Занимательная физика. Книга 2
Яков Перельман

Общественное достояние. Источник: https://archive.org/details/10izd-perelman-physics2
Библиотека VITON13 SCHOOL · school.viton13.com

Часть 1

И, : и „ 3 # / мт у ИТ и р :

т,

А

НАС

хизмк

й# #, А $

П% {2

КАБ

а

КНИГА ВТОРА

И

ПРЕДИСЛОВИЕ

Это сочинение представляет самостоятельный сборник, не являющийся прямым продолжением первой книги „Занимательная физика“; книга названа „второю“” потому лишь, что написана позднее первой. Успех первого сборника побудил автора обработать остальной накопившийся у него материал, и таким образом составилась эта вторая или, вернее, другая книга, обнимающая те же отделы физики.

`В предлагаемой книге, как и в первой, составитель стремится не столько сообщить новые знания, сколько оживить и освежить те простейшие сведения по физике, которые у читателя уже имеются. Цель книги—возбудить деятельность научного воображения, приучить мыслить в духе физики и развить привычку к разностороннему применению своих знаний. Поэтому в „Занимательной физике“ отводится описанию эффектных опытов второстепенное место; на первый же план выдвигаются физические головоломки, интересные задачи, поучительные парадоксы, замысловатые вопросы, нержиданные сопоставления из области физических явлений и т. п. В поисках за таким материалом составитель обращается к кругу явлений обыденной жизни, к области техники, „к простору природы, к страницам научно-фантастических романов,-——словом, ко всему, что; находясь за пределами учебника и физического кабинета, способно привлечь внимание любознательного читателя.

ты 3

Предназначая книгу не для изучения, а для чтения, составитель старался, насколько умел, придавать изложению и внешне-интересную форму, исходя из того, что интерес к предмету повышает внимание, усиливает работу мысли и, следовательно, способствует более сознательному усвоению. я

В настоящем, 10-м, издании читатель найдет многочисленные новые вставки и ряд новых иллюстраций— результат переработки текста, который весь тщательно проверен и всюду, где оказалось необходимым, освежен новыми сведениями. Рецензентам и читателям, облегчившим этот труд своими указаниями, автор выражает свою глубокую признательность.

чНЕРЕЗЕЕЕНЕНС ЕЕ ви охииееокутирепрысир, о ое ЕВЕНЕАЕНЕЕТООЕСЕВЕЕЕЛИУ ОБЕ ЕЕ ЧЕЕДИЕИЕЕАЕТЕЕИЕВ" ЕЕ реаиеиаБЕНЫЯ, ине оавейжси ели ЕДИМ ЕР ЕИНИКиЕАЛЕИЕТЕЕ ЕЕ? ЕЯ ЕЛЕ ЕЕ реет ЕЕЕНЕ Рек ЕТ ВНЕ ис рииченыкетка Е ЕЕТЕЕ иене ереси э

`

ПТ

сч

ГЛАВА ПЕРВАЯ ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ МЕХАНИКИ

САМЫЙ ДЕШЕВЫЙ СПОСОБ ПУТЕШЕСТВОВАТЬ

Остроумный французский писатель ХУП века Сирано де Бержерак в своей сатирической „Истории государств на Луне“ (1652 г.) рассказывает, между прочим, о таком, будто бы происшедшем с ним удивительном случае. Занимаясь однажды физическими опытами, он вдруг непостижимым образом был поднят вместе со своими склянками высоко на воздух. Когда же через несколько часов ему удалось спуститься вновь на землю, то, к изумлению, очутился он уже не в родной Франции.и даже не в Европе, а на материке Северной Америки, в Канаде! Свой неожиданный перелет через Атлантический океан французский писатель, однако, находит вполне естественным. Он объясняет его тем, что, пока невольный путешестввеник был отделен от земной поверхности, планета наша продолжала попрежнему вращаться на восток; вот почему, когда он опустился,—под ногами его, вместо Франции, очутился уже материк Америки...

Казалось бы, какой дешевый и простой способ путешествовать! Стоит только подняться над Землей и продержаться в воздухе хотя бы несколько минут, чтобы опуститься уже совершенно в другом месте, далеко к западу. Вместо того, чтобы предпринимать утомительные путешествия через материки и океаны, можно неподвижно висеть над Землей и выжидать, пока она сама подставит путнику место назначения.

К сожалению, удивительный способ этот не более, как фантазия. Во-первых, поднявшись в воздух, мы, в сущности, не отделяемся еще от земного шара: мы остаемся связанными с его газообразной оболочкой, висим в его атмосфере, которая тоже ведь участвует во вращении Земли вокруг оси. Воздух— вернее, его няжние, более плотные слои—вращается вместе с Землей, увлекая с собой все, что в нем находится: облака, аэропланы» всех летящих птиц, насекомых и т. д. Еслн бы воздух не участвовал во вращении земного шара, то, стоя на Земле, мы постоянно чувствовали бы сильнейший ветер, по сравнению с которым самый страшный ураган должен считаться нежным дуновением.'! Ведь совершенно безразлично: мы ли стоим на месте, а воздух движется мимо нас, или же, наоборот, воздух неподвижен, а мы перемещаемся в нем; в обоих случаях мы ощущаем одинаково сильный ветер. Автомобилист, мчашийся со скоростью 100 км в час, чувствует сильнейший ветер даже в совершенно тихую погоду.

Это во-первых. Во-вторых, если бы даже мы могли подняться в высшие слои атмосферы, или если бы Земля

1 Скорость урагана—40 м в секунду. Земной же шар на широте. например, Ленинграда проносил бы нас через воздух со скоростью 230 м в секунду!

вовсе не была окружена воздухом, нам и тогда не удалось бы воспользоваться тем дешевым способом путешествовать, о котором фантазировал французский сатирик. В самом деле: отделяясь от поверхности вращающейся Земли, мы продолжаем по инерции двигаться с прежнею скоростью, т. е. с тою же, с какой перемещается под нами Земля. Когда же мы снова опускаемся вниз, мы оказываемся в том самом месте, от которого раньше отделились, подобно тому, как, подпрыгнув в вагоне движущегося поезда, мы опускаемся на прежнее место. Правда, мы будем двигаться по инерции прямолинейно (по касательной), а место под нами — по дуге; но для небольшнх промежутков времени это почти не меняет дела.

„ЗЕМЛЯ, ОСТАНОВИСЫ!“

У современтого английского романиста Герберта Уэллза есть фантастический рассказ о том, как некий конторщик творил чудеса. Весьма недалекей молодой еловек оказался волею судьбы обладателем удивительного дара: стоило ему высказать какое-нибудь` пожелание—и оно немедленно же исполнялось. Однако заманчивый дар, как оказалось, не принес ни его обладателю, ни другим людям начего, кроме неприятностей. Для нас поучителен конец этой истории.

После затянувшейся ночной попойки конторщик-чудодей, опасаясь явиться домой на рассвете, вздумал воспользоваться своим даром, чтобы продлить ночь. Как это сделать? Надо приказать светилзм неба приостановнть свой бег. Конторщик не сразу решился на такой необычайный подвиг, и когда приятель посоветовал ему остановить Луну, он, внимательно поглядев на нсе, сказал в раздумьи:

„— Мне кажется, оиа слишком далека для этого... Как вы полагаете?

„— Но почему же не попробовать?— настаивал Мейдиг (так звали приятеля).—Она, конечно, не остановится, вы только прекратите вращеиие Земли. Надеюсь, это никому не повредит!

„— Гм,—сказал Фотерингей (конторщик).—Хорошо, попробую, Ну...

„Он стал к повелительную позу, простер руки над миром и торжественно произнес:

„— Земля, остановись! Перестань вращаться!

„Не успел он договорить этих слов. как приятели уже летели в пространстве со скоростью нескольких дюжин миль в минуту.

„Несмотря на это, он продолжал думатв. Меиьше чем в секуиду он успел и подумать и высказать про себя следующее пожелание:

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

„Нельзя не признать, что желание это было высказано во-время, так как костюм Фотерингея, вследствие трення о воздух, начал уже загораться. 1 Еще несколько секунд,— и он упал на какую-то свежевзрытую землю, а вокруг него, не принося ему никакого вреда, неслись камни, обломки зданий, металлические предметы разного рода; летала и какая-то несчастная корова, разбившаяся при ударе о землю- Ветер дул с страшною силою; он не мог бы даже приподнять голову, чтобы оглянуться вокруг.

„— Непостижимо!—воскликнул он прерывающимся голосом.-Что случилось? Буря, что ли? Должно быть, я что-нибудь не так сделал!

„Осмотревшись, насколько позволяли ему ветер и развевавшиеся фалды пиджака, он продолжал:

„— На небе-то, кажется, все в порядке. Вот и Луна. Ну, а все остальное... где же город? Где дома и улицы? Откуда, взялся ветер? Я не приказывал быть ветру.

„Фотерингей попробовал встать на ноги, но это оказалось совершенно невозможным, и потому он подвигался вперед на четвереньках, придерживаясь за камни и выступы почвы. Итти, впрочем, было некуда, так как, насколько можно было видеть из-под фалд пиджака, закннутых ветром на голову пресмыкающегося чудодея, все кругом представляло собою одну картину разрушения.

„Что-то такое во вселенной серьезно испортилось, — подумал он,— а что именно—неизвестно“.

„Действительно, испортилось. Ни домов, ни деревьев, ни какихлибо жнвых существ—ничего не было видно. Только бесформенные

1) Не забудем, что он двигался относительно воздуха со скоростью револьверной пули.

2=->.тИны да разнородные обломки валялись кругом, едва видиые среди целого урагана пыли.

„Виновник всего этого не понимал, конечно, в чем дело. А между тем, оно объяснялось очень просто. Остановив Землю сразу, Фотерингей не подумал об инерции, а между тем она при внезапной остановке кругового движения неминуемо должна была сбросить © поверхности Земли все на ней находящееся. Вот почему дома, люди, деревья, животные-—вообще все, что только не было неразрывно связано с главной массой земного шара, полетело по касательной к его поверхности со скоростью пули. А зэ=тем все это вновь падало на Землю, разбиваясь вдребезги.

„Фотерингей понял, что чудо, им совершевное, ие особенно удачно. А потому им овладело глубокое отвращение ко всяким чудесам, и он дал себе слово не творить их больше. Но прежде нужно было поправить беду, которую он наделал. Беда эта оказалась не малою. Буря свирепела, облака пыли закрыли Луну, и вдали слышен был шум приближающейся воды; Фотерингей видел даже, при свете молнии, целую водяную стену, со страшной скоростью надвигавшуюся к тому месту, на котором он лежал.

„Он стал решительным.

„— Стой вскричал он, обращаясь к воде.—Ни шагу далее!

„Затем повторил то же распоряжение грому, молнии и ветру.

„Все затихло-

„Присев на корточки, он задумался.

„Как бы это опять не наделать какой-нибудь кутерьмы“, подумал он и затем сказал: — Во-первых, когда исполнится все, что Я сейчас прикажу, пусть я потеряю способность творить чудеса и буду таким же, как обыкновенные люди. Не надо чудес. Слишком опасная игрушка. А во-вторых, пусть все будет по-старому: тот же город, те же люди, гакие же дома, и Я сам такой же, каким был тогда“.

ПИСЬМО С АЭРОПЛАНА

Вообразите, что вы находитесь на аэроплане, который быстро несется над землей. Внизу— знакомые места Сейчас вы пролетите над садом, где живет ваш приятель. „Хорошо бы послать ему весточку“, мелькает у вас в уме. Быстро набрасываете вы несколько слов на листке записной книжки, привязываете записку к камню и, выждав момент, когда сад оказывается как-раз под.

вами, роняете камень.

Вы в полной уверенности, конечно, что камень упадет в сад. Однако, он падает вовсе не туда, хотя сад расположен прямо под вами!

Следя за его падением с аэроплана, вы увидели бы странное явление: каменьопускается вниз, но в то же время продолжает оставаться под аэропланом, словно скользя по привязанной к нему невидимой нити. И когда камень достигнет земли, он будет находиться далеко впереди того места, которое вы наметили.

`

Здесь проявляется тот же закон инерции, который мешает нам воспользоваться соблазнительным советом

#4

путешествовать по способу Бержерака. Пока камень был на аэроплане, он несся вместе ются, —и в результате камень летит вниз по кривой линии, оставаясь все время под аэропланом (если только, конечн”, сам аэроплан внезапно не изменит направления или скорости своего полета). Камень летит, в сущности, так же, как горизонтально брошенное тело,— например, пуля, выброшенная из горизонтально направленного ружья: тело описывает дугообразный путь, упирающийся в землю.

Уклонение от отвесной линии может быть очень значительно, если аэроплан летит высоко и с большею скоростью. В безветренную погоду камень, брошенный с аэроплана, который на высоте 1000 м летит со скоростью

Гис. 3. Путь, по которому падают б0м- 100 км в час, упа- бы, сброшенные с аэроплана: АЁРЬ—в без- — тном дает метров на 400 ветренную погоду; АС — при попу - ветре: АД’— при встречном ветре; АЁ— впереди места, ле- при ветре, встречном вверху и попутном

- — скожа-гего отвесно под ВНИЗУ; АС—при встречном ветре, С рость которого почти равна скорости аэропланом (рис. 2). аэроплана. Расчет несложен. С высоты 1000 метров камень должен падать (если пренебречь сопротивлением воздуха) в течение

За это время он успеет переместиться в горизонтальном направлении на

Же Хх 14 = 390 метр.

БОМБОМЕТАНИЕ

После сейчас сказанного становится ясным, как трудна задача военного летчика, которому поручено сбросить бомбу над определенным местом: ему приходится принимать в расчет и скорость аэроплана, и условия падения тяжелого тела в воздухе, и, кроме того, еще скорость ветра. На нашем рис. 3 схематически представлены различные пути, описываемые сброшенной бомбой при тех или иных условнях. Если ветра нет, уроненная бомба летит по кривой АР; почему так‚—мы объяснили в предыдущей статейкё. При попутном ветре бомба относится вперед и движется по кривой АС. При встречном ветре умеренной силы бомба. падает по кривой Ар, если ветер вверху и внизу одинаков; если же, как часто бывает, ветер вннзу имеет направление, противоположное верхнему ветру (наверху встречный, внизу—попутный), кривая падения изменяет свой вид и принимает форму линии АЕ. Можно представить себе случай, когда скорость встречного ветра близка к скорости самого аэроплана (т. е. аэроплан почти неподвижен по отношению к земной поверхности): тогда бомба падает по почти отвесной линии АС. Практически летчнку с таким случаем не приходится встречаться, так как при ветре 100 км в час аэропланы не вылетают.

БЕЗОСТАНОВОЧНАЯ ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА

Когда вы стоите на неподвижной платформе вокзала, ‚и мимо нее проносится курьерский поезд, то вскочить в вагон на ходу, конечно, мудрено. Но представьте, что платформа под вами тоже движется, притом с такою же скоростью и в ту же сторону, как и поезд. Трудно ли будет вам тогда войтн в вагон?

Нисколько: вы войдете так же спокойно, как если бы вагон стоял неподвижно. Раз и вы, и поезд движетесь в одну сторонус одинаковой скоростью, то по отношению к вам поезд находится в’ полном покое. Правда, колеса его врашаются, но вам будет казаться, что они вертятся на месте. Строго говоря, и все те предметы, которые мы обычно считаем неподвижными, —например, поезд, стоящий у вокзала,— движутся вместе с нами вокруг оси земного шара и вокруг Солнца; однако на практике мы с этим движением нисколько не считаемся. !

Следовательно, вполне мыслимо устроить так, чтобы

поезд, проходя мимо станций, принимал Й высаживал пассажиров на полном ходу, не останавливаясь.

Приспособления такого рода нередко устраиваются на выставках, чтобы дать публике возможность быстро и удобно осматривать их достопримечательности, раскинутые на обширном пространстве. Крайние пункты выставочной площади, словно бесконечной лентой, соединяются железной- дорогой; пассажиры могут в любой момент и в любом месте входить в вагоны и выходить из них на полном ходу поезда.

1 Ср. „Занимательную механику“ того же автора (гл. 1),

Это любопытное устройство показано на прилагаемых чертежах. На рисунке 4-м буквами Д и В отмечены крайние станции. На каждой станции помещается круглая неподвижная площадка, окруженная большим врашающимся кольцеобразным диском. Вокруг вращающихся дисков обеих станций обходит канат, к которому прицеплены вагоны. Теперь последите, что происходит при вращении д-ска. Вагоны бегают вокруг дисков с такою же скоростью, с какою врашаются их внешние края; следовательно, пассажиры без малейшей опасности могут переходить с дисков в вагоны или, наоборот, покидать поезд. Выйдя из вагона, пассажир идет по вращающемуся диску к центру круга, пока не дойдет до неподвижной площадки; а перейти с внутреннего края подвижного диска на неподвижную площадку уже не трудно, так как здесь, при малом радиусе круга, весьма мала и окружная скорость !. Достигнув внутренней, неподвижной площадки, пассажиру остается лишь перебраться по мостику на землю вне железной дороги (рис. 5). Отсутствие частых остановок дает огромный выигрыш во времени и затрате силы. В городских трамваях, например, большая часть времени и почти *|, всей энергии

тратится на постепенное ускорение движения при отходе со станции и на замедление при остановках А.

' Легко понять, что точки внутреннего края движутся значительно медленнее, нежели точки наружного края, так как в одно и то же время описывают гораздо меньший круговой путь.

? Потеря энергии на торможение может быть избегнута, если

14%.

———————ы—ы—ы————б

На станциях железных дорог можно было бы обо—тись даже без специальных подвижных платформ, чтобы принимать и высаживать пассажиров на полном ходу поезда. Вообразите, что мимо обыкновенной неподвижной станции пролосится курьерский поезд; мы желаем, чтобы он, не останавливая`ь, принял здесь новых пассажиров. Пусть же эти пассажиры займут пока места в другом поезде, стоящем на запасном параллельном пути, н пусть этот поезд начнет двигаться вперед, развивая ту же скорость, что и курьерский. Когда оба поезда окажутся рядом, они будут словно неподвижны один относительно другого: достаточно перекинуть мостки, которые соединяли бы вагоны обоих поездов, —и пассажиры вспомогательного поззда смогут спокойно. перейти в курьерский. Остановки на станциях сделаются, как виднте, излятними.

„Такова теория. Осуществление этого проекта на практике, вероятно, очень хлопотливо; потому-то такие приспособления нигде еще не устраивались“, — писал я в предшествующих изданиях „Занимательной физики“. Но с 1924 г. я могу уже добавить, что высказанный проект осушествлен в Америке и именно в том самом виде, в каком он сейчас был изложен: на железнодорожных станциях устраивается параллельный путь в 1—2 км длины, по которому ходят трамвайные вагоны, принимающие и высаживающие пассажиров курьерского поезда на полном ходу. Что в 1922 году было только темой для изобретателей, то в 1924-м уже претворилось в жизнь. Поучительный факт для тех, кто в рассмотрении научных фантазий склонен видеть лишь бесплодную игру ума. . - при торможении переключать электромоторы вагоиа таким образом, чтобы они работали уже как динамомашнны, возврашая ток в сеть. В Нарлогтенбурге (предместье Берлина) благодаря этому расход энергии для трамвайного движения снижен на 30%],

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ КАТАСТРОФ

Интересным примером использования закона относительного движения может служить патентованное недавно на Западе приспособление, помощью которого изобретатель надеется предотвращать столкновения автомобилей с поездами в местах скрещения шоссе с жел.- дор. полотном. У переездов устраивается особая въездная площадка, настил которой при приближении поезда начинает автоматически двигаться назад на роликах, подобно бесконечному ремню. Скорость движения настила превышает наибольшую скорость автомобиля; поэтому автомобиль, оказавшийся на такой движущейся площадке, будет отнесен ею назад, как бы велика ни была его скорость. После прохода поезда движение настила прекращается — и автомобиль беспрепятственно проносится через полотно.

УЛИЦЫ БУДУЩЕГО

На том же законе относительного движения основано и другое приспособление, применявшееся до сих пор

НЕПОДВИЖНОЕ ПОдОТНО УаиЦы

только ва выставках: так называемые „движущиеся тротуары“. Впервые они были осуществлены на выставке в Чикаго в 1893 г., затем на Парижской Всемирной выставке в 1900 г.

жают друг друга просто потому, что приложены к розным телам: одна — к телеге, другая — к лошади. Силы равны, да,—но разве одинаковые силы всегда производят одинаковые действия? Разве равные силы сообщают всем телам равные скорости (ускорения)? Разве действие силы на тело не зависит от самого тела, от величины того сопротивления, которое тело оказывает силе?

Если подумаете об этом, вам станет ясно, почему лошадь увлекает телегу, хотя телега тянет ее обратно с такою же силою. Сила, действующая на телегу, и сила, действующая на лошадь, равны; но так как телега свободно перемещается на колесах, лошадь же упирается в землю, то понятно, почему телега катится в сторону лошади. Подумайте и о том, что если бы телега не оказывала противодействия движущей силе лошади, то можно было бы обойтись и без лошади: самая слабая сила должна была бы привести телегу в движение. Лошадь затем только и нужна, чтобы преодолевать противодействие телеги.

Все это усваивалось бы лучше и порождало бы меньше недоумений, если бы закон высказывался не в обычной краткой форме: „действие равно противодействию“, а, например, так: „сила противодействующая равна силе действующей“. Ведь здесь именно только силы равны, — действия же (если понимать — как обычно понимают — под „действием силы“ перемещение [гела) обыкновенно не бывают равны, потому что силы приложены к разным телам.

Даже падение тел строго подчиняется закону противодействия. Яблоко падает на землю оттого, что его притягивает земной шар; но с точно такою же силою и яблоко притягивает к себе всю нашу планету. Строго говоря, яблоко и Земля падают друг на друга, но скорость этого падения различна для яблока и для Земли. Равные силы взаимного притяжения сообщают яблоку ускорение в 10 м, а земному шару—во столько раз меньшее, во сколько раз масса Земли превышает массу яблока. Конечно, масса земного шара в неимоверное число раз больше массы яблока, и потому Земля получает перемещение настолько ничтожное, что практически его можно считать равным нулю. Оттого-то мы и говорим, что яблоко падает на Землю, вместо того, чтобы сказать: „яблоко и Земля падают друг на друга“. !

ОТЧЕГО ПОГИБ СВЯТОГОР-БОГАТЫРЬ?

Помните народную былину о Святогоре-богатыре, который вздумал поднять Землю? Архимед, если верить преданию, тоже готов был совершить такой же подвиг и искал лишь точки опоры для своего рычага. Но Святогор был силен и без рычага. Он искал лишь, за что ухватиться, к чему приложить богатырские руки. „Как бы я тяги нашел, так бы я всю землю поднял!“ Случай представился: богатырь нашел на земле „сумочку переметную“, которая „не скрянется, не сворохнется, не подымется“.

Слезает Святогор с добра коия,

Ухватил ои сумочку обема рукама, Подиял сумочку повыше колен:

И по колена Святогор в землю угряз,

А по белу лицу не слезы, а кровь течет. Где Святогор угряз, тут и встать ие мог. Тут ему было и коичение.

Если бы Святогору был известен закон действия и противодействия, он сообразил бы, что раз он упирается ногами в землю, то богатырская сила его, приложенная к земле, вызовет равную, а следовательно столь же колоссальную противодействующую силу, которая может втянуть его самого в землю.

+ О законе противодействия см. также „Занимательную механику“ того же автора (гл. Г).

