уничтожется противоположным действием обртно рсположенного мгнитик (рис. 93, ). Нпротив, в мгните все элементрные мгнитики рсположены упорядочено, одноименными полюсми в одном и том же нпрвлении, кк покзно н рис. 93, б.

Рисунок 93. — рсположение томных мгнитиков в ненмгниченной полоске стли; б — то жe в нмгниченной стли; в — действие полюс мгнит н томные мгнитики нмгничивемой стли.

Что же происходит в куске стли, когд его нтирют мгнитом? Силой своего притяжения мгнит поворчивет элементрные мгнитики стльного бруск одноименными полюсми в одну и ту же сторону. Рис. 93, б нглядно покзывет, кк ото происходит: элементрные мгнитики поворчивются снчл южными полюсми к северному полюсу мгнит, зтем, когд мгнит отводится длее, рсполгются вдоль по нпрвлению его движения, южными полюсми к середине бруск.

Отсюд легко попять, кк ндо действовть мгнитом при нмгничивнии бруск стли: ндо приствить к концу бруск один полюс мгнит и, плотно прижимя, вести мгнит вдоль бруск. Это один из простейших и древнейших приемов нмгничивния, годный, однко, для получения лишь слбых мгнитов небольшого рзмер. Сильные мгниты можно построить, используя свойств электрического ток.

Исполинские электромгниты

Н метллургических зводх можно видеть электромгнитные подъемные крпы, переносящие огромные грузы. Ткие крны окзывют при подъеме и перемещении железных мсс неоценимые услуги н стлелитейных и тому подобных зводх. Мссивные железные глыбы или чсти мшин в десятки тонн весом с удобством переносятся этими мгнитными подъемными крнми без прикрепления. Точно тк же переносят они без ящиков и упковки листовое железо, проволоку, гвозди, железный лом и другие мтерилы, переноск которых иным способом потребовл бы немло хлопот.

Н рис. 94 и 95 вы видите перед собою эту полезную службу мгнит. Кк хлопотливо было бы собирть и переносить кучу железных плиток, которую рзом собрл и перенес могучий мгнитный подъемный крн, изобрженный н рис. 94; здесь выгод не только в экономии сил, но я в упрощении смой рботы. Н рис. 95 вы видите, кк мгнитный крн переносит дже упковнные в бочкх гвозди, срзу поднимя по шесть бочек! Н одном только метллургическом зводе четыре мгнитных крн, кждый из которых может переносить срзу десять рельсов, зменяют ручной труд двухсот рбочих. Не ндо зботиться о прикреплении этих тяжестей к подъемному крну: пок идет ток в обмотке электромгнит, до тех пор ни один осколок не упдет с него.

Но если ток в обмотке почему-либо прервется, врия неизбежн. Ткие случи внчле бывли. «Н одном мерикнском зводе, — читем мы в техническом журнле, — электромгнит поднимл железные болвнки, подвозимые в вгонх, и бросл их в печь. Внезпно н электростнции Нигрского водопд, подющей ток, что-то случилось, ток был прорвн; мсс метлл сорвлсь с электромгнит и всей своей тяжестью обрушилсь н голову рбочего. Чтобы избежть повторения подобных несчстных случев, ткже с целью сэкономить потребление электрической энергии, при электромгнитх устривются особые приспособления. После того кк переносимые предметы подняты мгнитом, сбоку опускются и плотно зкрывются прочные стльные подхвтки, которые зтем сми поддерживют груз, ток же во время трнспортировки прерывется».

Рисунок 94. Электромгнитный подъемный крн, переносящий железные плитки.

Рисунок 95. Электромгнитный подъемный крн, переносящий бочки с гвоздями.

Поперечник электромгнитов, изобрженных н рис. 94 и 95, достигет 1, 5 м; кждый мгнит способен поднять до 16 тонн (товрный вгон). Один ткой мгнит переносит з сутки более 600 тонн груз. Есть электромгниты, способные поднять срзу до 75 тонн, т. е. целый провоз!

При взгляде н ткую рботу электромгнитов у иного читтеля, быть может, мелькнул мысль: кк удобно было бы переносить при помощи мгнитов рскленные железные болвнки! К сожлению, это возможно только до известной темпертуры, тк кк рскленное железо не нмгничивется. Нгретый до 800° мгнит утрчивет мгнитные свойств.

Современня техник метллообрботки широко пользуется электромгнитми для удержния и продвижения стльных, железных и чугунных изделий. Сконструировны сотни рзличных птронов, столов и других приспособлений, знчительно упрощющих и ускоряющих обрботку.

Мгнитные фокусы

Силой электромгнитов пользуются иногд и фокусники; легко предствить, ккие эффектные трюки проделывют они с помощью этой невидимой силы. Дри, втор известной книги «Электричество в его применениях», приводит следующий рсскз одного фрнцузского фокусник о предствлении, днном им в Алжире. Н невежественных зрителей фокус произвел впечтление нстоящего чродейств.

«Н сцене, — рсскзывет фокусник, — нходится небольшой оковнный ящик с ручкой н крышке. Я вызывю из зрителей человек посильнее. В ответ н мой вызов выступил рб среднего рост, но крепкого сложения, предствляющий собой рвийского геркулес. Выходит он с бодрым и смондеянным видом и, немного нсмешливо улыбясь, остнвливется около меня.

— Очень вы сильны? — спросил я его, оглядев с ног до головы.

— Д, — отвечл он небрежно.

— Уверены ли вы, что всегд остнетесь сильным?

— Совершенно уверен.

— Вы ошибетесь: в одно мгновение ок я могу отнять у вс силу, и вы сделетесь слбым, подобно млому ребенку.

Арб презрительно улыбнулся в знк недоверия к моим словм.

— Подойдите сюд, — скзл я, — и поднимите ящик. Арб нгнулся, поднял ящик и высокомерно спросил:

— Больше ничего?

— Подождите немножко, — отвечл я. Зтем, приняв серьезный вид, я сделл повелительный жест и произнес торжественным тоном:

— Вы теперь слбее женщины. Попробуйте снов поднять ящик.

Силч, нисколько не устршсь моих чр, опять взялся з ящик, но н этот рз ящик окзывет сопротивление и, несмотря н отчянные усилия рб, остется неподвижным, словно приковнный к месту. Арб силится поднять ящик с ткой силой, которой хвтило бы для поднятия огромной тяжести, но все нпрсно. Утомленный, зпыхвшись и сгоря от стыд, он, нконец, остнвливется. Теперь он нчинет верить в силу чродейств».

Секрет чродейств предствителя «цивилизторов» был прост. Железное дно ящик помещено н подствке, предствляющей полюс сильного электромгнит. Пок ток нет, ящик поднять нетрудно; но стоит пустить ток в обмотку электромгнит, чтобы ящик нельзя было оторвть усилиями 2 — 3 человек.

Мгнит в земледелии

Еще любопытнее т полезня служб, которую несет мгнит в сельском хозяйстве, помогя земледельцу очищть семен культурных рстений от семян сорняков. Сорняки облдют ворсистыми семенми, цепляющимися з шерсть проходящих мимо животных и блгодря этому рспрострняющимися длеко от мтеринского рстения. Этой особенностью сорняков, вырботвшейся у них в течение миллионов лет борьбы з существовние, воспользовлсь сельскохозяйствення техник для того, чтобы отделить с помощью мгнит шероховтые семен сорняков от глдких семян тких полезных рстений, кк лен, клевер, люцерн. Если зсоренные семен культурных рстений обсыпть железным порошком, то крупинки желез плотно облепят семен сорняков, но не пристнут к глдким семенм полезных рстений. Попдя зтем в поле действия достточно сильного электромгнит, смесь семян втомтически рзделяется н чистые семен и н сорную примесь: мгнит вылвливет из смеси все те семен, которые облеплены железными опилкми.

Мгнитня леттельня мшин

В нчле этой книги я ссыллся н знимтельное сочинение фрнцузского пистеля Сирно де Бержерк «История госудрств н Луне и Солнце». В ней, между прочим, описн любопытня леттельня мшин, действие которой основно н мгнитном притяжении и с помощью которой один из героев повести прилетел н Луну. Привожу это место сочинения дословно:

«Я прикзл изготовить легкую железную повозку; войдя в нее и устроившись удобно н сиденье, я стл подбрсывть высоко нд собой мгнитный шр. Железня повозк тотчс же поднимлсь вверх. Кждый рз, кк я приближлся к тому месту, куд меня притягивл шр, я снов подбрсывл ею вверх. Дже когд я просто приподнимл шр в рукх, повозк поднимлсь, стремясь приблизиться к шру. После многокртного бросния шр вверх и поднятия повозки я приблизился к месту, откуд нчлось мое пдение н Луну. И тк кк в этот момент я крепко держл в рукх мгнитный шр, повозк прижимлсь ко мне и не покидл меня. Чтобы не рзбиться при пдении, я подбрсывл свой шр тким обрзом, чтобы пдение повозки змедлялось его притяжением. Когд я был уже всего в двух-трех сотнях сженей от лунной почвы, я стл брость шр под прямым углом к нпрвлению пдения, пок повозк не окзлсь совсем близко к почве. Тогд я выпрыгнул из повозки и мягко опустился н песок».

Никто, конечно, — ни втор ромн, ни читтели его книги — не сомневется в полной непригодности описнной леттельной мшины. Но не думю, чтобы многие умели првильно скзть, в чем собственно кроется причин неосуществимости этого проект: в том ли, что нельзя подкинуть мгнит, нходясь в железной повозке, в том ли, что повозк не притянется к мгниту, или в чем-либо ином?

Нет, подбросить мгнит можно, и он подтянул бы повозку, если достточно силен, — все-тки леттельня мшин нисколько не подвиглсь бы вверх.

Случлось ли вм брость тяжелую вещь с лодки н берег? Вы, без сомнения, змечли при этом, что см лодк отодвигется от берег. Вши мускулы, сообщя бросемой вещи толчок в одном нпрвлении, оттлкивют одновременно вше тело ( с ним и лодку) в обртном нпрвлении. Здесь проявляется тот зкон рвенств действующей и противодействующей сил, о котором нм не рз уже приходилось говорить. При броснии мгнит происходит то же смое: седок, подкидывя мгнитный шр вверх (с большим усилием, потому что шр притягивется к железной повозке), неизбежно оттлкивет всю повозку вниз. Когд же зтем шр и повозк снов сближются взимным притяжением, они только возврщются н первончльное место. Ясно, следовтельно, что если бы дже повозк ничего не весил, то броснием мгнитного шр можно было бы сообщить ей только колебния вокруг некоторого среднего положения; зствить ее тким способом двигться поступтельно невозможно.

Во времен Сирно (в середине XVII век) зкон действия и противодействия еще не был провозглшен; сомнительно поэтому, чтобы фрнцузский стирик мог отчетливо объяснить несостоятельность своего шутливого проект.

Нподобие «мгометов гроб»

Любопытный случй нблюдлся однжды при рботе с электромгнитным подъемным крном. Один из рбочих зметил, что электромгнитом был притянут тяжелый железный шр с короткой цепью, приделнной к полу, которя не дл шру вплотную приблизиться к мгниту: между шром и мгнитом оствлся промежуток в лдонь шириною. Получилсь необычйня кртин: цепь, торчщя отвесно вверх! Сил мгнит окзлсь тк велик, что цепь сохрнил свое вертикльное положение, дже когд н ней повис рбочий[53]. Окзвшийся поблизости фотогрф поспешил зпечтлеть н плстинке столь интересный момент, и мы приводим здесь этот Рисунок человек, висящего в воздухе нподобие легендрного мгометов гроб (рис.96).

Кстти, о мгометовом гробе. Првоверные мусульмне убеждены, что гроб с остнкми «пророк» покоится в воздухе, вися в усыпльнице без всякой опоры между полом и потолком.

Рисунок 96. Железня цепь с грузом, торчщя вверх.

Возможно ли это? «Повествуют, — писл Эйлер в своих „Письмх о рзных физических мтериях“, — будто гробницу Мгомет держит сил некоторого мгнит; это кжется не невозможным, потому что есть мгниты, искусством сделнные, которые поднимют до 100 фунтов[54]».

Ткое объяснение несостоятельно; если бы укзнным способом (т. е. пользуясь притяжением мгнит) подобное рвновесие было достигнуто н один момент, то млейшего толчк, млейшего дуновения воздух было бы достточно, чтобы его нрушить, — и тогд гроб либо упл бы н пол, либо подтянулся бы к потолку. Удержть его неподвижно прктически тк же невозможно, кк поствить конус н его вершине, хотя теоретически последнее и допустимо.

Впрочем, явление «мгометов гроб» вполне можно воспроизвести и с помощью мгнитов, — но только пользуясь не взимным их притяжением, , нпротив, взимным оттлкивнием. (О том, что мгниты могут не только притягивться, но и оттлкивться, чсто збывют дже люди, еще недвно изучвшие физику.) Кк известно, одноименные полюсы мгнитов взимно оттлкивются. Дв нмгниченных бруск, рсположенных тк, что их одноименные полюсы приходятся один нд другим, оттлкивются; подобрв вес верхнего бруск ндлежщим обрзом, нетрудно добиться того, чтобы он витл нд нижним, держсь без прикосновения к нему, в устойчивом рвновесии. Ндо лишь стойкми из немгнитного мтерил — нпример, стеклянными — предупредить возможность поворот верхнего мгнит в горизонтльной плоскости. В подобной обстновке мог бы витть в воздухе и легендрный гроб Мгомет.

Рисунок 97. Вгон, мчщийся без трения. Дорог, проектировння проф. Б. П Вейнбергом.

Нконец, явление этого род осуществимо и силой мгнитного притяжения, если добивться его для тел движущегося. Н этой мысли основн змечтельный проект электромгнитной железной дороги без трения (рис. 97), предложенный советским физиком проф. Б. П. Вейнбергом. Проект нстолько поучителен, что кждому интересующемуся физикой полезно с ним познкомиться.

Электромгнитный трнспорт

В железной дороге, которую предлгл устроить проф. Б. П. Вейнберг, вгоны будут совершенно невесомы; их вес уничтожется электромгнитным притяжением. Вы не удивитесь поэтому, если узнете, что соглсно проекту вгоны не ктятся по рельсм, не плвют н воде, дже не скользят в воздухе, — они летят без всякой опоры, не приксясь ни к чему, вися н невидимых нитях могучих мгнитных сил. Они не испытывют ни млейшего трения и, следовтельно, будучи рз приведены в движение, сохрняют по инерции свою скорость, не нуждясь в рботе локомотив.

Осуществляется это следующим обрзом. Вгоны движутся внутри медной трубы, из которой выкчн воздух, чтобы его сопротивление не мешло движению вгонов. Трение о дно уничтожется тем, что вгоны движутся, не ксясь стенок трубы, поддерживемые в пустоте силою электромгнитов. С этой целью вдоль всего пути нд трубой рсствлены, н определенных рсстояниях друг от друг, очень сильные электромгниты. Они притягивют к себе железные вгоны, движущиеся внутри трубы, и мешют им пдть. Сил мгнитов рссчитн тк, что железный вгон, проносящийся в трубе, все время остется между ее «потолком» и «полом», не приксясь ни к тому, ни к другому. Электромгнит подтягивет проносящийся под ним вгон вверх, — но вгон не успевет удриться о потолок, тк кк его влечет сил тяжести; едв он готов коснуться пол, его поднимет притяжение следующего электромгнит… Тк, подхвтывемый все время электромгнитми, вгон мчится по волнистой линии без трения, без толчков, в пустоте, кк плнет в мировом прострнстве.

Что же предствляют собой вгоны? Это — сигрообрзные цилиндры высотой 90 см, длиной около 2,5 м.

Конечно, вгон герметически зкрыт, — ведь он движется в безвоздушном прострнстве, — и подобно подводным лодкм снбжен ппртми для втомтической очистки воздух.

Способ отпрвления вгонов в путь ткже совершенно отличен от всего, что применялось до сих пор: его можно срвнить рзве только с пушечным выстрелом. И действительно, вгоны эти буквльно «выстреливются», кк ядр, только «пушк» здесь электромгнитня. Устройство стнции отпрвления основно н свойстве спирльно зкрученной, в форме ктушки, проволоки («соленоид») при прохождении ток втягивть в себя железный стержень; втягивние происходит с ткой стремительностью, что стержень при достточной длине обмотки и силе ток может приобрести огромную скорость. В новой мгнитной дороге эт-то сил и будет выбрсывть вгоны. Тк кк внутри туннеля трения нет, то скорость вгонов не уменьшется, и они мчтся по инерции, пок их не здержит соленоид стнции нзнчения.

Вот несколько подробностей, приводимых втором проект:

«Опыты, которые я ствил в 1911 — 1913гг. в физической лбортории Томского технологического институт, производились с медной трубкой (32 см диметром), нд которой нходились электромгниты, под ними н подствке вгончик — кусок железной трубы с колесми спереди и сзди и с „носом“, которым он для остновки удрялся в кусок доски, опирвшейся о мешок с песком. Вгончик этот весил 10 кг. Можно было придть вгончику скорость около 6 км в чс, выше которой при огрниченности рзмеров комнты и кольцевой трубы (диметр кольц был 6,5 м) нельзя было идти. Но в рзрботнном мною проекте при трехверстной длине соленоидов н стнции отпрвления скорость легко довести до 800 — 1000 км в чс, блгодря отсутствию воздух в трубе и отсутствию трения о пол или потолок не ндо тртить никкой энергии для ее поддержния.

Несмотря н большую стоимость сооружений и, в особенности, смой медной трубы, все же блгодря отсутствию трт н мощность для поддержния скорости, н кких-либо мшинистов, кондукторов и т. п., стоимость километр — от нескольких тысячных до 1 — 2 сотых копейки; пропускня способность двутрубного пути — 15 000 пссжиров или 10 000 тонн в сутки в одном нпрвлении».

Сржение мрсин с земножителями.

Естествоиспыттель древнего Рим Плиний передет рспрострненный к его время рсскз о мгнитной скле где-то в Индии, у берег моря, которя с необычйной силой притягивл к себе всякие железные пред-моты. Горе моряку, дерзнувшему приблизиться н своем корбле к этой скле. Он вытянет из судн все гвозди, винты, железные скрепы, — и корбль рспдется н отдельные доски.

Впоследствии это скзние вошло в скзки 1001 ночи.

Конечно, это не более кк легенд. Мы знем теперь, что мгнитные горы, т. е. горы, богтые мгнитным железняком, действительно существуют, — вспомним знменитую Мгнитную гору, где высятся теперь домны Мгнитогорск. Однко сил притяжения подобных гор чрезвычйно мл, почти ничтожн. А тких гор или скл, о кких писл Плиний, н земном шре никогд не существовло.

Если в нстоящее время и строятся суд без железных и стльных чстей, то делется это не из боязни мгнитных скл, для удобного изучения земного мгнетизм[55].

Нучный ромнист Курт Лссвиц воспользовлся идеей легенды Плиния, чтобы придумть грозное военное оружие, к которому в его ромне «Н двух плнетх» прибегют пришельцы с Мрс в борьбе с земными рмиями. Рсполгя тким мгнитным (вернее, электромгнитным) оружием, мрсине дже не вступют в борьбу с земными жителями, обезоруживют их еще до нчл сржения.

Вот кк описывет ромнист этот эпизод сржения между мрсинми и жителями Земли.

«Блестящие ряды всдников неудержимо ринулись вперед. И кзлось, будто смоотверження решимость войск понудил нконец могущественного неприятеля (мрсин. — Я. Я.) к отступлению, тк кк между его воздушными корблями возникло новое движение. Они поднялись н воздух, словно собирясь уступить дорогу.

Одновременно с этим, однко, опустилсь сверху ккя-то темня широко рскинувшяся мсс, теперь только появившяся нд полем. Подобно рзвевющемуся покрывлу, мсс эт, со всех сторон окруження воздушными корблями, быстро рзвернулсь нд полем. Вот первый ряд всдников попл в рйон ее действия, — и тотчс же стрння мшин рспростерлсь нд всем полком. Действие, произведенное ею, было неожиднно и чудовищно! С поля донесся пронзительный вопль ужс. Лошди и всдники клубком влялись н земле, воздух был нполнен густой тучей копий, сбель и крбинов, с громом и треском летевших вверх к мшине, к которой они и пристли.