Во всяком случае, из былины видно, что народная наблюдательность давно подметила противодействие, оказываемое землей, когда на нее опираются. Народ бессознательно применял закон противодействия за тысяче летие до того, как Ньютон впервые провозгласил его в своей бессмертной книге „Математические основы натуральной философии“ (т. е. физики)-

МОЖНО ЛИ ДВИГАТЬСЯ БЕЗ ОПОРЫ?

При ходьбе мы отталкиваемся ногами от земли или от пола; по очень гладкому полу или по льду, от которого нога не`может оттолкнуться, ходить нельзя. Паровоз при движении отталкивается „ведущими“ колесами от рельсов: если рельсы смазать маслом, паровоз останется на месте. Пароход отталкивается от воды лопастями винта. Аэроплан отталкивается от воздуха также при помощи винта — пропеллера. Словом, в какой бы среде ни двигался предмет, он опирается о нее при своем перемещении. Но может ли тело двигаться, ие имея никакой опоры вне себя?

Казалось бы, стараться осуществить такое движение все равно, что желать самого себя поднять за волосы. Между тем именно такое будто бы невозможное движе“ ние часто происходит на наших глазах. Правда, тело не может привести себя целиком в движение одними внут” ренними силами, но оно может заставить некоторую часть своего вещества двигаться в одну сторону, остальную же — в противоположную. Сколько раз видели вы летяшую ракету, а задумались ли над вопросом: почему она летит? В ракете мы имеем наглядный пример как раз того рода движения, которое нас сейчас интересует.

ПОЧЕМУ ВЗЛЕТАЕТ РАКЕТА?

Даже среди людей, проходивших физику, случается нередко слышать совершеино превратное объяснеиие по- лета ракеты: она летит будто бы потому, что своими газами, образующимися при горении в ней пороха, отталкивается от воздуха. Так думали в старину (ракеты-—-давнее изобретение), и это мнение разделязтся большинством и теперь. Однако, если бы пустить ракету в безвоздушном пространстве, она полетела бы не хуже, а даже лучше, чем в воздухе. Истинная причина движения ракеты совершенно иная. Очень понятно и просто изложил ее революционер - первомартовец Кибальчич в предсмертной своей записке об изобретенной им летательной машине. Объясняя устройство боевых ракет, он писал:

„В жестяной цилиндр, закрытый с одного основания и открытый с другого, вставляется плотно цилиндр из прессованного пороха, имеющей по оси пустоту в виде канала. Горение пороха начинается с поверхности этого канала и распространяется в течение определенного промежутка времени к наружной поверхности прессованного пороха; образующиеся при горении пороха газы производят давление во все стороны; но боковые давления газов взаимно уравновешиваются, давление же на дно жестяной оболочки пороха, не уравновешенное противоположным давлением (так как в эту сторону газы имеют свободный выход) толкает ракету вперед по тому направлению, на когором она была установлена в станке до зажигания“.

Здесь происходит то же, что и при выстреле из пушки: ядро летит вперед, а сама пушка отталкивается назад. Вспомните „отдачу“ ружья и всякого вообще огнестрельного оружия! Если бы пушка висела в воздухе, на на что не опираясь, она после выстрела двигалась бы назад с некоторою скоростью, которая в> столько же раз меньше скорости ядра, во сколько раз ядро легче самой пушки. В фантастическом романе Жюля Верна „Вверх дном“ америкацны задумали даже воспользо- ваться силою отдачи исполинской пушки для выполнения грандиозной затеи— ‚выпрямить земную ось“. Ракета—та же пушка, только извергает она не ядра, а пороховые газы. По той же причине вертится и так называемое „китайское колесо“, которым, . вероятно, случалось вам любоваться при устройстве фейерверков: при

Рис 8. "Самая древняя паровая машина (турбина), приписываемая Герону Александрийскому (П век до нашей эры).

горении пороха в трубках, прикрепленных к колесу, газы вытекают в одну сторону, сами же трубки (а с ними и колесо) получают обратное движение. В сущности это лишь видоизменение общеизвестного физического прибора—Сегнерова колеса.

Интересно отметить, что до изобретения парохода сущеетвовал проект механического судна, основанный на том же начале; запас воды на судне выпускался ПОМОЩЬЮ сильного нагнетательного насоса В кормовой части: вследствие этого корабль должен был двигаться вперед — как те пловучие жестянки, которые имеются, для доказательства рассматриваемого принципа, в школьных физических кабинетах. Проект этот (предложенный Ремзи) не был осуществлен; однако он сыграл известную роль в изобретении парохода, так как натолкнул Фультона на его идею.

Мы знаем также, что самая древняя паровая машина, изобретенная Героном Александрийским еще во П в. до

И

и

-«Х = _ < ый. бт. И О ИТ ыы И ъ нашей эры, была устроена по тому же принципу; пар”из котла я3 (рис. 8) поступал по трубке == в шар, укрепленный на горизонтальной оси; вытекая затем из коленчато-изогнутых трубок, пар толкал эти трубки в обратном направлении, и шар начинал вращаться. К сожалению, Геронова паровая турбина в древности оставалась только любопытной игрушкой, так как дешевизна труда рабов никого не побуждала к практическому использованию машин. Но самый принцип не заброшен техникой: в наше время он применяется при устройстве турбин. Ньютону — автору закона действии и противодействия — приписывают один из самых ранних проектов парового автомобиля, основанный на том же начале: пар

#4

из котла, поставленного на колесах, вырывается в одну сторону, а самый котел в силу отдачи катится в противоположную (рис. 9).

Ракетные автомобили, об опытах с которыми недавно так много писали в газетах и журналах, представляют собою современное видоизменение Ньютоновой повозки.

Для любителей мастерить здесь приведен рисунок бумажного пароходика, также очень похожего на Ньютонову повозку: в паровом котле из опорожненного скорлупы. Топливом служит налитый в скорлупу спирт.

Пар, выбивающийся из отверстия „парового котла“

(выдутое яйцо), заставляет пароходик плыть в противоположном направлении.

яйца, нагреваемого намоченкой спиртом ваткой в наперстке, образуется пар, который, вырываясь струей в одну сторону, заставляет весь пароходик двигаться в противоположную. Для сооружения этой поучительной игрушки нужны, однако, очень искусные руки.

КАК ДВИЖЕТСЯ КАРАКАТИЦА

Вам странно будет услышать, что есть не мало животных существ, для которых мнимое „поднятие самого себя за волосы“ является весьма обычным способом перемешения в воде.


Часть 2

Каракатица и вообще большинство головоногих меллюсков движутся в воде таким образом: они забирают воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затем энергично выбрасывают струю воды через упомянутую воронку; при этом они — по закону противодействия — получают обратный толчок, достаточный для того, чгобы довольно быстро плавать задней стороной тела вперед. Каракатица может, впрочем, направить трубку воронки вбок или назад и, стремительно выдавливая из нее воду, двигаться в любом направлении.

На том же основано и движение медузы: сокращением мускулов она выталкивает из-под своего козоколообразного тела воду, получая толчок в обратном направлении. Сходным приемом пользуются при движении сальпы, личинки стрекоз и другие водные животные. А мы еще сомневались, можно ли так двигаться!

К ЗВЕЗДАМ НА РАКЕТЕ

Что может быть заманчивее, чем покинуть наш земной шар и путешествозать по необъятной вселенной, перелетать с планеты на планету, со звезды на звезду? Сколько фантастических романов написано на эту тему! Кто только не увлекал нас в воображаемое путешествие по небесным светилам! Вольтер в „Микромегасе“, Жюль . Верн в „Путешествии на Луну“ и „Гесторе Сервадаке“,

Уэллз в „Первых людях на Луне“ и множество их подражателей совершали интереснейшие путеществия на небесные светила, конечно, в мечтах. В действительности же мы—увы!—остаемся пока пленниками земного шара. Неужели же нет возможности осуществить эту давнишнюю мечту? Неужели все остроумные проекты, с таким заманчивым правдоподобием изображенные в романах, на самом деле неисполнимы? В дальнейшем мы еще будем беседовать о фантастических проектах межпланетных путешествий; теперь же познакомимся с реальным проектом подобкых перелетов, впервые предложенным в конце прошлого векарусским ученым К. 9. Циолковским. Можно ли долететь до Луны на аэроплане? Конечно, нет: аэропланы и дирижабли движутся только потому, что опираются о воздух, отталкиваются от

И

У, < „” и

него, —а между Зем- Рис. 12. Проект фазе 5"^ > ди- > е ра- Й ы : рижабля, устроенного наподо и лей и Луно1 воздуха р нет. В мировом пространстве вообще нет никакой среды, на которую мог бы опереться „межпланетный дирижабль“. Значит, надо приду мать такой аппарат, который способен был бы двигаться, ни обо что не опираясь.

Мы знакомы уже с подобным снарядом в виде игрушки— с ракетой. Отчего бы не устроить огромную ра"

кету, с особым помещением для людой, съестных припасов, баллонов с воздухом и всем прочим? Вообразите, что люди в ракете везут с собой большой заряд горючих веществ и могут направлять истечение взрывных газов в любую сторону. Вы получите настоящий управляемый небесный корабль, на котором можно плыть в океане мирового пространства, полететь на Луну, на планеты... Пассажиры могут, управляя взрыванием, увеличивать скорость этого межпланетного дирижабля с необходимой постепенностью, чтобы возрастание скорости было для них безвредно. При желании спуститься на какую-нибудь планету они могут постепенно уменьшить скорость снаряда и тем ослабить падение. Наконец, пассажиры могут таким же способом возвратиться и обратно на Землю. Для всего этого надо только захватить с собой достаточный запас горючих веществ.

_ Вопрос о заатмосферном летании, или „звездоплавании“ по принципу ракеты уже разработан теоретиками и у нас (К. Э. Циолковский), и на Западе (Оберт—в Германии, Годдард —в Америке). Пока в этом направлении делаются только первые, весьма скромные шаги '. Но вспомним, как недавно еще делала свои первые робкие завоевания авиация. А сейчас — самолеты уже высоко реют в воздухе, перелетают горы, пустыни, материки, океаны. Может быть, и „звездоплаванию“ предстоит такой же пышный расцвет через два-три десятка лет? И тогда человек разорвет невидимые цепи, так долго приковывавшие его к родной планете, и ринется в безграничный простор вселенной.

1 Подробнее о современном состоянии звездоплавания читатели могут прочесть в моей книге „Межпланетные путешествия. Начальные основания звездоплавания“, изд. 1929 г., а также в моей брошюре „Ракетой на Луну“.

ГЛАВА ВТОРАЯ СИЛА —РАБОТА— ТРЕНИЕ

История о том, как „лебедь, рак да шука везти с поклажей воз взялись“, — известна всем. Но едва ли кто пробовал рассматривать этот рассказ с точки зрения механики. Результат проверки получается вовсе не похожий на вывод баснописца.

Перед нами механическая задача на сложение нескольких сил, действующих под углом одна к другой. Направление сил определено в басне так:

...Лебедь рвется в облака, Рак пятится назад, а шука тянет в воду.

Это значит (рис. 14), что одна сила, тяга лебедя (О), направлена вверх; другая, тяга щуки-(ОВ),— вбок; третья, тяга рака (ОС),—назад. Не забудем, что существует еще четвертая сила — вес воза, которая направлена отвесно вниз. Басня утверждает, что „воз и ныне там“,— другими словами, что равнодействующуя всех приложенных к возу сил равна_ нулю.

Так ли это? Посмотрим. Лебедь; рвущийся к облакам, не мешает работе рака и шуки, даже помогает им: тяга лебедя, направленная против силы тяжести, уменьшает трение колес о землю иоси и тем облегчает вес воза, а, может быть, даже вполне уравновешивает его, — ведь груз не велик („поклажа бы для них казалась и легка“). Допустив, для простоты, последний случай, мы видим, что остаются только две силы: тяга рака и тяга щуки. О направлении этих сил говорится, что „рак пятится назад, а щука тянет в воду“. Само собою разумеется что вода находилась не впереди воза, а где-нибудь сбоку (не потопить же воз собрались крыловские труженики!) Значит, силы рака и щуки направлены под углом одна к другой; а если так, то равнодействующая их никак не может равняться нулю.

Поступая по правилам механики, строим на обеих силах ОВ и ОС параллелограмм; диагональ его ОД дает направление и величину искомой равнодействующей. Ясно, что эта равнодействующая сила должна сдвинуть воз с места, тем более, что вес воза вполне или частью уничтожается тягою лебедя. Другой вопрос —в какую сторону сдвинется воз: вперед, назад или вбок? Это зависит уже от соотношения сил и от величины угла между ними.

Читатели, имеющие некоторую практику в сложении и разложении сил, легко разберутся и в том случае, когда сила лебедя не уравновешивает веса воза; сни убедятся, что воз и тогда не может оставаться 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 согласуется с утверждением, что „поклажа бы для них казалась и легка“.

Во всяком случае, Крылов не мог с уверенностью утверждать, что „возу все нет ходу“, что „воз и ныне там“.

ВОПРЕКИ КРЫЛОВУ

Мы только что видели, что житейское правило Крылова: „когда в товарищах согласья нет, на лад их дело не пойдет“—не всегда применимо в механике. Силы могут быть направлены не в одну сторону и, несмотря на это, давать известный результат.

Мало кто знает, что усердные труженики-муравьи, которых тот же Крылов восхвалял, как образцовых работников, трудятся совместно именно по осмеянному баснописцем способу. И дело у них в общем идет на лад. Выручает опять закон сложения сил. Внимательно следя за муравьями во время работы, вы скоро убедитесь, что разумное сотрудничество их—только кажущееся: на деле-каждый муравей работает сам для себя, вовсе и не думая помогать товарищу.

Вот как-описывает работу муравьев один зоолог: *

„Если крупную добычу тащит десяток муравьев по ровному месту, то все действуют одинаково, и получается внешность сотрудничества. Но вот добыча — например, гусеница—зацепилась за какое-либо препятствие, за стебель травы, за камешек. Дальше вперед тащить нельзя, надо обогнуть. И тут с ясностью обнаруживается, что каждый муравей, по-своему и ни с кем из товарищей не сообразуясь, старается справиться с препятствием (см. рис. 15 и 16). Один тащит направо, другой налево; один толкает вперед, другой тянет назад. Переходят с места на место, хватаются за гусевицу в другом месте, и каждый толкает или тянет по-своему. Когда случится,

1Е. Елачич, „Инстинкт“.

лее сваи

что силы работающих сложатся так, что в одну сторону будут двигать гусеницу 4 муравья, а в другую 6, то гусеница, в конце концов, двинется именно в сторону этих шести муравьев, несмотря | на противодействие четырех“. Рис. 16 и поясняет сказанное.

Приведем (заимствованный у другого исследователя) еще поучительный пример, наглядно иллюстрирующий это мни- | | мое сотрудничество муравьев. На рис. 17 изображен прямоугольный ку- Рис. 16. Как же волокут гу- :: у.

сочек сыра, за который ухватилось 25 муравьев. Сыр медленно подвигался в направлении указанном стрелкой, и можно бы думать, что передняя' шеренга муравьев тянет ношу к себе, задняя— толкает ее вперед, боковые же муравьи помогают и тем и другим. Однако, это не А так—в чем не трудно убе- { диться: отделите ножом всю заднюю шеренгу, —ноша поползет гораздо быстрее! Ясно, что эти 11| муравьев тянули назад, а не вперед: каждый из них старался повернуть ношу так, чтобы, равейнику, расположенному в направлении стрелки А. к гнезду. Значит, задние муравьи не только не помогали передним, но усердно мешали им, уничтожая их усилия. Чтобы волочить этот кусочек сыра, достаточно было бы усилий всего четырех муравьев, но несогласованность

Занимотельна! физика, }

действий и взаимное мешание приводят к тому, что ношу тащат 25 муравьев. '

ТРУДОВАЯ ДИСЦИПЛИНА.

Полное согласование усилий, совместно приложенных к одному телу,—вообще достигается не легко. Мало кто знает, что не только муравьи, но и лошади, впряженные вместе, действуют не вполне согласованно и отчасти мешают одна другой. Поэтому, например, совместная тяга пяти лошадей вовсе не равна пятикратной тяге одной лошади, а превосходит ее всего в 3'|2 раза. (Подробнее об этом — см. гл. УШ „Занимательной механики“ того же автора). То же относится к одновременной тяге людей; восемь человек тянет совместно не с 8-кратною силою, а только с 4-хкратною.

Чем больше участников в общей работе, тем труднее дсстичь полного слияния, и, следовательно, тем больше процент потери.

Отсюда вытекает великое значение дисциплины в работе: стройное совместное выполнение трудовой операции, сделанное четко, по команде, гораздо продуктивнее, чем вялое, неслитное выполнение. Наша „Дубинушка“, под слова которой, как по команде, разом выполняется определенное действие, доказывает, что важ” ность трудовой дисциплины давно осознана народом.

1 Достойно удивления, что эта особенность совместных действий муравьев была давно уже подмечена американским юмористом Марком Твэном. Оассказывая о встрече двух муравьев, из которых один нашел ножку кузнечика, он говорнт: „Они берут ногу за оба конца и тянут нзо всех сил в противоположные стороны. Оба вндят, что что-то неладно, но что—не могут понять. Начннаются взанмные пререкания; спор переходит в драку... Происходит примирение, и снова начинается совместная и бессмысленная работа, причем раиеный в драке товарищ является только помехой. Стараясь изо всей мочи, здоровый товарищ тащит ношу, а © ней и раненого друга, который вместо того, чтобы уступить добычу, висит на ней“... Шутя, Твэн бросает совершенно правильное замечание, что „муравей хорошо работает только тогда, когда за ннм наблюдает неопытный натуралист, делающий неверные выводы“.

ЛЕГКО ЛИ СЛОМАТЬ ЯИЧНУЮ СКОРЛУПУ?

В числе философских. вопросов, над которыми ломал свою мудрую голову глубокомысленный Кифа Мокиевич из „Мертвых душ“, былатакая проблема: „Ну, а если бы слон родился в яйце, ведь скорлупа, чай, сильно бы толста была,—пушкой не прошибешь; нужно какое-нибудь новое огнестрельное орудие. выдумать“.

Гоголевский философ был бы, вероятно, не мало изумлен, если бы узнал, что и обыкновенная яичная скорлупа, несмотря на тонкость, —тоже далеко не нежная вещь.

Попробуйте раздавить яйцо между ладонями, напирая на его острые концы. Вам удастся это не так-то легко; нужно немалое усилие, чтобы сломать скорлупу при подобных услои

=. А ` < №, Мм Ах ГИ В з хх

&

виях. Рис. 18. Чтобы сломать яйцо в таком Столь необычав- положении, требуется значительное

- усилие. - ная крепость яичной

скорлупы зависит исключительно от ее выпуклой формы и объясняется так же, как и прочность всякого рода сводов и арок.

На прилагаемом рисунке изображен разрез небольшого каменного свода над окном. Груз ‚5 (т. е. вес вышележащих частей кладки), напирающий на клинообразный средний камень свода, давит вниз с силою, которая обозначена на чертеже стрелкой А. Но сдвинуться вниз камень не может, вследствие своей клинообразной формы; он только давит на соседние камни. При этом сила А

* 3

ль

разлагается, по правилу параллелограмма, на две силы, обозначенные стрелками С и В; силы эти уничтожаются сопротивлением прилегающих камней, в свою очередь зажатых между соседними. ‘Таким образом, сила, давящая на свод снаружи, не может его разрушить. Зато сравнительно легко разрушить его силой, действующей изнутри. Это и понятно, так как клинообразная форма камней, мешающая им опускаться, нисколько не препятствует ии подниматься.

Скорлупа яйца — тот же свод, только сплошной, а не составленный из отдельных частей. При давлении снаружи он разрушается не так легко, как можно бы ожидать от такого хрупкого материала. Можно поставить довольно тяжелый стол ножками на четыре сырых яйца, — и они не раздавятся (для устойчивости яици увеличения площади давления надо снабдить яйца гипсовыми расширения- ми на концах; гипс легко пристает к известковой скорлупе).

Теперь вы понимает, почему наседке не приходится опасаться сломать скорлупу яиц тяжестью своего тела. И в то же время слабый птенчик, желая выйти из своей природной темницы, без труда пробивает скорлупу клювиком изнутри.

С легкостью разламывая скорлупу яйца боковым ударом чайной ложечки, мы и не подозреваем, как прочна она, когда давление действует на нее при естественных условиях, и Какой надёжной броней защитила природа развивающееся в ней живое существо.

Загадочная прочность электрических лампочек, казалось бы, столь нежных и хрупких, объясняется так же, как и прочность яичной скорлупы. Их крепость станет еще поразительнее, если вспомним, что многие из них (не „полуватные“) почти абсолютно пусты, и ничто не противодействует изнутри давлению внешнего воздуха. А величина давления воздуха на электрическую лампочку весьма не мала: при поперечнике в 20 см она достигает 300 кз (вес 4—5 человек). Вот какое огромное давление непрерывно сжимает тонкую стеклянную электрическую лампочку!

ПОД ПАРУСАМИ ПРОТИВ ВЕТРА.

Не-моряку кажется непостижимым, как могут парусные суда итти „против ветра“—или, по выражению моряков, итти „в бейдевинд“. Правда, моряк скажет вам, что прямо против ветра итти под парусами нельзя, а можно двигаться лишь под острым углом к направлению ветра. Но угол этот так мал—около четверти прямого угла, что представляется, пожалуй, одинаково непонятным: плыть ли прямо против ветра, или под углом к нему в 23°.

Для теории это, однако, небезразлично, и мы сейчас объясним, каким образом можно силою ветра итти навстречу ему под небольшим углом. Сначала рассмотрим, как вообще действует ветер на парус, т. е. куда он толкает парус, когда дует на него. Если вы не моряк, то, вероятно, думаете, что ветер всегда толкает парус в ту сторону, куда сам дует. Но это не так: куда бы ветер ни дул, от толкает парус перпендикулярно к его плоскости. В самом деле; пусть ветер дует в направлении, указанном стрелками на рис. 20-м; линия АВ обозначает

: 37

парус. Так как ветер напирает равномерно на всю Поверхность паруса, то заменяем давление ветра силой К приложенной к середине паруса. Эгу силу разложим на две: силу О, перпендикулярную к парусу, и силу р, направленную вдоль него (рис. 20, вправо). Последняя сила не напирает на парус, не толкает его, так как трение ветра о холст незначительно. Остается сила (©), которая толкает парус под прямым углом к нему.

Зная это, мы легко поймем, как может парусное судно

ВЕТЕР ВЕТЕР ВЕТЕР

ИН

В Рис. 20. Ветер толкает парус всегда Рис. 21. Как можно итти под прямым углом к его плоскости. на парусах против ветра.

итти под острым углом навстречу ветру. Пусть линия КК (рис. 21) изображает килевую линию судна. Ветер дует под острым углом к этой линии в направлении указанном рядом стрелок. Линия АВ изображает парус; его помешают так, чтобы плоскость его делила пополам угол между направлением киля и направлением ветра. Проследите на рисунке 21 за разложением сил. Напор ветра на парус мы изображаем силой (, которая, мы знаем, должна быть перпендикулярна к парусу. Силу эту разложим на две: силу К, перпендикулярную к килю, и силу 5, направленную вперед, вдоль килевой линии судна. Так з, как движение судна в направлении ® встречает сильное сопротивление воды (киль в парусных судах делается очень глубоким), то сила А почти полностью уничтожается. Остается одна лишь сила 5, которая, как видите, направлена вперед, и следовательно, подвигает судно под углом, как бы навстречу ветру !. Обыкновенно это движение выполняется зигзагами, как показывает рис. 21. На языке моряков такое движение судна называется „лавировкой“, в тесном смысле этого слова.

МОГ ЛИ АРХИМЕД ПОДНЯТЬ ЗЕМЛЮ?

Дайте мне точку опоры, и я подниму Землю, —такое восклицание легенда приписывает Архимеду, гениальному механику древности, открывшему законы рычага. „Однажды Архимед, — читаем мы у Плутарха,— написал сиракузскому царю Гиерону, которому он был родственник и друг, что данною силою можно подвинуть какой угодно груз. Увлеченный силою доказательств, он прибавил, что если бы была другая земля, он, перейдя на нее, сдвинул бы с места нашу“.

Архимед знал, что нет такого груза, которого нельзя было бы поднять самой слабой силой, если воспользоваться рычагом: стоит только приложить эту силу к очень длиному плечу рычага, а короткое плечо заставить действо-

' Можно доказать, что эта снла 5 получает нанбольшее значенне тогда, когда плоскость паруса делнт пополам угол между направлениями киля И ветра.

рычага, можно’ силою рук поднять и такой груз, масса которого равна массе земного шара '.

Но если бы великий механник древности знал, как огромна масса земного шара, он, вероятно, воздержался бы от своего горделивого восклицания. Вообразим на мгновение, что Архимеду дана та „другая земля“, та точка опоры, которую он искал; вообразим, далее, что он изготовил рычаг нужной длины. Знаете ли, сколько времени понадобилось бы ему, чтобы поднять груз, равный по массе земному шару, хотя бы на один сантиметр? Не менее тридцати тысяч биллионов лет!

В самом’ деле. Масса Земли известна астрономам; тело с такою массою весило бы на Земле круглым числом — |

6 000000 000 000 000 000 000 т.

Если человек может непосредственно поднять только 60 ке, то, чтобы „поднять Землю“, ему понадобится приложить свои руки к длинному плечу рычага, которое больше короткого в

100000000 000 000000 000000 раз!

Простой расчет убедит вас, что, пока конец короткого плеча поднимется на 1 см, другой конец опишет во вселенной огромную дугу в

1000000 000 000000000 км.

Такой невообразимо длинный путь должна была бы пройти рука Архимеда, налегающая на рычаг, чтобы „поднять Землю“ только на один сантиметр! Сколько же времени понадобится для этого? Если считать, что Архимед способен был поднять груз в 60 к на высоту 1 м в одну секунду (работоспособность почти в целую

1 Под выражением „поднять Землю“ мы будем подразумевать — чтобы внести определенность в задачу — поднятне на земной поверхностн такого груза, масса которого равна массе нашей планеты.

Лошадиную силу!}, то и тогда для „поднятия Земли“ на 1 см потребуется

1000 000 000 000 000 000 000 секунд, или тридцать тысяч биллионов лет! За всю свою долгую жизнь Архимед не „поднял бы Земли“ даже на толщину тончайшего волоса...

Никакие ухишрения гениального изобретателя не помогли бы ему заметно сократить этот срок. „Золотое правило механики“ гласит, что на всякой машине выигрыш в силе неизбежно сопровождается соответствующей потерей в скорости, т. е. во времени. Если бы даже Архимед довел быстроту своей руки до величайшей скорости, какая возможна в природе, — до 300000 км в секунду (скорость света), то и при таком фантастическом допущении он „поднял бы Землю“ на! см лишь после десяти миллионов лет работы.

ЖЮЛЬ-ВЕРНОВСКИЙ СИЛАЧ И ФОРМУЛА ЭЙЛЕРА

Вы помните у Жюля Верна силача-атлета Матифу? „Великолепная голова, пропорциональная исполинскому росту; грудь, похожая на кузнечный мех; ноги, как хорошие бревна; руки—настоящие подъемные краны, с кулаками, похожими на молоты“... Вероятно, из годвигов этого силача, описанных в романе „Матиас Сандорф“, вам памятен поразительный случай с судном „Грабоколо“, когда наш гигант силою своих могучих рук задержал спуск целого корабля.

Вот как рассказывает романист об этом подвиге:

„Судно, освобожденное уже от подпорок, которые поддерживалн его по бокам, было готово к спуску. Достаточно было отнять швартов, чтобы судно начало скользить вниз. Уже с полдюжины плотников возилось под килем судна. Зрителн с живым любопытством следили за операцией. В этот момент, обогнув береговой выступ, появилась увеселительная яхта. Чтобы войтн в порт, яхта должна была пройтн перед верфью, где подготовляли спуск „Трабоколо“, и, как только пани у она подала вигнал, пришлось, вб избежание всяких случайностей,

Г задержать спуск, чтобы снова приняться за дело после прохода яхты м в канал. Если бы суда, одно, стоявшее поперек, другое, подвигающееся с большой быстротой, — столкиулись, яхта погибла бы. .

„Рабочие перестали стучать молотками. Все взоры былн устремлены на грациозное судно, белые паруса которого казалнсь позолочеными в косых лучах солнца. Скоро яхта очутилась как-раз против верфи, где замерла тысячная толпа любопытных. Вдруг раздался крнк ужаса: „Грабоколо“ закачалось н пришло в движеиие в тот самый момент, когда яхта повернулась к нему штирбортом! Оба судна готовы были столкнуться; не было ни времевн, ни возможности помешать этому столкновению. „Трабоколо“ быстро скользило вниз по наклону... Белый дымок, появившийся вследствне трения, закрутился перед его передней частью, тогда как корма погрузилась уже в воду бухты (судно спускалось кормой вперед).

„Вдруг появляется человек, схватывает швартоз, висящий у передней части „Трабоколо“, и старается удержать его, пригн) вшись к земле. В одну минуту он наматывает швартов на вбитую вземлю железную трубу н, рискуя быть раздавленным, держнт с нечеловеческой снлой вруках канат в продолжение 10 секунд. Наконец, швартов обрываетси. Но этнх 10 секунд было достаточно: „Трабоколо“, погрузнвшись в воду, только слегка задело яхту и пронеслось вперед.

„Яхта была спасена. Что касается человека, которому никто не успел даже прийти на помощь — так быстро н неожиданно все это произошло, — то это был Матифу“.

Как изумился бы автор романа, если бы ему сказали, что для совершезия подобного подвига вовсе не нужно быть великаном и обладать, как Матифу, „силою тигра“. Каждый находчивый человек, при обыкновенной силе мышц, мог бы сделать то же самое!

Механика учит, что при скольжении каната, обвитого на тумбе, трение достигает сильнейшей степени. Чем больше число обхватов каната, тем трение больше; пра- ® вило возрастания трения таково, что с увеличением числа обхватов в прогрессии арифметической — трение растет в прогрессии геометрической. Поэтому да ке слабый ребенок, держа за свободный конец каната, 3 -—4 раза навитого на неподвижный вал, может уравновесить огромную силу. Подростки, служащие на речных пароходных при- станях, останавливают этим приемом подходящие к пристаням пароходы с сотней пассажиров. Помогает им не феноменальная сила их рук, а установленная знаменитым Эйлером зависимость величины трения от числа оборотов веревки вокруг сваи.

Для тех, кого не пугает сжатый язык алгебраических выражений, приводим эту поучительную формулу Эйлера:

Е = уе.

Злесь Ё-—-та сила, против которой направлено наше усилие ]. Буквой е обозначено число 2,718...; Е — коэффициент трения между канатом и тумбой. Буквой @ обозначен „угол навивания“, т. е. отношение длины дуги, охваченной веревкой, к радиусу этой дуги.

Применим эту формулу к тому случаю, который описан у Жюля Верна. Результат получится поразительный. Силой Е в данном случае является сила тяги судна, скользящего по доку. Вес судна нам известеи: 50 тонн.

Пусть наклон дока 10} тогда на канат действовал не полный вес судна, а | ( его, т. е. 5 т, или 5000 ке. Далее, величину А—коэффициента трения каната о жери лезную тумбу — будем считать равной 3. Величину @ легко определим, если примем; что Матифу обвил канат вокруг тумбы всего три раза. Тогда:

= 35.2=г 6,

т

Подставив все эти значения в приведенную выше формулу Эйлера, получим уравнение

5000 = {. 2,726" * +=}. 2,7227.

Неизвестное } (т. е. величину необходимого усилия) можно определить из этого уравнения, прибегнув к помощи логарифмов:

1 5 000 —=1 1 - 2=1< 2,72; откуда:

АО к.

Итак, чтобы совершить этот подвиг, великану достаточно было тянуть канат с силою всего лишь 9 кило!

Не думайте, что эта цифра —9 кг — только теоретическая и что на деле потребуется усилие гораздо большее. Напротиз, наш результат даже преувеличен: при пеньковой веревке и деревянной свае, когда коэффициент трения А больше, усилие потребуется до смешного ничтожное. Лишь бы веревка была достаточно крепка и могла выдержать натяжение, — тогда даже слабый ребенок, благодаря формуле Эйлера, мог бы, навив веревку 3—4 раза, не только повторить подвиг жюль-верновского богатыря, но и превзойти его.

ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ КРЕПОСТЬ УЗЛОВ?

В обыденной жизни мы, сами не подозревая, часто пользуемся выгодой, на которую указыгает нам формула Эйлера. Что такое узел, как не бечевка, навитая на валик, роль которого в данном случае играет другая часть той же бечевки? Крепость всякого рода узлов — обыкновенных, „беседочных“, „морских“, — завязок, бантов и т. п. зависит исключигельно от трения, которое здесь во много раз усиливается вследствие того, что шнурок обвивается вокруг себя, как веревка вокруг тумбы. В этом нетрудно убедиться, проследив за изгибами шнурка в узле. Чем больше изгибов, чем больше раз бечевка обвивается вокруг себя, —тем больше „угол навивания“ в формуле Эйлера, — и, следовательно, тем крепче узел.

Бессознательно пользуется формулой Эйлера и портной, пришивая пуговицу. Он много раз обматывает нить вокруг захваченного стежком участка сукна и затем обрывает ее; еслн только нитка крепка, пуговица не отпорется. Здесь применяется уже знакомое нам правило: с увеличением числа оборотов нитки в прогрессни арифметической крепость шитья возрастает в прогрессии геометрической.

Если бы не было трения, мы не могли бы пользоваться пуговицами: нитки размотались бы под их тяжестью, и пуговицы осыпались бы.

Вы видите отсюда, между прочим, как разнообразно и порою неожиданно проявляется роль трения в окружающей нас обстановке. Трение принимает участие, и притом весьма существенное — в целом ряде таких явлений, где мы о нем даже и не подозреваем. Если бы трение внезапно исчезло из мира, огромное множество обычных явлений протекало бы совершенно иным образом.

„Трудно описать, — говорит по этому поводу знаменитый современный физик Г. Лоренц, \ — насколько мир изменил бы свою физиономию, если бы не существовало никакого трения, если бы мы все должны были двигаться по зеркально-гладким поверхностям, если бы ничто не могло лежать на столе (иотому что он никогда не бывает строго горизонтальным), если бы никакой вихрь не мог прекратиться и если бы в каждой комнате господствовало нестерпимое эхо,— потому что раз вызванные звуковые колебания, беспрерывно отражаясь от стен, никогда не прекращались бы“. 3

1 В книге „Видимые и невидимые движения“.

А( («<=> )В

ГЛАВА ТРЕТЬЯ КРУГОВОЕ ДВИЖЕНИЕ

ПОЧЕМУ НЕ ПАДАЕТ ВРАЩАЮЩИЙСЯ ВОЛЧОК?

Из тысячи людей, забавлявшихся в детстве верчением волчка, едва ли хотя один сможет правильно ответить на | этот вопрос. Как, в самом деле, объяснить то, что вращающийся волчок, поставленный вертикально или даже на` клонно, не опрокидывается, вопреки всем ожиданиям? Какая сила удерживает его в таком, казалось бы, неустойчивом положении? Разве тяжесть на него не дей-. ствует?

Здесь имеет место весьма любопытное взаимодействие сил. Теория волчка не легка, и углубляться в нее мы не станем. Наметим лишь основную причину, вследствие которой вращающийся волчок`не падает.


Часть 3

На рис. 23 изображен волчок, вращающийся в направлении стрелок. Обратите внимание на часть А его. ободка и на часть В, противоположную ей. Часть А стремится двигаться от вас, часть В—к вам. Просле-. дите теперь, какое движение получают эти части, когда’ вы наклоняете ось волчка вправо. Этим толчком вы заставляете часть Д двигаться вверх, част В — вниз; обе части получают толчок под прямым углом к ИХ.

собственному движению. Но так как при быстром вращении волчка окружная скорость частей диска очень велика, то сообщаемая вами незначительная скорость, складываясь с большою круговою скоростью точки 2, дает равнодействующую, весьма близкую к этой круговой, — и движение волчка почти не м-няется. Отсюда понятео, почему волчок как бы сопротивляется попытке его опрокинуть. Чем массивнее волчок и чем быстрее он вращается, тем упорнее сопротивляется он опрокидыванию.

Не будем рассматривать всех движений волчка, которые возникают при действии на него посторонней силы. Это потребовало бы чересчур подробных объяснений, которые, пожалуй, многим покажутся скучными. Я хотел Е лишь разъяснить причину № основного стремления вся- сохранить неизменным напра- все время своего подъема и вление оси вращения. Этим падения он не перестает вращаться.

свойством объясняется ряд

явлений, с которыми мы сталкиваемся в обыденной жизни. Ребенок, катящий свой обруч, бессознательно пользуется тем же свойством вращающихся тел: пока обруч находится в быстром вращении, он не падает. Игра с диаболо основана на том же принципе: сначала мы помошью бечевки приводим диаболо в быстрое вращательное движение и затем закидываем его высоко; но, детя вверх и падая потом вниз, вращающийся диаболо не перестает сохранять горизонтальность оси вращения,—вот почему его легко поймать на вытянутую бечевку, опять подкинуть, вновь поймать и т. д.'Ёсли бы диаболо не вращался, все это было бы неисполнимо даже для искусного жонглера.

ИСКУССТВО ЖОНГЛЕРОВ

Кстати о жонглерах: многие удивительнейшие фокусы их разноэбразной программы основаны опять-таки на стремлении — вращающихся тел сохранять направление оси вра- : щения. Позволю себе привести выдержку из увлекательной книги современного —англий-. ского физика, проф. Джона Перри, „Вращающийся волчок“: „Однажды я показывал некоторые из моих опытов перед публикой, пившей кофе и курившей | табак в великолепном помещении концертного | Рис. 25. Вращающийся волчок, будучи зала „Виктория“ в Лонподброшен, сохраняет в воздухе свое доне. Я старался заинтепервоначальное положение, ресовать моих слушатея а Хао А к. ` $: А К ; я о х № ‚у лей, насколько мог, и рассказывал о том, что плоскому кольцу надо сообщить вращение, если его желают бросить так, чтобы можно было наперед указать, куда оно упадет; точно так же поступают, если хотят кому-нибудь бросить шляпу так, чтобы он мог поймать этот предмет палкой. Всегда можно рассчитывать на сопротивление, _ которое оказывает вращающееся тело, когда изменяют

``

направление его оси. Далее я объяснял моим слушателям, что, отполировав гладко дуло пушки, ни- когда нельзя рассчитывать на точность прицела; . вследствие этого теперь делают нарезные дула, т. е. вырезы-

,. г 2” ма о ` # ц`^ . . { А Н . 1 а п - `“м“ С =.“ \ ` к ь Е 58 а `%. КИ "—.-„“””“ \}

Занимательчая физика 4

иллюстрации упомянутых выше законов, нежели та, которую давал каждый отдельный фокус, показанный этими двумя артистами. Они бросали друг другу вращающиеся шляпы, обручи, тарелки, зонтики. .. Один из жонглеров бросал в воздух целый ряд ножей, ловил их опять и снова подбрасывал с большой точностью вверх; моя аудитория, только что прослушав объяснение этих явлений, ликовала от удовольствия: она замечала вращение, которое жонглер сообщал каждому ножу, выпуская его из рук и так, что он мог наверное знать, в каком положении нож снова вернется к нему. Я был тогда поражен, что. почти все без исключения жонглерские фокусы, показанные в тот вечер, представляли иллюстрацию изложенного выше принципа“.

НОВОЕ РЕШЕНИЕ КОЛУМБОВОЙ ЗАДАЧИ

Свою знаменитую задачу о том, чтобы поставить яйцо, Колумб решил чересчур просто: надломил его скорлупу.

Такое решение, в сущности, неверно: надломив скорлупу яйга, Колумб и | а м и изменил его форму и, значит, поставил |8 - ИК не яйцо, а другое Я | тело; ведь вся .суть

Е Е

НН й

| в Форме яйца: из- | И — меняя форму, мы как ы м1 бы заменяем яйцо другим телом. Колумб дал решение не для того тела, для которого оно искалось.

А между тем, можно решить задачу великого мореплавателя, нисколько не изменяя` формы яйца, если

'

м а

пьес итыобтьы ст

чарьшьы

ит химии -—.::500:——

воспользоваться свойством волчка; для этого достаточно только привести яйцо в вращательное движение вокруг его длинной оси,—и оно будет, не опрокидываясь, стоять некоторое время на тупом или даже на остром конце. Как это сделать,-—-показывает рисунок: яйцу придают вращательное движение пальцами. Отняв руки, вы увидите, что яйцо продолжает еще некоторое время вращаться стоймя: задача Колумба решена. !

Для опыта необходимо „брать непременно вареные яйца. Это ограничение не противоречит условию Колумбовой задачи: предложив ее, Колумб взял яйцо тут же со стола, —а к столу, надо полагать, поданы были не сырые яйца. Вам едва ли удастся заставить стоймя вращаться яйцо сырое, потому что внутренняя жидкая масса является в данном случае как бы тормозом: В этсм, между прочим, состоит простой способ отличать сырые яйца от вареных вкрутую — секрет, неизвестный многим хозяйкам.

УНИЧТОЖЕННАЯ ТЯЖЕСТЬ

„Вода не выливается из сосуда, который вращается, — не выливается даже тогда, когда сосуд перевернут дном вверх, ибо этому мешает врашение“,— писал две тысячи лет Назад Аристотель. На рис. 30-м изображен этот эффектный опыт, который, без сомнения, многим знаком: вращая достаточко быстро ведерко с водой, как показано на рисунке, вы достигаете того, что вода не выливается даже в той части пути, где ведерко опрокннуто вверх дном.

1 Следует отметить, впрочем, что популярная легенда о Колумбовом яйце не имеет под собою исторической почвы. Молва приписала зиаменитому мореплавателю то, что было сделано гораздо раньше другим лицом и по совершенно другому поводу,—а именно итальяиским архитектором Брунеллески (1377 — 1446), строителем огромного купола флореитийского собора („Мой купол устоит так жс надежно, как держится это яйцо иа своем остром конце!“).

4* 51

В обиходе принято объяснять это явление „центро- бежной силой“, понимая под нею ту воображаемую силу, которая будто бы приложена к телу и обусловливает стремление его удалиться от пентра вращения. Этой силы не существует: указанаяое стремление есть не что иное, как проявление инерции, а всякое движение по инерции осуществляется без участия силы. В науке под 1 центробежною силой разумеют нечто иное, а именно, ту реальную силу, с какою `вращающееся тело натягивает удерживающую его нить или давит на свой криволинейный путь. Сила эта приложена не к движущемуся телу, а к препятствию, мешающему ему двигаться прямолинейно: к нити, к рельсам на кривом участке пути и т. п.

Где этих препятствий нет, — например, при движении планеты по орбите, — там нет и центробежной силы в научном понимании этого слова, хотя есть стремление тела удалиться от Рис. 307 Вода из Ш@НТРа вращения. опрокинутого ве- Обращаясь к вращению ведерка, ми: и попытаемся разобраться в причине его на веревке с ЭТОГО явления, не прибегая вовсе м К° к двусмысленному понятию „центробежной силы“. Зададим себе вопрос: куда направится струя воды, если в стенке ведерка сделать отверстие? Не будь силы тяжести, водяная струя по инерции направилась бы по касательной АК к окружности АВ. Тяжесть заставляет струю снижаться и описывать кривую (параболу АР). Если окружная скорость достаточно велика, эта кривая расположится вне окружности В. Струя обнаруживает перед нами тот путь, по которому при вращении ведерка дви- галась бы вода, если бы не препятствовало надавливающее на нее ведерко. Теперь понятно, что вода вовсе не стремится падать отвесно вниз, а потому и не выливается из ведерка. Она могла бы вылиться из него лишь в том случае, если бы ведерко было обращено отверстиием в сторону его вращения.

Вычислим теперь, с какою скоростью надо в нашем опыте вращать ведерко, чтобы вода из него не выливалась вниз. Скорость эта должна быть такова, чтобы центростремительное ускорение вращающегося ведерка было не меньше ускорения тяжести: тогда путь, по которому стремится двигаться вода, будет лежать вне окружности описываемой весе Оай — ВЫТАТ, В о 31. Почему не вылидерка не отстанет. Формула вается вода из вращаемого для вычисления центростреми- ыы тельного ускорения Й, как известно, такова:

$2 И — В , где © окружная скорость, Ю "—радиус кругового пути.

Так как ускорение тяжести на земной поверхности == 9,8 метра, то имеем неравенство:

> 9,8

К приблизительно равно длине руки, т.е. 70 см. Значит,

$2

07298 и®> \/0,7Ж9,8; о > 2,6 м в сек.

Легко рассчитать, что для получения такой окружной скорости, надо делать рукой около полутора оборотов в секунду. Подобная быстрота вращения вполне достижима, и опыт обыкновенно удается без труда.

ВЫ В РОЛИ ГАЛИЛЕЯ

Для любителей сильных ощущений во многих городах устраивается весьма своеобразное развлечение так назыв. „чортова качель“. Имелась такая качель и в Ленннграде. Мне не пришлось самому на ней качаться, а потому приведу здесь ее описание из сборника научных забав Федо:

„Качель подвешена к прочной горизонтальной перекладине, перекинутой через комнату на известной высоте над полом. Когда все сядут, особо приставленный к этому служитель запирает входную дверь, убирает доску, служившую для входа, и, заявив, что он сейчас даст возможность зрителям сделать небольшое воздушное путеше-твие, повиднмому, начинает легонько раскачивать качель. Вслед затем он садится назадн качели, подобно кучеру на запятках, или совсем выходит из зала.

„Между тем, размахи качели становятся все больше и больше; она, повидимому, поднимается до высоты перекладины, потом переходит за нее выше и выше и, наконец, описывает полный круг. Движение ускоряется все больше и больше, и качающиеся, хотя по большей части уже предупрежденные, нспытывают несомненные ощущения качания и быстрого движения; им кажется, что они несутся вниз головой в пространстве, так что невольно хватаются за спинки сидений, чтобы не упасть.

„Но вот размахи начинают уменьшаться; качель не поднимается уже более на высоту перекладины, а еще через несколько секунд останавливается совершенно.

„На самом же деле качель все время висела неподвижно, пока продолжался опыт, а, напротив, сама комната, с помощью очень несложного механизма, обращалась вокруг зрителей или, лучше сказать, вокруг гори-

ЫД—.15555,"","„.—.—щщы.....|эынннннннннныыыы>——=ыыыц,.3._. Учи

зонтальной оси. Всякого рода мебель прикреплена к полу или стенам зала; лампа, припаянная к столу так, что она, повидимому, легко может перевернуться, состоит из электрической лампочки накаливания, скрытой под большим колпаком. Служитель, который, повидимому, раскачивал качель, давая ей легкие толчки, в сушносги сообразовал их с легкими колебаыы ниями зала и делал только вид, что раскачивает. Вся обстановка способствует полному успеху обмана“.

Е. ня ==74 Е

Секрет иллюзии,

как видите, прост Рис. 32. Схема устройства „чортовой качели“. до смешного. И всетаки если бы теперь, уже зная, в чем дело, вы очутились на „чортовой качели“, вы неизбежно поддались бы обману. Такова сила иллюзии! Помните стихотворение Пушкина „Движение“?