Мшин скользнул немного в сторону и сбросил свою железную жтву н землю. Еще дв рз возврщлсь он и словно скосил все нходящееся н поле оружие. Не ншлось ни одной руки, которя окзлсь бы в силх удержть сблю или копье.

Мшин эт был новым изобретением мрсин: он с неодолимою силою притягивл к себе все сделнное из желез и стли. С помощью этого витющего в воздухе мгнит мрсине вырывли из рук своих противников оружие, не причиняя им никкого вред.

Воздушный мгнит пронесся длее и приблизился к пехоте. Тщетно солдты стрлись обеими рукми удержть свои ружья, — непреодолимя сил вырывл их из рук; многие, все-тки не выпусквшие их, были сми увлечены н воздух. В несколько минут первый полк был обезоружен. Мшин понеслсь вдогонку з мрширующими в городе полкми, готовя для них ту же учсть.

Подобня же судьб постигл и ртиллерию».

Чсы и мгнетизм

При чтении предыдущего отрывк естественно возникет вопрос: нельзя ли зщититься от действия мгнитных сил, укрыться от них з ккой-нибудь непроницемой для них прегрдой?

Это вполне возможно, и фнтстическое изобретение мрсин могло бы быть обезврежено, если бы зрнее были приняты ндлежщие меры.

Кк ни стрнно, веществом, непроницемым для мгнитных сил, является то же смое железо, которое тк легко нмгничивется! Внутри кольц из желез стрелк компс не отклоняется мгнитом, помещенным вне кольц.

Железным футляром можно зщитить от действия мгнитных сил стльной мехнизм крмнных чсов. Если бы вы положили золотые чсы н полюсы сильного подковообрзного мгнит, то все стльные чсти мехнизм, прежде всего тонкя волосяня пружинк при блнсире[56], нмгнитились бы и чсы перестли бы ходить првильно. Удлив мгнит, вы не вернете чсов к прежнему состоянию, стльные чсти мехнизм остнутся нмгниченными, и чсы потребуют смой рдикльной починки, змены многих чстей мехнизм новыми. Поэтому с золотыми чсми не следует делть подобного опыт, — он обойдется чересчур дорого.

Рисунок 98. Что предохрняет стльной мехнизм чсов от нмгничивния?

Нпротив, с чсми, мехнизм которых плотно зкрыт железными или стльными крышкми, вы можете смело произвести этот опыт, — мгнитные силы через железо и стль не проникют. Поднесите ткие чсы к обмоткм сильнейшей динмо, — верность ход не пострдет ни в млейшей степени. Для электротехников ткие дешевые железные чсы являются идельными, тогд кк золотые или серебряные скоро приходят в негодность от воздействия мгнитов.

Мгнитный «вечный» двигтель

В истории попыток изобрести «вечный» двигтель мгнит сыгрл не последнюю роль. Неудчники-изобреттели н рзные лды стрлись использовть мгнит, чтобы устроить мехнизм, который вечно двиглся бы см собой. Вот один из проектов подобного «мехнизм» (описнный в XVII веке нгличнином Джоном Вилькенсом, епископом в Честере).

Сильный мгнит А помещется н колонке(рис. 99). К ней прислонены дв нклонных желоб М и N, один под другим, причем верхний М имеет небольшое отверстие С в верхней чсти, нижний N изогнут. Если, — рссуждл изобреттель, — н верхний желоб положить небольшой железный шрик В, то вследствие притяжения мгнитом А шрик поктится вверх; однко, дойдя до отверстия, он провлится в нижний желоб N, поктится по нему вниз, взбежит по зкруглению D этого желоб и попдет н верхний желоб М; отсюд, притягивемый мгнитом, он снов поктится вверх, снов провлится через отверстие, вновь поктится вниз и опять очутится н верхнем желобе, чтобы нчть движение снчл. Тким обрзом, шрик безостновочно будет бегть взд и вперед, осуществляя «вечное движение».

В чем бсурдность этого изобретения? Укзть ее не трудно. Почему изобреттель думл, что шрик, сктившись по желобу N до его нижнего конц, будет еще облдть скоростью, достточной для поднятия его вверх по зкруглению D? Тк было бы, если бы шрик ктился под действием одной лишь силы тяжести: тогд он ктился бы ускоренно. Но нш шрик нходится под действием двух сил: тяжести и мгнитного притяжения. Последнее по предположению нстолько знчительно, что может зствить шрик подняться от положения В до С. Поэтому по желобу N шрик будет сктывться не ускоренно, змедленно, и если дже достигнет нижнего конц, то во всяком случе не нкопит скорости, необходимой для поднятия по зкруглению D.

Рисунок 99. Мнимый вечный двигтель.

Описнный проект много рз вновь всплывл впоследствии во всевозможных видоизменениях. Один из подобных проектов был дже, кк ни стрнно, птентовн в Гермнии в 1878 г., т. е. тридцть лет спустя после провозглшения зкон сохрнения энергии! Изобреттель тк змскировл нелепую основную идею своего «вечного мгнитного двигтеля», что ввел в зблуждение техническую комиссию, выдющую птенты. И хотя, соглсно уству, птенты н изобретения, идея которых противоречит зконм природы, не должны выдвться, изобретение н этот рз было формльно зптентовно. Вероятно, счстливый облдтель этого единственного в своем роде птент скоро рзочровлся в своем детище, тк кк уже через дв год перестл вносить пошлину, и курьезный птент потерял зконную силу; «изобретение» стло всеобщим достоянием. Однко оно никому не нужно.

Музейня здч

В прктике музейного дел нередко возникет ндобность читть древние свитки, нстолько ветхие, что они ломются и рвутся при смой осторожной попытке отделить один слой рукописи от соседнего.

Кк рзъединить ткие листы?

При Акдемии нук СССР имеется лбортория рестврции (восстновления) документов, которой и приходится рзрешть подобные здчи. В укзнном сейчс случе лбортория спрвляется с здчей, прибегнув к услугм электричеств: свиток электризуется; соседние его чсти, получющие одноименный зряд, оттлкивются друг от друг — и ккуртно, без повреждения рзделяются. Ткой оттопыренный свиток уже срвнительно не трудно умелыми рукми рзвернуть и нклеить н плотную бумгу.

Еще вообржемый вечный двигтель

Большую популярность среди исктелей вечного двигтеля получил в последнее время идея соединения динмомшины с электромотором. Ежегодно ко мне поступет чуть не полдюжины подобных проектов. Все они сводятся к следующему. Ндо шкивы электромотор и динмомшины соединить приводным ремнем, провод от динмо подвести к мотору. Если динмомшине дть первончльный импульс, то порождемый ею ток, поступя в мотор, приведет его в движение; энергия же движения мотор будет передвться ремнем шкиву динмомшины и приведет ее в движение. Тким обрзом, — полгют изобреттели, — мшины стнут двигть одн другую, и движение это никогд не прекртится, пок обе мшины не износятся.

Идея эт предствляется изобреттелям чрезвычйно змнчивой; однко те, кто пытлся ее осуществить н прктике, с удивлением убеждлись, что ни одн из двух мшин при тких условиях не рботет. Ничего иного от этого проект и ожидть не следовло. Дже если бы кждя из соединенных мшин облдл стопроцентным коэффициентом полезного действия, мы могли бы зствить их укзнным обрзом безостновочно двигться только при полном отсутствии трения. Соединение нзвнных мшин (их «грегт», выржясь языком инженеров) предствляет собою в сущности одну мшину, которя должн см себя приводить в движение. При отсутствии трения грегт, кк и любой шкив, двиглся бы вечно, но пользы от ткого движения нельзя было бы извлечь никкой: стоило бы зствить «двигтель» совершть внешнюю рботу, и он немедленно остновился бы. Перед нми было бы «вечное движение», но не вечный двигтель. При нличии же трения грегт не двиглся бы вовсе.

Стрнно, что людям, которых увлекет эт идея, не приходит в голову более простое осуществление той же мысли: соединить ремнем дв кких-нибудь шкив и звертеть один из них. Руководясь той же логикой, кк и в случе предыдущего сочетния мшин, мы должны ожидть, что первый шкив приведет во врщение второй, от второго будет вертеться первый. Можно обойтись и одним шкивом: звертим его — првя чсть стнет увлекть во врщение левую, левя же при движении будет поддерживть врщение првой. В последних двух случях нелепость слишком очевидн, и потому подобные проекты никого не вдохновляют. Но, по существу, все три описнных «вечных двигтеля» исходят из одного и того же зблуждения.

Почти вечный двигтель

Для мтемтик выржение «почти вечный» не предствляет ничего змнчивого. Движение может быть либо вечным, либо невечным; «почти вечное» знчит, в сущности, невечное.

Но для прктической жизни это не тк. Многие, вероятно, были бы вполне удовлетворены, если бы получили в свое рспоряжение не совсем вечный двигтель, «почти вечный», способный двигться хотя бы, нпример, тысячу лет. Жизнь человек коротк, и тысячелетие для нс то же, что вечность. Люди прктической склдки, нверное, сочли бы, что проблем вечного двигтеля решен и что больше не нд чем ломть голову.

Тких людей можно обрдовть сообщением, что 1000-летний двигтель уже изобретен; кждый может при известной зтрте средств иметь у себя подобие ткого вечного двигтеля. Птент н это изобретение никем не взят, и секрет он не предствляет. Устройство прибор, придумнного проф. Стреттом в 1903 году и обычно нзывемого «рдиевыми чсми», весьм несложно (см. рис. 100).

Рисунок 100. Рдиевые чсы с «почти вечным» зводом н 1600 лет.

Внутри стеклянной бнки, из которой выкчн воздух, подвешен н кврцевой нити В (не проводящей электричеств) небольшя стекляння трубочк А, зключющя в себе несколько тысячных долей грмм рдиевой соли. К концу трубочки подвешены, кк в электроскопе, дв золотых листочк. Рдий, кк известно, испускет лучи трех родов: лучи льф, бет и гмм. В днном случе основную роль игрют легко проходящие через стекло бет-лучи, которые состоят из поток отрицтельно зряженных чстиц (электронов). Рзбрсывемые рдием во все стороны чстицы уносят с собой отрицтельный зряд, потому см трубк с рдием постепенно зряжется положительно. Этот положительный зряд переходит н золотые листочки и зствляет их рздвигться.

Рздвинувшись, листочки приксются к стенкм бнки, теряют здесь свой зряд (в соответствующих местх стенок приклеены полоски фольги, по которым электричество уходит) и вновь смыкются. Вскоре нкопляется новый зряд, листочки вновь рсходятся, опять отдют зряд стенкм и смыкются, чтобы вновь нэлектризовться. Кждые две-три минуты совершется одно колебние золотых листочков, с регулярностью чсового мятник, — отсюд и нзвние «рдиевые чсы». Тк продлится целые годы, десятилетия, столетия, пок будет продолжться испускние рдием его лучей.

Читтель видит, конечно, что перед ним отнюдь не «вечный», только дровой двигтель.

Долго ли рдий испускет свои лучи? Устновлено, что уже через 1600 лет способность рдия испускть лучи ослбнет вдвое. Поэтому рдиевые чсы будут идти безостновочно не менее тысячи лет, постепенно уменьшя лишь чстоту своих колебний, вследствие ослбления электрического зряд. Если бы в эпоху нчл Руси устроены были ткие рдиевые чсы, они действовли бы еще в нше время!

Можно ли использовть этот дровой двигтель для кких-нибудь прктических целей? К сожлению, нет. Мощность этого двигтеля, т. е. количество рботы, совершемой им в секунду, тк ничтожн, что никкой мехнизм не может приводиться им в действие. Чтобы достичь сколько-нибудь осязтельных результтов, необходимо рсполгть горздо большим зпсом рдия. Если вспомним, что рдий — чрезвычйно редкий и дорогой элемент, то соглсимся, что дровой двигтель подобного род окзлся бы чересчур рзорительным.

Птицы н проводх

Все знют, кк опсно для человек прикосновение к электрическим проводм трмвя или высоковольтной сети, когд они под нпряжением. Ткое прикосновение смертельно для человек и для крупных животных. Известно много случев, когд лошдь или корову убивет током, если их здевет оборввшийся провод.

Чем же объяснить то, что птицы спокойно и совершенно безнкзнно усживются н провод? Подобные кртинки можно чсто нблюдть в городх (рис. 101).

Чтобы понять причину подобных противоречий, примем во внимние следующее: тело сидящей н проводе птицы предствляет собой кк бы ответвление цепи, сопротивление которого по срвнению с другой ветвью (короткого учстк между ногми птицы) огромно. Поэтому сил ток в этой ветви (в теле птицы) ничтожн и безвредн. Но если бы птиц, сидя н проводе, коснулсь столб крылом, хвостом или клювом — вообще кким-нибудь обрзом соединилсь с землей, — он был бы мгновенно убит током, который устремился бы через ее тело в землю. Это нередко и нблюдется.

Птицы имеют повдку, усевшись н кронштейн высоковольтной передчи, чистить клюв о токонесущий провод. Тк кк кронштейн не изолировн от земли, то прикосновение зземленной птицы к проводу, нходящемуся под током, неизбежно кончется гибелью, Нсколько подобные случи многочисленны, видно хотя бы из того, что, нпример, в Гермнии в свое время принимли особые меры, чтобы огрдить птиц от гибели. С этой целью н кронштейнх линий высоковольтной передчи устнвливли изолировнные нсесты, н которых птиц могл бы не только сидеть, но и безнкзнно чистить о провод свой клюв (рис. 102). В других случях опсные мест делют с помощью особых приспособлений недоступными для прикосновения птиц.

Рисунок 101. Птицы безнкзнно сдятся н электрические провод. Почему?

Рисунок 102. Изолировнный нсест для птиц н кронштейне высоковольтной передчи.

При том широком рзвитии, которое получет в СССР рстущя сеть высоковольтных передч, нм следует в интересх лесоводств и земледелия позботиться об огрждении пернтого нселения от истребления электрическим током.

При свете молнии

Случлось ли вм во время грозы нблюдть кртину оживленной городской улицы при кртких вспышкх молнии? Вы, конечно, зметили при этом одну стрнную особенность: улиц, только что полня движения, кжется в ткие мгновения словно зстывшей. Лошди остнвливются в нпряженных позх, держ ноги в воздухе; экипжи ткже неподвижны: отчетливо видн кждя спиц колес…

Причин кжущейся неподвижности зключется в ничтожной продолжительности молнии. Молния, кк и всякя электрическя искр, длится чрезвычйно млый промежуток времени — нстолько млый, что его дже нельзя измерить обычными средствми. При помощи косвенных приемов удлось, однко, устновить, что молния длится иногд лишь тысячные доли секунды[57]. З столь короткие промежутки времени мло что успевет переместиться зметным для глз обрзом. Неудивительно поэтому, что улиц, полня рзнообрзных движений, предствляется при свете молнии совершенно неподвижной: ведь мы змечем н ней только то, что длится тысячные доли секунды! Кждя спиц в колесх быстро движущегося экипж успевет переместиться лишь н ничтожную долю миллиметр; для глз это все рвно, что полня неподвижность.

Сколько стоит молния?

В ту отдленную эпоху, когд молнии приписывли «богм», подобный вопрос звучл бы кощунственно. Но в нши дни, когд электрическя энергия превртилсь в товр, который измеряют и оценивют, кк и всякий другой, вопрос о том, кков стоимость молнии, вовсе но должен кзться бессмысленным. Здч состоит в том, чтобы учесть электрическую энергию, потребную для грозового рзряд, и оценить ее хотя бы по тксе электрического освещения.

Вот рсчет. Потенцил грозового рзряд рвен примерно 50 миллионм вольт. Мксимльня сил ток оценивется при этом в 200 тысяч мпер (ее определяют, зметим кстти, по степени нмгничивния стльного стержня тем током, который пробегет в его обмотке при удре молнии в громоотвод). Мощность в вттх получим перемножением числ вольт н число мпер; при этом, однко, ндо учесть то, что, пок длится рзряд, потенцил пдет до нуля; поэтому при вычислении мощности рзряд ндо взять средний потенцил, инче говоря — половину нчльного нпряжения. Имеем:

мощность рзряд = (50 000 000 * 200 000) / 2,

т. о. 5 000 000 000 000 втт, или 5 миллирдов киловтт.

Получив столь внушительный ряд нулей, естественно ожидешь, что и денежня стоимость молнии выржется огромной цифрой. Однко, чтобы получить энергию в киловтт-чсх (ту, которя фигурирует в счетх з электрическое освещение), необходимо учесть время. Отдч столь знчительной мощности длится около тысячной доли секунды. З это время изрсходуется 5 000 000/ (3600 * 1000) ~ 1400 киловтт-чсов. Один киловтт-чс по трифу обходится потребителю электрического ток в 4 копейки. Отсюд нетрудно вычислить денежную стоимость молнии;

1400 * 4 = 5600 коп. = 56 рублей.

Результт порзительный: молния, энергия которой рз в сто больше энергии выстрел тяжелого ртиллерийского орудия, должн был бы стоить, по трифу электростнции, всего лишь 56 рублей!

Интересно, нсколько современня электротехник приблизилсь к возможности воспроизвести молнию. В лборториях достигнуто нпряжение до 10 миллионов вольт и получен искр длиною в 15 м. Дистнция не чрезмерно знчительня…

Грозовой ливень в комнте

Очень легко устроить дом небольшой фонтн из кучуковой трубки, один конец которой погружют в ведро, поствленное н возвышении, или ндевют н водопроводный крн. Выходное отверстие трубки должно быть очень мло, для того чтобы фонтн рзбивлся тонкими струйкми; проще всего достигнуть этого, вствив в свободный конец кусочек крндш, из которого вынут грфит. Рди удобств обрщения с фонтном этот свободный конец укрепляют в перевернутой воронке, кк покзно н рис. 103.

Пустив ткой фонтн высотой в полметр и нпрвив струю вертикльно вверх, приблизьте к нему нтертую сукном плочку сургуч или эбонитовый гребень. Вы тотчс увидите довольно неожиднную вещь: отдельные струйки ниспдющей чсти фонтн сольются в одну сплошную струю, которя с зметным шумом удряет о дно подствленной трелки. Звук нпоминет хрктерный шум грозового ливня. «Не подлежит сомнению, — змечет по этому поводу физик Бойс, — что именно по этой причине кпли дождя во время грозы отличются ткой величиной». Удлите сургуч, — и фонтн тотчс же снов рспылится, хрктерный стук сменится мягким шумом рздробленной струи.

Перед непосвященными вы можете действовть плочкой сургуч, кк фокусник «волшебным» жезлом.

Объяснение столь неожиднного действия электрического зряд н фонтн основно н том, что кпли электризуются через влияние, причем обрщенные к сургучу чсти кпель электризуются положительно, противоположные — отрицтельно; тким обрзом, рзноименно нэлектризовнные чсти кпель окзывются в близком соседстве и, притягивясь, зствляют кпли сливться.

Действие электричеств н водяную струю вы можете обнружить и проще; достточно приблизить проведенный по волосм эбонитовый гребень к тонкой струе воды, вытекющей из водопроводного крн: струя стновится сплошной и зметно искривляется по нпрвлению к гребню, резко отклонившись в сторону (рис.104). Объяснение этого явления сложнее, чем предыдущего; оно связно с изменением поверхностного нтяжения под действием электрического зряд.

Рисунок 103. Грозовой ливень в минитюре.

Рисунок 104. Водяня струя отклоняется при приближении нэлектризовнного гребня.

Зметим между прочим, что легкостью, с ккой обрзуется электрический зряд при трении, объясняется и электризция передточных ремней, трущихся о шкивы. Выделяющиеся электрические искры предствляют в некоторых производствх серьезную опсность в пожрном отношении. Чтобы этого избежть, серебрят передточные ремни: тонкий слой серебр делет ремень проводником электричеств, и нкопление зряд стновится невозможным.

Глв девятя

ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА. ЗРЕНИЕ.