ъ

— Движенья нет,—сказал мудрец брадатый. ! Другой смолчал — и стал пред ним ходить. Сильнее бы не мог он возразить.

Хвалили все ответ замысловатый.

Но, господа, забаввый случай сей

Другой пример на память мне приводит: Ведь каждый день над нами солнце ходит, Однако ж прав упрямый Галилей!

1 Греческий философ Зенон Элейский (У в. до нашей эры), учивший, что все в мире неподвижно и что только вследствие обмана чувств нам кажется, будто какое-либо тело движется.

Среди пасзажиров Качели, не посвященных в ее секрет, вы были бы своего рода Галилеем— только наоборот; Галилей доказывал, что солнце и звезды неподвижны, а кружимся, вопреки очевидности, мы сами; вы же будете доказывать, что мы неподвижны, а вся комната вертится вокруг нас. Возможно, что вам пришлось бы при этом испытать и печальную участь Галилея: вас осмеяли бы, как человека, спорящего против очевидных вещей...

МОЙ СПОР С ВАМИ

Доказать свою правоту вам будет не так легко, как вы, быть может, полагаете. Вообразите, что вы в самом деле очутились в „чортовой качели“ и хотите убедить ваших соседей, что они заблуждаются. Предлагаю вам вступить в этот спор со мной. Сядем с вами в „чортову качель“, дождемся момента, когда, раскачавшись, она начнет, повидимому, описывать полные круги, и заведем диспут о том, что кружится: качель или вся комната? Прошу только помнить, что во время спора мы не должны покидать качели; все необходимое захватим с собой заблаговременно.

Вы. Как можно сомневаться в том, что мы неподвижны, а вертится комната! Ведь если бы нашу качель в самом деле опрокинуть вверх дном, то мы с вами не повисли бы вниз головой, а выпали бы из нее. Но мы, как видите, не падаем. Значит, вертится не качель, а комната.

Я. Однако, вспомните, что вода из быстро кружащегося ведерка не выливается, хотя оно и опрокидывается вверх дном (см. стр. 52). Велосипедист в „чортовой петле“ (см. далее, стр. 64) также не падает, хотя и едет вниз головой.

Вы. Если так, то вычислим центростремительное ускорение и убедимся, достаточно ли оно для того, чтобы мы неё выпадали из качели. Зная нашё расстояние 01 оси вращения`и число оборотов в секунду, мы легко определим по формуле...

Я. Не трудитесь вычислять. Устроители „чортовой качели“, зная о нашем споре, предупредили меня, что число оборотов будет вполне достаточно, чтобы явление объяснялось по-моему. Следовательно, вычисление не решит нашего спора.

Вы. Однако я не потерял надежды вас переубедить. Видите, вода из этого стакана не выливается на пол... Впрочем, вы и тут сошлетесь на опыт с вращающимся ведерком Хороше же: я держу в руке отвес,—он все время направлен к нашим ногам, т. е. вниз. Если бы вертелись мы, а комната оставалась неподвижной, отвес был бы все время обращен к полу,—т. е. вытягивался бы то к нашим головам, то в стороны.

Я. Ошибаетссь: если мы вертимся с достаточною скоростью, то отвес все время должен быть натянут вдоль радиуса вращения от оси, т. е. к нашим ногам, как мы и наблюдаем.

Вы. Вот, наконец, решающий опыт: я роняю карандаш за борт нашей качели, и он падает—в потолок! Ясно, что потолок очутился на месте пола, потому что предметы, сколько известно, вверх не падают.

Я. Если бы ваш карандаш был раньше в покое, то, выроненный, он должен был бы упасть на пол, вниз. Но ведь карандаш обладал значительною скоростью прежде, чем вы его уронили, — скоростью кругового движения (я утверждаю, что мы движемся); при таком условии он вовсе не должен упасть непременно на пол: он может быть откинут, вопреки силе тяжести, и на потолок, и на стены. Как видите, и этот ваш довод пока ничего не. доказывает,

ФИНАЛ НАШЕГО СПОРА

Теперь позвольте посоветовать вам, как одержать победу в этом споре. Надо взять с собою на „Чортову качель“ пружинные весы, положить на их чашку гирю, например, в 1 кь и следить за положением указателя: он все время будет показывать один и тот же вес, именно— один килограмм. Это и есть доказательство неподвижности качели.

В самом деле: если бы мы вместе с пружинными весами описывали круги около оси, то на гирю, кроме силы тяжести, действовала бы также центробежная сила, которая в нижних точках пути прибавлялась бы к весу гири, а в верхних—отнималась бы от него; мы должны были бы замечать, что гиря то становится тяжелее (вдвое с лишним), то почти ничего не весит. А раз этого не заметно, значит—вращается комната, а не мы.

В ЗАКОЛДОВАННОМ ШАРЕ

Один предприниматель в Америке устроил для развлечения публики очень забавную и поучительную карусель в форме шарообразной вращающейся комнаты. Люди внутри нее испытывают такие необыкновенные ощущения, какие мы считаем возможным разве только во сне или в волшебной сказке.

Вспомним сначала, что испытывает человек, стоящий на быстро вращающейся круглой платформе.

Вращательное движение стремится отбросигь человека наружу; чем дальше вы стоите от центра, тем сильнее будет клонить и тянуть вас наружу. Если закроете глаза, вам будет казаться, что вы стоите не на горизонтальном полу, а на наклонной плоскости, на которой с трудом сохраняете равновесие. Это станет понятно, когда рассмотрим, какие силы действуют здесь на ваше тело (рис. 33). Действие вращения увлекает ваше тело наружу, тяжесть —тянет вниз; оба движения, складываясь по правилу параллелограмма, дают результирующее, которое направлено наклонно вниз. Чем быстрее вращается платформа, тем это результирующее движение больше и направляется более отлого.

ев — Е ———=

А ИНН ИИ НИИ

Представьте же себе теперь, что край платформы загнут вверх, и вы ВЕС ра стоите на этой отогнутой наклон- Рис. 33. Что испытывает человек на краю

; вращающейся платформы. ной части. Если

платформа неподвижна, вы в таком положении не удержитесь, а сползете или даже опрокинетесь. Другое дело, если платформа вращается: тогда эта наклонная плоскость станет для вас, при известной скорости, как бы гори- Е зонтальной, потому - снлА ЧТО равнодействующая обеих действующих на вас сил на-

РАВН. правится тоже наклонно, под прямым углом к отогнутой части платформы. ! Если вращающейся платформе придать такую кривизну, чтобы при определенной скорости ее поверхность в каждой точке была перпендикулярна к равнодействующей, то помещенный на ней человек будет чувствовать себя

РРР

—ьер>

1 Это, заметим кстати, объясняет, почему на закруглениях железнодорожного пути наружный рельс устраивают выше внутреннего, а также почему наклоняют внутрь круговую дорожку для велосипедов и почему велосипедисты-виртуозы могут ехать по круто наклоненному круговому настилу (рис. 37).

во всех ее

точках, как на горизонтальной плоскости. Математическим вычислением найдено, что такая кривая поверхность есть поверхность особого геоме- с достаточной скоростью, то шарик не скатится на его дно.

трического тела — параболоида. Ее можно получить, если быстро вращать вокруг своей оси стакан, до половины налитый водою: тогда вода у краев поднимется, в центре опустится, и поверхность ее примет форму параболоида.

Если, вместо воды, в стакан налить растопленный воск и продолжать вращение пока воск не затвердевшая до тех пор, остынет, то поверхность его даст нам точную форму параболоида. При определенной скорости вращения, такая поверхность является для тяжелых тел как бы горизонтальной: шарик, положенный в любую ееточку, не скатывается вниз, а остается в равновесии (рис. 35).

Теперь легко будет понять устройство заколдованого шара. Дно его (рис. 36) составляет большая вращающаяся платформа, которой придана кривизна параболоида. Хотя вращение, благодаря скрытому под платформой механизму, совершается

Рис.

36. Заколдованный шар

(разрез).

чрезвычайно плавно, все же люди на платформе испытывали бы головокружение, если бы окружающие предметы не перемещались вместе с ними; чтобы не дать возможности наблюдателю обнаружить движение, вращающуюся плат- ‘Форму помещают внутри большого шара с непрозрачными стенками, который движется с такою же скоростью, как и сама платформа.

Таково устройство этой карусели, носящей название „заколдованной“ или „волшебной сферы“. Что жеиспытываете вы, находясь на платформе внутри сферы? Когда с рера вращается, пол под вашими ногами горизонтален, в какой бы точке кривой платформы вы ни находились, — у оси, где пол действительно горизонтален, или у крзя, шара“ и что кажегся при этом каждому из двоих посетителей „заколдованного шара“.

6}

где он наклонен на 45 градусов. Глаза ясно видели бы вогнутость, мускульное же чувство свидетельствовало бы, что под вами плоское место. Показания обоих чувств противоречили бы друг другу самым резким образом. Если вы перейдете с одного края платформы на другой, то вам покажется, будто весь огромный шар с легкостью мыльного пузыря перевалился на другой бок под тяжестью вашего тела: ведь во всякой точке вы чувствуете себя, как на горизонтальной плоскости. А положение других людей, стоящих на платформе наклонно, должно представляться вам до крайности необычайным: вам буквально будет казаться, что люди, как мухи, ходят по стенам (рис. 38).

Вода, вылитая на пол заколдованного шара, растеклась бы ровным слоем по его кривой поверхности. Людям казалось бы, что вода здесь стоит перед ними наклонной стеной.

Привычные представления о законах тяжести словно отменяются в этом поистине заколдованном шаре, и мы переносимся в сказочный мир чудес...

Подобные ощущения испытывает на поворотах летчик, несущийся с большой скоростью. Так, если он летит со скоростью в 200 км в час по кривой радиуссм в 500 м, то земля должна казаться ему приподнявшейся

®› ©) и наклоненной на 16.

Недавно в Германии, в Геттингене, сооружена для научных изысканий подобная вращающаяся лаборатория. Это—цилиндрическая комната 3 м в поперечнике, вращающаяся со скоростью до 50 оборотов в секунду. Так как пол этой комнаты плоский, то при вращении наблюдателю, стоящему у стены, кажется, будто комната откинулась назад, а сам он полулежит на покатой стене (рис. 40).

ЖИДКИЙ ТЕЛЕСКОП

Самая лучшая форма для зеркала отражательного

:

т М

7 ] й

ЕЗ

2%

3: Е = |

ме МОЙ нь

` ых 5 “у .№ ъ ^!“

"у -т% к

ке!

ое

“) °, ./ А Е < м с 77 $ г ;

>. 5А |

‚ а. 4

рат

2. Е

:. ъбл соке:

`` с

телескопа — параболическая, т. е. та именно форма, какую сама собою принимает поверхность жидкости во вращающемся сосуде. Конструкторы телескопов затрачивают массу хлопотливого труда, чтобы придать зергалу подобную форму. Шлифовка зеркала для телескопа длится целые ГОДЫ. Американский физик, проф. Вуд, обошел эти затруднения, устроив жидкое зеркало: вращая ртуть в широком сосуде, он получил идеальную параболическую поверхность, могушую играть роль зеркала; так как ртуть хорошо отражает лучи света. Рисунок 41-й изображает этот своеобразный жидкий телескоп Вуда: С — сосуд с ртутью; ДР — электромотор, приводящий его в весьма быстрое вращение; В — труба »„телескопа“; 4-— отверстие в крыше здания, с которого наблюдатель смотрит в „зеркало“, находящееся на дне трубы, значительно ниже уровня земли. Недостаток телескопа тот, что малейший толчок морщит поверхность жидкого зеркала и искажает изображения. |

ЧОРТОВА ПЕТЛЯ

Вероятно, вам знаком головокружительный велосипедный трюк, нередко исполняемый в цирках: велосипедист о у пы и Г )ня» я, т ь, мА, } — и И .. И, р т И. .

едет в петле снизу вверх и описывает полный круг, несмотря на то, что. по верхней части круга ему приходится ехать вниз головой. На арене устраивают деревянную дорожку в виде петли с одним или несколькими завитками, как изображено на нашем рисунке. Артист спускается на велосипеде по наклонной части петли, за- тем быстро взлетает на своем стальном коне вверх, по круговой ее части, совершает полный оборот, буквально вися вниз головой, —и благополучно съезжает на землю. 1

Этот головоломный велосипедный фокус кажется зрителям верхом акробатического искусства. Озадаченная публика в недоумении спрашивает себя: какая таинственная сила удерживает смельчака вниз головой? Недоверчиво настроенные готовы подозревать здесь ловкий обман,—между тем в фокусе нет ничего сверхъестественного. Он нацело объясняется законами механики. Биллиардный шар, пущенный по этой дорожке, выполнил бы тот же фокус не с меньшим успехом. В школьных физических кабинетах имеются миниатюрные „чортовы петли“, в которых пробег совершает маленький шарик. Знаменитый исполнитель и изобретатель этого трюка, артист „Мефисто“ для испытания прочности чортовой петли имел тяжелый шар, вес которого равнялся весу артиста вместе с велосипедом. Шар этот пускали по дорожке петли, и если он благополучно пробегал ее, то артист решался проделать петлю сам.

Читатель, конечно, догадывается, что причина странного явления та же, которая объясняет общеизвестный опыт с кружащимся ведерком (стр. 52). Однако, фокус удается не всегда; необходимо в точности рассчитать высоту, с которой велосипедист должен начать свое движение, иначе фокус окончится катастрофой.

МАТЕМАТИКА В ЦИРКЕ

Я знаю, что ряды „бездушных“ формул отпугивают многих любителей физики. Но отказываясь от знакомства с математической стороной явлений, такие недруги математики лишают себя удовольствия заранее преду-

* „Чортова петля“ изобретена в 1902 г. одновременно двумя цирковыми артистами —„Дьяволо“ (Джонсоном) и „Мефисто“ (Нуазеттом). Оба артиста еще и сейчас подвизаются на арене.

Заниматем ная физика, 5 65

сматривать ход Явления и определять его условия. В данном, например, случае две-три формулы помогут нам в точности определить, при каких условиях возможно успешное выполнение столь удивительного фокуса, как полет в чертовой петле.

Приступим же к расчетам.

Обозначим буквами те величины, с которыми нам придется вести расчеты:

буквой А обозначим высоту, с которой скатывается велосипедист;

буквой х обозначим ту часть высоты А, которая возвышается над верхней точкой „петли“; из рис. 42 очевидно, что х=А — АВ;

буквой г обозначим радиус круга петли;

буквой т — общую массу артиста вместе с велосипедом; вес их выразится тогда через та, при чем буквою 5 обозначено ускорение силы земной тяжести; оно Вавно, как известно, 9,8 м;

буквою сх обозначим скорость велосипеда в тот момент, когда он достигает самой верхней точки круга.

Все эти величины мы можем связать двумя уравнениями. Во-первых, мы знаем из механики, что скорость, которую приобретает велосипед к моменту, когда, катясь по наклонной дорожке, он находится в С на уровне точки В (это положение изображено на рис. 42), равна той, какую он имеет в верхней части петли, в точке В. Первая скорость выражается формулой «= 2х, или 9" ==2ох. Следовательно, и скорость © велосипедиста в точке В равна У2ох, т. е. 9*==25х.

Далее, для того. чтобы велосипедист, достигнув высшей точки кругового пути, не упал вниз, нужно (ср. стр. 53), чтобы развивающееся при этом центростремительное ускорение было больше, нежели ускорение тяжести, т. е. надо, чтобы $2 г

> © или > а.

Но мы‘ уже знаем, что 1?=20х; следовательно’ )

2вх > 87, или х> 53

Итак мы узнали, что для успешного выполнения этого головоломного фокуса необходимо устронть „чортову петлю“ так, чтобы вершина наклонной части пути возвышалась над верхней точкой петли больше, чем на 1/2 ее радиуса, или более чем на !/. ее диаметра. Крутизна наклона, как видите, роли не играет,—нужно только, чтобы пункт, с которого велосипедист начинает спускаться, возвышался над вершиной петли больше, чем на 1/4 ее поперечника. Если, например, петля имеет в поперечнике 16 м, то артист должен начать спуск не меньше, чем с 20-метровой высоты. Не выполни он этого условия, —никакое искусство не поможет ему описать „чортову петлю“: достигнув ее верхней части, он неминуемо сорвется вниз.

Надо заметить, что при исполнении этого трюка велосипедист едет без цепи, предоставляя свою машину действию тяжести: ни ускорить, ни замедлить своего движения он не может, да и не должен. Все его искусство в том, чтобы держаться середины деревянной дорожки; при малейшем уклонении артист рискует съехать с дорожки и быть силой отброшенным в сторону. Скорость движения по кругу весьма велика: при круге с поперечником в 16 М ездок совершает оборот в 3 секунлы. Это соответствует скорости 60 км в час! Управлять велосипедом при такой быстроте, конечно, мудрено; но этого и не надо; можно смело положиться на законы механики. „Сам по себе велосипедный трюк, — читаем мы в бро- шюре, составленной профессионалом (Бостоне „Велосипедные аттракционы“),—при правильном расчете и прочной конструкции аппарата—не опасен. Опасность трюка лежит в самом артисте. Если рука артиста дрогнет, если он будет взволнован, потеряет самообладание, если ему неожиданно сделается дурно,—то можно ожидать всего“.


Часть 4

Велосипедист может, если желает, захватить с собою стакан, до краев налитый водой, — и во время его необычайного пробега не прольется ни одна капля, хотя стакан будет наклоняться и даже становиться вверх дном!

НЕХВАТКА В ВЕСЕ

Какой-то затейник объявил однажды, что знает способ без обмана обвешивать покупателей. Секрет состоит | в том, чтобы покупать товары в странах экваториальных, а продавать их поближе к полюсам. Давно известно, что близ экватора вещи имеют меньший вес, нежели близ полюсов; 1 ка перенесенный с экватора на полюс, прибавится в весе на 52. Надо пользоваться, однако, не обыкновенными весами, а пружинными, притом изготовленными (градуированными) на экваторе, — иначе никакой выгоды не получится: товар станет тяжелее, и на столько же тяжелее сделаются гири. Если купить тонну золота где-нибудь в Перу, а сбыть ее, скажем, в Исландии, то можно, пожалуй, на этом кое что заработать, — при бесплатном провозе, разумеется.

Не думаю, чтобы подобная торговля могла кого-нибудь обогатить, но по существу шутник прав: напряжение тяжести действительно увеличивается с удалением от экватора. Происходит это оттого, что на экваторе тела описывают при вращении Земли самые большие круги, а также и оттого, что земной шар как бы вздут у экватора.

о С ] лавная доля недостачи веса обусловлена вращением Земли; оно уменьшает вес тела близ экватора на

290 долю по сравнению с весом того же тела у полюсов.

Разница в весе при переносе тела с одной широты на другую для легких тел ничтожна. Но для предметов грузных она может достигнуть величины довольно солидной. Вы и не подозревали, например, что паровоз, весящий в Москве 6) т становится по прибытии в Архангельск на 60 кг тяжелее, а в Одессу — на столько же дегче. С острова Шпицбергена ежегодно вывозят в более южные порты до 300000 т угля. Если бы это количество было доставлено в какой-нибудь экваториальный порт, то в нем обнаружена была бы недостача в 1200 т, будь оно перевешено при приемке на пружинных весах, вывезенных со Шпицбергена. Дредноут, весивший в Архангельске 20000 т, по прибытии в экваториальные воды становится легче тонн на 80, но это остается неошутительным, так как соответственно становятся легче и все другие тела, не исключая, конечно, и воды в океане. !

Если бы земной шар вращался вокруг своей оси быстрее, чем теперь,—например, если бы сутки длились не 24 часа, а, скажем, 4 часа, то разница в весе тел на экваторе и полюсах была бы резче заметна. При четырехчасовых сутках, например, гиря, весящая на полюсе 1 ка, весила бы на экваторе всего 875 а. Именно таковы, приблизительно условия тяжести на Сатурне: близ полюсов этой планеты все тела на в тяжелее, чем на экваторе. Так как центро-стремительное ускорение возрастает пропорционально квадрату скорости, то не трудно вы-

1 Поэтому, между прочим, судно сидит в экваториальных водах столь же глубоко. как и в полярных: оно хотя и становится легче. но на столько же легче стаиовится также вытееняемая им вода.

числить, при какой быстроте вращения оно на земном экваторе должно стать в 290 раз более, т. е. сравняться с силой притяжения. Это наступит при скорости в 17 раз большей, нежели нынешняя (17 Х 17 почти = 290). Тогда сила тяжести полностью будет расходоваться только на то, чтобы удерживать тела на круговом пути, не допускать двигаться за его пределами. В таком состоянии тела перестанут оказывать давление на свои опоры. Другими словами, если бы Земля вращалась в 17 раз скорее, то вещи на экваторе совсем не имели бы веса! Для Сатурна это наступило бы при скорости вращения всего в 2!/» раза большей, чем нынешняя.

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ ВСЕМИРНОЕ ТЯГОТЕНИЕ

ВЕЛИКА ЛИ СИЛА ПРИТЯЖЕНИЯ?

„Если бы мы не наблюдали ежеминутно падения тел, оно было бы для нас самым удивительным явлением“, — писал знаменитый французский астроном Араго. Привычка делает то, что притяжение всех земных предметов Землей кажется нам естественным и обычным явлением. Но когда нам говорят, что предметы притягивают также и друг друга, мы не склонны этому верить, потому что ведь в обыденной жизни ничего подобного не замечается

Почему, в самом деле, закон всеобщего притяжения, не проявляется постоянно вокруг нас в обычной обстановке? Почему мы не видим, чтобы притягивали друг друга столы, арбузы, люди? Потому, что для небольших предметов сила притяжения чрезвычайно мала. Приведу наглядный пример. Два человека, отстоящие на два метра друг от друга, несомненно притягивают один другого, — но сила этого притяжения ничтожна: для людей среднего веса — менее у миллиграмма. Это значит, что два челоид века притягивают друг друга © такою Ж6 силой, с какой гирька в одну 100000-ю грамма давит на чашку весов; только чрезвычайно чувствительные весы научных лабораторий способны обнаружить столь ничтожный грузик!

Такая сила, понятно, не может сдвинуть нас с места, — _ этому мешает трение наших подошв о пол. Чтобы сдвинуть нас, например, на деревянном полу (сила трения подошв о пол = 30%/, веса тела), нужна сила ие меньше 20 ке. Смешно даже сравнить эту силу с ничтожной силой притяжения в одну 100-ю мг. Миллиграмм — тысячная грамма; грамм— тысячная часть килограмма; значит, 0,01 мг составляет половину одной миллиардной доли той силы, которая нужна, чтобы сдвинуть нас с места! Удивительно ли, что при обычных условиях мы не замечаем даже намека на взаимное притяжение земных тел?

Другое дело, если бы трения не существовало: тогда ничто не мешало бы даже и слабому притяжению вызвать взаимное сближение тел. Но при силе в 0,01 ма быстрота (ускорение) этого движения должна быть совершенно ничтожна. Можно вычислить, что при отсутствии трения два человека, отстоящие на расстоянии 2 м, в течение первого часа придвинулись бы друг к другу на 3 см; в течение следующего часа они сблизились бы еще на 9 см; в течение третьего часа — еще на 15 см. Движение все ускорялось бы,—но оба человека сблизились бы вплотную не ранее, чем через пять часов.

Так ничтожна сила тяготения между небольшими массами! При увеличении масс она возрастает пропорционально их произведению. Но тут многие склонны превеличить эту силу. Один ученый — правда, не физик» а зоолог—старался уверить меня, Что взаимное притяжение, наблюдаемое нередко между морскими судами, вызывается силой всеобщего тяготения! Не трудно показать вычислением, что тяготение здесь не при чем: два линейных корабля в 25000 тонн каждый, на рас-

[

у

у

стоянии 100 м, притягивают друг друга с силой веего 400 #1 Разумеется, такая сила недостаточна, чтобы сообщить кораблям хотя бы ничтожное перемещение. Истинную причину загадочного притяжения кораблей мы обЪясним позже, в главе о свойствах жидкостей. А пока будем продолжать заниматься всемирным тяготением. Ничтожная для небольших масс сила тяготения становится весьма ощутительной, когда речь идет о колоссальных массах небесных тел. Так, даже Нептун, крайне далекая от нас планета, медленно кружащаяся почти на краю солнечной системы, шлет нам свой призыв, притягивая к себе Землю с силою 18 миллионов тонн. Несмотря на невообразимо огромное расстояние, отделяющее нас от солнца, Земля удерживается на своей орбите единственно лишь силой тяготения. Если бы сила солнечного притяжения вдруг почему-либо исчезла, Земля полетела бы по линии, касательной к ее орбите, и навеки умчалась бы в бездонную глубь мирового пространства.

СТАЛЬНОЙ КАНАТ ОТ ЗЕМЛИ ДО СОЛНЦА

Вообразите, что могущественное притяжение солнца почему-либо в самом деле исчезло, и Земле предстоит печальная участь навсегда удалиться в холодные и мрачные пустыни мироздания. Вы можете представить себе, — фантазировать позволительно о чем угодно, —что инженеры решили, так сказать, заменить невидимые цепи притяжения материальными связями, т. е. попросту задумали соединить землю с солнцем крепкими стальными канатами, которые должны удерживать земной шар на круговом пути в его беге вокруг солнца. Что может быть крепче стали, способной выдержать натяжение в 100 ка на каждый квадратный миллиметр? Представьте себе мощную стальную колонну, поперечником в 5 мет- ров. Площадь ёе сечения заключает круглым счетом 20000000 кв. мм; следовательно такая колонна разрывается лишь от груза в 2000000000 кт, или два миллиона тонн. Вообразите далее, что колонна эта простирается от земли до самого солнца, соединяя оба светила. Знаете ли вы, сколько таких могучих колонн потребовалось бы для удержания Земли на ее орбите? Миллион миллионов! Чтобы нагляднее представить себе этот лес стальных колонн, густо покрывающих все материки и океаны, прибавлю, что при равномерном распределении их по всей обращенной к солнцу половине земного шара промежутки между соседними колоннами были бы лишь немногим шире самих колонн. Вообразите силу, необходимую для разрыва этого огромного леса стальных колонн—и вы получите представление о могуществе невидимой силы взаимного притяжения Земли и солнца.

И вся эта колоссальная сила проявляется лишь в том, что, искризляя путь движения Земли, каждую секунду заставляет Землю уклоняться от касательной на 3 мм; благодаря этому путь нашей планеты и превращается в замкнутый, эллиптический. Не странно ли: чтобы придвигать Землю каждую секунду на 3 мм, толщину этой строки, нужна такая исполинская сила?. Это только показывает, как огромна масса земного шара, если даже столь чудовищная сила может сообщить ей лишь весьма незначительное перемещение.

МОЖНО ЛИ УКРЫТЬСЯ ОТ СИЛЫ ТЯГОТЕНИЯ?

Сейчас мы фантазировали о том, что было бы, если бы взаимное притяжение между Солнцем и Землей исчезло: освободившись от невидимых цепей притяжения, Земля умчалась бы в бесконечный простор вселенной. Теперь пофантазируем на другую тему: что стало бы со всеми земными предметами, если бы не было тяжести? Ничто не привязывало бы их к нашей планете, и при малейшем толчке они уносились бы прочь в межпланетное пространство. Не пришлось бы, впрочем, дожидаться и толчка: вращение нашей планеты раскидало бы в пространство все, что не прочно связано с ее поверхностью.

Английский писатель Уэллз воспользовался подобного рода идеей, чтобы описать в романе фантастическое путешествие на Луну. В этом произведении („Первые люди на Луне“) остроумный романист указывает на очень оригинальный способ путешествовать с планеты на планету. А именно: ученый герой его романа изобрел особый сплав, который обладает замечательным свойством—-непроницаемостью для силы тяготения. Ёсли слой такого сплава подвести под какое-нибудь тело, то оно освободится от притяжения Земли и станет невесомым. Это фантастическое вещество Уэллз назвал „кеворитом“ —по имени его вымышленного изобретателя—Кевора.

„Мы знаем, —пишет романист, — что для всемирного тяготения, т. е. для силы тяжести, проницаемы все тела. Вы можете поставить преграды, чтобы отрезать лучам света доступ к предметам; помощью металлических листов можете оградить предмет от доступа электрических волн искрового телеграфа,—но никакими преградами не можете вы защитить предмет от действия тяготения Солнца или от силы земной тяжести. Почему собственно в природе нет подобных преград для тяготения, —трудно сказать. Однако, Кевор не видел причин, почему бы и не существовать такому веществу, непроницаемому для тяготения; он считал себя способным искусственно создать такое непроницаемое для тяготения вещество.

„Всякий обладающий хоть искрой воображения, легко представит себе, какие необычайные возможности открывает перед нами подобное вещество. Если, например, нужно поднять груз, то как бы огромен он ни был, до-

Статочно будет разостлать под ним лист из этого вещества, — и груз можно будет поднять хоть соломинкой“.

Обладая таким замечательным веществом, герои романа сооружают небесный дирижабль, в котором и совершают смелый полет на Луну. Устройство снаряда весьма несложно: в нем нет никакого двигательного механизма, так как он перемещается действием внешней силы.

Вот описание этого фантастического снаряда:

„Вообразите себе шарообразный снаряд, достаточно просторный, чтобы вместить двух человек с их богажом. Снаряд будет иметь две оболочки—внутреннюю и наружную; внутренняя из толстого стекла, наружная стальная. Можно взять с собой запас сгущенного воздуха, концентрированной пищи, аппараты для дистилляции воды и т. п. Стальной шар будет весь снаружи покрыт слоем кеворита. Внутренняя стеклянвная оболочка будет сплошная, кроме люка; стальная же будет состоять из отдельных частей, и каждая такая часть может сворачиваться, как штора. Это легко устроить посредством особых пружин; шторы можно будет опускать и свертывать электрическим током, проводимым по платиновым проводам в стеклянной оболочке. Все это уже технические подробности. Главное то, что наружная оболочка снаряда будет вся состоять как бы из окон и „кеворитных“ штор. Когда все шторы наглухо спущены, внутрь шара не может проникнуть ни свет, никакой вообще вид лучистой энергии, ни сила всемирного тяготения. Но вообразите, что одна из штор поднята,—тогда какое-нибудь весомое тело, которое случайно находится вдали против этого окна, притянет нас к себе. Практически мы сможем путешествовать в мировом пространстве в том направлении, в каком пожелаем, притягиваемые то одним, то другим небесным телом“.

КАК ПОЛЕТЕЛИ НА ЛУНУ ГЕРОИ УЭЛЛЗА

Интересно описан у романиста самый момент отправления межпланетного вагона в путь. Тонкий слой „кеворита“, покрывающий наружную поверхность снаряда, делает его как бы совершенно невесомым. Вы понимаете, что невесомое тело не может спокойно лежать на дне воздушного океана: с ним должно произойти то же, что произошло бы с пробкой, погруженной на дно озера: пробка быстро всплыла бы на поверхность воды. Точно также невесомый снаряд;—отбрасываемый к тому же и инерцией вращающегося земного шара, должен стремительно подняться ввысь и, дойдя до крайних границ атмосферы, свободно продолжать свой путь в мировом пространстве. Герои романа так и полетели. И очутившись в мировом пространстве, они, открывая одни заслонки, закрывая другие, подвергая внутренность снаряда притяжению то Солнца, то+Земли, то Луны, добрались до поверхности нашего спутника. Впоследствии один из путешественников на том же снаряде возвратился на Землю.

Не будем останавливаться здесь на разборе идеи Уэллза по существу, это сделано мною в другом сочинении, ! в котором я и выяснил ее несостоятельность. Поверим на минуту остроумному романисту и последуем за его героями на Луну-

ПОЛЧАСА НА ЛУНЕ

Посмотрим, как чувствовали себя герои повести Уэллза, очутившись в мире, где тяжесть слабее, чем на Земле.

Вот эти любопытные страницы 2 повести „Первые люди на Луне“. Рассказ ведется от лица одного из жителей Земли, прибывших на Луну.

; 1 „Межпланетные путешествия. Начальные основания звездоплавання“ 1929 г. 2 Отрывок приведен здесь с несущественными пропусками.

=]

„Я принялся вывинчивать крышку сиаряда. Став на колени, я высунулся ив люка: вниву, на расстоянии трех футов от моей головы, лежал девственный снег Луны.

„Закутавшись в одеяло, Кевор сел на край люка и стал осторожно свешивать ноги. Спустив их до высоты полуфута над почвой, он, после минутного колебания, соскользнул вниз, на почву лунного мира.

„Я следил за ним через стеклянную оболочку шара. Пройдя несколько шагов, он постоял минуту, озираясь кругом, затем решнлея и— прыгнул вперед.

„Стекло искажало его движения, но мне казалось, что вто и в действительности был чересчур большой прыжок. Кевор сразу очутился от меня в расстоянии 6—10 метров. Стоя на скале, ои делал мне какне-то знаки; возможно, что он и кричал,— однако, звуки не достигали меня... Но как он проделал свой прыжок?

„Озадаченный, я пролез через люк и тоже спустился вниз, очутившись на краю снежной выемки. Сделав шаг вперед, я прыгиул.

„Я почувствовал, что лечу, и вскоре очутился близ скалы, на которой стоял поджидаюший меня Кевор; ухватившись ва нее, я повис в страшном изумлении.

„Кевор, нагнувшись, кричал мне визгливым голосом, чтобы я был осторожнее.

„Я и забыл, что на Луне напряжение тяжести в шесть раз слабее, нежели на Земле. Действительность сама напомвила мне об этом.

„Осторожно, сдерживая свои движения, я поднялся на вершину скалы и, ступая словно больной ревматизмом, стал на солнце рядом с Кевором. Снаряд наш лежал на тающем сугробе снега, футах в тридцати от нас. .

„— Посмотрите,—обратился я, поворачиваясь к Кевору.

„Но Кевор исчев.

„Одно мгновение я стоял, пораженный этой неожиданностью, затем, желая заглянуть за край скалы, поспешно шагнул вперед, совершенно забыв, что я на Луне. Уснлне, которое я сделал, подвинуло бы меня иа один метр, будь я на Земле; на Луне же оно подвинуло маня на 6 метров, и я очутнлся в 5 м ва краем скалы.

„Я испытывал то ощущение витания в пространстве, которое приходится переживать во сне, когда снится, будто падаешь в бездну- На Земле человек, падая, опускается в течение первой секунды на 5 м, на Луне же он проходит при падении в первую секунду 80 см. Вот почему я плавно порхнул вниз на глубину метров девяти. Падение показалось мне продолжительным; оно длилось секунды три. Я поплыл в воздухе и опустился плавно, как пушинка, увязши по колено в снежном сугробе на дне скалистой долины.

„— Кевор! крикнул я, осматриваясь кругом. Но нигде не было и следов его.

„- Кевор!—крикнул я громче.

„И вдруг я увидел Кевора: он смеялся и делал мне знаки, стоя на голом утесе, метрах в 20 от меня. Я не мог слышать слов, но понял смысл его жестов,—ои приглашал меня прыгнуть к нему.

„Я колебался; расстояние казалось мне слишком огромным. Но скоро сообразил, что раз Кевор проделал такой прыжок, то, наверное, удастся прыгнуть и мне.

„Отетупив на шаг, я прыгнул изо всех сил. Стрелою вввилея я в воздух и, казалось, никогда не опущусь вниз. Это был фантастический полет, — чудовищный, как в сноведении, но в то же время восхитительно приятный.

„Но прыжок оказался слишком сильным: я перелетел над головой Кевора“.

СТРЕЛЬБА НА ЛУНЕ

Следующий эпизод из малоизвестной говести выдающегося русского физика и изобретателя К. Э. Циолковского „На луне“ поможет нам еще лучше уяснить условия движения под действием силы тяжести. На Земле атмосфера, препятствуя движевию в ней тел, заслоняет от нас простые законы падения, усложняя их добавочными условиями. На Луне воздух—по мнению большинства астрономов—если и присутствует, то лишь в крайне разряженном состоянии, и не может влиять на движение в нем тел. Луна была бы превосходной лабораторией для изучения падения тел, если бы мы могли на ней очутиться и заниматься там научными исследованиями.

Обращаясь к эпизоду повести, поясним, что два собеседника приводимого далее отрывка находятся на Луне и желают исследовать, как будут двигаться там пули, вылетевшие из ружья.

„‚— Но будет ли тут работать порох? „— Взрывчатые вещества в пустоте должны проявлять себя даже с большею силою, чем в воздухе, так как последний только препят- ствует нх расширению; что же касается кислорода, то они в нем ние иуждаются, потому что все необходимое его количество заключается в них самнх.

„— Установим ружье вертикально, чтобы пулю после взрыва отыскать поблизости...

„Огонь, слабый звук,! легкое сотрясение почвы.

„— Где же лыж? Он долженебыть тут, поблизости.

„— Пыж улетел вместе с пулей и едва ли от нее отстанет, так как только атмосфера мешает ему на Земле поспевать за свинцом; вдесь же пух падает и летнт вверх с такою же стремительностью, как и камень. Возьми пушинку, торчащую из подушки, ая в возьму чугунный шарик. Ты можешь кидать свою пушинку и попадать ею в цель, даже отдаленную, с таким же удобством, как я шариком. Я могу, при малой тяжести, кинуть шарик метров на 400; ты на такое же расстояние можешь бросить пушичку; правда, ты никого ею не убьешь и при бросании даже не почувствуешь. что ты что- инбудь бросаешь. Бросим наши метательные снаряды изо всех еилкотсрые у нас не очень различны,—и в одну Цель: вон в Тот красный гранит...

„Пушинка опередила немного чугунный шарик, как бы увлекаеемая сильным вихрем.

„— Но что это? Со времени выстрела прошло три минуты, а пули нет!

„— Подожди две минуты, и она, наверное, вернется.

„Действительно, через указанный срок мы ощущаем легкое сотрясение почвы и видим прыгающий невдалеке пыж.

„_ Как долго летела пуля! На какую же высоту она должна г эдняться?

„Километров на семьдесят. Эту высоту создают малая тяжесть и отсутствие воздушного сопротивления“.

Проверим это. Если для скорости пули в момент вылета из ружейного ствола взять сравнительно скромную цифру 500 м в секунду (для современных ружей это раза в полтора меньше действительной), то высота поднятия на Земле, при отсутствии атмосферы, была бы:

9 _ 500* _ ‚ й— ря = 12500 м,

1 Звук, передаваемый через почву и тела людей, а не через воздух, которого на Луне нет.

т. е. 121/, км. На Луне же, где напряжение тяжести в 6 раз слабее и вместо $ надо взять _ , достигаемая пу- лей высота должна равняться: 500*.6 7 к 10 === 75 км.

В БЕЗДОННОМ КОЛОДЦЕ

О том, что делается в глубоких недрах нашей планеты, ученым известно пока очень мало. Одни полагают, что под твердой корой в сотню километров толщины начинается огненно-жидкая масса; другие считают весь земной шар отвердевшим до самого центра. Решить вопрос трудно; ведь самая глубокая шахта простирается не глубже 2 км, —а радиус земного шара равен 6400 км. Если бы можно было просверлить через всю нашу планету сквозной колодец, прорезающий земной шар по диаметру, — тогда все подобные вопросы, разумеется, были бы разрешены.

О прорытии такого сквозного тоннеля через земной шар мечтали в ХУШ веке знаменитый математик Мопертюи и философ Вольтер. К этому проекту—правда, в ином, более скромном масштабе — вернулся покойный французский астроном Фламмарион; мы воспроизводим здесь заглавный рисунок его статьи, посвященной этой теме (рис. 44).

Ничего подобного, конечно, пока еще не сделано; но воспользуемся этим воображаемым бездонным колодцем, чтобы заняться одной любопытной задачей. Как вы думаете, что было бы с вами, если бы вы упали в такой бездонный колодец? (О сопротивлении воздуха на время забудем). Разбиться о дно вы не можете, —дна здесь не существует,—но где же вы остановитесь?

В центре Земли? Нет.

Занимательная физика. 6 ` 81

Когда вы долетите до центра, ваше тело будет иметь такую колоссальную скорость (около 8 км в сек.), что об остановке в этой точке не может быть и речи. Вы промчитесь далее и будете нестись, постепенно замедляя движение, пока не поравняетесь с краями противоположного конца колодца. Здесь вам надо будет покрепче ухватиться за края, —иначе вы вновь проделаете прогулку через весь колодец до другого конца. Если и тут не удастся вам ухватитася за что-нибудь, вы опять полетите в колодец и будете так качаться без конца. Мем {' м й- к, Е Ох

Г Г = > РЕ. - | === ти “. ЕВЕ г мох | = РК ЕЕ СЕВА РЯ < а ^ к я $ ©.

ма о ех. м

«х

ханика учит, что при таких условиях (если только, повторяю, пренебречь трением о воздух в колодце) тело должно качаться туда и назад вечно.

Какова была бы продолжительность одного такого качания? Оказывается, что весь путь, в конец и обратно, занял бы 84 минуты 22 секунды,—т. е. круглым счетом полтора часа.

„Гак было бы, — продолжает французский астроном, — если бы колодец был вырыт по оси от полюса до полюса. Но достаточно перенести точку отправления на какую-либо иную широту—на материк Европы, Азии или Африки, чтобы пришлось принять в расчет влияние вра- щения Земли. Известно, что каждая точка земной поверхности пробегает на экваторе 465 м в секунду, а на ширете Парижа—300 м. Так как окружная скорость во зрастает с удалением от оси вращения, то свинцовый шарик, напр., брошенный в колодец, падает не по вертикали, а уклоняется несколько к востоку. Если вырыть бездонный колодец на экваторе, то ширина его должна быть весьма значительна, или же он должен быть сильно скошен, ибо тело, падающее с поверхности Земли, прошло бы далеко к востоку от ее центра.

„Если бы входное отверстие колодца находилось на одном из плоскогорий Южной Америки, на высоте, положим, двух километров, а противоположный конец тоннеля приходился бы на уровне океана, то человек, который по неосторожности свалился бы в американское отверстие, достиг бы противоположного конца с такою скоростью, что вылетел бы из него с стремительностью бомбы на высоту двух километров.

„А если бы оба конца колодца приходились на уровне океана, можно было бы подать летящему человеку руку в момент появления его у отверстия, когда скорость полета равнялась бы нулю. В предыдущем же случае следовало бы, напротив, с опаскою посторониться от чересчур стремительного путешественника“.

6*

Вернемся на мгновение из области фантазий в реальную обстановку и приведем поучительную справку: стоимость рытья колодца глубиною только в 3 км исчисляется по смете в 6000000 рублей, а сама работа должна была бы длиться 35 лет!..

СКАЗОЧНАЯ ДОРОГА

Лет тридцать назад в Ленинграде появилась брошюра со странным заглавием: „Самокатная подземная железная дорога между С.-Петербургом и Москвой. Фантастический роман пока в трех главах, да и то неоконченных“. Талантливый автор этой”брошюры, А. А. Родных, предлагает остроумный проект, с которым интересно познакомиться любителю физических парадоксов.

Проект состоит „не более, не менее, как в проведении 600-километрового тоннеля, который должен соединить обе наши столицы по совершенно прямой подземной линии. Таким образом впервые явилась бы возможность для человечества совершать путь по прямой, а не ходить кривыми путями, как это было до сих пор“. (Автор хочет сказать, что все наши дороги следуют по дугам, между тем как проектируемый тоннель пройдет по прямой линии—по хорде).

Такой тоннель, если бы его можно было прорыть имел бы удивительное свойство, каким не обладает ни одна дорога в мире. Оно заключается в том, что любой к т _- экипаж в подобном тоннеле должен двигаться сам собой. Вспомним наш бездонный колодец, пробуравливающий земной шар. Ленинградо-Московский тоннель— тот же колодец, только просверленный не по диаметру, а по хорде. Правда, при взгляде на рис. 46 может показаться, что тоннель прорыт горизонтально и что поезду, следовательно, нет причины катиться по нему в силу тяжести. Но это лишь обман зрения; проведите мысленно радиусы к концам тоннеля (направление радиуса есть направление отвеса); вы поймете тогда, что тоннель прорыт не под прямым углом к отвесу, т. е. не горизонтально, а наклонно вниз.

В таком косом колодце всякое тело должно, увлекаемое силою тяжести, качаться взад и вперед, все время прижимаясь ко дну. Если в тоннеле устроить рельсы, то железнодорожный вагон будет сам катиться по ним: вес заменит тягу паровоза. Вначале поезд будет двигаться очень медленно. С каждой секундой скорость самокатного поезда будет возрастать; вскоре она дойдет до невообразимой величины, так что воздух в тоннеле будет уже заметно мешать его движению. Но забудем на время об этом досадном препятствии, мешающем осуществлению многих заманчивых проектов, и проследим за поездом дальше. Домчавшись до средины тоннеля, поезд будет обладать такой огромной скоростью,—во много раз быстрее пушечного ядра!—что с разбега докатится почти до противоположного конца тоннеля. Если бы не трение, то не было бы и этого „почти“: поезд без паровоза сам доехал бы из Ленинграда в Москву. Продолжительность перелета в один конец, как показывает расчет,—та же, что и для падения сквозь тоннель, прорытый по диаметру: 42 мин. 11 сек. Странным образом он не зависит от длины тоннеля: путешествия в тоннеле Москва—Ленинград, Москва— Владивосток или Москва—Мельбурн продолжались бы одинаковое время.

85:

То же повторялось бы с любым другим экипажем дрезиной, каретой, автомобилем и т. д. Поистине сказоч- о ная дорога, которая, сама оставаясь неподвижной, мчит. по себе все экипажи от одного конца до другого, и притом с невообразимой быстротой!

КАК РОЮТ ТОННЕЛИ

Взгляните на рис. 47, изображающий три способа проведения тоннеля, и скажите, какой из них прорыт горизонтальноР


Часть 5

Не верхний и не нижний, а средний, идущий по дуге, которая во всех точках образует прямые углы с направлением отвесных линий (или земных радиусов). Это и есть горизонтальный тоннель, — его изгиб вполне соответствует кривизне земной поверхности.

Большие тоннели проры- `вают обыкновенно так, как показано на верхнем рисунке 47: по прямым линиям, касательным к земной поверхности в крайних точках затем вниз. Он представляет то удобство, что вода не застаивается в нем, а сама стекает к краям.

Если бы тоннели рылись строго горизонтально, то длинные тоннели имели бы дугообразную форму. Вода не имела бы стремления вытекать из него, так как в каждой его точке находилась бы в равновесии. Когда такой тоннель длиннее 15 км (Симплонский, например.

имеет в длину 20 км), то, стоя у одного выхода, нельзя видеть другого: луч зрения упирается в потолок, так как средняя точка такого тоннеля более чем на 4 метра возвышается над его конечными точками.

Наконец, если прорыть тоннель по прямой линии, соединяющей крайние точки, он будет с обоих концов иметь легкий наклон вниз к середине. Вода не только не будет вытекать из него, но, напротив, скопится в средней самой низкой его части. Зато, стоя у одного конца его, можно будет видеть другой. Прилагаемые рисунки пя сняют сказанное.