Пятикртный снимок

Одним из курьезов фотогрфического искусств являются снимки, н которых фотогрфируемый изобржен в пяти рзличных поворотх. Н рис. 105, сделнном по подобной фотогрфии, можно видеть эти пять положений. Ткие фотогрфии имеют то несомненное преимущество перед обыкновенными, что дют более полное предствление о хрктерных особенностях оригинл: известно, кк много зботятся фотогрфы о том, чтобы придть лицу снимемого ниболее выгодный поворот; здесь же срзу получется лицо в нескольких поворотх, среди которых больше возможности уловить смый хрктерный.

Кк получются эти фотогрфии? Конечно, с помощью зеркл (рис. 106). Фотогрфируемый сдится спиной к ппрту А и лицом к двум отвесным плоским зерклм С, сходящимся под углом в одну 5-ю долю от 360°, т. е. в 72°. Ткя пр зеркл должн двть четыре изобржения, повернутые рзличным обрзом по отношению к ппрту. Эти изобржения плюс нтурльный объект и фотогрфируются ппртом, причем сми зеркл (не имеющие рм) н снимке, конечно, не получются. Чтобы в зерклх не отрзился фотогрфический ппрт, его зслоняют двумя экрнми (ВВ) с небольшой щелью для объектив.

Рисунок 105. Пятикртня фотогрфия одного и того же лиц.

Рисунок 106. Способ получения пятикртных фотогрфий. Снимемый помещется между зерклми СС.

Число изобржений звисит от угл между зерклми: чем он меньше, тем число получющихся изобржений больше. При угле 360°/4 = 90° мы получили бы четыре изобржения, при угле 360°/6 = 60° — шесть изобржений, при 360°/8 = 45° — восемь, и т. д. Однко при большом числе отржений изобржения тусклы и слбы; поэтому обычно огрничивются пятикртными снимкми.

Солнечные двигтели и нгревтели

Очень змнчив мысль использовть энергию солнечных лучей для нгревния котл двигтеля. Произведем несложный рсчет. Энергия, ежеминутно получемя от Солнц кждым квдртным снтиметром внешней чсти ншей тмосферы, рсположенным под прямым углом к солнечным лучм, тщтельно подсчитн. Количество ее, по-видимому, неизменно: оттого оно и нзвно «солнечной постоянной». Величин солнечной постоянной рвн (с округлением) 2 млым клориям н 1 см2 в минуту. Этот тепловой пек, регулярно посылемый Солнцем, достигет поверхности Земли не полностью: около полуклории поглощется в тмосфере. Можно считть, что квдртный снтиметр земной поверхности, перпендикулярно озряемый солнечными лучми, получет ежеминутно примерно 1,4 клории. В переводе н квдртный метр это соствляет 14 000 млых, или 14 больших клорий в минуту, в секунду — около 0,25 б. клории. Тк кк 1 б. клория, переходя полностью в мехническую рботу, дет 427 кгм, то солнечные лучи, пдющие перпендикулярно н учсток земли в 1 м2, могли бы дть свыше 100 кгм энергии ежесекундно, инче говоря, более 1,3(3) лошдиной силы.

Ткую рботу могл бы произвести лучистя энергия Солнц при смых блгоприятных условиях — при перпендикулярном пдении и стопроцентном преврщении. Однко до сих пор осуществляющиеся попытки прямого использовния Солнц кк двигтельной силы длеки были от тких идельных условий: их полезное действие не превышло 5 — 6%. Из осуществленных устновок нибольший коэффициент полезного действия дет солнечный двигтель известного физик Аббот: 15%.

Легче воспользовться лучистой энергией Солнц не для получения мехнической рботы, для нгревния. Большое внимние уделяется этому вопросу в СССР. Существует специльный Всесоюзный гелиоинститут (в Смркнде), ведущий обширную исследовтельскую рботу. В Тшкенте рботет солнечня бня, пропускющя 70 человек в сутки. В том же Тшкенте оборудовн гелиоустновк н крыше одного из домов. Здесь устновлены 20 солнечных котлов, которые рссчитны н 200 ведер воды и целиком обеспечивют ею весь дом. По зявлению гелиотехников, солнце будет бесперебойно согревть котлы 7 — 8 месяцев в году. Остльные 4 — 6 месяцев котлы смогут нгревть воду только в ясные дни. Средний к. п. д. водонгревтелей срвнительно высок — он соствляет 47% (мксимльный достигет 61%).

Рисунок 107. Солнечня водонгревтельня устновк в Туркменской ССР.

Рисунок 108. Солнечный склд-холодильник в Туркменской ССР.

В Туркмении был испытн солнечный холодильник. Темпертур охлждющих бтрей в кмерх холодильник был 2 — 3° ниже нуля при темпертуре окружющего воздух +42°С в тени. Это первый пример промышленной солнечной холодильной устновки.

Отличные результты дли опыты солнечной плвки серы (темпертур плвления 120°С). Упомянем еще о солнечных опреснителях для получения пресной воды н побережье Кспийского и Арльского морей, о солнечных водоподъемникх для змены первобытных среднезитских чигирей; о солнечных сушилкх для фруктов и рыбы, о кухне, где все блюд приготовляются «н лучх Солнц», и т. п. Все это не исчерпывет рзнообрзных применений искусственно уловленных солнечных лучей, которым предстоит сыгрть видную роль в нродном хозяйстве Средней Азии, Квкз, Крым, Нижней Волги и южной Укрины.

Мечт о шпке-невидимке

Седою древностью оствлен нм легенд о чудесной шпке, которя делет невидимым кждого, кто ее нденет. Пушкин, ожививший в «Руслне и Людмиле» преднья стрины глубокой, дл клссическое описние волшебных свойств шпки-невидимки:

Способность стновиться невидимой был единственной зщитой для пленной Людмилы. Под ндежным покровом невидимости он ускользет от пристльных взоров своих стржей. О присутствии незримой пленницы могли догдывться только по ее действиям:

Двно уже осуществлены многие змнчивые мечты древности; не мло скзочных волшебств сделлось достоянием нуки. Пробурвливются горы, улвливются молнии, летют н коврх-смолетх… Нельзя ли изобрести и «шпку-невидимку», т. е. нйти средство сделть себя совершенно невидимыми? Об этом мы сейчс побеседуем.

Невидимый человек

В ромне «Человек-невидимк» нглийский пистель Уэллс стремится убедить своих читтелей, что возможность стть невидимым вполне осуществим. Его герой (втор ромн предствляет его нм кк «генильнейшего физик, ккого когд-либо видел мир») открыл способ делть человеческое тело невидимым. Вот кк излгет он знкомому врчу основния своего открытия:

«Видимость звисит от действия видимых тел н свет. Вы знете, что тел или поглощют свет, или отржют его, или преломляют. Если тело не поглощет, не отржет и не преломляет свет, оно не может быть видимо смо по себе. Видишь, нпример, непрозрчный крсный ящик потому, что крск поглощет некоторую долю свет и отржет (рссеивет) остльные лучи. Если бы ящик не поглощл никкой доли свет, отржл его весь, он кзлся бы блестящим белым ящиком, серебряным. Бриллинтовый ящик поглощл бы мло свет, общя его поверхность отржл бы его ткже немного; только местми, н ребрх, свет отржлся бы и преломлялся, двя нм блестящую видимость сверкющих отржений — нечто вроде светового скелет. Стеклянный ящик блестел бы меньше, был бы не тк отчетливо виден, кк бриллинтовый, потому что в нем было бы меньше отржений и меньше преломлений. Если же положить кусок обыкновенного белого стекл в воду и, тем более, если положить его в ккую-нибудь жидкость плотнее воды, он исчезнет почти совершенно, потому что свет, попдющий сквозь воду н стекло, преломляется и отржется очень слбо. Стекло стновится столь же невидимым, кк струя углекислоты или водород в воздухе, по той же смой причине.

— Д, — скзл Кемп (врч), — все это очень просто и в нше время известно кждому школьнику.

— А вот и еще фкт, ткже известный кждому школьнику, Если кусок стекл рстолочь и превртить в порошок, он стновится горздо более зметным в воздухе, — он стновится непрозрчным белым порошком. Происходит это потому, что толчение умножет грни стекл, производящие отржение и преломление. У плстинки только две грни, в порошке свет отржется и преломляется кждой крупинкою, через которую проходит, и сквозь порошок его проникет очень мло. Но если белое толченое стекло положить в воду, — оно срзу исчезет. Толченое стекло и вод имеют приблизительно одинковый покзтель преломления, тк что, переходя от одного к другому, свет преломляется и отржется очень мло.

Положив стекло в ккую-нибудь жидкость с почти одинковым покзтелем преломления, вы делете его невидимым: всякя прозрчня вещь стновится невидимой, если ее поместить в среду с одинковым с нею покзтелем преломления. Достточно подумть смую млость, чтобы убедиться, что стекло можно сделть невидимым и в воздухе: ндо устроить тк. Чтобы его покзтель преломления рвнялся покзтелю преломления воздух, потому что тогд, переходя от стекл к воздуху, свет не будет ни отржться, ни преломляться вовсе[58].

Рисунок 109. Невидимя стекляння плочк.

— Д, д, — скзл Кемп. — Но ведь человек — не то, что стекло.

— Нет, он прозрчнее.

— Вздор!

— И это говорит естественник! Неужели з десять лет вы успели совсем збыть физику? Бумг, нпример, состоит из прозрчных волоконец, он бел и непроницем потому же, почему бел и непроницем стеклянный порошок. Нмслите белую бумгу, нполните мслом промежутки между волоконцми тк, чтобы преломление и отржение происходили только н поверхностях, — и бумг стнет прозрчной, кк стекло. И не только бумг, но и волокн полотн, волокн шерсти, волокн дерев, нши кости, мускулы, волосы, ногти и нервы! Словом, весь соств человек, кроме крсного веществ в его крови и темного пигмент волос, — все состоит из прозрчной, бесцветной ткни; вот кк немногое делет нс видимыми друг другу!»

Подтверждением этих сообржений может служить тот фкт, что не покрытые шерстью животные-льбиносы (ткни которых не содержт крсящих веществ) отличются в знчительной мере прозрчностью. Зоолог, ншедший летом 1934 г. в Детском Селе экземпляр белой лягушки-льбинос, описывет ее тк: «Тонкие кожные и мышечные ткни просвечивют: видны внутренности, скелет… Очень хорошо у лягушки-льбинос видно через брюшную стенку сокрщение сердц и кишок».

Горой ромн Уэллс изобрел способ делть прозрчными ткни человеческого оргнизм и дже его крсящие веществ (пигменты). Он с успехом применил свое открытие к собственному телу. Опыт удлся блестяще, — изобреттель стл совершенно невидимым. О дльнейшей судьбе этого невидимого человек мы сейчс узнем.

Могущество невидимого

Автор ромн «Человек-невидимк» с необыкновенным остроумием и последовтельностью докзывет, что человек, сделвшись прозрчным и невидимым, приобретет блгодря этому почти безгрничное могущество. Он может незметно проникть в любое помещение и безнкзнно похищть любые вещи; неуловимый, блгодря своей невидимости, он успешно борется с целой толпой вооруженных людей. Угрожя всем видимым людям неизбежной тяжкой крой, невидимый человек держит в полном подчинении нселение целого город. Неуловимый и неуязвимый, он в то же время имеет полную возможность вредить всем остльным людям; кк бы ни ухитрялись они зщищться, невидимый врг рно или поздно нстигет их и поржет. Столь исключительное положение среди прочих людей дет герою нглийского ромн возможность обрщться к устршенному нселению своего город с прикзми, нпример, ткого содержния:

«Город отныне уже не под влстью королевы! Скжите это вшему полковнику, полиции и всем; он под моей влстью! Нынешний день — первое число первого год новой эры, эры Невидимого! Я — Невидимый Первый. Снчл првление мое будет милостиво. В первый день будет всего одн кзнь, рди пример, кзнь человек, имя которого Кемп. Сегодня же его постигнет смерть. Пусть зпирется, пусть прячется, пусть окружит себя стржей, пусть зкует себя в броню, — смерть, невидимя смерть идет к нему! Пусть принимет меры предосторожности, — это произведет впечтление н мой нрод. Смерть идет к нему! Не помогй ему, нрод мой, чтобы и тебя не постигл смерть».

И н первых порх невидимый человек торжествует. Лишь с величйшим трудом удется зпугнному нселению спрвиться с невидимым вргом, мечтвшим сделться его влстелином.

Прозрчные препрты

Верны ли физические рссуждения, которые положены в основу этого фнтстического ромн? Безусловно. Всякий прозрчный предмет в прозрчной среде стновится невидимым уже тогд, когд рзниц в покзтелях преломления меньше 0,05. Спустя десять лет после того, кк нглийский ромнист нписл своего «Невидимку», немецкий нтом проф. В. Шпльтегольц осуществил его идею н прктике, — првд, не для живых оргнизмов, для мертвых препртов. Можно видеть теперь эти прозрчные препрты чстей тел, дже целых животных, во многих музеях.

Способ приготовления прозрчных препртов, рзрботнный (в 1911 г.) проф. Шпльтегольцем, состоит в том, что после известной обрботки — беления и промывния — препрт пропитывется метиловым эфиром слициловой кислоты (это бесцветня жидкость, облдющя сильным лучепреломлением). Приготовленный тким обрзом препрт крысы, рыбы, рзных чстей человеческого тел и т. п. погружют в сосуд, нполненный той же жидкостью.

При этом, рзумеется, не стремятся достичь полной прозрчности препртов, тк кк в тком случе они стли бы совершенно невидимыми, потому и бесполезными для нтом. Но при желнии возможно было бы достичь и этого.

Конечно, отсюд еще длеко до осуществления уэллсовой утопии о живом человеке, прозрчном нстолько, что он совершенно невидим. Длеко потому, что ндо еще, во-первых, нйти способ пропитть просветляющей жидкостью ткни живого оргнизм, не нрушя его отпрвлений. Во-вторых, препрты проф. Шпльтегольц только прозрчны, но не невидимы; ткни этих препртов могут быть невидимы лишь до тех пор, пок они погружены в сосуд с жидкостью соответствующей преломляемости. Они будут невидимы в воздухе только тогд, когд покзтель их преломления будет рвняться покзтелю преломления воздух, кк этого достигнуть, мы еще не знем.

Но допустим, что удстся со временем добиться того и другого, следовтельно, осуществить н деле мечту нглийского ромнист.

В ромне все предусмотрено и обдумно втором с ткой тщтельностью, что невольно поддешься убедительности описывемых событий. Кжется, что невидимый человек в смом деле должен быть могущественнейшим из смертных… Но это не тк.

Есть одно мленькое обстоятельство, которое упустил остроумный втор «Невидимки». Это вопрос о том, -

Может ли невидимый видеть?

Если бы Уэллс здл себе этот вопрос прежде, чем нписть ромн, изумительня история «Невидимки» никогд не был бы нписн…

В смом деле, в этом пункте рзрушется вся иллюзия могуществ невидимого человек. Невидимый должен быть слеп!

Отчего герой ромн невидим? Оттого, что все чсти его тел — в том числе и глз — сделлись прозрчными, и притом покзтель их преломления рвен покзтелю преломления воздух.

Вспомним, в чем состоит роль глз: его хрустлик, стекловидня влг и другие чсти преломляют лучи свет тк, что н сетчтой оболочке получется изобржение внешних предметов. Но если преломляемость глз и воздух одинков, то тем смым устрняется единствення причин, вызывющя преломление: переходя из одной среды в другую рвной преломляемости, лучи не меняют своего нпрвления, потому и не могут собирться в одну точку. Лучи будут проходить через глз невидимого человек совершенно беспрепятственно, не преломляясь и не здерживясь в них, ввиду отсутствия пигмент[59], следовтельно, они не могут вызвть в его созннии никкого обрз.

Итк, невидимый человек не может ничего видеть. Все его преимуществ окзывются для него бесполезными. Грозный претендент н влсть бродил бы ощупью, прося милостыню, которой никто не мог бы ему подть, тк кк проситель невидим. Вместо могущественнейшего из смертных перед нми был бы беспомощный клек, обреченный н жлкое существовние[60]…

Итк, в поискх «шпки-невидимки» бесполезно идти по пути, укзывемому Уэллсом, — этот путь, дже при полном успехе поисков, не может привести к цели.

Охрнительня окрск

Но есть и другой путь к рзрешению здчи «шпки-невидимки». Он состоит в окрске предметов соответствующим цветом, делющим их незметными для глз. К нему постоянно прибегет природ: нделяя свои создния «охрнительной» окрской, он в смом широком мсштбе пользуется этим простым средством, чтобы зщищть свои создния от вргов или облегчть им трудную борьбу з существовние.

То, что военные нзывют «зщитным цветом», зоологи со времен Дрвин нзывют охрнительной или покровительственной окрской. Примеров ткой зщиты в мире животных можно привести целые тысячи; мы встречемся с ними буквльно н кждом шгу. Животные, обитющие в пустыне, имеют большей чстью хрктерный желтовтый «цвет пустыни»; вы нходите этот цвет и у льв, и у птицы, и у ящерицы, у пук, у червя, — словом, у всех предствителей пустынной фуны. Нпротив, животные, нселяющие снежные рвнины Север — будь то опсный полярный медведь или безобидня ггр — нделены от природы белой окрской, делющей их незметными н фоне снег. Ббочки и гусеницы, живущие н коре деревьев, имеют соответствующую окрску, с порзительной точностью воспроизводящую цвет древесной коры («моншенк» и др.).

Кждый собиртель нсекомых знет, кк трудно нйти их из-з «зщитного цвет», которым нделил их природ. Попробуйте поймть зеленого кузнечик, стрекочущего н лугу у вших ног, — вы не сможете рзличить его н зеленом фоне, поглощющем его бесследно.

То же относится и к водным обиттелям. Морские животные, водящиеся среди бурых водорослей, все имеют «зщитный» бурый цвет, делющий их неуловимыми для глз. В зоне крсных водорослей преоблдющим «зщитным цветом» является крсный. Серебристый цвет рыбьей чешуи — тоже «зщитный». Он оберегет рыб и от хищных птиц, высмтривющих их сверху, и от хищников водной стихии, угрожющих им снизу: водня поверхность имеет зеркльный вид не только при рссмтривнии сверху, но еще больше при взгляде снизу, из смой толщи воды («полное отржение»), и с этим-то блестящим метллическим фоном сливется серебристя рыбья чешуя. А медузы и другие прозрчные обиттели вод — черви, ркообрзные, моллюски, сльны — избрли своим «зщитным цветом» полную бесцветность и прозрчность, делющую их невидимыми в окружющей бесцветной и прозрчной стихии.

«Уловки» природы в этом отношении длеко превосходят человеческую изобреттельность. Многие животные облдют способностью изменять оттенок своего «зщитного» цвет сообрзно переменм окружющей обстновки. Серебристо-белый горностй, незметный н фоне снег, утртил бы все преимуществ зщитной окрски, если бы с тянием снегов не изменил цвет своей шкурки; и вот, кждую весну белый зверек получет новую шубку рыжего цвет, сливющуюся с окрской обнженной от снег почвы, с нступлением зимы вновь седеет, облекясь в белоснежный зимний нряд.

Зщитный цвет

Люди переняли у изобреттельной природы это полезное искусство делть свое тело незметным, сливться с окружющим фоном. Пестрые крски блестящего обмундировния прежних времен, придввшие живописность бтльным кртинм, нвсегд отошли в прошлое: их вытеснил знкомя одноцветня обмундировк зщитного цвет. Серо-стльня окрск современных военных судов — тоже зщитный цвет, делющий суд млорзличимыми н фоне моря.

Сюд же относится и тк нзывемый «тктический кмуфляж»: воення мскировк отдельных предметов — укреплений, орудий, тнков, корблей, искусственный тумн и тому подобные меры введения противник в зблуждение. Мскируют лгерь особыми сетями, в ячейки которых вплетены пучки трвы; бойцы ндевют хлты с пучкми мочлы, окршенной в цвет трвы, и т. п.

Широко применяется зщитный цвет и мскировк в современной военной виции.

Смолет, окршенный в коричневый, темно-зеленый и фиолетовый цвет (соответствующие рсцветке поверхности земли), при нблюдении с смолет сверху стновится трудно отличимым от фон земной поверхности.