Ра м Я

Н

Ц

"—.——.-“

ГЛАВА ПЯТАЯ ПУТЕШЕСТВИЕ В ПУШЕЧНОМ ЯДРЕ

В заключение наших бесед о законах движения и силе притяжения разберем то фантастическое путешествие на Луну, которое так занимательно описано Жюль ры в романах „С Земли на Луну“ и „Вокруг Луны“. ! Вы конечно, помните, что члены Пушечного клуба Балтиморы, обреченные на бездеятельность с окончанием Северо-Американской войны, решили отлить исполинскую пушку, зарядить ее огромным полым ядром и, посадив в него пассажиров, выстрелом отправить ядро-вагон на

Луну.

' Русский перевод озаглавлен „Из пушки на Луну“.

(Фантастична ли эта мысль?»И прежде всего: можн@ ли сообщить телу такую скорость, чтобы оно безвозвратно покинуло земную поверхность?

НЬЮТОНОВА ГОРА

Предоставим слова гениальному Ньютону, открывшему закон всемирного тяготения. В своих „Математических началах физики“ он пишет (приводим это место в вольной передаче):

„Брошенный камень под действием тяжести отклоняется от прямолинейного пути и падает на землю, описывая кривую линию. Если бросить камень с большею скоростью, то он полетит дальше; поэтому может случиться, что он опишет дугу в десять, сто, тысячу миль и, наконец, выйдет за пределы Земли и не вернется на нее больше. Пусть АРВ (рис. 48) представляет‘ поверхность Земли, С—ее центр, а ИР, ГЕ, "УЕ —кривые линии, которые описывает тело, брошенное в горизонтальном направлении с очень высокой горы с все большею и большею скоростью. Мы не принимаем во внимание противодействия. атмосферы, т. е. предполагаем, что она совершенно отсутствует. При меньшей первоначальной скорости тело описывает кривую ИР, при большей скорости — кривую ТЕ, при еще большей скорости — кривые ИР, ГС. При еще большей скорости тело обойдет вокруг всей Земли и возвратится к вершине горы, с которой его бросили. Так как при возвращении к исходному пункту скорость тела будет не меньше, чем в самом начале, то тело будет продолжать двигаться и дальше по той же кривой“.

Если бы на этой воображаемой горе была пушка, то выброшенное ею ядро при известной скорости никогда не упало бы обратно на землю, а стало бы безостановочно кружиться вокруг земного шара. Путем довольно брыныы простого расчета ! не трудно определить, что это должно наступить при скорости около 8 км в секунду. Другими словами, ядро, извергаемое пушкой со скоростью восьми километров в секунду, навсегда покидает поверхность земного шара и становится как бы спутником нашей планеты. Ядро будет мчаться в 17 раз быстрее, чем какая-либо точка на экваторе, и опишет полный оборот вокруг нашей планеты в 1 час 24 мин. Если же сообщить ядру большую скорость, оно будет вращаться около Земли уже не по кругу, а по более или менее вытянутому эллипсу, удаляясь от Земли на огромное расстояние. При еще большей начальной скорости ядро на“ всегда удалится от нашей планеты в мировое пространство. Это должно наступить при начальной скорости около 11 км. (Во всех этих рассуждениях имеются в виду ядра, движущиеся в пустом пространстве, а не в воздушной среде).

Итак, если бы не существовало атмосферы, то ничего невозможного не было бы в мысли перебросить на Луну какое-либо земное тело. Теперь посмотрим, можно ли осуществить это теми средствами, которые предлагает Жюль Верн: Современные пушки сообщают ядрам скорость не более полутора километра в первую секунду. Это в семь раз меньше той скорости, с какой тело может полететь на Луну. Герои романов думали, “то, соорудив исполинскую пушку и зарядив ее огромным количеством взрывчатых веществ, им удастся получить скорость, д0- статочную, чтобы отослать ядро на Луну.

ФАНТАСТИЧЕСКАЯ ПУШКА

И вот, члены Пушечного клуба отливают гигантскую пушку, длиною в четверть километра, отвесно врытую’ в землю. Изготовляется соответственно огромное ядро,

1 См. „Занимательную Физику“, кн. 1-ю, стр 41.

которое внутри Представляет собою каюту для пассажиров. Вес ядра — 8 тонн. Заряжают пушку хлопчатобумажным порохом—пироксилином—в количестве 160 тонн. В результате взрыва ядро, если верить романисту, приобретает скорость в 16 км в секунду, но вследствие трения о воздух скорость эта уменьшается до 11 км. Таким образом, очутившись за пределами атмосферы, жюльверново ядро обладает скоростью, достаточною, чтобы долететь до Луны.

Так описывается в романе. Что же может сказать об этом физика?

Проект Жюля Верна уязвим совсем не в том пункте, куда обычно направляется сомнение читателя.

Главные опасения вызывает участь самих пассажиров- Но не думайте, что опасность грозит им во время полета от Земли до Луны. Если бы им удалось остаться живыми к тому моменту, когда они покинут жерло пушки, то во время дальнейшего путешествия им нечего уже было бы опасаться. Огромная скорость, с которой пассажиры будут мчаться в мировом пространстве вместе с их вагоном, столь же безвредна для них, как безвредна для нас, обитателей Земли, та еще большая скорость, с какой планета наша мчится вокруг Солнца.

ТЯЖЕЛАЯ ШЛЯПА

Самый опасный момент для наших путешественников представили бы те несколько сотых долей секунды, в течение которых их каюта-ядро движется в канале пушки. Ведь в течение этого ничтожко малого промежутка времени скорость, с какою пассажиры будут двигаться в ядре, должна возрасти* от нуля до 16 км! Не даром в романе пассажиры .с таким трепетом ожидали выстрела. И Барбикен был вполне прав, утверждая, что момент, когда ядро полетит, будет для пассажиров столь жё опасен, как если бы они были не внутри ядра, а впереди него. Действительно: в момент выстрела нижняя площадка каюты ударит пассажиров снизу с такой же силой, с какой налетело бы ядро на всякое тело, находящееся на его пути. Герои романа отнеслись к этой опасности чересчур легкомысленно, воображая, что отделаются, в худшем случае, только приливом крови к голове...

Дело обстоит серьезнее. В канале пушки ядро движется ускоренно: скорость ядра растет под постоянным напором газов, образующихся при взрыве. В течение ничтожной доли секунды скорость эта возрастает от 0 до 16 км. Допустим, для простоты, что возрастание скорости совершается в ядре равномерно; тогда ускорение необходимое для того, чтобы в столь ничтожное время довести скорость ядра до 16 км, достигает здесь круглым счетом 600 км в секунду! (Вычисления приведены далее на стр. 94—95).

Роковое значение этой цифры мы вполне поймем, если вспомним, что обычное ускорение силы тяжести на земной поверхности равняется всего 10 м. 1 Отсюда следует, что каждый предмет внутри снаряда в момент выстрела оказывал бы на дно ядра давление, которое в 60000 раз больше веса этого предмета. Другими словами: пассажиры чувствовали бы, что сделались словно в несколько десятков тысяч раз тяжелее! Под действием такой колоссальной тяжести они были бы мгновенно раздавлены. Один цилиндр мистера Барбикена весил бы в момент выстрела не менее 15 тонн (вес груженного вагона); такой шляпы слишком достаточно, чтобы раздавить ее владельца.

з Прибавлю еще, что ускорение гоночного автомобиля, начинаю- Ро з щего свое быстрое движение, не превышает 2—3 м, а поезда, плавно отходящего от станции, —1 м.

2 “® @—

Правда, в романе описаны меры, принятые для ослабления удара: ядро снабжено пружинными буферами и двойным дном с водою, заполняющей пространство между ними. Продолжительность удара от этого. немного растягивается, и, следовательно, быстрота нарастания скорости ослабевает. Но при тех огромных силах, с которыми приходится здесь иметь дело, выгода от этих приспособлений получается мизерная. Сила, которая будет придавливать пассажиров к полу, уменьшается на ничтожную долю,—а не все ли равно: быть раздавленным шляпой в 15 или в 14 тонн?

КАК ОСЛАБИТЬ СОТРЯСЕНИЕ?

Физика дает нам указание на то, как можно было бы ослабить роковую быстроту нарастания скорости.

Этого можно достигнуть, если во много раз удлинить канал пушки.

Удлинение потребуется, однако, весьма значительное, если мы хотим, чтобы в момент выстрела сила „искусственной“ тяжести внутри ядра равнялась обыкновенной тяжести на земном шаре. Приблизительный расчет показывает, что для этого нужно было бы изготовить пушку длиною, ни мало, ни много—в 6000 км! Другими словами, жюльвернова ›колумбиада“ должна бы простираться вглубь земного шара до самого его центра... Тогда пассажиры могли бы быть избавлены от всяких неприятностей: к их обычному весу присоединился бы еще только такой же кажущийся вес вследствие медленного нарастания скорости, и они чувствовали бы, что стали всего вдвое тяжелее.

Впрочем, в течение краткого промежутка человеческий организм способен без вреда переносить увеличение тяжести в несколько раз. Когда мы скатываемся с ледяной горы вниз и здесь быстро меняем направление своего движения, вес наш в этот краткий миг заметно увеличивается, т. е. тело наше прижимается к салазкам сильнее обычного. Увеличение тяжести раза в три переносится нами довольно благополучно. Если допустить, что человек может безвредно переносить в течение короткого времени десятикратное увеличение своего веса, то достаточно будет отлить пушку всего в 600 км длиною. Однако, и это мало утешительно, потому что подобное сооружение лежит за пределами технически возможного.

Вот при каких лишь условиях мыслимо осуществление заманчивого проекта Жюля Верна полететь на Луну в пушечном ядре. !

ДЛЯ ДРУЗЕЙ МАТЕМАТИКИ

Среди читателей этой книги, без сомнения, найдутся и такие, которые пожелают сами проверить расчеты, упомянутые выше. Приводим здесь эти вычисления. Они верны лишь приблизительно, так как основаны на том допущении, что ядро в канале пушки движется равномерно-ускоренно (в действительности же возрастание скорости происходит неравномерно).

Для расчетов нам придется пользоваться следующими двумя формулами ускоренного движения:

скорость ® по истечении Ёой секунды равна аб где а — ускорение: р —а р

1 Описывая в романе условня жизни внутри летящего пушечного ядра, Жюль Верн сделал существенное упущение, о котором подробно говорится в первой книге „Занимательной Фнзикн“. Романист не принял в расчет, что после выстрела, во все время перелета, предметы внутрнядра будут совершенно не весомы, так как снла тяжести сообщает одннаковые ускорения и ядру н всем телам в нем (см. также далее статью „Недостающая глава в романе Жюля Верна“). Невесомыми должны быть предметы и внутри того небесного корабля, о котором говорилось в статье „К звездам на ракете“. Подробнее об этом см. мою книгу „Межпланетные путешествия“.

пространство 5, пройденное за # секунд, определяется формулой: , КЕ

По этим формулам определим прежде всего ускорение ядра, когда оно скользило в канале „колумбиады“.

Из романа известна длина части пушки, не занятой зарядом, — 210 м: это и есть пройденный ядром путь 55. Мы знаем и конечную скорость ядра 9 =16000 м. Данные 5 и ® позволяют определить величину Ё=- продолжительности движения снаряда в канале орудия (рассматривая это движение, как равномерно-ускоревное). В самом деле:

9 == аё = 16000 210=5= 9 — 160001 5000, еб. щи 1 откуда = $000 == около 10

Ядро, оказываетея, скользило бы внутри пушки всего 140 секунды!

Проставив &== и в формулу 9 —аф имеем:

16 000 = у ‚ откуда а = 640 000.

Значит, ускорение ядра при движении в канале равно 640000 м в секунду, т.е. в 64000 раз больше ускорения силы тяжести!

Какой же длины должна быть пушка, чтобы ускорение ядра было всего в 10 раз больше ускорения падающего тела (т. е. равнялось 100 м)?

Это задача, обратная той, которую мы бейчас решили. Данные: а=100 м; х =11000 м (при отсутствии сопротивления атмосферы такая скорость достаточна).

Из формулы 9=-@аЁ имеем: 11000 = 100 Ь, откуда + — 110 секундам.

р

а @Ё-Ё Из формулы 5 = 2=о получаем, что длина пушки должна равняться НЕ 60 500 м, т. е.

круглым счетом 600 километров.

Такими вычислениями получены те цифры, которые разрушают заманчивые планы героев Жюля Верна.

———=_ — =

ИИА.

м ——

ГЛАВА ШЕСТАЯ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

МОРЕ, В КОТОРОМ НЕЛЬЗЯ УТОНУТЬ

Такое море существует в стране, известной человечеству с древнейших времен. Это знаменитое Мертвое море Палестины. Воды его необыкновенно солены, настолько, что в них не может жить ни одно живое существо. Знойный, бездождный климат Палестины вызывает сильное испарение воды с поверхности моря. Но испаряется только чистая вода, растворенные же соли остаются в море и увеличивают соленость воды. Вот почему вода Мертвого моря содержит не 2 или 3 процента соли (по весу), как большинство морей и окенов, а 24 процента! Иначе говоря: четвертую часть содержимого Мертвого моря составляют соли, растворенные в его воде.

Густая соленость Мертвого моря связана с одной любопытной его особенностью: вода этого моря значительно тяжелее обыкновенной морской воды. Утонуть

Занимательная физика 7

в такой тяжелой жидкости — нельзя: человеческое тело легче ее. Вес нашего тела заметно меньше веса равного объема густо-соленой воды, и, следовательно, по закону плавания, человек не может потонуть в Мертвом море; он всплывает в нем, как всплывает в соленой воде куриное яйцо (которое в пресной тонет).

Юморист Марк Твэн, посетивший это озеро-море, с комичной обстоятельностью описывает те необычайные ощущения, которые он и его спутники испытали, купаясь в тяжелых водах Мертвого моря:

„Это было забавное купанье! Мы не могли утонуть. Здесь можно вытянуться на воде во всю длину, лежа на спине и сложив руки на груди, при чем бдльшая часть тела будет оставаться над водой. При этом можно совсем поднять голову... Вы можете лежать очень удобно на спине, подняв колени к подбородку и охватив их руками, —но вскоре перевернетесь, так как голова перевешивает. Вы можете встать на голову-—-и от середины груди до конца ног будете оставаться вне воды; но вы не можете долго сохранять такое положение. Вы не можете плыть на спине, подвигаясь сколько-нибудь заметно, так как ноги ваши торчат из воды, и вам приходится отталкиваться только пятками. Если же вы плывете лицом вниз, то подвигаетесь не вперед, а назад. Лошадь так неустойчива, что не может ни плавать, ни стоять в Мертвом море, — она тотчас же ложится на бок“.

На прилагаемом рисунке вы видите туриста, довольно удобно расположившегося на поверхности Мертвого моря; большой удельный вес воды позволяет ему в такой позе читать книгу, защищаясь зонтиком от жгучих лучей солнца.

Такими же необычайными свойствами обладает и еще более соленая вода озера Эльтон, содержащая 27/0 солей.

Нечто в этом роде приходится испытывать тем больным, которые принимают соленые ванны. Если соленость воды очень велика, — как, например, в Старорусских минеральных водах, — то больному приходится прилагать не мало усилий, чтобы удерживаться на дне ванны. Я слышал, как одна женщина, лечившаяся в Старой Руссе, с возмущением жаловалась, что вода ее „положительно выталкивала из ванны“. Кажется, она склонна была винить в этом не закон Архимеда, а администрацию минеральных вод...

Степень солености воды в различных морях несколько колеблется, — и соответственно этому суда сидят не одинаково глубоко в морской воде. Быть может, некоторым из читателей случалось видеть на борте судна близ ватерлинии так назыв. „грузовую марку» — Рис. 50. Грузовая марка на борте а корабля. Обозначения марок дезнак, показывающий Уро- лаются на уровне ватер-линии. Для вень предельных ватерли- отчетливости они показаны также

% „ отдельно в увеличенном виде. Знаний в воде различной чение букв объяснено в тексте. плотности. Например, изображенная на рис. 50, грузовая марка означает уровень предельной ватерлинии в пресной воде (езсВ маек)... РЕМ „ Индийском океане (ша Зиттег). ......... „ соленой воде летом (Зиттег). ...........5 - у ь„ зимой (УУииег) ... | . «М

„ Сев. Атлант. океане зимой (\нпиег Мон АНааН®). . УМА

У нас эти марки стали появлятся сравнительно недавно (они введены, как обязательные, лишь с 1909 г.).

7* | 99

ГДЕ НАХОДЯТСЯ ЗАТОНУВШИЕ СУДА?

Распространено мнение, — даже среди моряков, — будто суда, затонувшие в океане, не достигают морского дна, а висят недвижно на некоторой глубине, где вода „соответственно уплотнена давлением вышележащих слоев“. Справедливо ли такое убеждение?

Некоторое основание для него как будто имеется, так как давление воды в глубинах океана действительно достигает огромных степеней На глубине 10 метров вода давит с силой 1 кг на 1 кв. см погруженного тела. На глубине 20 м это давление равно уже 2 ка, на глубине 100 м—10 к, 1000 м— 100 ке. Океан же имеет во многих местах глубину нескольких километров, достигая в самых глубоких частях Великого океана почти 10 км. Легко вычислить, какое огромное давление должны испытывать вода и погруженные в нее предметы на этих страшных глубинах. Знаменитый океанограф, Джон Меррей, в своей книге „Океан“ рассказывает, что был проделан такой опыт: три стеклянных трубки различных размеров, с обоих концов запаянные, были завернуты в холст и помешены в медный цилиндр с отверстиями для свободного пропуска воды. Цилиндр был спущен на глубину 5 км. Когда же его извлекли оттуда, то оказалось, что холст наполнен снегообразной массой: это было раздробленное стекло. Куски дерева, спускавшиеся на подобную глубину, после извлечения тонули в бочке с водой, как кирпич, — настолько они были сдавлены.

Естественно, казалось бы, ожидать, что столь чудовищное давление должно настолько уплотнить воду на больших глубинах, что даже тяжелые. предметы не будут в ней тонуть, как не тонет железная гиря в ртути. Однако подобное мнение совершенно не обосновано. Опыт показывает, что вода—-как и все вообще жид-

Кости — почти нё поддается сжатию. Сдавливаемая с силою 1 ке на 1 кз. см. вода сжимается всего только на одну 22000-ю долю своего объема и примерно так же сжимается при дальнейшем возрастании давления на каждый килограмм. Если бы мы пожелали довести ее до такой плотности, чтобы в ней плавало железо, необходимо было бы уплотнить ее в 8 раз. Между тем для уплотнения только вдвое, т. е. для сокращения объема наполовину, необходимо давление в 11000 ке на 1 кв. см (если только упомянутая мера сжатия имеет место для таких огромных давлений). Это соответствует глубине 110 км под уровнем океана!

Отсюда ясно, что говорить о сколько-нибудь заметном уплотнении воды в глубине океанов совершенно не приходится. В самом глубоком их месте вода уплотнена лишь на 1090] 0, т.е. на !/5> своей нормальной плотности, — менее чем на 5/.! Это нисколько не может повлиять на условия плавания в ней различных тел, — тем более, что твердые предметы, погруженные в такую воду, также подвергаются этому давлению и, следовательно, тоже уплотняются.

Не может быть поэтому ни малейшего сомнения в том, что все затонувшие суда покоятся на дне океана. „Все, что тонет в стакане воды, — говорит Меррей, — должно пойти на дно и в самом глубоком океане“.

Мне приходилось слышать против этого такое возражение. Если осторожно погрузить стакан вверх дном в воду, он может остаться в этом положении, так как будет вытеснять объем воды, весящий столько же, сколько Стакан. Более тяжелый металлический стакан может

1 Английский физик Тэт вычислил, что если бы земное прнтяжение внезапио прекратилось, и вода сделалась невесомой, — то уровень воды в окевие поднялся бы в среднем на 35 м (вследетвие того, что сжатая вода приобрела бы нормальный объем). „Океан затопил бы 5000000 кв. км суши, обязанной своим иадводным существованием лишь сжимасмости окружающих ее вод океана“ (Берже).

удержаться в подобном положениии ниже уровня воды, не опускаясь на дно. Точно так же, будто бы, может остановиться на полупути и опрокинутый вверх килем крейсер или другое судно. Если в некоторых помещениях судна воздух окажется плотно запертым, то судно погрузится на определенную глубину и там остановится. Не мало ведь судов идет ко дну в перевернутом состоянии —и возможно, что некоторые из них так и не доходят до дна, оставаясь висеть в темных глубинах океана. Достаточно было бы легкого толчка, чтобы вывести такое судно из равновесия, перевернуть, наполнить водою и заставить упасть на дно—но откуда взяться Толчкам в глубине океана, где вечно царит тишина и спокойствие, куда не проникают даже отголоски бурь?

Все эти доводы основаны на физической ошибке. Перевернутый вверх дном стакан не тонет сам — его надо внешней силой погрузить в воду, как кусок дерева или пустую закупоренную бутылку. Точно также и опрокинутый килем вверх корабль вовсе и не начнет тонуть, а останется на поверхности воды. Очутиться на полупути между уровнем океана и его дном он никак не может.

ВЕЧНЫЙ ВОДЯНОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Среди множества проектов „вечного двигателя“ было не мало и таких, которые основаны на всплывании тел в воде. Наш известный писатель, Н. Г. Чернышевский, увлекался одним из проектов именно такого рода. Здесь мы рассмотрим другой образчик подобного „изобретения“. Высокая башня, в 20 М высоты, наполнена водою. Наверху и внизу башни установлены валы, через которые перекинут прочный канат в виде бесконечного ремня. К канату прикреплено 14 полых кубических ящиков в метр высоты, склепанных из железных листов так что внутрь ящиков вода проникнуть не может. Наши рисунки 51 и 52 изображают внешний вид: такой башнибассейна и ее продольный разрез.

Как же действует эта установка? Каждый, знакомый с законом Архимеда, сообразит, что ящики, находясь в воде, будут стремиться всплыть вверх. Их увлекает и р =. 7/2 /“7/.,

Х К“ к\ вх \- Ах К , в й ( | к м < н:\ : № К ; = Е - ЕЯ < : к. 9 Ш К Я А м к. у А. М № | МХ х Рис. 51. Проект вечного водяного Рис. 52. Устройство башни двигателя. предыдущего рисунка.

вверх сила, равная весу воды, вытесняемой ящиками, т. е. весу одного кубического метра воды, повторенному столько раз, сколько ящиков погружено в воду. Из рисунков видно, что в воде оказывается всегда 6 ящиков. Значит, сила, увлекающая погруженные ящики вверх, равна весу 6 куб. м воды, т. е. 6 тоннам. Вниз же их тянет собственный вес ящиков, который, однако, уравно- вешивается #рузом из 6 ящиков, свободно свисаюших на наружной стороне каната.

Итак, канат, перекинутый указанным образом, будет всегда подвержен тяге в 6 тонн, приложенной к одной его стороне и направленной вверх. Ясно, что эта сила заставит канат безостановочно вращаться, скользя по валам, и при каждом обороте совершать работу в 6000Ж Х 20 = 120000 килограммо-метров.

Теперь понятно, что если усеять страну такими башнями, то мы сможем получать от них безграничное количество работы, достаточное для покрытия всех нужд народного хозяйства. Башни будут вращать якоря динамомашин и давать электрическую энергию в любом количестве. Волховстрой и прочие гидроцентрали станут излишними: страна будет жить даровой энергией вечных двигателей.

Однако, если разобраться внимательно в этом проекте, то легко предвидеть, что ожидаемого движения каната происходить вовсе не должно.

Чтобы бесконечный канат вращался, ящики должны входить в водяной бассейн башни снизу и покидать“его сверху. Но ведь, вступая в бассейн, ящик должен преодолеть давление столба воды в 20 М высотою! Это давление на квадратный метр площади ящика равно, ни много, ни мало,—20 тоннам (весу 20 куб. м воды). Тяга же вверх составляет всего только б т, т. е. явно недостаточна, чтобы втащить ящик в бассейн.

Это — лишь один из многочисленных образчиков мнимых водяных „вечных двигателей“, которых придумано было неудачниками-изобретателями целые сотни. Закон Архимеда давал соблазнительную пищу уму искателей „вечного движения“ и побуждал придумывать хитроумные приспособления для использования кажущейся потери веса в целях получения вечного источника механической энергии.

КТО ПРИДУМАЛ СЛОВО „ГАЗ“?

Слово „газ“ принадлежит к числу слов, придуманных учеными наряду с такими словами, как „термометр“, „электричество“, „гальванометр“, „телефон“. Из всех придуманных слов „газ“— безусловно самое короткое. Старинный голландский химик и врач Гельмонт, живший с 1577 по 1644 г. (современник Галилея), произвел его от греческого слова „хаос“. Открыв, что воздух состоит из двух частей, из которых одна поддерживает горение и сгорает, остальная же часть не обладает этими свойствами, Гельмонт писал:

„Такой пар я назвал 2а3, потому что он почти не отличается от хаоса древних“ (первоначальный смысл слова „хаос“—сияющее пространство).

Однако, словечко это долго после этого не употреблялось и было возрождено лишь знаменитым Лавуазье в 1789 г. Оно получило широкое распространение, когда всюду заговорили о полетах бр. Монгольфье на первых воздушных шарах.

Ломоносов в своих сочинениях употреблял другое наименование для газообразных тел—„упругие жидкости“ (оставшееся в употреблении еще тогда, когда я учился в школе). Заметим, кстати, что Ломоносову принадлежит заслуга введения в русскую речь ряда названий, ставших теперь обыкновенными словами научного языка:

атмосфера манометр барометр микрометр воздушный насос оптика, оптический вязкость э(е)лектрический кристаллизация э(е)фир, и др. материя

Гениальный родоначальник русского естествознания писал по этому поводу:

„Принужден я был искать слов для наименования некоторых физических инструментов, действий и натуральных вещей, которые (т. е. слова) хотя сперва покажутся несколько странны, однако, надеюсь, что они современем через употребление знакомее будут“.

Пророчество его сбылось настолько полно, что теперь мы удивляемся, когда узнаем об искусственном происхождении этих слов,—так сроднились они с нашей речью.

КАК БУДТО ПРОСТАЯ ЗАДАЧА

Самовар, вмещающий 30 стаканов, полон воды. Вы подставляете стакан под его кран и счасами в руках следите по секундной стрелке, во сколько времени „он наполняется до краев. Допустим, что ровно в полминуты. Теперь зададим вопрос: во сколько времени опорожнится весь самовар, если оставить кран открытым?

Казалось бы, здесь детски простая арифметическая задача: один стакан вытекает в !/› минуты, — значит 30 стаканов выльются в 15 минут.

Риз. 53. Что скорее выльется: ртуть или спирт? Уровень жидкости в сосудах одинаков. Но сделайте опыт. Окажется, что самовар опоражнивается не в четверть часа, как вы ожидали, а В полчаса.

В чем же дело? Ведь расчет так прост!

Прост,—но неверен. Нельзя думать, что скорость истечения с начала до конца остается одна и та же. Когда первый стакан вытек из самовара, струя течет уже Под меньшим давлением, так как уровень воды В самоваре понизился; понятно, что второй стакан наполнится в больший срок, чем в полминуты; третий вытечет еще ленивее и т. д.

Скорость истечения всякой жидкости из отвертия в открытом сосуде находится в прямой зависимости от высоты столба жидкости, стоящего над отверстием. Гениальный Торичелли, ученик Галилея, первый указал на эту зависимость и выразил ее простой. формулой:

о=У24\

где 9— скорость истечения, 9— ускорение тяжести, а й— вытота уровня жидкости над отверстием. Вникая в эту формулу, видим, что скорость вытекающей струи совершенно не зависит от плотности жидкости: легкий спирт и тяжеловесная ртуть, при одинаковом уровне, вытекают из отверстия одинаково быстро (рис. 53). Из формулы видно, что на Луне, где напряжение тяжести в б раз меньше, чем на Земле, потребовалось бы для наполнения стакана, примерно, в 21/› раза больше времени, нежели на Земле.


Часть 6

Но возвратимся к нашей задаче. Если после истечения из самовара 20 стаканов уровень воды в нем (считая до отверстия крана) понизился в чэзтыре раза, то 21-й стакан наполнится вдвое медленнее, чем 1-й. И если в дальнейшем уровень воды понизится в 9 раз, то для наполнения последних стаканов понадобится уже втрое больше времени, чем для наполнения первого. Все знают, как вяло вытекает вода из крана самовара, который уже почти опорожнен. Решая эту задачу приемами „высшей“ математики, можно доказать, что время, нужное на полное опорожнение сосуда, в два раза больше срока, в течение которого вылился бы такой же объем жидкости при неизменном первоначальном уровне.

ЗАДАЧА О БАССЕЙНЕ.

От сказанного. один шаг к пресловутым задачам о бассейне, без которых в прежнее время не обходился ни один арифметический и алгебраический задачник. Людям старшего поколения памятны классически - скучные задачи бы в роде следующей:

„В бассейн проведены две трубы. Через одну первую пустой бассейн может наполниться в 5 часов; через одну вторую полный бассейн может опорожниться в 10 часов. Во сколько часов наполнится пустой бас-

УАМАМЮАЮЮАХ

А

Задачи эти имеют почтенную давность-——без малого

20 веков, восходя к Герону Александрийскому. Вот одна из Героновых задач,—не столь, правда, замысловатая, как ее потомки:

Четыре фонтана дано. Обширный дан водоем.

За сутки первый фонтан до краев его наполняет.

Два дня и две ночи второй над тем же должен работать. Третий втрое, чем первый слабей.

В четверо суток последний за ним поспевает.

Ответь мне, скоро ли будет он полон,

'Если во время одно всех их открыть?

Две тысячи лет решаются подобные задачи и-_такова сила рутины!-—две тысячи лет решаются неправиль но. Почему неправильно, вы поймете сами, после того, что сейчас сказано было о вытекании воды. Как в старой школе учили решать задачи о бассейнах? Первую, например, задачу решали так. В 1 час первая труба наливает !/5 бассейна, вторая выливает 1/с бассейна; зна- ь чит, при действии обеих труб в бассейн ежечасно поступает 1/; —1/и-— Ию, откуда для времени наполнения бассейна получаем 10 часов. Это рассуждение неверно: если втекание воды можно считать происходящим под постоянным давлением и, следовательно, равномерным, то ее вытекание происходит при понижающемся уровне и, значит, неравномерно. Из того, что второй трубой бассейн опоражнивается в 10 часов, вовсе не следует, что ежечасно вытекает 1/15 доля бассейна; школьный прием решения, как видим, ошибочен. Решить задачу правильно даже и нельзя средствами элементарной математики, а потому задачам о бассейне (с вытекающей водой) вовсе не место в школьных задачниках.

УДИВИТЕЛЬНЫЙ СОСУД

Возможно ли устроить такой сосуд, из которого вода вытекала бы все время равномерной струей, не замедляя своего течения, несмотря на то, что уровень жидкости в нем понижается? После того, что вы узнали из предыдущих статей, вы, вероятно, готовы счесть подобную задачу неразрешимой.

Между тем это вполне осуществимо. Банка, изображенная на рисунке, есть именно такой удивительный сосуд. Это обыкновенная банка с узким горлом, через пробку которой вдвинута стеклянная трубка. Если вы откроете кран С ниже конца трубки, то жидкость будет литься из него неослабевающей струей до тех пор, пока уровень воды не опустится в сосуде до нижнего конца трубки. Вдвинув трубку почти вплотную ко дну, вы можете заставить всю жидкость из сосуда вытечь равномерной, хотя и очень слабой струей.

Отчего это происходит? Проследите мысленно за тем, что совершается в сосуде при открытии крана С. Прежде всего вода из стеклянной трубки выливается, уровень жидкости внутри нее опускается до конца трубки. При дальнейшем вытекании опускается уже уровень воды в сосуде, и через стеклянную трубку входит наружный воз- дух; он просачивется пузырьками через воду и собирается над ней в верхней части сосуда. Теперь на всем уровне В давление равномерно атмосферному. Значит вода из крана С вытекает лишь под давлением слоя воды ВС, потому что давление атмосферы изнутри и снаружи со- слабой струей (5).

суда уравновешивается. А так как толщина слоя ВС, остается постоянной, то и неудивительно, что струя все время течет с одинаковой скоростью.

Попробуйте же теперь ответить на вопрос: как быстро будет вытекать вода, если вынуть пробочку В на уровне конца трубки? ;

Оказывается, что она вовсе не будет вытекать (разумеется, если отверстие мало насголько, что шириной его можно пренебречь; иначе вода будет выте- нары кать под давлением тонкого слоя воды, толщиною в ширину отверстия). В самом деле: здесь изнутри и снаружи давление одинаково— равно атмосферному, и ничто не побуждает воду вытекать.

А если бы вы вынули пробку 4 выше нижнего конца трубки, то не только вода не вытекала бы из сосуда, но в него еще втекал бы наружный воздух. Почему? По весьма простой причине: внутри этой части сосуда давление воздуха меньше, чем атмосферное давление снаружи.

Этот сосуд со столь необычайными свойствами был придуман знаменитым физиком Мариоттом и назван по имени этого ученого „сосудом Мариотта“.

“

ПОКЛАЖА ИЗ ВОЗДУХА

В середине ХУП столетия жители города Регенсбурга и съехавшиеся туда владетельные князья Германии, во главе с императором, были свидетелями поразительного зрелища: 16 лошадей изо всех сил старались разнять два приложенных друг к другу медных полушария. Что связывало их? „Ничто“, — воздух. И тем не менее, во= семь лошадей, тянувших в одну сторону, и восемь, тянувших в другую, оказались не в силах их разъединить. Так бургомистр Отто фон Герике воочию показал всем, что воздух— вовсе не „ничто“, что он имеет вес и давит с значительною силою на все земные предметы.

Опыт этот был произведен 8 мая 1654 года при весьма торжественной обстановке. Ученый бургомистр сумел всех заинтересовать своими научными изысканиями, несмотря на то, что дело происходило в разгар политических неурядиц и опустошительных войн.

Описание знаменитого опыта с „магдебургскими полушариями“ имеется во всех учебниках физики. Все же, я уверен, читатель с интересом выслушает этот рассказ из уст самого Герике, этого „германского Галилея“, как иногда называют замечательного немецкого физика. Объемистая книга, с описанием целого ряда его опытов, вышла на латинском языке в Амстердаме в 1672 году и, подобно всем книгам той эпохи, носила пространное заглавие. Вот оно:

ОТТО фон ГЕРИКЕ

так называемые новые Магдебургские опыты над

БЕЗВОЗДУШНЫМ ПРОСТРАНСТВОМ,

первоначально описанные профессором математики в Вюрибургском университете Каспаром Шоттем.

Издание самого автора, более обстоятельное и пополненное различными новыми опытами. Е рЖЖЖЖЖЖпЖрваЖппЖпЖЖЖ рпппаЖпппЖИрЖЖпЖЖЖЖЖЖЖЖЖаппЖрппЖпппИЖпЖЖЖиния пеин

Интересующему нас опыту посвящена глава ХХ этой книги. Приводим ее дословный перевод:

„Опыт, доказывающий, что давление воздуха соединяет два полушария так прочно, что их нельзя разнять усилиями 16 лошадей“.

„Я заказал два медных полушария, диаметром в три четверти магдебургских локтя. ! Но, в действительности, диаметр их заключал всего 87/0, так как мастера, по обыкновению, не могли изготовить в точности то, что требовалось. Оба полушария вполне отвечали одно другому. К одному полушарию был приделан кран; помощью этого крана можно удалить воздух изнутри и препятствовать проникновению воздуха снаружи. Кроме того, к полушариям прикреплены были 4 кольца, через которые продевались канаты, привязанные к упряжи лошадей.

1 Магдебургский локоть —550 мм.

Я велел также сшить кожаное кольцо; оно напитано было смесью воска в скипидаре; зажатое между полушариями, оно не пропускало в них воздуха. В кран вставлена была трубка воздушного насоса, и был удален воздух внутри шара. Тогда обнаружилось, с какою силою оба полушария придавливались друг к другу через кожаное кольцо. Давление наружного воздуха прижимало их так крепко, что 16 лошадей совсем не могли их разнять, или достигали этого лишь с трудом. Когда же полушария, уступая напряжению всей силы лошадей, разъединялись, то раздавался грохот, как от ружейного выстр-ла.

„Но стоило поворотом крана открыть свободный доступ воздуху, —и оба полушария нетрудно было разнять руками“.

Несложное вычисление может объяснить нам, почему нужна такая значительная сила (8 лошадей с каждой стороны), чтобы разъединить части пустого шара. Воздух давит с силою около 1 кё на каждый кв. см; площадь круга ' диаметром в 0,67 локтя (37 см) равна 1060 кв. см. Значит, давление атмосферы на каждое полушарие должно превышать 1000 ке (1 т). Каждая восьмерка лошадей должна была, следовательно, тянуть с силой целой тонны, чтобы противодействовать давлению наружного воздуха.

Казалось бы, для 8 лошадей (с каждой стороны) это очень небольшой груз. Не забывайте, однако, что, двигая, например, кладь в 1 тонну, лошади преодолевают силу не | т, но гораздо меньшую, именно -— трение колес об оси и о мостовую. А эта сила составляет—на шоссе, например,— всего процентов пять, т. е., при однотонном

* Берется площадь круга, а не поверхность полушария, потому что атмосферное давление равно указанной величине лишь при действии на поверхность под прямым углом; для наклонных поверхностей это давление меньше. В данном случае мы берем прямоугольную проекиию сферической поверхности на плоскость, т. е. площадь большого круга.

Занимательная физнка 8 113

грузе—50 кг. (Неговорим уж. 2 том, что при соединении усилий 8 лошадей теряется, зак показывает практика, 50°/0 тяги). Следовательно, 1, & в 1 тонну соответствует, при 8 лошадях, нагрузке телеги в 40 т. Вот какова та воздушная поклажа, везти которую должны были лошади магдебургского бургомистра! Они словно должны были сдвинуть с места паровоз, не поставленный, к тому же, на рельсы.

Измерено, что сильная ломовая лошадь тянет воз с усилием всего в 80 ка. ' Следовательно, для разрыва магдебургских полушарий понадобились бы, при спо- койной тяге, 2Ж ом 25 лошадей с каждой стороны. Читатель будет, вероятно, изумлен, узнав, что некоторые сочленения нашего скелета не распадаются по той же причине, что и магдебургские полушария. Наше тазобедревное сочленение как сдерживаются магдебургские шария, пожно ообнажить это прАуЗАрИЯ, сочленение от мускульных и . хрящевых связейр—и всетаки бедро не выпадает: его прижимает атмосферное давление, так как в межсуставном пространстве воздуха нет.

1 При скорости 4 км в час. В среднем принимается, что сила тяги лошади составляет 150/. ее веса; весит же возовая лошадь: легкая — 400 кт, тяжелая. 750 кг. На очень короткое время (начальное усилие) сила тяги может быть в несколько раз больше.

у

ОБМАНЧИВЫЕ СОСУДЫ

В старину—в ХУП и ХУШ веках—князья и бояре забавлялись следующей поучительной игрушкой: изготовляли кружку или кувшин, в верхней части которой имелись крупные узорчатые вырезы (рис. 58). Такую кружку, налитую вином, предлагали незнатному гостю, над которым можно было безнаказанно посмеяться. Как р `` Е “ ` & >. % ``

ПИТЬ ИЗ нее? Наклонить— нельзя: вино польется из множества сквозных отверстий, но до рта не достигнет ни капли. Будет, как в сказке:

Мед, пиво пил

Да усы лишь обмочил.

Но кто знал секрет устройства подобных кружек,— секрет, который показан на рис. 57 тот затыкал пальцем отверстие В, брал в рот носик А и втягивал в себя

8* 115

жидкость, не ньхлоняя сосуда: вино поднималось через отверстие -Ё по каналу внутри ручки, далее по его продолжению С— внутри верхнего края кружки и достигало носика 2. Непосредственно же выпить вино через носик нельзя оыло бы даже и при отсутствии сквозных отверстий в ьерхней части стенок кружки: жидкость одновременно иолилась бы и через края сосуда.

СКОЛЬКО ВЕСИТ ВОДА В ОПРОКИНУТОМ СТАКАНЕ?

— Ничего, конечно, не весит: в таком стакане вода не держится, выливается, —скажете вы. — А если кз выливается?—спрошу я.—Что тогда? В самом дело, вполне возможно удержать воду в опрокинутом стакане так, чтобы она не’ выливалась. Этот случай изображен здесь на рисунке. Опрокинутый стеклянный бокал, привязанный донышком к одной чашке весов, наполнен водой, которая не выливается, так как края бокала погружены в сосуд с водой. На другую чашку весов положен точно такой же пустой бокал. Какая чашка весов перетянет?

Перетянет та, к которой привязан опрокинутый бокал с водой. Этот бокал испытывает сверху полное « атмосферное давление, снизу же — атмосферное давление, ослабленное вессм содержащейся в бокале воды. Для равновесия чашек необходимо было бы наполнить водою бокал, помещенный на другую чашку.

116 Е

При указанных условия, следовательно, вода в опрокинутом стакане весит столько же, скол"жо и в поставленном на дно.

ОТЧЕГО ПРИТЯГИВАЮТСЯ КОР^БЛИ?

Осенью 1912 года с океанским пароходом „Олимпик“— тогда одним из величайших в мире судов произошел сгранный случай. „Олимпик“ п/-зл в открытом море, а почти параллельно ему, на рг`стоянии сотни метров, проходил с большой скоростью другой, гораздо меньший, броненосный крейсер „Гаук“. Когда оба судна заняли положение, изображенное на рис 60, произошло нечто неожиданное: меньшее судно стремительно свернуло с своего пути, словно повинуясь какой-то невидимой силе, повернулось носом к большому пароходу и, не слушаясь руля, двинулось почти прямо на него. Произошло столкновение. „Гаук“ врезалсл носом в бок „Олимпика“; удар был так силен, что в борте „Олимпика“ большую пробоин;

Когда этот странный случай рассматривался в морском суде, виновной стороной был признан капитан гиганта „Олимпика“, так - как, — гласило постановление суда, — он не отдал ни- ха каких распоряжений усту- Рис. 60. Положение пароходов р Олимпик” “ „Гаук“ перед пить дорогу идущему на- ” оные перерез „Гауку“.

Суд не усмотрел здесь, следовательнс, ничего необычайного: простая нераспорядительность капитана, не больше. А между тем, здесь имело мётто совершенно непредвиденное обстоятельство — случай взаимного притяжения судов на море.

"аук“ проделал

Бесы не аль анатьвнные |

Такие случаи не раз происходили, вероятно, и раньше при параллельном движении двух кораблей. Но пока не строили очень крупных судов, явление это не выража` лось с такой силой. Лишь в самые последние годы, .

когда воды океанов |

стали бороздить „пло" | вучие города“, явление притяжения судов | сделалось гораздо за- |

.. метнее. Рис. 61. В узких частях канала вода течет Многочисленные быстрее о рее, но дазит на стенки слабее, чем, аварии мелких судов, в широких. | пропльвавших в соседстве с большими пассажирскими и военными судами, происходили, вероятно, также вследствие притяжения кораблей.

Чем же объясняется это притяжение? Конечно, здесь не может быть и речи о всемирном притяжении по закону Ньютона; мы уже убедились (стр. 7), что это притяжение слишком ничтожно. Причина явления совер шенно иного рода и объясняется законами течения жидкостей в трубках и каналах. Можно доказать, что, если жидкость протекает по каналу, имеющему сужения и расширения, то в узких частях канала она | течет быстрее и давит на стенки канала слабее, нежели в широких местах, где она протекает спокойнее и давит на стенки сильнее ! (так называемый | „принцип Бернулли“).

То же справедливо и для газов. Это явление в учении о газах носит название явления Клеман-Дезорма (по имени открывших его физиков) и нередко именуется „аэростатическим парадоксом“. Впервые явление это, и

1 Объяснение см., например, в составленной мною „Технической физике“, стр. 93—94.

как говорят, было обнаружено случайно при следующих обстоятельствах. В одном из Французских рудников рабочему было приказано закрыть щитом отверстие наружной штольни, через которую подавался в шахту сжатый воздух. Рабочий долго боролся со струей врывавшегося в шахту воздуха, когда внезапно щит сам сам собой захлопнул штольню с такой силой, что, будь щит недостаточно велик, его втянуло бы в вентиляционный люк вместе с перепуганным рабочим. Между прочим, этой особенностью течения газов объясняется действие пульверизатора. Когда мы дуем (рис. 62) в колено а, заканчивающееся сужением, то воздух, переходя в сужение, уменьшает свою упругость- Таким образом, над трубкой 6 оказывается воздух с уменьшенной упругостью, и потому давление атмосферы гонит жидкость из стакана вверх по трубке; у отверстия жидкость по” падает в струю выдуваемого воздуха и в нем распы ляется.

Теперь мы поймем, в чем кроется истинная причина притяжения судов. Когда два паро- ь хода плывут параллельно один дру“ гому, между их бортами получается как бы водяной канал. В обыкновенном канале стенки неподвижны, а движется вода; здесь же наоборот: неподвижна вода, а движутся стенки. Но действие сил от этого нисколько не меняется: в узких местах подвижного канала вода слабее давит на стенки, нежели в пространстве вокруг пароходов. Другими словами: бока пароходов, обращенные друг к другу, испытывают со стороны воды меньшее давление, нежели наружные части судов. Что же должно произойти вследствие этого? Суда должны, под напором наружной воды, двинуться

Е ны С

друг к другу, и естественно, что меньшее судно перемещшается стремительнее, между тем как более массивное остается почти неподвижным. Вот почему притяжение проявляется с особенной силой, когда большой корабль быстро проносится мимо маленького.

Итак, притяжение кораблей обусловлено всасывающим действием текучей воды. Этим же объясняется и опас- в реке при умеренной скорости 1 м в секунду втягивает | человеческое тело с силою 30 к Против такой силы | не легко устоять, особенно в воде, когда собственный вес нашего тела не помогает нам сохранять устойчивость. Наконец, общеизвестное втягивающее действие быстро несущегося поезда объясняется тем же принципом Бернулли: поезд при скорости 50 км в час втягивает близ стоящего человека с силою 8 ка.

Явления, связанные с „принципом Бернулли“, хотя и весьма нередки, мало известы в кругу не-специалистов. Полезно будет поэтому остановиться на нем подробнее. Далее мы приводим отрывок из общепонятной статьи на эту тему, написанной для одного популярно-научного журнала современным американским физиком, профессором В. Франклином.

ПРИНЦИП БЕРНУЛЛИ И ЕГО СЛЕДСТВИЯ

Принцип, впервые высказанный Даниилом Бернулли в 1726 г., гласит: в струе воды или воздуха давление велико, если скорость мала, и давление мало, если скорость велика. Существуют известные ограничения этого принципа, но здесь мы не имеем нужды на них останавливаться. Рис. 64 иллюстрирует этот принцип. Воздух продувается через трубку АВ. Если сечение трубки мало,—как в а,— скорость воздуха велика; там же, где се- чение велико,—как в давление меньше, нежели в широкой (5).