Мскировк же нижних поверхностей смолет от нблюдения с земли производится окршивнием их под цвет, соответствующий фону неб: светло-голубой, светло-розовый и белый. Крск эт рсполгется н поверхности смолет небольшими пятнми. Н высоте 740 м эти цвет сливются в общий млозметный фон. Н высоте 3000 м смолеты, имеющие подобную мскировку, стновятся невидимы. Бомбовозы, преднзнченные для нлетов в ночное время, окршивются в черный цвет.

Зщитным цветом, пригодным для всякой обстновки, был бы зеркльня поверхность, отржющя фон. Предмет с ткой поверхностью втомтически принимет вид и окрску окружющей среды; обнружить его присутствие с дльнего рсстояния почти невозможно. Немцы во время первой мировой войны применяли этот принцип для цеппелинов: поверхность многих цеппелинов был блестящя люминиевя, отржющя небо и облк; зметить ткой цеппелин при полете очень трудно, если его не выдет шум мотор.

Тк осуществляются в природе и военной технике мечты нродных скзок о шпке-невидимке.

Человеческий глз под водой

Вообрзите, что вм дн возможность оствться под водой сколь угодно долго и что вы при этом держите глз открытыми. Могли бы вы тм видеть?

Кзлось бы, рз вод прозрчн, ничто не должно мешть видеть под водой тк же хорошо, кк и в воздухе. Вспомните, однко, о слепоте «невидимого человек», который не в состоянии видеть потому, что покзтели преломления его глз и воздух одинковы. Под водой мы нходимся приблизительно в тех же условиях, кк и «невидимк» в воздухе. Обртимся к цифрм, — дело стнет яснее. Покзтель преломления воды — 1,34. А вот покзтели преломления прозрчных сред человеческого глз:

Роговой оболочки и стекловидного тел 1,34

Хрустлик 1,43

Водянистой влги 1,34

Вы видите, что преломляющя способность хрустлик всего н 0,1 сильнее, чем у воды, у остльных же чстей ншего глз он одинков с преломляемостью воды. Поэтому под водой фокус лучей получется в глзу человек длеко позди сетчтой оболочки; следовтельно, н смой сетчтке изобржение должно вырисовывться смутно, рзличить что-либо можно лишь с трудом. Только очень близорукие люди видят под водой более или менее нормльно.

Если хотите нглядно предствить себе, кк должны рисовться нм вещи под водой, нденьте очки с сильно рссеивющими (двояковогнутыми) стеклми; тогд фокус лучей, преломляющихся в глзу, отодвинется длеко з сетчтку, и окружющее предстнет перед вми в поясных, тумнных обрзх.

Не может ли человек под водой помочь своему зрению, пользуясь сильно преломляющими стеклми?

Обыкновенные стекл, употребляемые для очков, здесь мло пригодны: покзтель преломления простого стекл 1,5, т. е. лишь немногим больше, чем у воды (1,34); ткие очки будут преломлять под водой очень слбо. Нужны стекл особого сорт, отличющиеся чрезвычйно сильной преломляющей способностью (тк нзывемый «тяжелый флинтглс» имеет покзтель преломления, почти рвный двум). С ткими очкми мы могли бы более или менее отчетливо видеть под водой (о специльных очкх для ныряющих смотри длее).

Рисунок 110. Рзрез через глз рыбы. Хрустлик имеет шрообрзную форму и не изменяет ее при ккомодции. Вместо изменения формы изменяется положение хрустлик в глзу, кк покзно пунктирными линиями.

Теперь понятно, почему у рыб хрустлик имеет чрезвычйно выпуклую форму; он шрообрзен, и покзтель его преломления — смый большой из всех, ккие нм известны в глзх животных. Не будь этого, глз были бы почти бесполезны рыбм, обреченным н жизнь в сильно преломляющей прозрчной среде.

Кк видят водолзы?

Многие, вероятно, спросят: кк же могут водолзы, рботющие в своих скфндрх, видеть что-либо под водой, если глз нши в воде почти не преломляют лучей свет? Ведь водолзные шлемы всегд снбжются плоскими, не выпуклыми стеклми… Длее, могли ли пссжиры жюль-вернов «Нутилус» любовться через окно своей подводной кюты лндшфтом подводного мир?

Перед нми новый вопрос, н который, впрочем, нетрудно ответить. Ответ стнет ясен, если принять во внимние, что, когд мы нходимся под водой без водолзного костюм, вод непосредственно прилегет к ншему глзу; в водолзном же шлеме (или в кюте «Нутилус») глз отделен от воды слоем воздух (и стекл). Это существенно меняет все дело. Лучи свет, выходя из воды и пройдя через стекло, попдют снчл в воздух и лишь отсюд проникют в глз. Пдя из воды н плоскопрллельное стекло под кким-либо углом, лучи, по зконм оптики, выходят из стекл, не меняя нпрвления; но длее, при переходе из воздух в глз, лучи, конечно, преломляются, — и глз при этих условиях действует совершенно тк же, кк и н суше. В этом и кроется рзгдк смутившего нс противоречия. Лучшя иллюстрция ее — это то, что мы вполне хорошо видим рыб, плвющих в квриуме.

Стеклянные чечевицы под водой

Пробовли ли вы делть ткой простой опыт: погрузить двояковыпуклое («увеличительное») стекло в воду и рссмтривть через него погруженные предметы? Попробуйте, — вс порзит неожиднность: увеличительное стекло в воде почти не увеличивет! Погрузите в воду «уменьшительное» (двояковогнутое) стекло, — и окжется, что, оно почти утртит свойство уменьшть. Если вы проделете опыт не с водой, с рстительным мслом (нпример, кедровым), имеющим покзтель преломления больший, чем стекло, то двояковыпуклое стекло будет уменьшть предметы, двояковогнутое — увеличивть их!

Вспомните, однко, зкон преломления лучей свет, — и эти чудес не будут удивлять вс своей необычйностью. Двояковыпукля чечевиц увеличивет в воздухе потому, что стекло преломляет свет сильнее, нежели окружющий ее воздух. Но между преломляющей способностью стекл и воды рзниц невелик; поэтому если вы поместите стеклянную чечевицу в воду, то лучи свет, переходя из воды в стекло, не испытют большого отклонения. Оттого-то под водой увеличительное стекло горздо слбее увеличивет, чем в воздухе, уменьшительное — слбее уменьшет.

Рстительное же мсло преломляет лучи сильнее, чем стекло, и потому в этой жидкости «увеличительные» стекл уменьшют, «уменьшительные» увеличивют. Тк же действуют под водой и пустые (вернее, воздушные) линзы: вогнутые увеличивют, выпуклые — уменьшют. Очки для ныряния предствляют собою именно ткие полые линзы (рис. 111).

Рисунок 111. Очки для ныряющих состоят из полых плоско-вогнутых линз. Луч MN, преломляясь, следует по пути MNOP, удляясь внутри линзы от перпендикуляр пдения и приближясь к нему (т. е, к ОR) вне линзы. Поэтому линз действует кк собиртельное стекло.

Неопытные купльщики

Неопытные купльщики нередко подвергются большой опсности только потому, что збывют об одном любопытном следствии зкон преломления свет: они не знют, что преломление словно поднимет все погруженные в воду предметы выше истинного их положения. Дно пруд, речки, кждого водоем предствляется глзу приподнятым почти н третью чсть глубины; полгясь н эту обмнчивую мелкость, люди нередко попдют в опсное положение. Особенно вжнo знть это детям и вообще людям невысокого рост, для которых ошибк в определении глубины может окзться роковой.

Причин — преломление световых лучей. Тот же оптический зкон, который придет полупогруженной в воду ложке изломнный вид (рис. 112), обусловливет и кжущееся поднятие дн. Вы можете проверить это.

Посдите товрищ з стол тк, чтобы он не мог видеть дн стоящей перед ним чшки. Н дно ее положите монету, которя, рзумеется, будет зслонен стенкой чшки от глз вшего товрищ. Теперь попросите товрищ не поворчивть головы и нлейте в чшку воды. Произойдет нечто неожиднное: монет сделется для вшего гостя видимой! Удлите воду из чшки спринцовкой, — и дно с монетой опять опустится (рис. 113).

Рис. 114 объясняет, кк это происходит. Учсток дн m кжется нблюдтелю (глз которого — нд водой, в точке А) в приподнятом положении: лучи преломляются и, переходя из воды в воздух, вступют в глз, кк покзно н рисунке, глз видит учсток н продолжении этих линий, т. е. нд m. Чем нклоннее идут лучи, тем выше поднимется m. Вот почему при рссмтривнии, нпример, с лодки ровного дн пруд нм всегд кжется, что оно ниболее глубоко прямо под нми, кругом — всё мельче и мельче.

Итк, дно пруд кжется нм вогнутым. Ноборот, если бы мы могли со дн пруд смотреть н перекинутый через него мост, он кзлся бы нм выпуклым (кк изобржено н рис. 115; о способе получения этой фотогрфии будет скзно позже). В днном случе лучи переходят из слбо преломляющей среды (воздух) в сильно преломляющую (воду), поэтому и эффект получется обртный, чем при переходе лучей из воды в воздух. По сходной причине и ряд людей, стоящих, нпример, возле квриум, должен кзться рыбм не прямой шеренгой, дугой, обрщенной своей выпуклостью к рыбе. О том, кк видят рыбы, или, вернее, кк они должны были бы видеть, если бы имели человеческие глз, мы скоро побеседуем подробнее.

Рисунок 112. Искженное изобржение ложки, опущенной в сткн с водой.

Рисунок 113. Опыт с монетой в чшке.

Рисунок 114. Почему монет в опыте рис 113 кжется приподнявшейся.

Рисунок 115. В тком виде предствляется подводному нблюдтелю железнодорожный мост, перекинутый через pекy (с фотогрфии проф. Вуд).

Невидимя булвк

Воткните булвку в плоский пробковый кружок и положите его булвкой вниз н поверхность воды в миске. Если пробк не чересчур широк, то, кк бы ни нклоняли вы голову, вм не удстся увидеть булвки — хотя кзлось бы, он достточно длинн, чтобы пробк не зслонял ее от вс (рис. 116).

Почему же лучи свет не доходят от булвки до вшего глз? Потому что они претерпевют то, что в физике нзывется «полным внутренним отржением». Нпомним, в чем состоит это явление. Н рис. 117 можно проследить з путями лучей, переходящих из воды в воздух (вообще из среды более преломляющей в среду менее преломляющую) и обртно. Когд лучи идут из воздух в воду, то они приближются к «перпендикуляру пдения»; нпример, луч, пдющий н воду под углом b к перпендикуляру к плоскости пдения, вступет в нее уже под углом , который меньше, чем b.

Но что бывет, когд пдющий луч, скользя по поверхности воды, пдет н водную поверхность почти под прямым углом к перпендикуляру? Он вступет в воду под углом, меньшим чем прямой, именно под углом всего в 48,5 грдусов. Под большим углом к перпендикуляру, чем 48,5 грдусов, луч вступить в воду не может; это для воды «предельный» угол. Необходимо уяснить себе эти несложные соотношения, чтобы понять дльнейшие, совершенно неожиднные и чрезвычйно любопытные следствия зкон преломления.

Рисунок 116. Опыт с булвкой, невидимой в воде.

Рисунок 117. Рзные случи преломления луч при переходе из воды в воздух. В случе II луч пдет под предельным углом к перпендикуляру пдения и выходит из воды, скользя вдоль ее поверхности. III изобржет случй полного внутреннего отржения.

Мы сейчс узнли, что лучи, пдющие н воду под всовозможными углми, сжимются под водой в довольно тесный конус с углом рствор 48,5 + 48,5 = 97°. Проследим теперь з ходом лучей, идущих обртно — из воды в воздух (рис. 118). По зконм оптики, пути будут те же смые, и все лучи, зключенные в упомянутом 97-грдусном конусе, выйдут в воздух под рзличными углми, рспределяясь по всему 180-грдусному прострнству нд водой.

Но куд же денется подводный луч, нходящийся вне упомянутого конус? Окзывется, он не выйдет вовсе из-под воды, отрзится целиком от ее поверхности, кк от зеркл. Вообще всякий подводный луч, встречющий поверхность воды под углом, большим «предельного» (т. е. большим 48,5 грдусов), не преломляется, отржется: он претерпевет, кк говорят физики, «полное внутреннее отржение[61]».

Если бы рыбы изучли физику, то глвнейшим отделом оптики было бы для них учение о «внутреннем отржении», тк кк в их подводном зрении оно игрет первостепенную роль.

В связи с особенностями подводного зрения нходится, по всей вероятности, то обстоятельство, что многие рыбы имеют серебристую окрску. По мнению зоологов, ткя окрск есть результт приспособления рыб к цвету рсстилющейся нд ними водной поверхности: npи нблюдении снизу поверхность воды, кк мы знем, кжется зеркльной — вследствие «полного внутреннего отржения»; н тком фоне серебристо-окршенные рыбы остются незметными для охотящихся н них водных хищников.

Рисунок 118. Лучи, исходящие из точки Р под углом к перпендикуляру пдения больше предельного (для поды — 48,5 грдусов), не выходят в воздух из воды, целиком отржются внутрь.

Рисунок 119. Дуг нружного мир в 180° сокрщется для подводного нблюдтеля до дуги в 97°; сокрщение тем сильнее, чем длее отстоит чсть дуги от точки зенит (0°).

Мир из-под воды

Многие и не подозревют, кким необычйным кзлся бы мир, если бы мы стли рссмтривть его из-под воды: он должен предствляться нблюдтелю измененным и искженным почти до неузнвемости.

Вообрзите, что вы погружены в воду и смотрите из-под водной сктерти в мир ндводный. Облко, висящее в небе прямо нд вшей головой, нисколько не изменит своего вид: отвесный луч не преломляется. Но все остльные предметы, лучи которых встречют водную поверхность под острыми углми, предствляются искженными: они словно сожмутся по высоте — тем сильнее, чем острее угол встречи луч с водной глдью. Это и понятно: весь мир, видимый нд водой, должен уместиться в тесном подводном конусе; 180 грдусов должны сжться почти вдвое — до 97, и изобржения неизбежно будут искжться. Предметы, лучи которых встречют водную глдь под углом в 10 грдусов, сжимются в воде нстолько, что почти перестют рзличться. Но всего более порзил бы вс вид смой водной поверхности: из-под воды он предствляется вовсе не плоской, и форме конус! Вм покжется, что вы нходитесь н дне огромной воронки, бок которой нклонены друг к другу под углом немного больше прямого (97 грдусов). Верхний крй этого конус окружен рдужным кольцом из крсной, желтой, зеленой, синей и фиолетовой кемок. Почему? Белый солнечный свет состоит из смешения лучей рзных цветов; кждый род лучей имеет свой покзтель преломления, потому и свой «предельный угол». Следствием этого является то, что при рссмтривнии из-под воды предмет кжется окруженным пестрым ореолом из цветов рдуги.

Что же видно длее, з крями этого конус, зключющего в себе весь ндводный мир? Тм рсстилется блестящя поверхность воды, в которой, кк в зеркло, отржются подводные предметы.

Совершенно необычйный вид приобрели бы для подводного нблюдтеля те предметы, которые чстью погружены в воду, чстью же выступют нд нею. Пусть в реку погружен водомерня рейк (рис. 120). Что увидит нблюдтель, помещенный под водой, в точке А? Рзделим обозревемое им прострнство — 360 грдусов — н учстки и зймемся кждым учстком отдельно. В пределх угл 1 он увидит дно реки, — если только, конечно, оно достточно освещено. В угле 2 он увидит подводную чсть рейки без искжений. Примерно в угле 3 он увидит отржение той же чсти рейки, т. е. перевернутую погруженную половину ее (вспомните, что скзно было о «полном внутреннем отржении»), Еще выше подводный нблюдтель увидит выступющую чсть рейки, — но он не соствит продолжения подводной, переместится горздо выше, совершенно отделившись от своего основния. Рзумеется, нблюдтелю в голову не придет, что эт витющя рейк соствляет продолжение первой! К тому же рейк покжется сильно сжтой, особенно в нижней чсти, — тм деления будут зметно сближены. Дерево н берегу, зтопленном рзливом, должно из-под воды кзться тким, кким оно изобржено н рис. 121.

Рисунок 120. Вид полупогруженной водомерной рейки для подводного нблюдтеля, глз которого помещен в А.

В угле 2 видн, в тумнных очертниях, погруження чсть рейки. В угле 3 — отржение ее от внутренней поверхности воды. Еще выше видн выступющя чсть рейки в сокрщении, и притом отделення от остльной ее чсти промежутком. В угле 4 отржется дно. В угле 5 виден весь ндводный мир в форме конической трубы. В угле 6 видно отржение дн от нижней поверхности воды. В угле 1 — неясное изобржение дн.

А если бы н месте рейки нходился человек, то из-под воды он предствился бы фигурой рис. 122. В тком виде купльщик должен кзться рыбм! Для них мы, идя по мелкому дну, рздвивемся, преврщемся в дв существ: верхнее — безногое, нижнее — безголовое с четырьмя ногми! Когд мы удляемся от подводного нблюдтеля, верхняя половин ншего тел все сильнее сжимется в нижней чсти; н некотором рсстоянии почти все ндводное туловище пропдет, — остется лишь одн свободно реющя голов…

Можно ли непосредственно, н опыте, проверить эти необычйные выводы? Ныряя под воду, мы увидели бы очень мло, дже если бы и приучили себя держть глз открытыми. Во-первых, водня поверхность не успевет успокоиться в те немногие секунды, ккие мы способны провести под водой, сквозь волнующуюся поверхность трудно что-либо рзличить. Во-вторых, кк мы уже объяснили рнее, преломление воды мло отличется от преломления прозрчных сред ншего глз, и н сетчтке получется поэтому очень неясное изобржение; окружющее будет кзться тумнным, рзмытым (стр. 209). Нблюдение из водолзного колокол, шлем или через стеклянное окно подводной лодки ткже не могло бы дть желемых результтов. В этих случях, — кк мы ткже уже рзъяснили, — нблюдтель хотя и нходится под водой, но вовсе не в условиях «подводного зрения»: прежде чем вступить в его глз, лучи свет в этих случях, пройдя стекло, вновь вступют, в воздушную среду и, следовтельно, испытывют обртное преломление; при этом либо восстнвливется прежнее нпрвление луч, либо же он получет новое нпрвление, но во всяком случе не то, которое имел в воде. Вот почему нблюдения из стеклянных окон подводных помещений не могут дть првильного предствления об условиях «подводного зрения».

Рисунок 121. Кк предствляется из-под воды полузтопленное дерево (ср. с рис. 120).

Рисунок 122. Кк купльщик, погруженный до груди в воду, предствляется подводному нблюдтелю (ср. с рис, 120).

Однко нет ндобности быть смому под водой, чтобы познкомиться с тем, кким кжется мир из-под воды. Условия подводного зрения можно изучть с помощью особой фотогрфической кмеры, которя внутри нполнен водой. Вместо объектив пользуются при этом метллической плстинкой с просверленной в ней дырочкой. Легко понять, что если все прострнство между отверстием и светочувствительной плстинкой нполнено водой, то внешний мир должен изобрзиться н плстинке в тком виде, в кком рисуется он подводному нблюдтелю. Этим способом мерикнский физик, профессор Вуд, и получил чрезвычйно любопытные фотогрфии, одну из которых мы воспроизвели н рис. 115. Что ксется причины искжения формы ндводных предметов для подводного нблюдтеля (прямые линии железнодорожного мост получлись н фотогрфии Вуд в виде дуг), то мы укзли н нее, когд объясняли, почему плоское дно пруд кжется вогнутым (стр. 213).

Есть и другой способ непосредственно познкомиться с тем, кким кжется мир подводным нблюдтелям: в воду спокойного пруд можно погрузить зеркло и, дв ему ндлежщий нклон, нблюдть в нем отржение ндводных предметов.

Результты тких нблюдений подтверждют во всех подробностях те теоретические сообржения, которые изложены выше.

Итк, прозрчный слой воды между глзом и предметми вне этого слоя искжет всю кртину ндводного мир, придет ему фнтстические очертния. Существо, которое после жизни н суше очутилось бы в воде, не узнло бы родного мир, — тк изменился бы он при рссмтривнии из глубины прозрчной водной стихии.

Цвет в глубине вод

Кртинно описывет смену световых оттенков под водой мерикнский биолог Бийб.

«Мы погрузились в бтисфере в воду, и внезпный переход от золотисто-желтого мир в зеленый был неожидн. После того кк пен и пузыри сошли с окон, нс злил зеленый свет; нши лиц, бллоны, дже вычерненные стены были окршены им. Между тем, с плубы кзлось, что мы погружемся в темный ультрмрин.

Первое же погружение в воду лишет глз теплых[62] (т. е. крсных и орнжевых) лучей спектр. Крсный и орнжевый цвет словно никогд не существовли, вскоре и желтые тон были поглощены золеными. Хотя рдостные теплые лучи соствляют лишь небольшую чсть видимого спектр, но, когд они исчезют н глубине 30 или более метров, остется только холод, мрк и смерть.

По мере того кк мы спусклись, постепенно исчезли и зеленые тон; н глубине 60 метров уже нельзя было скзть, был ли вод зеленовто-синей или сине-зеленой.

Н глубине 180 метров все кзлось окршенным густым, сияющим синим светом. В нем нстолько мло было силы освещения, что писть и читть стло невозможно.

Н глубине 300 метров я попытлся определить цвет воды — черно-синий, темно-серо-синий. Стрнно, что, когд синий цвет пропдет, его не зступет фиолетовый — последний в видимом спектре: он, по-видимому, уже поглощен. Последний нмек н синее переходит в неопределимый серый цвет, серый, в свою очередь, в черный. Нчиня с этого уровня солнце побеждено, и цвет изгнны нвсегд, пок не проникнет сюд человек и не пронижет электрическим лучом то, что в течение миллирдов лет было бсолютной чернотой».

О темноте н большой глубине тот же исследовтель пишет в другом место следующее:

«Тьм н глубине 750 метров кзлсь черней, чем можно вообрзить, — и все же теперь (н глубине около 1000 метров) он кзлсь чернее черного. Кзлось, все предстоящие ночи в верхнем мире будут воспринимться только кк относительные степени сумерек. И никогд более не мог я применять слово „черный“ с твердым убеждением[63]».

Слепое пятно ншего глз

Если вм скжут, что в поле вшего зрения есть учсток, которого вы совершенно не видите, хотя он нходится прямо перед вми, вы этому, конечно, не поверите. Возможно ли, чтобы мы всю жизнь не змечли ткого крупного недосттк своего зрения? А между тем, вот простой опыт, который убедит вс в этом.

Держите рис. 123 н рсстоянии снтиметров 20 от вшего првого глз (зкрывши левый) и смотрите н крестик, помещенный слев; медленно приближйте Рисунок к глзу: непременно нступит момент, когд большое черное пятно н скрещении обеих окружностей бесследно исчезнет! Вы его не увидите, хотя оно будет оствться в пределх видимого учстк, обе окружности спрв и слев от него будут отчетливо видны!

Этот опыт, впервые произведенный в 1668 г. (в несколько ином виде) знменитым физиком Мриоттом, очень збвлял придворных Людовик XIV. Мриотт проделывл опыт тк: помещл двух вельмож н рсстоянии 2 м друг против друг и просил их рссмтривть одним глзом некоторую точку сбоку, — тогд кждому кзлось, что у его визви нет головы.

Рисунок 123. Фигур для обнружения слепого пятн.

Кк это ни стрнно, но люди только в XVII веке узнли, что н сетчтке их глз существует «слепое пятно», о котором никто рньше не думл. Это то место сетчтой оболочки, где зрительный нерв вступет в глзное яблоко и еще не рзделяется н мелкие рзветвления, снбженные элементми, чувствительными к свету.

Мы не змечем черной дыры в поле ншего зрения вследствие долговременной привычки. Вообржение невольно зполняет этот пробел подробностями окружющего фон; тк, н рис. 123 мы, не видя пятн, мысленно продолжем линии окружностей и убеждены, будто ясно видим то место, в котором они пересекются.

Если вы носите очки, то можете проделть ткой опыт: нклейте кусочек бумги н стекло очков (не в смой середине, сбоку). В первые дни бумжк будет мешть смотреть; но пройдет неделя, другя, и вы тк привыкнете к ней, что перестнете дже ее змечть. Впрочем, это хорошо знет кждый, кому приходилось носить очки с треснувшим стеклом: трещин змечется только в первые дни. Точно тк же, в силу долговременной привычки, не змечем мы слепого пятн ншего глз. Кроме того, об слепых пятн отвечют рзличным учсткм поля зрения кждого глз, тк что при зрении двумя глзми не бывет пробел в их общем поле зрения.

Не думйте, что слепое пятно ншего поля зрения незнчительно; когд вы cмoтpитe (одним глзом) н дом с рсстояния 10 м, то, из з слепого пятн, не видите довольно обширной чсти его фсд, имеющей в поперечнике более метр, в нем умещется целое окно А н небе остется невидимым прострнство, рвное по площди 120 дискм полной Луны!

Рисунок 124. При рссмтривнии здния одним глом небольшой учсток С` поля зрения отвечющий слепому пятну (с) глз нми не воспринимется вовсе.

Ккой величины нм кжется Лун?

Кстти — о видимых рзмерх Луны. Если вы стнете рсспршивть знкомых, ккой величины предствляется им Лун, то получите смые рзнообрзные ответы. Большинство скжет, что Лун величиной с трелку, но будут и ткие, которым он кжется величиной с блюдце для вренья, с вишню, с яблоко. Одному школьнику Лун всегд кзлсь «величиной с круглый стол н двендцть персон». А один беллетрист утверждет, что н небе был «Лун диметром в ршин».

Откуд ткя рзниц в предствлениях о величине одного и того же предмет?

Он звисит от рзличия в оценке рсстояния, — оценке всегд бессознтельной. Человек, видящий Луну величиной с яблоко, предствляет ее себе нходящейся н рсстоянии горздо меньшем, нежели те люди, которым он кжется с трелку или круглый стол.

Большинство людей, впрочем, предствляет себе Луну величиной с трелку. Отсюд можно сделть любопытный вывод: Если вычислить (способ рсчет стнет ясен из дльнейшего), н ккое рсстояние помещет кждый из нс Луну, имеющую ткие видимые рзмеры, то окжется, что удление не превышет 30 м[64]. Вот н ккое скромное рсстояние отодвигем мы бессознтельно нше ночное светило!

Н ошибочной оценке рсстояний основно не мло иллюзий зрения. Я хорошо помню оптический обмн который испытл я в рннем детстве, «когд мне были новы все впечтленья бытия». Уроженец город, я однжды весной, во время згородной прогулки, в первый рз в жизни увидел псущееся н лугу стдо коров, тк кк я непрвильно оценил рсстояние, коровы эти покзлись мне крликовыми! Тких крошечных коров я с тех пор ни рзу не видел и, конечно, никогд не увижу[65].

Видимый рзмер светил строномы определяют величиной того угл, под которым мы их видим. «Угловой величиной», «углом зрения» нзывют угол, который соствляют две прямые, проведенные к глзу от крйних точек рссмтривемого тел (рис. 125). Углы же, кк известно, измеряются грдусми, минутми и секундми. Н вопрос о видимой величине лунного диск строном не скжет, что диск рвен яблоку или трелке, ответит, что он рвен половине грдус; это знчит, что прямые линии, проведенные от крев лунного диск к ншему глзу, соствляют угол в полгрдус. Ткое определение видимых рзмеров есть единственно првильное, не порождющее недорзумений.

Рисунок 125. Что ткое угол зрения.

Геометрия учит[66], что предмет, удленный от глз н рсстояние, в 57 рз большее его поперечник, должен предствляться нблюдтелю под углом в 1 грдус. Нпример, яблоко в 5 см диметром будет иметь угловую величину в 1 грдус, если его держть от глз н рсстоянии 5х57 см. Н рсстоянии вдвое большем оно предствится под углом 0,5 грдус, т. е. ткой же величины, ккой мы видим Луну, Если угодно, вы можете скзть, что Лун кжется вм величиной с яблоко, — но при условии, что яблоко это удлено от глз н 570 см (около 6 м). При желнии срвнить видимую величину Луны с трелкой вм придется отодвинуть трелку метров н 30. Большинство людей не хочет верить, что Лун предствляется ткой мленькой; но попробуйте поместить гривенник н тком рсстоянии от глз, которое в 114 рз больше его диметр: он кк рз покроет Луну, хотя удлен от глз н дв метр.

Если бы вм предложили нрисовть н бумге кружок, изобржющий диск Луны, видимый простым глзом, здч покзлсь бы вм недостточно определенной: кружок может быть и большим и мленьким, смотря по тому, кк длеко он отодвинут от глз. Но условия определятся, если остновимся н том рсстоянии, н кком мы обыкновенно держим книги, чертежи и т. п., т. е. н рсстоянии лучшего зрения. Оно рвно для нормльного глз 25 см.

Итк, вычислим, ккой величины должен быть кружок хотя бы н стрнице этой книги, чтобы видимый рзмер его рвнялся лунному диску. Рсчет прост: ндо рзделить рсстояние 25 см н 114. Получим довольно незнчительную величину — чуть больше 2 мм! Примерно ткой ширины букв «о» типогрфского шрифт этой книги. Прямо не верится, что Лун, ткже рвное ей по видимым рзмерм Солнце кжутся нм под тким небольшим углом!

Вы змечли, вероятно, что после того, кк глз вш был нпрвлен н Солнце, в поле зрения долго мелькют цветные кружки. Эти тк нзывемые «оптические следы» имеют ту же угловую величину, что и Солнце. Но кжущиеся рзмеры их меняются: когд вы смотрите н небо, они имеют величину солнечного диск; когд же бросете взгляд н лежщую перед вми книгу, «след» Солнц знимет н стрнице место кружк с поперечником около 2 мм, нглядно подтверждя првильность ншего рсчет.

Видимые рзмеры светил

Если бы, сохрняя угловые рзмеры, мы пожелли изобрзить н бумге созвездие Большой Медведицы, то получили бы фигуру, предствленную н рис. 126. Глядя н нее с рсстояния лучшего зрения, мы видим созвездие тким, кким оно рисуется нм н небесном своде. Это, тк скзть, крт Большой Медведицы с сохрнением угловых рзмеров. Если вм хорошо знкомо зрительное впечтление от этого созвездия, — не только фигур, именно непосредственное зрительное впечтление, — то, всмтривясь в приложенный Рисунок , вы словно вновь переживете это впечтление. Зня угловые рсстояния между глвными звездми всех созвездий (они приводятся в строномических клендрях и подробных спрвочных издниях), вы можете нчертить в «нтурльном виде» целый строномический тлс. Для этого достточно зпстись миллиметровой бумгой и считть н пей кждые 4,5 мм з грдус (площди кружков, изобржющих звезды, ндо чертить пропорционльными яркости).

Рисунок 126. Созвездие Большой Медведицы с сохрнением угловых рзмеров. Следует держть Рисунок н рсстоянии 25 cм от глз.

Обртимся теперь к плнетм. Видимые рзмеры их, кк и звезд, нстолько млы, что невооруженному глзу они кжутся лучистыми точкми. Это и понятно, потому что ни одн плнет (кроме рзве Венеры в период ее нибольшей яркости) не предствляется простому глзу под углом более 1 минуты, т. е. той предельной величины, при которой мы вообще можем рзличть предмет кк тело, имеющее рзмеры (под меньшим углом кждый предмет кжется нм точкой без очертний).

Вот величины рзных плнет в угловых секундх; против кждой плнеты покзны две цифры — первя соответствует нименьшему рсстоянию светил от Земли, вторя — нибольшему:

Секунды

Меркурий 13 — 5

Венер 64 — 10

Мрс 25 — 3,5

Юпитер 50 — 31

Стурн 20 — 15

Кольц Стурн 48 — 35

Нчертить эти величины в «нтурльном мсштбе» н бумге нет возможности: дже целя угловя минут, т. е. 60 секунд, отвечет, н рсстоянии лучшего зрения, лишь 0,04 мм — величине, нерзличимой для простого глз. Изобрзим поэтому плнетные диски ткими, ккими они кжутся в телескоп, увеличивющий в 100 рз. Н рис. 127 перед вми тблиц видимых рзмеров плнет при тком увеличении. Нижняя дуг изобржет крй лунного (или солнечного) диск в телескопе со 100-кртным увеличением. Нд ним — Меркурий при нименьшем его удлении от Земли. Еще выше Венер в рзных фзх; в ближйшем к нм положении эт плнет совершенно не видн, тк кк обрщен к Земле неосвещенной половиной[67]; зтем стновится видимым ее узкий серп, — это нибольший из всех плнетных «дисков»; в дльнейших фзх Венер все уменьшется, и полный диск имеет поперечник, в 6 рз меньший, нежели у узкого серп.

Выше нд Венерой изобржен Мрс. Нлево вы видите его в нибольшем приближении к Земле; тким покзывет его нм труб ее 100-кртным увеличением. Что можно рзличить н этом мленьком диске? Вообрзите тот же кружок увеличенным в 10 рз, и получите предствление о том, что видит строном, изучющий Мрс в могущественнейший телескоп с 1000-кртным увеличением. Можно ли н столь тесном прострнстве уловить с несомненностью ткие тонкие подробности, кк пресловутые «кнлы», или зметить легкое изменение окрски, связнное будто бы с рстительностью н дне «окенов» этого мир? Неудивительно, что свидетельств одних нблюдтелей существенно рсходятся с покзниями других, и одни считют оптической иллюзией то, что будто бы отчетливо видят другие[68]…

Рисунок 127. Если держть этот чертеж н рсстоянии 25 см от глз, то нчерченные н нем плнетныe диски предствятся нм по рзмерм в точности ткими, ккими видны плнеты в телескоп, увеличивющий в 100 paз.

Великн Юпитер со своими спутникми знимет очень видное место в пшей тблице; его диск знчительно больше диск прочих плнет (исключя серп Венеры), четыре глвнейших спутник рскинуты по линии, рвной почти половине лунного диск. Здесь Юпитер изобржен в нибольшем приближении к Земле. Нконец, Стурн с кольцми и смой крупной из его лун (Титном) предствляет собой ткже довольно зметный объект в моменты нибольшей близости к нм,

После скзнного читтелю ясно, что кждый видимый предмет кжется нм тем меньшим, чем ближе мы его себе предствляем. И обртно: если почему-либо мы преувеличим рсстояние до предмет, то и смый предмет покжется нм соответственно больших рзмеров.

Длее приведен поучительный рсскз Эдгр По, описывющий именно ткую иллюзию зрения. При кжущемся непрвдоподобии он вовсе не фнтстичен. Я см сделлся однжды жертвой почти ткой же иллюзии, — д и многие из нших читтелей, вероятно, вспомнят сходные случи из собственной жизни.

«Сфинкс»

Рсскз Эдгр По[69]

«В эпоху ужсного влдычеств холеры в Нью-Йорке я получил приглшение от одного из моих родственников провести две недели н его уединенной дче. Мы провели бы время очень недурно, если бы не ужсные вести из город, получвшиеся ежедневно. Не было дня, который бы не принес нм известия о смерти кого-либо из знкомых. Под конец мы со стрхом ожидли гзету. Смый ветер с юг, кзлось нм, был нсыщен смертью. Эт леденящя мысль всецело овлдел моей душой. Мой хозяин был человек более спокойного темпермент и стрлся ободрить меня.

Н зкте жркого дня я сидел с книгой в рукх у рскрытого окн, из которого открывлся вид н отдленный холм з рекой. Мысли мои двно уже отвлеклись от книги к унынию и отчянию, црившим в соседнем городе. Подняв глз, я случйно взглянул н обнженный склон холм и увидел нечто стрнное: отвртительное чудовище быстро спусклось с вершины холм и исчезло в лесу у его подножия. В первую минуту, увидев чудовище, я усомнился в здрвом состоянии моего рссудк или, по крйней мере, глз, и только спустя несколько минут убедился, что я но брежу. Но если я опишу это чудовище (которое я видел совершенно ясно и з которым нблюдл все время, пок оно спусклось с холм), мои читтели, пожлуй, не тк легко поверят тому.

Определяя рзмеры этого существ по срвнению с диметром огромных деревьев, я убедился, что оно длеко превосходит величиною любой линейный корбль. Я говорю линейный корбль, потому что форм чудовищ нпоминл корбль: корпус семидесятичетырехпушечного судн может дть довольно ясное предствление об его очертниях. Псть животного помещлсь н конце хобот футов в шестьдесят или семьдесят длиною и приблизительно ткой же толщины, кк туловище обыкновенного слон. У основния хобот нходилсь густя мсс космтых волос, из нее выдвлись, изгибясь вниз и вбок, дв блестящих клык, подобные кбньим, только несрвненно больших рзмеров. По обеим сторонм хобот помещлись дв гигнтских прямых рог, футов в тридцть или сорок длиной, по-видимому, хрустльных; они ослепительно сияли в лучх солнц. Туловище имело форму клин, обрщенного вершиной к земле. Оно было снбжено двумя прми крыльев, — кждое имело футов около 300 в длину, — помещвшимися одн нд другой. Крылья были густо усжены метллическими плстинкми; кждя имел футов десять-двендцть в диметре. Но глвную особенность этого стршного существ соствляло изобржение мертвой головы, знимвшей почти всю поверхность груди; он резко выделялсь н темной поверхности своим ярким белым цветом, точно нрисовння.

Пок я с чувством ужс смотрел н это стршное животное, в особенности н зловещую фигуру н его груди, оно внезпно рзинуло псть и испустило громкий стон… Нервы мои не выдержли, и, когд чудовище исчезло у подошвы холм в лесу, я без чувств повлился н пол…

Когд я очнулся, первым моим побуждением было рсскзть моему другу о том, что я видел. Выслушв меня до конц, он снчл рсхохотлся, зтем принял очень серьезный вид, кк будто нисколько не сомневлся в моем помештельстве.

В эту минуту я снов увидел чудовище и с криком укзл н него моему другу. Он посмотрел, но уверял, что ничего не видит, хотя я подробно описывл ему положение животного, пок оно спусклось с холм.

Я зкрыл лицо рукми. Когд я отнял их, чудовище уже исчезло.

Мой хозяин принялся рсспршивть меня о внешнем виде чудовищ. Когд я рсскзл ему все подробно, он перевел дух, точно избвившись от ккой-то невыносимой тяжести, подошел к книжному шкфу и достл учебник естественной истории. Зтем, предложив мне поменяться местми, тк кк у окн ему легче было рзбирть мелкую печть книги, он уселся н стул и, открыв учебник, продолжл:

— Если бы вы не описли мне тк подробно чудовище, я, пожлуй, никогд не мог бы объяснить вм, что это ткое было. Прежде всего, позвольте, я вм прочту из отого учебник описние род Sphinx из семейств Сrepusculariae (сумеречных) порядк Lepidoptera (чешуекрылых, или ббочек) клсс Insecta, или нсекомых. Вот оно:

«Две пры перепончтых крыльев, покрытых мелкими окршенными чешуйкми метллического блеск; роговые оргны, обрзоввшиеся из удлиненных нижних челюстей; по бокм их зчтки пушистых щупльцев; нижние крылья соединены с верхними крепкими волоскми; усики в виде призмтических oтpocтков; брюшко зостренное. Сфинкс Мертвя Голов является иногд предметом суеверною ужс среди простонродья ввиду издвемого им печльного звук и фигуры череп н груди[70]».

Тут он зкрыл книгу и нклонился к окну в той же смой позе, в ккой сидел я, когд увидел «чудовище».

— Аг, вот оно! — воскликнул он, — оно поднимется по склону холм и, признюсь, выглядит очень курьезно. Но оно вовсе не тк велико и не тк длеко, кк вы вообрзили, тк кк взбирется по нити, прикрепленной кким-нибудь пуком к ншему окну!»

Почему микроскоп увеличивет?

«Потому что он изменяет ход лучей определенным обрзом, описнным в учебникх физики», — вот что чще всего приходится слышть в ответ н этот вопрос. Но в тком ответе укзывется причин; смя же сущность дел не зтргивется. В чем же основня причин увеличительного действия микроскоп и телескоп?

Я узнл ее не из учебник, постиг случйно, когд школьником зметил однжды чрезвычйно любопытное и сильно оздчившее меня явление. Я сидел у зкрытого окн и смотрел н кирпичную стену дом в противоположной стороне узкого переулк. Вдруг я в ужсе отштнулся: с кирпичной стены — я ясно увидел это! — смотрел н меня исполинский человеческий глз в несколько метров ширины… В то время я еще не читл приведенного сейчс рсскз Эдгр По и потому не срзу сообрзил, что исполинский глз был отржением моего собственного, отржением, которое я проектировл н отдленную стену и потому предствлял себе соответственно увеличенным.

Рисунок 128. Линз увеличивет изобржение н сетчтке глз.

Догдвшись же, в чем дело, я стл рзмышлять о том, нельзя ли устроить микроскоп, основнный н этом обмне зрения. И вот тогд, когд я потерпел неудчу, мне стло ясно, в чем сущность увеличительного действия микроскоп: вовсе не в том, что рссмтривемый предмет кжется больших рзмеров, в том, что он рссмтривется нми под большим узлом зрения, следовтельно, — и это смое вжное, — его изобржение. знимет больше мест н сетчтке ншего глз.

Чтобы понять, почему столь существенное знчение имеет здесь угол зрения, мы должны обртить внимние н вжную особенность ншего глз: кждый предмет или кждя его чсть, предствляющиеся нм под углом, меньшим одной угловой минуты, сливются для нормльного зрения в точку, в которой мы не рзличем ни формы, ни чстей. Когд предмет тк длек от глз или тк мл см по себе, что весь он или отдельные чсти его предствляются под углом зрения менее Г, мы перестем рзличть в нем подробности его строения. Происходит же это потому, что при тком угле зрения изобржение предмет н дне глз (или изобржение ккой-либо чсти предмет) зхвтывет не множество нервных окончний в сетчтке срзу, умещется целиком н одном чувствительном элементе: подробности формы и строения тогд исчезют, — мы видим точку.

Роль микроскоп и телескоп состоит в том, что, изменяя ход лучей от рссмтривемого предмет, они покзывют его нм под большим углом зрения; изобржение н сетчтке рстягивется, зхвтывет больше нервных окончний, и мы рзличем уже в предмете ткие подробности, которые рньше сливлись в точку. «Микроскоп или телескоп увеличивет в 100 рз», — это знчит, что он покзывет нм предметы под углом зрения в 100 рз большим, чем мы видим их без инструмент. Если же оптический инструмент не увеличивет угл зрения, то он не дет никкого увеличения, хотя бы нм и кзлось, что мы видим предмет увеличенным. Глз н кирпичной стене кзлся мне огромным, — но я не видел в нем ни одной лишней подробности по срвнению с тем, что вижу, глядя в зеркло. Лун низко у горизонт кжется нм зметно большей, чем высоко н небе, — но рзве н этом увеличенном диске змечем мы хоть одно лишнее пятнышко, нерзличимое при высоком стоянии Лупы?

Если обртимся к случю увеличения, описнному в рсскзе Эдгр По «Сфинкс», мы убедимся, что и здесь в увеличенном объекте не было усмотрено никких новых чстностей. Угол зрения оствлся неизменным, ббочк видн под одним и тем же углом, относим ли мы ее длеко в лес или близко к рме окн. А рз не меняется угол зрения, то увеличение предмет, кк бы ни поржл он вше вообржение, не открывет нблюдтелю ни одной новой подробности. Кк истинный художник, Эдгр По верен природе дже и в этом пункте своего рсскз. Зметили ли вы, кк описывет он «чудовище» в лесу: перечень отдельных членов нсекомого не зключет ни одной новой черты по срвнению с тем, что предствляет «мертвя голов» при нблюдении невооруженным глзом. Срвните об описния, — они не без умысл приведены в рсскзе, — и вы убедитесь, что отличются они только в словесных выржениях (10-футовые плстинки — чешуйки, гигнтские рог — усики; кбньи клыки — щупльц и т. д.), но никких новых подробностей, нерзличимых простым глзом, в первом описнии нет.

Если бы действие микроскоп зключлось лишь в тком увеличении, он был бы бесполезен для нуки, превртившись в любопытную игрушку, не более. Но мы знем, что это не тк, что микроскоп открыл человеку новый мир, длеко рздвинув грницы ншего естественного зрения:

— писл нш первый нтурлист Ломоносов в «Письме о пользе стекл». Но «в нынешних векх» нм микроскоп открыл строение мельчйших, невидимых существ.

Теперь мы можем уже дть себе ясный отчет в том, почему именно микроскоп открывет нм «тйность», которую не усмотрел н своем чудовище-ббочке нблюдтель в рсскзе Эдгр По: потому что — подведем итог скзнному — микроскоп не просто предствляет нм предметы в увеличенном виде, покзывет их под большим углом зрения; вследствие этого н здней стенке глз рисуется увеличенное изобржение предмет, действующее н более многочисленные нервные окончния и тем доствляющее ншему созннию большее число отдельных зрительных впечтлений. Коротко говоря: микроскоп увеличивет не предметы, их изобржения н дне глз.

Зрительные смообмны

Мы чсто говорим об «обмне зрения», «обмне слух», но выржения эти непрвильны. Обмнов чувств нет. Философ Кнт метко скзл по этому поводу: «Чувств не обмнывют нс, — не потому, что они всегд првильно судят, потому, что вовсе не судят».

Рисунок 129. Что шире — првя или левя фигур?

Рисунок 130. Что больше в этой фигуре — высот или ширин?

Что же тогд обмнывет нс при тк нзывемых «обмнх» чувств? Рзумеется, то, что в днном случе судит, т. е. нш собственный мозг. Действительно, большя чсть обмнов зрения звисит исключительно от того, что мы не только видим, но и бессознтельно рссуждем, причем невольно вводим себя в зблуждение. Это — обмны суждения, не чувств.

Еще дв тысячелетия нзд древний поэт Лукреций писл:

Нши глз познвть не умеют природу предметов.

А потому не нвязывй им зблуждений рссудк.

Возьмем общеизвестный пример оптической иллюзии: левя фигур н рис. 129 кжется уже, нежели првя, хотя обе огрничены строго одинковыми квдртми. Причин кроется в том, что оценк высоты фигуры слев получется у нс кк результт бессознтельного сложения отдельных промежутков, и потому он кжется нм больше, чем рвня ей ширин той же фигуры. Нпротив, н фигуре спрв в силу того же бессознтельного рссуждения ширин кжется больше высоты. По этой же причине высот фигуры рис. 130 кжется больше ее ширины.

Иллюзия, полезня для портных

Если только что описнную иллюзию зрения вы пожелете применить к более крупным фигурм, которые не могут быть охвчены срзу глзом, то ожидния вши не опрвдются. Всем известно, что низкий полный человек в костюме с поперечными полосми кжется не только не тоньше, нпротив, еще шире. И ноборот, ндев костюм с продольными полосми и склдкми, полные люди могут до некоторой степени скрывть свою полноту.

Чем объяснить это противоречие? Тем, что, рссмтривя ткой костюм, мы не можем охвтить его срзу, не двигя глз; мы невольно следуем глзми вдоль полос; усилие глзных мускулов при этом зствляет нс бессознтельно преувеличивть рзмеры предмет в нпрвлении полос; мы привыкли связывть с усилием глзных мышц предствление о больших предметх, которые не умещются в поло зрения. Между тем, когд мы рссмтривем мленький полостый чертеж, глз нши остются неподвижными и мускулы их не утомляются.

Что больше?

Ккой эллипс н рис.131 больше: нижний или внутренний верхний? Трудно отделться от мысли, что нижний больше верхнего. Между тем об рвны, и только присутствие нружного, окймляющего эллипс создет иллюзию, будто зключенный в нем эллипс меньше нижнего.

Иллюзия усиливется и тем, что вся фигур предствляется нм не плоской, телесной — в виде ведр: эллипсы невольно преврщются нми в перспективно сжтые круги, боковые прямые линии — в стенки ведр.

Н рис. 132 рсстояние между точкми и b кжется больше, нежели между точкми m и n. Присутствие третьей прямой, исходящей из той же вершины, усиливет иллюзию.

Рисунок 131. Который эллипс больше — нижний или внутренний верхний?

Рисунок 132. Ккое рсстояние больше — b или mn?

Сил вообржения

Большинство обмнов зрения, кк уже укзывлось, звисит от того, что мы не только смотрим, но и бессознтельно при этом рссуждем. «Мы смотрим не глзми, мозгом», — говорят физиологи. Вы охотно соглситесь с этим, когд познкомитесь с иллюзиями, где вообржение смотрящего сознтельно учствует в процессе зрения.

Взгляните н рис. 133. Если вы стнете покзывть этот Рисунок другим, то получите троякого род ответы н вопрос, что он изобржет. Одни скжут, что это лестниц; другие — что это ниш, углублення в стене; третьи, нконец, увидят в нем бумжную полоску, согнутую «грмоникой» и протянутую нискось в белом поле квдрт.

Кк ни стрнно, все три ответ верны! Вы можете сми увидеть все нзвнные вещи, если, глядя н Рисунок , нпрвите свой взгляд рзличным обрзом.

А именно: рссмтривя чертеж, попробуйте прежде всего нпрвить взор н левую чсть рисунк, — вы увидите лестницу. Если взгляд вш скользнет по рисунку спрв нлево, — вы увидите нишу. Если взгляд вш следует по косому нпрвлению дигонли от нижнего првого кря к верхнему левому, — вы увидите сложенную «грмоникой» бумжную полоску.

Рисунок 133. Что вы видите здесь — лестницу, нишу или полоску, согнутую «грмоникой»?

Рисунок 134. Кк рсположены здесь кубы? Где дв куб — вверху или внизу?

Впрочем, при продолжительном рссмтривнии внимние утомится, и вы будете видеть попеременно то одно, то другое, то третье, уже незвисимо от вшего желния.

Рис. 134 отличется теми же особенностями.

Рисунок 135. Что длиннее, АВ или АС?

Любопытн иллюзия рис. 135; мы невольно поддемся впечтлению, будто рсстояние АВ короче АС. Между тем они рвны.

Еще иллюзия зрения

Не все иллюзии зрения мы в состоянии объяснить. Чсто и догдться нельзя, ккого род умозключения совершются бессознтельно в ншем мозгу и обусловливют тот или иной обмн зрения. Н рис 136 отчетливо видны две дуги, обрщенные выпуклостями друг к другу. Дже не возникет сомнения, что это тк. Но стоит лишь приложить линейку к этим мнимым дугм или взглянуть н них вдоль, держ фигуру н уровне глз, чтобы убедиться в их прямолинейности. Объяснить эту иллюзию не тк просто.

Рисунок 136. Две средние линии, идущие спрв нлево, — прллельные прямые, хоть кжутся дугми, обрщенными выпуклостью одн к другой.

Рисунок 137. Н рвные ли 6 отрезков рделен этa прямя?

Иллюзия пропдет 1) если, подняв фигуру н уровень глз, смотреть н нее тк, чтобы взгляд скользил вдоль линий, 2) если, поместив конец крндш в ккой-либо точке фигуры, сосредоточить взгляд н этой точке.

Рисунок 138. Прллельные прямые кжутся непрллельными.

Рисунок 139. Видоизменение иллюзии рис. 138.

Укжем еще несколько примеров иллюзий в том же роде. Н рис. 137 прямя кжется рзбитой н нервные отрезки; измерение убедит вс, что отрезки рвны. Н рис. 138 и 139 прллельные прямые предствляются непрллельными. Н рис. 140 круг производит впечтление овл Змечтельно, что оптические иллюзии, покзнные н рис. 137, 138 и 139, перестют обмнывть глз, если их рссмтривют при свете электрической искры. Очевидно, иллюзии эти связны с движением глз: при кртковременной вспышке искры ткое движение не успевет произойти.

Вот не менее любопытня иллюзия. Взгляните н рис. 141 и скжите: ккие черточки длиннее, — те, что слев, или те, что в првой чсти? Первые кжутся более длинными, хотя те и другие строго рвны[71]. Иллюзия эт носит нзвние иллюзии «курительной трубки».

Рисунок 140. Круг ли это?

Рисунок 141. Иллюзия «курительной трубки». Првые черточки кжутся короче, нежели рвные им левые.

Предлглось много объяснений этих любопытных иллюзий, но они мло убедительны, и мы не стнем приводить их здесь. Одно, по-видимому, несомненно: причин этих иллюзий кроется в бессознтельном рссуждении, в невольном «луквом мудрствовнии» ум, мешющем нм видеть то, что есть в действительности[72].

Что это?

При взгляде н рис. 142 вы едв ли срзу догдетесь, что он изобржет, «Просто черня сетк, ничего больше», — скжете вы. Но поствьте книгу отвесно н стол, отойдите шг н 3 — 4 и смотрите оттуд. Вы увидите человеческий глз. Подойдите ближе, — перед вми снов появится ничего не выржющя сетк…

Рисунок 142. Рссмтривя эту сетку издли, легко рзличить н ней глз и чсть нос женского профиля, обрщенного впрво.

Вы, конечно, подумете, что это ккой-нибудь искусный «трюк» изобреттельного грвер. Нет, это лишь грубый пример той иллюзии зрения, которой мы поддемся всякий рз, когд рссмтривем тк нзывемые «тоновые» иллюстрции, или «втотипии». В книгх и журнлх фон рисунк всегд кжется нм сплошным; но рссмотрите его в лупу, — и перед вми появится ткя же сетк, ккя изобржен н рис. 142. Этот оздчивший вс Рисунок предствляет собой не что иное, кк увеличенный рз в 10 учсток обыкновенной тоновой иллюстрции. Рзниц лишь в том, что, когд сетк мелк, он сливется в сплошной фол уже н близком рсстоянии, н том, н кком мы обыкновенно держим книгу при чтении. Когд же сетк крупн, слияние происходит н большем рсстоянии. Читтель без труд поймет все скзнное, если вспомнит нши рссуждения относительно угл зрения.

Необыкновенные колес

Случлось ли вм через щели збор или, еще лучше, н экрне кино следить з спицми колес быстро движущейся повозки или втомобиля? Вероятно, вы змечли при этом стрнное явление; втомобиль мчится с головокружительной быстротой, колес же едв вертятся, то и вовсе не вертя гея. Мло того: они врщются иной рз дже в противоположном нпрвлении!

Эт иллюзия зрения тк необычйн, что приводит в недоумение всех, кто змечет ее впервые.

Объясняется он следующим обрзом. Следя з врщением колес через щели в зборе (перемещя взгляд вдоль збор), мы видим колесные спицы не непрерывно, через рвные промежутки времени, тк кк доски збор кждое мгновение зслоняют их от нс. Точно тк же и кинемтогрфическя лент зпечтлевет изобржение колес с перерывми, в отдельные моменты (24 кдр в секунду).

Здесь возможны три случя, которые мы сейчс и рссмотрим один з другим.

Во— первых, может случиться, что з время перерыв колесо успеет сделть целое число оборотов -безрзлично сколько, 2 или 20, только бы число это было целое. Тогд спицы колес н новом снимке зймут то же положение, что и н прежнем. В следующий промежуток колесо сделет опять целое число оборотов (величин промежутк и скорость втомобиля не изменяются), — и положение спиц остется прежнее. Видя все время одно положение спиц, мы зключем, что колесо вовсе не вернется (средний столбец рис… 143).

Рисунок 143. Причин згдочного движения колес н экрне кино.

Второй случй; колесо успевет в кждый промежуток сделть целое число оборотов и еще чсть оборот, весьм небольшую. Нблюдя з сменой тких изобржений, мы о целом число оборотов не будем и догдывться, увидим лишь медленное врщение колес (кждый рз н небольшую долю оборот). С результте нм покжется, что, несмотря н быстрое перемещение втомобиля, колес врщются медленно.

Третий случй: в течение промежутк между съемкми колесо делет неполный оборот, отличющийся от полного н небольшую долю (нпример, поворчивется н 315°, кк в третьем с голбце рис. 143). Тогд ккя-либо определення спиц будет кзться врщющейся в обртном нпрвлении… Это обмнчивое впечтление будет до тех пор, пок колесо не изменит скорости врщения.

Остется внести мленькие дополнения в нше объяснение. В первом случе мы, рди простоты, говорили о числе полных оборотов колес; но тк кк спицы колес похожи одн н другую, то достточно, чтобы колесо повернулось н целое число промежутков между спицми.

То же относится и к другим случям.

Возможны и еще курьезы. Если н ободе колес имеется метк, спицы же все похожи друг н друг, то случется, что обод движется в одном нпрвлении, спицы же бегут в обртном! Если же имеется метк н спице, то спицы могут двигться в обртном нпрвлении, нежели метк, — он будет словно пересккивть со спицы н спицу.

Когд в кино покзывют обыкновенные сцены, иллюзия эт мло вредит естественности впечтления. Но если хотят н экрне объяснить действие ккого-нибудь мехнизм, то этот обмн зрения может породить серьезные недорзумения и дже совершенно извртить предствление о рботе мшины.

Внимтельный зритель, видя н экрне мнимо-неподвижное колесо мчщегося втомобиля, легко может, сосчитв его спицы, судить до некоторой степени о том, сколько оборотов делет оно в секунду. Обычня быстрот подчи ленты — 24 кдр в секунду. Если число спиц втомобильного колес 12, тo число его оборотов в секунду рвно 24: 12, т. е. 2, или по одному целому обороту в 0,5 секунды. Это — нименьшее число оборотов; оно может быть и больше в целое число рз (т. е. вдвое, втрое и т. д.).

Оценив величину диметр колес, можно делть зключения и о скорости движения втомобиля. Нпример, при диметре колес 80 см имеем в рссмотренном случе скорость около 18 км/чс (или 36 км/чс, или 54 км/чс и т. д.).

Рссмотрення сейчс иллюзия зрения используется техникой для подсчет числ оборотов быстро врщющихся влов. Объясним, н чем основн этот способ. Сил свет лмпы, питемой переменным током, не остется постоянной: через кждую сотую долю секунды свет ослбевет, хотя при обычных условиях мы никкого мерцния но змечем. Но предствим себе, что тким светом освещен врщющийся диск, изобрженный н рис. 144. Если диск врщется тк, что делет 0,25 оборот в сотую долю секунды, то произойдет нечто неожиднное: вместо обычного ровного серого круг глз увидит черные и белые секторы, словно бы диск оствлся неподвижен.

Рисунок 144. Диск для определения скорости врщения двигтеля.

Причин явления, ндеюсь, понятн читтелю, рзобрвшемуся в иллюзии с втомобильными колесми. Легко догдться ткже, кк возможно применить это явление для подсчет оборотов врщющегося вл.

«Микроскоп времени» в технике

В первой книге «Знимтельной физики» описн «луп времени», основння н использовнии киноппрт. Здесь рсскжем о другом способе достижения подобного же эффект, опирющемся н явление, которое было рссмотрено в предыдущей сттье.

Мы знем уже, что, когд диск с зчерненными секторми (рис. 144), делющий 25 оборотов в секунду, освещется ежесекундно 100 вспышкми лмпы, он кжется глзу неподвижным. Предствьте себе, однко, что число вспышек сделлось рвным 101 в секунду. В течение промежутк между ткими двумя последовтельными учщенными вспышкми диск не успеет повернуться, кк прежде, н полную четверть оборот, и, знчит, соответственный сектор не дойдет до первончльного положения.

Глз увидит его отствшим н сотую долю окружности. При следующей вспышке он покжется отствшим еще н сотую долю окружности и т. д. Нм покжется, что диск вертится нзд, деля один оборот в секунду. Движение змедлилось в 25 рз.

Нетрудно сообрзить, кк можно увидеть то же змедленное врщение, но не в обртную сторону, в нормльном нпрвлении. Для этого нужно число вспышек свет не увеличить, уменьшить. Нпример, при 99 вспышкх в секунду диск покжется врщющимся вперед, деля один оборот в секунду.

Мы имеем здесь «микроскоп времени» с 25-кртным змедлением. Но вполне возможно получить еще большее змедление. Если, нпример, число вспышек доведено до 999 в 10 секунд (т. е. 99,9 в секунду), диск будет кзться совершющим 1 оборот в 10 секунд; он имеет, знчит, 250-кртное змедление.

Любое быстрое периодическое движение можно изложенным приемом змедлить для ншего глз в желемой степени. Это дет удобную возможность изучть особенности движения весьм быстрых мехнизмов, змедляя их движение ншим «микроскопом времени» в 100, в 1000 и т. д. рз[73].

Рисунок 145. Измерение скорости noлетa пули.

Опишем в зключение способ измерения скорости полет пули, основнный н возможности точно определять число оборотов врщющегося диск. Н быстро врщющийся вл ндевют кртонный диск с зчерненными секторми и згнутыми крями, тк что диск имеет форму открытой цилиндрической коробки (рис. 145). Стрелок пускет пулю вдоль диметр этой коробки, пробивя ее стенку в двух местх. Если бы коробк был неподвижн, об отверстия лежли бы н концх одного диметр. Но коробк врщлсь, и з то время, пок пуля летел от кря до кря, коробк успел немного повернуться, подствив пуле взмен точки b точку с. Зня число оборотов коробки и ее диметр, можно по величине дуги bc вычислить скорость движения пули. Это — несложня геометрическя здч, с которой без труд спрвятся читтели, немного влдеющие мтемтикой.

Диск Нипков

Змечтельное техническое применение обмн зрения предствлял тк нзывемый «диск Нипков», употреблявшийся в первых телевизионных устновкх. Н рис. 146 вы видите сплошной круг, у крев которого рзбросн дюжин дырочек с просветом 2 мм; дырочки рсположены рвномерно по спирльной линии, кждя н величину просвет ближе к центру, чем соседняя. Ткой диск не обещет кк будто ничего особенного. Но устновите его н оси, устройте перед ним окошечко, позди поместите тких же рзмеров кртинку (рис. 147). Если теперь привести диск в быстрое врщение, то произойдет неожиднное явление: кртинк, зслоняемя неподвижным рис. 148. диском, стновится при его врщении отчетливо видимой в переднее окошечко. Змедлите врщение — кртинк сделется смутной и, нконец, при остновке диск исчезет совершенно; теперь от кртины остется видимым лишь то, что можно рссмотреть сквозь крошечную двухмиллиметровую дырочку.

Рисунок 146.

Рисунок 147.

Рисунок 148.

Рзберемся, в чем секрет згдочного эффект этого диск. Будем врщть диск медленно и проследим з прохождением последовтельно кждой отдельной дырочки мимо окошечк. Смя удлення от центр дырочк проходит близ верхнего кря окошечк; если это движение быстро, он сделет видимой целую полоску кртинки, прилегющую к ее верхнему крю. Следующя дырочк, пониже первой, при быстром прохождении в поле окошечк откроет вторую полоску кртинки, смежную с первой (рис. 148); третья дырочк сделет видимой третью полоску, и т. д. При достточно быстром врщении диск стновится, блгодря этому, видимой вся кртинк; против окошечк словно вырезется из диск соответствующее отверстие.

Диск Нипков нетрудно изготовить смому; для быстрого его врщения можно пользовться нмотнным н его ось шнурком, — лучше, конечно, воспользовться мленьким электромотором.

Почему зяц косой?

Человек — одно из немногих существ, глз которых приспособлены к одновременному рссмтривнию ккого-нибудь предмет: поле зрения првого глз лишь немного не совпдет с полем зрения левого глз.

Большинство же животных смотрит кждым глзом отдельно. Видимые ими предметы не отличются той рельефностью, к которой мы привыкли, но зто их поле зрения горздо обширнее, чем у нс. Н рис. 149 изобржено поде зрения человек; кждый глз видит — по горизонтльному нпрвлению — в пределх угл в 120°, и об угл почти покрывют друг друг (глз предполгются неподвижными).

Срвните этот чертеж с рис. 150, изобржющим поде зрения зйц; не поворчивя головы, зяц своими широко рсствленными глзми видит не только то, что нходится впереди, но и то, что позди. Об поля зрения его глз смыкются и спереди и сзди! Теперь вм попятно, почему тк трудно подкрсться к зйцу, не спугнув его. Зто зяц, кк ясно из чертеж, совершенно не видит того, что рсположено непосредственно перед его мордой; ему приходится, чтобы видеть весьм близкий предмет, повертывть голову нбок.

Рисунок 149. Поле зрения обоих глз человек.

Рисунок 150. Поле зрения обоих глз зйц.

Рисунок 151. Поле зрения обоих глз лошди.

Почти все без исключения копытные и жвчные животные облдют ткою способностью «всестороннего» зрения. Н рис. 151 покзно рсположение полей зрения лошди: они позди не сходятся, но животному достточно лишь слегк повернуть голову, чтобы увидеть предметы, рсположенные позди. Зрительные обрзы здесь, првд, не тк отчетливы, но зто от животного не ускользет ни млейшее движение, совершющееся длеко кругом. Подвижные хищные животные, которым приходится обычно смим быть нпдющей стороной, лишены этой способности видеть кругом себя; они облдют «двуглзым» зрением, позволяющим зто точно оценивть рсстояние для прыжк.

Почему в темноте все кошки серы?

Физик скзл бы: «в темноте все кошки черны», потому что при отсутствии освещения никкие предметы не видны вовсе. Но поговорк имеет в виду не полный мрк, темноту в обиходном смысле слов, т. е. весьм слбое освещение. Совсем точно поговорк звучит тк: ночью все кошки серы. Первончльный, непереносный смысл поговорки тот, что при недостточном освещении глз нш перестет рзличть окрску — кждя поверхность кжется серой.

Верно ли это? Действительно ли в полутьме и крсный флг и зеленя листв предствляются одинково серыми? Легко убедиться в првильности этого утверждения. Кто в сумерки приглядывлся к окрске предметов, тот змечл, конечно, что цветовые рзличия стирются и все вещи кжутся более или менее темно-серыми: и крсное одеяло, и синие обои, и фиолетовые цветы, и зеленые листья.

«Сквозь опущенные шторы, — читем мы у Чехов („Письмо“), — сюд не проникли солнечные лучи, было сумеречно, тк что все розы в большом букете кзлись одного цвет».

Точные физические опыты вполне подтверждют это нблюдение. Если окршенную поверхность освещть слбым белым светом (или белую поверхность — слбым окршенным светом), постепенно усиливя освещение, то глз снчл видит просто серый цвет, без ккого-либо цветового оттенк. И лишь когд освещение усиливется до определенной степени, глз нчинет змечть, что поверхность окршен. Эт степень освещения нзывется «низшим порогом цветового ощущения».

Итк, буквльный и вполне првильный смысл поговорки (существующей н многих языкх) тот, что ниже порог цветового ощущения все предметы кжутся серыми.

Обнружено, что существует и высший порог цветового ощущения. При чрезвычйно ярком освещении глз снов перестет рзличть цветовые оттенки: все окршенные поверхности одинково кжутся белыми.

Глв десятя

ЗВУК. ВОЛНООБРАЗНОЕ ДВИЖЕНИЕ.

Звук и рдиоволны

Звук рспрострняется примерно в миллион рз медленнее свет; тк кк скорость рдиоволн совпдет со скоростью рспрострнения световых колебний, то звук в миллион рз медленнее рдиосигнл. Отсюд вытекет любопытное следствие, сущность которого выясняется здчей: кто рньше услышит первый ккорд пинист, посетитель концертного зл, сидящий в 10 метрх от рояля, или рдиослуштель у ппрт, принимющий игру пинист у себя н квртире, в 100 километрх от зл?

Кк ни стрнно, рдиослуштель услышит ккорд рньше, чем посетитель концертного зл, хотя первый сидит в 10 000 рз дльше от музыкльного инструмент. В смом деле: рдиоволны пробегют 100-километровое рсстояние в

100 / 300 000= 1 / 3 000 секунды

Звук же проходит 10-метровое рсстояние в

10 / 340 = 1 / 34 секунды.

Отсюд видно, что передч звук по рдио потребует почти в сто рз меньше времени, чем передч звук через воздух.

Звук и пуля

Когд пссжиры жюль-вернов снряд полетели н Луну, они были оздчены тем, что не слышли звук выстрел колоссльной пушки, извергнувшей их из своего жерл. Инче и быть не могло. Кк бы оглушителен ни был грохот, скорость рспрострнения его (кк и вообще всякого звук в воздухе) рвнялсь всего лишь 340 м/сек, снряд же двиглся со скоростью 11 000 м/сек. Понятно, что звук выстрел не мог достичь ушей пссжиров: снряд обогнл звук[74].

А кк обстоит дело с нстоящими снрядми и пулями: движутся ли они быстрее звук или, нпротив, звук перегоняет их и предупреждет жертву о приближении смертоносного снряд?

Современные винтовки сообщют пулям при выстреле скорость, почти втрое большую, чем скорость звук в воздухе, — именно около 900 м в секунду (скорость звук при 0° рвн 332 м/сек). Првд, звук рспрострняется рвномерно, пуля же летит, змедляя быстроту своего полет. Однко в течение большей чсти пути пуля все же движется быстрее звук. Отсюд прямо следует, что если во время перестрелки вы слышите звук выстрел или свист пули, то можете не беспокоиться: эт пуля вс уже миновл. Пуля перегоняет звук выстрел, и если пуля порзит свою жертву, то последняя будет убит рньше, чем звук выстрел, которым послн эт пуля, достигнет ее ух.

Мнимый взрыв

Состязние в скорости между летящим телом и производимым им звуком зствляет нс иногд невольно делть ошибочные зключения, подчс совершенно не отвечющие истинной кртине явления.

Любопытный пример предствляет болид (или пушечный снряд), пролетющий высоко нд ншей головой. Болиды, проникющие в тмосферу ншей плнеты из мирового прострнств, облдют огромной скоростью, которя, дже будучи уменьшен сопротивлением тмосферы, все же в десятки рз больше скорости звук.

Прорезя воздух, болиды нередко производят шум, нпоминющий гром. Вообрзите, что мы нходимся в точке С (рис. 152), вверху нд нми по линии АВ летит болид. Звук, производимый болидом в точке А, дойдет до нс (в С) только тогд, когд см болид успеет уже переместиться в точку В; тк кк болид летит горздо быстрее звук, то он может успеть дойти до некоторой точки D и отсюд послть нм звук рньше, чем дойдет до нс звук из точки А. Поэтому мы услышим снчл звук из точки D и лишь потом звук из точки А. И тк кк из точки В звук придет к нм тоже позже, чем из точки D, то где-то нд ншей головой должн быть ткя точк К, нходясь в которой болид подет свой звуковой сигнл рньше всего. Любители мтемтики могут вычислить положение этой точки, если зддутся определенным отношением скорости болид и звук,

Рисунок 152. Мнимый взрыв болид.

Вот результт: то, что мы услышим, будет вовсе не похоже н то, что мы увидим. Для глз болид появится прежде всего в точке А и отсюд пролетит по линии АВ. Но для ух болид появится прежде всего где-то нд ншей головой в точке К, зтем мы услышим в одно время дв звук, зтихющие по противоположным нпрвлениям — от: К к А и от К к В. Другими словми, мы услышим, кк болид словно рсплся н две чсти, которые унеслись в противоположные стороны. Между тем в действительности никкого взрыв не происходило. Вот до чего обмнчивы могут быть слуховые впечтления! Возможно, что многие зсвидетельствовнные «очевидцми» взрывы болидов — именно ткого род обмны слух.

Если бы скорость звук уменьшилсь…

Если бы звук рспрострнялся в воздухе не со скоростью 340 м в секунду, горздо медленнее, то обмнчивые слуховые впечтления нблюдлись бы горздо чще.

Вообрзите, нпример, что звук пробегет в секунду не 340 м, , скжем, 340 мм, т. е. движется медленнее пешеход. Сидя в кресле, вы слушете рсскз вшего знкомого, который имеет привычку говорить, рсхживя взд и вперед по комнте. При обыкновенных обстоятельствх это рсхживние нисколько не мешет вм слушть; но при уменьшенной скорости звук вы ровно ничего не поймете из речи вшего гостя: звуки, прежде произнесенные, будут догонять новые и перемешивться с ними, — получится путниц звуков, лишення всякого смысл.

Между прочим, в те моменты, когд гость к вм приближется, звуки его слов будут достигть до вс в обртном порядке: снчл достигнут до вс звуки, только что произнесенные, потом звуки, произнесенные рнее, зтем — еще рнее и т. д., потому что произносящий обгоняет свои звуки и нходится все время впереди их, продолжя издвть новые. Из всех фрз, произнесенных при подобных условиях, вы могли бы понять рзве только ту, которой великовозрстный бурск некогд изумил юного Крся из «Бурсы» Помяловского[75]:

«Я иду с мечом, судия».

Смый медленный рзговор

Если вы думете, однко, что истиння скорость звук в воздухе — треть километр в секунду — всегд достточня быстрот, то сейчс измените свое мнение.

Вообрзите, что между Москвой и Ленингрдом вместо электрического телефон устроен обыкновення переговорня труб вроде тех телефонов, которыми соединяли рньше отдельные помещения больших мгзинов или которой пользовлись н проходх для сообщения с мшинным отделением. Вы стоите у ленингрдского конц этой 650-километровой трубы, вш друг — у московского. Здете вопрос и ожидете ответ. Проходит пять, десять, пятндцть минут, — ответ нет. Вы нчинете беспокоиться и думете, что с собеседником случилось несчстье. Но опсения нпрсны: вопрос еще не дошел до Москвы и нходится теперь только н половине пути. Пройдет еще четверть чс, прежде чем вш знкомый в Москве услышит вопрос и сможет дть ответ. Но и его реплик будет идти из Москвы в Ленингрд не менее получс, тк что ответ н свой вопрос вы получите только спустя чс.

Можете проверить рсчет: от Ленингрд до Москвы 650 км; звук проходит в секунду 1/3 км; знчит, рсстояние между городми он пробежит в 2160 с лишним секунд, или в 35 минут с небольшим. При тких условиях, рзговривя целый день с утр до вечер, вы едв успеете обменяться десятком фрз[76].

Скорейшим путем

Было, впрочем, время, когд дже и ткой способ передчи известий считлся бы очень быстрым. Сто лет нзд никто не мечтл об электрическом телегрфе и телефоне, и передч новости з 650 км в течение нескольких чсов признвлсь бы иделом быстроты.

Рсскзывют, что при короновнии цря Пвл I извещение о моменте нчл церемонии в Москве было передно в северную столицу следующим обрзом. Вдоль всего пути между обеими столицми были рсствлены солдты, в 200 м один от другого; при первом удре колокол собор ближйший солдт выстрелил в воздух; его сосед, услышв сигнл, ткже немедленно рзрядил ружье, з ним стрелял третий чсовой, — и тким обрзом сигнл был передн в Ленингрд (тогд Петербург) в течение всего трех чсов. Спустя три чс после первого удр московского колокол уже грохотли пушки Петропвловской крепости, н рсстоянии в 650 км.

Если бы звон московских колоколов мог быть непосредственно услышн в Ленингрде, то звук этот, кк мы уже знем, пришел бы в северную столицу с опозднием всего н полчс. Знчит, из трех чсов, употребленных н передчу сигнл, 2,5 чс ушло н то, что солдты воспринимли звуковое впечтление и делли необходимые для выстрел движения; кк ни ничтожно это промедление, все же из тысяч тких мленьких промежутков нкопилось 2,5 чс.

Сходным обрзом действовл в стрину оптический телегрф, передввший световые сигнлы до ближйшей стнции, которя в свою очередь передвл их длее. Системой световой передчи сигнлов нередко пользовлись в црское время революционеры для охрны собрний подпольщиков: цепь революционеров протягивлсь от мест собрния до помещения полиции и при первых тревожных признкх двл об этом знть собрнию вспышкми крмнных электрических фонриков.

Брбнный телегрф

Передч известий посредством звуковых сигнлов и теперь еще рспрострнен у первобытных обиттелей Африки, Центрльной Америки и Полинезии. Первобытные племен употребляют для этой цели особые брбны, с помощью которых передют звуковые сигнлы н огромное рсстояние: условный сигнл, услышнный в одном месте, повторяется в другом, передется тким же обрзом длее, — и в короткое время обширня облсть уведомляется о кком-либо вжном событии (рис. 153).

Во время первой воины Итлии с. Абиссинией все передвижения итльянских войск быстро стновились известными негусу Менелику; обстоятельство это приводило в недоумение итльянский штб, не подозреввший о, существовнии у противник брбнного телегрф.

Рисунок 153. Туземец островов Фиджи, переговривющийся с помощью брбнного «телегрф».

В нчле второй войны Итлии с Абиссинией подобным же обрзом был «опубликовн» изднный в Адис-Абебе прикз о всеобщей мобилизции: через несколько чсов он сделлся известен в смых отдленных селениях стрны.

То же смое нблюдлось и во время нгло-бурской войны: блгодря «телегрфу» кфров все военные известия с необыкновенной быстротой рспрострнялись среди обиттелей Кплэнд, н несколько суток опережя официльные донесения через курьеров.

По свидетельству путешественников (Лео Фробениус), систем звуковых сигнлов рзрботн у некоторых фрикнских племен тк хорошо, что их можно считть облдтелями телегрф, более совершенного, чем оптический телегрф европейцев, предшествоввший электрическому.

Вот что сообщлось об этом в одном журнле. Р. Гсельден, рхеолог Бритнского музея, нходился в городе Ибд, рсположенном в глубине Нигерии. Постоянный глухой брбнный бой непрерывно гудел днем и ночью. Однжды утром ученый услышл, что черные о чем-то оживленно переговривются. Н его рсспросы один сержнт ответил: «Большой корбль белых людей потонул; много белых погибло». Тково было известие, сообщенное н брбнном языке с побережья. Ученый не придл этому слуху никкого знчения. Однко через три дня он получил зпоздвшую (вследствие перерыв сообщения) телегрмму о гибели «Лузитнии». Тогд он понял, что негритянское известие было верно и что оно «прогремело» н брбнном языке через все земли от Кир до Ибды. Это было тем более удивительно, что племен, передвшие друг другу это сообщение, говорят н совершенно рзличных нречиях и некоторые из них в это время вели войны друг с другом.

Звуковые облк и воздушное эхо

Звук может отржться не только от твердых прегрд, но и от тких нежных обрзовний, кк облк. Более того, дже совершенно прозрчный воздух может при некоторых условиях отржть звуковые волны, — именно в том случе, когд он, по способности проводить звук, отличется почему-либо от остльной мссы воздух. Здесь происходит явление, сходное с тем, что в оптике нзывется «полным отржением». Звук отржется от невидимого препятствия, и мы слышим згдочное эхо, идущее неизвестно откуд.

Тиндль случйно открыл этот любопытный фкт, когд производил опыты с звуковыми сигнлми н берегу моря. «От совершенно прозрчного воздух получлось эхо, — пишет он. — Эхо шло к нм, словно по волшебству, от невидимых звуковых облков».

Звуковыми облкми знменитый нглийский физик нзывл те учстки прозрчного воздух, которые зствляют звук отржться, порождя «эхо от воздух». Вот что говорит он по этому поводу:

«Звуковые облк постоянно плвют в воздухе. Они не имеют ни млейшего отношения к обыкновенным облкм, к тумну или мгле. Смя прозрчня тмосфер может быть полн ими. Тким обрзом могут получться воздушные эхо; вопреки господствующему мнению, они могут происходить и при смой ясной тмосфере. Существовние тких воздушных эхо докзно нблюдениями и опытом. Они могут порождться воздушными токми, рзлично нгретыми или содержщими рзличное количество пр».

Существовние звуковых облков, непрозрчных для звук, объясняет нм некоторые згдочные явления, иногд нблюдемые во время сржений. Тиндль приводит следующий отрывок из воспоминний очевидц о фрнко-прусской войне 1871 г.:

«Утро 6-го числ предствляло полную противоположность с вчершним утром. Вчер был пронизывющий холод и тумн, не позволявший ничего видеть длее полумили. А 6-го было ясно, светло и тепло. Вчер воздух был нполнен звукми, сегодня црствовл тишин Аркдии, не знющей войны. Мы с изумлением смотрели друг н друг. Неужели бесследно исчез Приж, его форты, орудия, бомбрдировк?… Я поехл в Монморнси, откуд моим глзм открылсь обширня пнорм северной стороны Приж. Однко и здесь был мертвя тишин… Я встретил трех солдт, и мы нчли обсуждть положение вещей. Они готовы были допустить, что нчлись переговоры о мире, тк кк с смого утр не слышли ни одного выстрел…

Я отпрвился дльше в Гонесс. С изумлением узнл я, что гермнские бтреи энергично стреляли с 8 чсов утр. Н южной стороне бомбрдировк нчлсь около того же чс. Однко в Монморнси мы не слышли ни единого звук!… Все это звисело от воздух: сегодня он проводил звук тк же дурно, кк хорошо проводил вчер».

Сходные явления не рз нблюдлись и во время больших сржений 1914 — 1918 гг.

Беззвучные звуки

Есть люди, которые не слышт тких резких звуков, кк пение сверчк или писк летучей мыши. Люди эти не глухи; — их оргны слух в испрвности, и все же они не слышт очень высоких тонов. Тиндль — знменитый нглийский физик — утверждл, что некоторые люди не слышт дже чирикнья воробья!

Вообще нше ухо воспринимет длеко не все колебния, происходящие близ нс. Если тело совершет в секунду менее 16 колебний, мы звук не слышим. Если оно совершет более 15 — 22 тысяч колебний, мы тоже не слышим его. Верхняя грниц восприятия тонов у рзных лиц рзличн; у стрых людей он понижется до 6 тысяч колебний в секунду. Поэтому и происходит то стрнное явление, что пронзительный высокий тон, отчетливо слышимый одним лицом, для другого но существует.

Многие нсекомые (нпример, комр, сверчок) издют звуки, тон которых отвечет 20 тысячм колебний в секунду; для одних ушей эти тон существуют, для других — нет. Ткие нечувствительные к высоким тонм люди нслждются полной тишиной тм, где другие слышт целый хос пронзительных звуков. Тиндль рсскзывет, что нблюдл однжды подобный случй во время прогулки в Швейцрии со своим другом:

«Луг по обеим сторонм дороги кишели нсекомыми, которые для моего слух нполняли воздух своим резким жужжнием, но мой друг ничего этого не слышл: музык нсекомых лежл вне грницы его слух».

Писк летучей мыши целой октвой ниже пронзительного пения нсекомых, т. е. колебния воздух при этом вдвое менее чсты. Но попдются люди, для которых грниц восприятия тонов лежит еще ниже, и летучие мыши для них — существ безглсные.

Нпротив, собки, кк устновлено в лбортории кдемик Пвлов, воспринимют тон с числом колебний до 38 тысяч в секунду.

Ультрзвуки н службе техники

Физик и техник нших дней облдют средством создвть «беззвучные звуки» горздо большей чстоты, чем те, о которых мы сейчс говорили: число колебний может достигть в этих «сверхзвукх» («ультрзвукх») до 10 000 000 000 в секунду.

Один из способов получения ультрзвуковых колебний основн н свойстве плстинок, определенным обрзом вырезнных из кристлл кврц, при сжтии электризовться н своих поверхностях[77]; если же, ноборот, зряжть периодически поверхности ткой плстинки, то под действием электрических зрядов он попеременно сжимется и рсширяется, т. е. колеблется: получются ультрзвуковые колебния. Зряжют же плстинку с помощью употребляемого в рдиотехнике лмпового генертор, чстот которого подбирется в соответствии с тк нзывемым «собственным» периодом колебний плстинки[78].

Хотя ультрзвуки безмолвны для нс, они обнруживют свое действие иными, весьм ощутимыми проявлениями. Если, нпример, колеблющуюся плстинку погрузить в сосуд с мслом, то н поверхности жидкости, охвченной ультрзвуковыми колебниями, вспучивется горк в 10 см высоты, мсляные кпельки рзбрызгивются до высоты 40 см. Погрузив в ткую мсляную внну конец стеклянной трубки в метр длиной, мы ощутим в руке, держщей другой конец, сильнейший ожог, оствляющий следы н коже. Соприксясь с деревом, конец трубки, нходящийся в состоянии колебния, прожигет отверстие; энергия ультрзвуков преврщется в тепловую.

Ультрзвуки тщтельно изучются советскими и зрубежными исследовтелями. Эти колебния окзывют сильное действие н живой оргнизм: нити водорослей рзрывются, животные клеточки лопются, кровяные тельц рзрушются; мелкие рыбы и лягушки умерщвляются сверхзвукми в 1 — 2 минуты; темпертур тел испытуемых животных повышется, — у мыши, нпример, до 45°С. Ультрзвуковые колебния нходят себе применение в медицине; неслышные ультрзвуки рзделяют судьбу невидимых ультрфиолетовых лучей, придя н помощь врчевнию.

Особенно успешно применяются ультрзвуки в метллургии для обнружения неоднородностей, рковин, трещин и других недосттков в толще метлл. Метод «просвечивния» метлл ультрзвуком состоит в том, что испытуемый метлл смчивют мслом и подвергют действию ультрзвуковых колебний. Звук рссеивется неоднородными учсткми метлл, которые отбрсывют кк бы звуковую тень; очертние неоднородностей тк четко вырисовывется н фоне рвномерной ряби, покрывющей мсляный слой, что получющуюся кртину можно дже сфотогрфировть[79].

«Просветить» ультрзвуком можно метллическую толщу в целый метр и более, что совершенно недоступно для рентгеновского просвечивния; при этом обнруживются неоднородности весьм мелкие — до одного миллиметр. Несомненно, что перед сверхзвуковыми колебниями большя перспектив[80].

Голос лилипутов и Гулливер

В советском фильме «Новый Гулливер» лилипуты говорят высокими голосми, соответствующими мленьким рзмерм их гортни, великн — Петя — низким голосом. При съемке говорили з лилипутов взрослые ртисты, Петю игрл ребенок; кк же было достигнуто требуемое изменение в тоне голос? Я был не мло удивлен, когд режиссер Птушко скзл мне, что исполнителя говорили н съемке своими естественными голосми; изменение же тон достиглось в процессе съемки оригинльным приемом, основнным н физических особенностях звук.

Чтобы сделть голос лилипутов высокими, голос Гулливер низким, режиссер фильм зписывл голос ртистов, игрвших лилипутов, при змедленном движении ленты, голос же Пети, нпротив, при ускоренном ее движении. Н экрн кртин проектируется с нормльной скоростью. Нетрудно понять, что должно вследствие этого получиться. Голос лилипутов воспринимются слуштелем при учщенном против нормльного чередовнии звуковых колебний; от этого тон их должен повыситься. Голос же Пети, нпротив, воспринимется при змедленном чередовнии колебний и, знчит, должен понизиться в топе. В итоге лилипуты в «Новом Гулливере» говорят голосом, н квинту выше голос нормльного взрослого человек, см Гулливер — Петя — н квинту ниже нормльного тон.

Тк своеобрзно использовн был «луп времени» для звук. Это явление чсто нблюдется, когд птефоння плстинк проигрывется со скоростью, большей или меньшей, чем скорость зписи (78 об/мин или 33 об/мин).

Для кого ежедневня гзет выходит двжды в день?

Сейчс мы зймемся здчей, которя н первый взгляд никкого отношения ни к звуку, ни к физике не имеет. Тем не менее я попрошу вс уделить ей внимние: он поможет вм легче уяснить себе дльнейшее.

Вероятно, вы уже встречлись с этой здчей в одном из ее многочисленных видоизменений. Из Москвы во Влдивосток кждый полдень выходит поезд. И кждый полдень из Влдивосток в Москву ткже выходит поезд. Переезд длится, положим, 10 дней. Спршивется: сколько поездов дльнего следовния встретится вм во время путешествия из Влдивосток в Москву?

Чще всего отвечют: 10. Однко ответ непрвилен: вы встретите не только 10 поездов, которые выйдут из Москвы после вшего отбытия, но и те, которые к моменту вшего отъезд уже нходились в пути. Следовтельно, првильный ответ 20, не 10.

Длее. Кждый московский поезд везет с собой свежие номер гзет. И если вы интересуетесь новостями, вы, конечно, будете н стнциях усердно покупть гзеты. Сколько же свежих номеров гзеты купите вы з 10 дней пути?

Вс не зтруднит теперь првильный ответ: 20. Ведь кждый встречемый вми поезд везет новые номер, тк кк вы встретите 20 поездов, то номеров прочтете тоже 20. Но путешествуете вы всего 10 дней, знчит, бы будете читть ежедневную гзету двжды в день!

Вывод немного неожиднный, и вы, вероятно, не срзу поверили бы ему, если бы вм не случлось н прктике убеждться в его првильности. Вспомните хотя бы, что во время двухдневного переезд из Севстополя в Ленингрд вы успевли прочитть ленингрдские гзеты не з дв, з четыре дня: те дв номер, которые уже вышли в Ленингрде к моменту вшего отъезд, д еще дв номер, которые выходят в свет в течение двух дней пути.

Итк, вы знете уже, для кого ежедневные столичные гзеты выходят двжды в день: для пссжиров всех поездов, едущих в столицу.

Здч о провозных свисткх

Если вы облдете рзвитым музыкльным слухом, то зметили, вероятно, кк изменяется топ (не громкость, именно тон, высот) провозного свистк, когд встречный поезд проносится мимо вшего. Пок об поезд сближлись, тон был зметно выше того, который слышится вм, когд поезд удляются друг от друг. Если поезд идут со скоростью 50 км в чс, то рзниц в высоте звук достигет почти целого тон.

Отчего же это происходит?

Вм нетрудно будет догдться о причине, если вы вспомните, что высот тон звисит от числ колебний в секунду; сопоствьте же это с тем, что вы узнли при обсуждении предыдущей здчи. Свисток встречного провоз все время испускет один и тот же звук, с определенной чстотой. Но вше ухо воспринимет рзличное число колебний в звисимости от того, едете ли вы нвстречу, стоите ли вы н месте или удляетесь от источник колебний.

И подобно тому кк по пути в Москву вы читете ежедневную гзету чще рз в день, тк и здесь, приближясь к источнику звук, вы улвливете колебния чще, чем они исходят из свистк локомотив. Но здесь вы уже не рссуждете: вше ухо получет увеличенное число колебний, — и вы непосредственно слышите повышенный тон. Удляясь, вы получете меньшее число колебний — и слышите пониженный тон.

Если это объяснение не окончтельно убедило вс, попробуйте непосредственно проследить (конечно, мысленно) з тем, кк рспрострняются звуковые волны от свистк провоз. Рссмотрите снчл неподвижный провоз (рис. 154). Свисток производит воздушные волны, и мы рссмотрим для простоты только четыре волны (см. верхнюю волнистую линию): от неподвижного провоз они успеют рспрострниться в ккой-нибудь промежуток времени н одно и то же рсстояние по всем нпрвлениям. Волн № 0 дойдет до нблюдтеля А через столько же времени, кк и до нблюдтеля В; зтем до обоих нблюдтелей одновременно дойдет волн № 1, № 2, потом № 3 и т. д. Уши обоих нблюдтелей в секунду получют одинковое число толчков, и потому об услышт один и тот же тон.

Другое дело, если свистящий провоз движется от В к А (нижняя волнистя линия). Пусть в некоторый момент свисток нходится в точке С', з время, когд он испустил четыре волны, он уже успел дойти до точки D.

Теперь срвните, кк будут рспрострняться звуковые волны. Волн № 0, вышедшя из точки С', дойдет одновременно до обоих нблюдтелей А' и В'. Но четвертя волн, обрзоввшяся в точке D, дойдет до них уже не одновременно; путь DA' меньше пути DB', и следовтельно, к А' он дойдет рньше, чем к В'. Промежуточные волны — № 1 и № 2 — ткже придут в В' позже, чем в А', но промедление будет меньшее. Что же получется? Нблюдтель в точке А' будет чще воспринимть звуковые волны, нежели нблюдтель в точке В': первый услышит более высокий тон, нежели второй. Вместе с тем, кк легко видеть из чертеж, длин волн, бегущих в нпрвлении к точке А', будет соответственно короче волн, идущих к В'[81].

Рисунок 154. Здч о провозных свисткх. Вверху — звуковые волны, испускемые неподвижным провозом, внизу — движущимся.

Явление Доплер

Явление, которое мы только что описли, открыто было физиком Доплером и нвсегд остлось связнным с именем этого ученого. Оно нблюдется не только для звук, но и для световых явлений, потому что свет тоже рспрострняется волнми. Учщение волн (воспринимемое в случе звуковых волн кк повышение тон) воспринимется глзом кк изменение цвет.

Првило Доплер дет строномм чудесную возможность не только выяснить, приближется ли звезд к нм или удляется, но позволяет дже измерить скорость этого перемещения.

Помощь строному окзывет при этом боковое смещение темных линий, прорезывющих полосу спектр. Внимтельное изучение того, в ккую сторону и нсколько сдвинулись темные линии в спектре небесного светил, позволило строномм сделть целый ряд изумительных открытий. Тк, блгодря явлению Доплер мы знем теперь, что яркя звезд Сириус кждую секунду удляется от нс н 75 км. Эт звезд нходится от нс н тком неимоверно огромном рсстоянии, что удление дже н миллирды километров не изменяет зметно ее видимой яркости. Мы, вероятно, никогд не узнли бы о движении этого светил, если бы нм не помогло явление Доплер.

С порзительной нглядностью скзывется н этом примере то, что физик есть нук поистине всеобъемлющя. Устновив зкон для звуковых волн, достигющих в длину нескольких метров, он применяет его к исчезюще мленьким световым волнм, длиной всего в несколько десятитысячных долей миллиметр, и пользуется этим зннием, чтобы измерять стремительные движения гигнтских солнц в неимоверных длях мироздния.

История одного штрф

Когд Доплер впервые (в 1842 г.) пришел к мысли, что взимное сближение или удление нблюдтеля и источник звук или свет должно сопровождться изменением длины воспринимемых звуковых или световых волн, он выскзл смелое сообржение, что именно в этом кроется причин окрски звезд. Все звезды, думл он, сми по себе белого цвет; кжутся же многие из них окршенными потому, что они быстро движутся по отношению к нм. Быстро приближющиеся белые звезды посылют земному нблюдтелю укороченные световые волны, порождющие ощущение зеленого, голубого или фиолетового цветов; нпротив, быстро удляющиеся белые звезды кжутся нм желтыми или крсными.

Это был оригинльня, но безусловно ошибочня мысль. Для того чтобы глз мог зметить изменение окрски звезд, обусловленное движением, ндо было бы прежде всего нделить звезды огромными скоростями — порядк десятков тысяч километров в секунду. Но и это окзлось бы недостточным: дело в том, что одновременно с преврщением, нпример, голубых лучей приближющейся белой звезды в фиолетовые лучи зеленые преврщются в голубые, место ультрфиолетовых зступют фиолетовые, крсных — инфркрсные; словом, соствные чсти белого свет остются в нличности, тк что, несмотря н общий сдвиг всех цветов спектр, глз не должен был бы зметить никкого изменения общей окрски.

Другое дело — сдвиг темных линий в спектре звезд, движущихся по отношению к нблюдтелю: эти перемещения хорошо улвливются точными инструментми и позволяют определять скорость движения звезд по лучу зрения. (Хороший спектроскоп устнвливет скорость звезды, рвную дже 1 км в секунду.)

Зблуждение Доплер вспомнилось знменитому физику Роберту Вуду, когд полисмен готовился однжды оштрфовть его з то, что он не остновил своего быстро мчвшегося втомобиля, несмотря н крсный сигнл. Вуд, кк рсскзывют, стл тогд уверять блюстителя порядк, что при быстрой езде нвстречу сигнлу крсный цвет воспринимется кк зеленый. Будь полисмен сведущ в физике, он мог бы рссчитть, что для опрвдния слов ученого втомобиль должен был мчться с совершенно невероятной скоростью 135 млн. км в чс.

Вот этот рсчет. Если через l обознчить длину волн свет, испускемого источником (в днном случе сигнльным фонрем), через l' — длину волн, воспринимемых нблюдтелем (профессором в втомобиле), через v — скорость втомобиля, через с — скорость свет, то звисимость между этими величинми, устновлення теорией, тков:

l / l' = 1 + v / c.

Зня, что смя короткя из волн, отвечющя крсному цвету, рвн 0,0063 мм, смя длиння волн зеленого цвет рвн 0,0056 мм, подствляем эти знчения в формулу; скорость свет нм ткже известн:

300 000 км/сек. Имеем:

0,0063 / 0,0056 = 1+ v / 300 000, откуд скорость втомобиля

v = 300 000 / 8= 7500 км в секунду, или 135 000 000 км в чс. При ткой быстроте Вуд в течение чс с небольшим отъехл бы от полисмен дльше, чем до Солнц. Говорят, что его все-тки оштрфовли «з превышение дозволенной скорости».

Со скоростью звук

Что услышли бы вы, если бы удлялись от игрющего оркестр со скоростью звук?

Человек, едущий из Ленингрд н почтовом поезде, видит н всех стнциях у гзетчиков одни и те же номер гзет, именно те, коnорые вышли в день его отбытия. Это и понятно, потому что номер гзет едут вместе с пссжиром, свежие гзеты везутся поездми, идущими позди. Н этом основнии можно, пожлуй, зключить, что, удляясь от оркестр со скоростью звук, мы будем все время слышть одну и ту же ноту, которую оркестр взял в нчльный момент ншего движения.

Однко зключение это неверно; если вы удляетесь со скоростью звук, то звуковые волны, оствясь относительно вс в покое, вовсе не удряют в вшу брбнную перепонку, следовтельно, вы не можете слышть никкого звук. Вы будете думть, что оркестр прекртил игру.

Но почему же срвнение с гзетми привело к другому ответу? Д просто потому, что мы непрвильно применили в днном случе рссуждение по сходству (нлогию). Пссжир, встречющий всюду одни и те же номер гзет, вообрзит (т. е. мог бы вообрзить, если бы збыл о своем движении), что выпуск новых номеров в столице вовсе прекртился со дня его отъезд. Для него гзетные издтельств прекртили бы свое существовние, кк прекртилось бы существовние звук для движущегося слуштеля. Любопытно, что в этом вопросе могут иногд зпутться дже ученые, — хотя, в сущности, он не тк уж сложен. В споре со мной — я был тогд еще школьником — один строном, ныне покойный, не соглшлся с тким решением предыдущей здчи и утверждл, что, удляясь со скоростью звук, мы должны слышть все время один и тот же тон. Он докзывл свою првоту следующим рссуждением (привожу отрывок из его письм);

«Пусть звучит нот известной высоты. Он звучл тк с двнего времени и будет звучть неопределенно долго. Нблюдтели, рзмещенные в прострнстве, слышт ее последовтельно и, допустим, неослбно. Почему же вы не могли бы ее слышть, если бы с быстротою звук или дже мысли перенеслись н место любого из этих нблюдтелей?»

Точно тк же докзывл он, что нблюдтель, удляющийся от молнии со скоростью свет,убудет все время непрерывно видеть эту молнию:

«Предствьте себе, — писл он мне, — непрерывный ряд глз в прострнстве. Кждый из них будет получть световое впечтление после предыдущего; предствьте, что вы мысленно и последовтельно можете побывть н месте кждого из этих глз, — и очевидно, вы все время будете видеть молнию».

Рзумеется, ни то ни другое утверждение не верно: при укзнных условиях мы не услышим звук и не увидим молнии. Это видно, между прочим, из формулы н стр. 269; если в ней положить v = -с, длин воспринимемой волны l' получется бесконечной, что рвносильно отсутствию волн.

* * *

«Знимтельня физик» кончен. Если он возбудил в читтеле желние поближе познкомиться с необъятной облстью той нуки, откуд почерпнут эт пестря горсть простейших сведений, то здч втор выполнен, цель достигнут, и с чувством удовлетворения ствит он последнюю точку после слов «конец».