,— скорость воздуха

мала. Там, где скорость велика, давление мало, а там, где скорость мала, давление велико. Вследствие малой величины давления воздуха в а, жидкость в трубке С поднимается; в то же время сильное давление воздуха в 6 заставляет опускаться жидкость в трубке О.

На рис. 65 труба Т укреплена на медном диске 2О; воздух продувается через трубку Т и мимо свободного диска @Я '. Воздух между двумя дисками имеет большую скорость, но эта скорость быстро убывает по мере приближения к краям дисков, так как сечение воздушного потока быстро возрастает, и преодолевается инерция воздуха, вытекаю-

1 Тот же опыт можно проделать проще, воспользовавшись катушкой и бумажным кружком. Чтобы кружок не соскальзывал в сторону, его пробивают булавкой, проходящей в канал катушки.

щего из пространства между дисками. Но давление окружающего диск воздуха велико, так как скорость мала, а давление воздуха между дисками мало, так как скорость велика. Поэтому воздух, окружающий диск, оказывает большее воздействие на диски, стремясь их сблизить, нежели воздушный поток между дисками, стремящийся их раздвинуть. В результате диск АЯ присасывается к диску ОШО тем сильнее, чем сильнее ток воздуха в 7.

— -звбдА..—

ему падать. Когда шарик выскакивает из струи, окружающий воздух возвращает его обратно в струю, так как давление окружую- р щего воздуха, имею- Е сы Судню А щего малую скорость, Ра ОА Е велико, а давление Е а дд ———————_ воздуха в струе, и ыы Е имеющего большую ——Е блю скорость, мало. — ==.

в таком случае почти не- Рис. 69. При движении судов впе- 6 у ь ред судно В поворачивается носом избежно, так как руль не к судну А. успевает изменить направление движения корабля.

Явление, описанное в связи с рисунком 68, можно демонстрировать, продувая воздух между двумя легкими резиновыми мячиками, подвешенными, как указано на рис. 70. Если между ними продувать воздух, они сближаются и ударяются друг о дру-

НАЗНАЧЕНИЕ РЫБЬЕГО ПУЗЫРЯ

| О том, какую роль выполняет Е плавательный пузырь рыб, обы- кновенно говорят и пишут—казалось бы, вполне прав == тогда объем ее тела увеличивается, вес вытесняемой.

воды становится больше ее собственного веса—и, по физическому закону плавания, рыба поднимается вверх. Когда же она желает прекратить поднятие или опуститься вниз, она, напротив, сжимает свой плавательный пузырь. Объем тела, а с ним и вес вытесняемой воды уменьшаются, и рыба падает на дно, в строгом согласии с законом Архимеда.

Такое упрощенное представление о назначении плавательного пузыря рыб восходит ко временам ученых Флорентинской Академии (ХУ в.) и было высказано ее главным работником, профессором Борелли, в 1685 году. В течение более чем 200 лет оно принималось без возражений, успело укорениться в школьных учебниках, — и только в самое последнее время, трудами новых исследователей (Моро, Шарбонель), была обнаружена полная несостоятельность этой теории.

Пузырь имеет несомненио весьма тесную связь с плаванием рыбы, так как рыбы, у которых пузырь был при опытах искусственно удален, могли держаться в воде, только усиленно работая плавниками, при прекращении же этой работы они падали на дно. Какова же его истинная роль? Весьма ограниченная: он лишь помогает рыбе оставаться на определенной глубине, — именно на той, где вытесняемый рыбой вес воды равен весу самой рыбы- Когда же рыба работой плавников опускается ниже этого уровня, тело ее, испытывая большое наружное давление со стороны воды, сжимается, сдавливая пузырь; вес вытесняемого объема воды уменьшается, становится меньше веса рыбы‚—и животное неудержимо падает вниз. Чем ниже оно опускается, тем сильнее становится давление воды (на 1 атмосферу при опускании на каждые 10 м), тем больше сдавливается тело рыбы, и тем стремительнсе продолжает оно опускаться.

То же самое, только в обратном направлении, происходит тогда, когда рыба, покинув слой, где она находи“ лась в равновесии, переходит работой плавников в более высокие слои. Тело ее, освободившись от части наружного давления и попрежнему распираемое изнутри плавательным пузырем (в котором давление газа находилось до этого момента в равновесии с давлением окружающей воды), увеличивается в объеме и вследствие этого всплывает выше. Чем выше рыба поднимается, тем более раздувается ее тело, и тем, следовательно, стремительнее ее дальнейшее поднятие. Помешать этому, „сжимая пузырь“, рыба не в состоянии, так как стенки ее плавательного пузыря лишены мышечных волокон, которые могли бы активно изменять его объем.

Что такое пассивное расширение объема тела действительно совершается у рыб, подтверждается следующим опытом. Небольшая рыбка в захлороформированном состоянии помещается в закрытый сосуд с водой, в котором поддерживается усиленное давление, близкое к тому, какое господствует на определенной глубине в естественном водоеме. На поверхности воды рыбка ле- жит бездеятельно, вверх брюшком. Погруженная немного глубже, она вновь всплывает на поверхность. Опущенная ближе ко дну, она падает на дно. Но в промежутке между обоими уровнями существует слой воды, в котором рыбка остается в равновесии — не тонет и не всплывает. Все это становится понятным, если вспомним сказанное сейчас о пассивном расширении и сжатии плавательного пузыря.

Итак, вопреки распространенному мнению, рыба вовсе не может произвольно раздувать и сжимать свой плавательный пузырь. Изменения его объема происходят пассивно, под действием усиленного или ослабленного наружного давления (согласно закону Бойля-Мариотта). Эти изменения объема для рыбы не только не полезны, а, напротив, приносят ей вред, так как обусловливают либо неудержимое, все ускоряющееся падение на дно, либо столь же неудержимое и ускоряющееся поднятие на поверхность. Другими словами, пузырь помогает рыбе в неподвижном положении сохранять равновесие, но равновесие неустойчивое.

Наблюдения рыболовов подтверждают сказ: нное. При ловле рыб из большой глубины случается, что иная рыба на половине пути высвобождается; но, вопреки ожиданию, она не опускается вновь в глубину, из которой была извлечена, а, напротив, стремительно поднимается на поверхность. У таких-то рыб и замечают иногда, что пузырь выпячивается через рот.

Такова истинная роль плавательного пузыря рыб, — поскольку речь идет об его отношении к плаванию; вы- гг я полняет ли он также и другие функции в организме рыбы и какие именно, — неизвестно, так что орган этот все же является пока загадочным. И`только его гидростатическую роль можно считать в настоящее время вполне выясненною.

ПУТЕШЕСТВИЕ В НЕДРА ЗЕМЛИ

Ни один человек не опускался еще в Землю глубже 2 км,—а между тем радиус земного шара равен 6400 км. До центра Земли остается еще очень длинный путь. Тем не менее, изобретательный Жюль Верн спустил глубоко в недра Земли своих героев — чудака-профессора Лиденброка и его племянника Акселя. В романе „Путешествие к центру Земли“ он описал удивительные приключения этих подземных путешественников. В числе неожиданностей, встреченных ими под землей, было, между, прочим, и увеличение плотности воздуха. По мере поднятия вверх, воздух разрежается очень быстро: его плотность уменьшается в геометрической прогрессии, в то время как высота поднятия растет в прогрессии арифметической. Вот несколько цыфр:

- На высоте: Давление 5,5 им, 1/. атмосферы 11 км т 16 км 1, ы

Напротив, при опускании вниз, ниже обычного уровня, воздух под давлением выше лежащих слоев должен становиться все плотнее. Подземные путешественеики, конечно, не могли не заметить этого.

Вот какой разговор происходил между дядей-ученым и его племянником на глубине 12 лье (48 км) в недрах Земли.

„-— Посмотри, что показывает манометр? — спросил дядя.

‚— Очень сильное давление.

„- Теперь ты видишь, чго, спускаясь мало-по-малу, мы постепенно привыкаем к сгущенному воздуху и нисколько не страдаем от этого.

„— Если не считать боли в ушах.

„— Пустяки! =

„— Хорошо, — отвечал я, решив не противоречить дяде. — Находиться в сгущенном воздухе даже приятно. Вы заметили, как громко раздаются в нем звуки?

„— Конечно. В этой атмосфере даже глухой мог бы слышать.

„- Но воздух будет становиться все плотнее. Не приобретет ли он, в конце концов, плотности воды?

„- Конечно: под давлением в 770 атмосфер

‚— А еще ниже?

„— Плотность увелнчится еще больше.

„_ Как же мы станем тогда спускаться?

„- Набьем карманы камнями.

„— Ну, дядя, у вас на все есть ответ!

„Я не стал более вдаваться в область догадок, потому что, пожалуй, опять придумал бы какое-иибудь препятствие, которое рассердило бы дядю. Было, однако, очевидно, что под давлением в несколько тысяч атмосфер воздух может перейти в твердое состояние, а тогда, допуская даже, что мы могли вынести такое давление, придется все же остановиться. Тут уже никакие споры не помогут.

ФАНТАЗИЯ И МАТЕМАТИКА

Так повествует романист; но не то окажется, если мы проверим факты, о которых говорится в этом отрывке. Нам не придется спускаться для этого в недра Земли; для маленькой экскурсии в область физики вполне достаточно запастись карандашом и бумагой.

Прежде всего постараемся определить, на какую глубину нужно опуститься, чтобы давление атмосферы возросло на 1 000-ю долю. Нормальное давление атмосферы равно весу 760-миллиметрового столба ртути. Если бы мы были погружены не в воздух, а в ртуть, нам надо было бы опуститься всего на 0 =076 мм, чтобы давление увеличилось на 1000-ю долю. В воздухе же конечно, мы должны опуститься для этого гораздо глубже, и именно—во столько раз, во сколько раз воздух легче ртути—в 10500 раз. Значит, чтобы давление увеличилось на 1000-ю долю нормального, нам придется опуститься не на 0,76 мм, как в ртути, а на 0,76 `х 10500, т. е. почти на 8 метров. Когда же мы опустимся еше на 8 м, то это увеличенное давление возрастет еще на 1000-ю своей величины, ит. д. ! Получается, следовательно, такая таблица возрастания давления воздуха с глубиной:

На уровне земли давление = нормальному —= 760 мм.

На глубине 8м „ а , == 1,001 нормального.


Часть 7

ие Ре ь р — (1,001 } | А , . == (1,001)? } м бк. < к я = (1,0011 ;

И вообще на глубине п Ж8 м давление- атмосферы больше нормального в (1,001) п раз; и пока давление не очень велико, во столько же раз увеличится и плотность воздуха (закон Мариотта).

Заметим, что в данном случае дело идет, как видно из романа, об углублении в землю всего на 48 км, а потому ослабления силы тяжести и связанного с ним уменьшения веса воздуха можно не принимать в расчет.

Тепер можно рассчитать, как велико было, примерно, то давление, которое подземные путешественники Жюля Верна испытывали на глубине 48 км (48000 м). В нашей формуле п равняется —<— =6000. Приходится вычи- слить 1,00165509. Так как умножать 1,001 само на себя 6000 раз—занятие довольно скучное и отняло бы целые 1 Следующий 8-метровый слой воздуха плотнее предыдущего, а потому прибавка давления будет по абсолютной величине больше, чем в предшествовавшем слое, Но она и должиа быть больше, потому что здесь берется 1000-я доля от более крупной величииы.

Занимательная физика. 9 ь 129

годы времени, то мы обратимся к помощи логарифмов, о которых справедливо сказал Лаплас, что они, сокращая труд, удваивают жизнь вычислителей. ! Логарифми- РУя, имеем:

логарифм неизвестного —= — 6000 Же 1,001 = 6000 Х 0,00043 =2,6

По логарифму 2,6 находим искомое число; оно == 400.

Итак, на глубине 48 км давление атмосферы в 400 раз сильнее нормального; плотность воздуха под таким давлением возрастает, как показали опыты, в 315 раз. Сомнительно, поэтому, чтобы наши подземные путники нисколько не страдали, испытывая только „боль в ушах“...

Если бы по той же формуле мы стали вычислять, на какой глубине воздух становится так же плотен, как и вода, т. е. уплотняется в 770 раз, то получили бы цифру: 53 километра. Но этот результат неверен, так как при высоких давлениях плотность газа уже не пропорциональна давлению. Закон Мариотта вполне верен лишь для не слишком значительных давлений, не превышающих сотни атмосфер. Вот данные о плотности воздуха, полученные при опытах Наттерера:

Давление Плотность 200 атмосф....... 190 400, Е ‚35 600. 17 387

1500 „ де 58) 1800, о. . 540 2100, . р 964

1 Кто вынес из школы неприязнениое чувство к логарифмическим таблицам, тот, быть может, изменит свое враждебное к ним отношение, позвакомившись с характеристикой, даниой им великим французским астроиомом. Вот зт0 место в „Изложении системы мира": „Изобретение логарифмов, сокращая вычисления иескольких месяцев в труд нескольких дней, как бы удваивает жизнь астрономов и освобождает их от погрешностей и утомления, иеразлучных с длинными вычислеииями. Это изобретение тем лестнее для ума человеческого, что всецело почерпнуто из этого источника (т. е. из ума). В техиике человек для увеличения своего могушества пользуется материалами и силами окружающей природы; в логарифмах же все является результатом его собственного ума“.

Увеличение плотности, как видим, заметно отстает от возрастания давления. Напрасно жюль-верновский ученый ожидал, что он достигнет глубины, где воздух плотнее воды, этого ему не пришлось бы дождаться, так как воздух досгигает плотности воды лишь под давлением 3000 атмосфер, а дальше уже почти не сжимается. О том же, чтобы превратить воздух в твердое состояние одним давлением, без сильнейшего охлаждения (до минус 146°), не может быть речи.

Справедливость требует отметить, однако, что упомянутая повесть Жюля Верна была опубликована задолго до того, как стали известны приведенные сейчас научные факты. Это оправдывает автора, хотя и не исправляет повести.

Воспользуемся еще приведенной раньше формулой, чтобы вычислить наибольшую глубину шахты, на дне которой человек может оставаться без вреда для своего здоровья. Наибольшее воздушное давление, какое еще способен переносить наш организм, —3 атмосферы. Обозначая искомую глубину шахты через х, имеем уравнение: _х

(1.001) ›=53, откуда вычисляем (логарифмируя) х. Получаем х == 8,9 км. Итак, человек мог бы без вреда находиться на глубине почти 9 км. 1 Если бы Великий океан высох, люди могли бы жить в глубочайших его частях.

Наконец, по той же формуле можно вычислить давление атмосферы в середине сквозного колодца, прорытого через центр земного шара. Получается чудовищное число атмосфер, состоящее более чем из 340 цыфр...

1 Однако, максималькая глубина шахты гораздо меньше, так как препятствием к работе в весьма глубоких шахтах является прежде всего повышение температуры. В Неваде (Америка) пришлось бросить рудник на глубине уже 1 км температура достигала здесь 50” и выше.

бя 131

ГЛАВА СЕДЬМАЯ ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

вр

Когда в многолюдном собрании женщины обмахиваются веерами, им, конечно, становится прохладнее. Казалось бы, что занятие это вполне безвредно для остальных присутствующих и что все собравшиеся могут быть только признательны женщинам за охлаждение воздуха в зале.

Посмотрим, так ли это. Почему при обмахивании: веером мы ощущаем прохладу? Воздух, непосредственно прилегающий к нашему лицу, нагревается, и эта теплая воздушная маска, невидимо одевающая наше лицо, „греет“ его, т. е. замедляет дальнейшую потерю тепла. Если воздух вокруг нас неподвижен, то нагревшийся близ лица слой воздуха лишь весьма медленно вытесняется вверх более тяжелым ненагретым воздухом. Когда же мы смахиваем веером с лица теплую воз- лушную маску, то лицо соприкасается все с новыми порциями ненагретого воздуха и непрерывно отдает им свою теплоту; тело наше остывает,—и мы ощущем прохладу.

Значит, при обмахивании веером женщины непрерывно удаляют от своего липа нагретый воздух и заменяют его ненагретым; нагревшись, этот воздух удаляется в свою очередь и заменяется новой порцией ненагретого и т. д.

Работа вееров ускоряет перемешивание воздуха и способствует быстрейшему уравниванию температуры воздуха во всем зале, т.е. доставляет облегчение обладательницам веера за счет более прохладного воздуха, окружающего остальных присутствующих.

ГРЕЕТ ЛИ ВУАЛЬ?

Вот еще задача из физики обыденной жизни. Женщины утверждают, что вуаль греет, что без нее лицо зябнет. При взгляде на легкую ткань вуали, нередко с довольно крупными ячейками, мужчины не очень склонны верить этому утверждению и думают, что согревающее действие вуали—игра воображения.

Однако, если вспомните сказанное выше, вы отнесетесь к этому утверждению более доверчиво. Как бы крупны ни были ячейки вуали, воздух через такую ткань проходит все же с некоторым замедлением. Тот слой воздуха, который непосредственно прилегает к лицу и, нагревшись, служит словно теплой воздушной маской, — слой этот, удерживаемый вуалью, не так быстро сдувается ветром, как при отсутствии ее. Поэтому нет основания не верить женщинам, что при небольшом морозе и слабом ветре лицо во время ходьбы зябнет в вуали меньше, чем без нее.

ое.

@ТЧЕГО ПРИ ВЕТРЕ ХОЛОДНЕЕ?

Все знают, конечно, что в тихую погоду мороз переносится гораздо легче, ч.-м при ветре. Но не все представляют себе отчетливо причину этого явления, Усиленный холод при ветре ощущается лишь живыми существами, — но термометр не опускается ниже, когда его обдувает ветер. Ошущение резкого холода в ветреную морозную погоду объясйяется прежде всего тем, что от лица (и вообще от тела) отнимается при этом гораздо больше тепла, нежели в тихую погоду, когда воздух, нагретый телом, не так быстро сменяется новой порцией холодного воздуха. Чем ветер сильнее, тем большая масса воздуха успевает в течение каждой минуты прийти в соприкосновение с нашей кожей, и, следовательно, тем больше тепла отнимается ежеминутно от нашего тела. Этого одного уже достаточно, чтобы вызвать ощущение холода.

Но есть и еще причина. Кожа наша всегда испаряет влагу, даже в холодном воздухе- Для испарения требуется теплота; она отнимается от нашего тела иот того слоя воздуха, который к телу прилегает. Если воздух неподвижен, испарение совершается медленно, так как прилегающий к коже слой воздуха скоро насыщается парами (в насыщенном воздухе не происходит испарения). Но если воздух движется, и к коже притекают все новые и новые его порции, то испарение все время поддерживзется очень обильное, — а это требует большого расхода теплоты, заимствуемой у тела.

ГОРЯЧЕЕ ДЫХАНИЕ ПУСТЫНИ

„Значит, ветер и в знойный день должен приносить прохладу, — скажет, быть может, читатель, прочтя предыдущую статью. — Почему же в таком случае путешественники говорят о горячем дыхании пустыни?“

13+

Противоречие ебъясняется тём, чте в тройическем климате воздух бывает теплее, чем наше тело. Неудивительно, что там при ветре людям становится не прохладнее, а жарче. Теплота передается там уже не от тела воздуха, а—обратно— воздух нагревает человеческое тело. Поэтому, чем ббльшая масса воздуха успеет ежеминутно прийти в соприкосновение с телом, тем сильнее ощущение жара. Правда, испарение и здесь усиливается при ветре, — но первая причина перевешивает.

ОХЛАЖДАЮЩИЕ КУВШИНЫ

Если вам не случалось видеть таких кувшинов, то, вероятно, вы слыхали или чатали о них. Эти сосуды из необожженной глины обладают тою любопытною особенностью, что налитая в них вода становится прохладнее, чем окружающие предметы. Кувшины эти в большом распространении у южных народов (между прочим, и у нас в Крыму) и носят различные названия: в Испании —„алькарацца“, в Египте—„гоула“ и т. д.

Секрет охлаждающего действия этих кувшинов прост: жидкость просачивается через глиняные стенки наружу и здесь медленно испаряется, отнимая при этом теплоту („скрытую теплоту испарения“) от сосуда и заключенной в нем жидкости.

Но неверно, что жидкость в таких сосудах охлаждается до очень низкой температуры,—как приходится читать в описаниях путешествий по южным странам. Степень охлаждения не может быть велика. Зависит она от многих условий. Чем знойнее воздух, тем скорее и обильнее испаряется жидкость, увлажняющая сосуд снаружи,—и, следовательи?, тем более охлаждается вода внутри кувшина. Зависит охлаждение и от влажности окружающего воздуха: если в нем много влаги, испарение происходит медленно, и вода охлаждается незначи- тельно; в сухом воздухе, напротив, происходит энергичное испарение, вызывающее более заметное охлаждение. Ветер также ускоряет испарение и тем способствует охлаждению: это все хорошо знают по тому ошущению холода, которое случается испытывать в мокром платье в теплый, но ветреный день. Понижение температуры в охлаждающих кувшинах не превышает 5 градусов Цельсия. В знойный южный день, когда термометр показывает подчас 33°, вода в охлаждающем кувшине имеет температуру теплой ванны, 28°. Охлаждение, как видим, практически бесполезное. Зато кувшины хорошо сохраняют холодную воду; для этой цели их преимущественно и употребляют.

Мы можем попытаться вычислить степень охлажде- НИЯ ВОДЫ В „алькараццах“. Пусть у нас имеется кувшин, вмещающий 5 литров воды; допустим, что Ию л испарилась. Для испарения 1 л воды (1 к?) требуется при температуре знойного дня (33°) около 580 калорий тепла. У нас испарилась '/0 к; следовательно, понадобилось 58 калорий. Если бы вся эта теплота заимствовалась только от той воды, которая находится в кувшине, температура последней понизилась бы на °/;, т.е. градусов на 12. Но ббльшая часть тепла, потребного для испарения, отнимается от стенок самого кувшина и от окружающего его воздуха; с другой стороны, рядом с охлаждением воды в, кувшине происходит и нагревание ее теплым воздухом, прилегающим к кувшину. Поэтому охлаждение едва достигает половины полученкой цыфры.

Трудно сказать, когда кувшин охлаждается больше, — на солнце или в тени. На солнце ускоряется испарение, но вместе с тем усиливается и приток тепла. Выгоднее, вероятно, держать охлаждающие кувшины в тени на слабом ветре.

ЛЕДНИК БЕЗ ЛЬДА

На охлаждении от испарения основано устройство охлаждающего шкафа для хранения продуктов, своего рода ледника без льда. Устройство такого охладителя весьма не сложно: это ящик из дереза (лучше из оцинкованного железа) с полками, на которые ставятся подлежащие охлаждению продукты. Вверху ящика ставится длинный сосуд с чистой` холодной водой; в сосуд погружен край холста, который идет вдоль задней стенки ящика вниз, кончаясь в сосуде, поставленном под нихней полкой. Холст напитывается водой, которая, как по фитилю, все время-движется через него, медленно испаряясь и тем охлаждая все отделения „ледника“.

Такой „ледник“ следует поставить в прохладное место квартиры и каждый вечер менять в нем холодную воду, чтобы она уснела за ночь хорошо остудиться. Сосуды, содержащие воду и холст, пропитываемый ею, должны быть, конечно, совершенно чисты.

КАКУЮ ЖАРУ МЫ СПОСОБНЫ ПЕРЕНОСИТЬ?

Человек гораздо выносливее по отношению к жаре, чем обыкновенно думают: он способен переносить в южных странах температуру гораздо выше той, какую мы в умеренном поясе считаем едва гереносимой. Летом в Средней Австралии нередко наблюдается температура 46 градусов в тени; там отмечались даже температуры в 55 градусов в тени (по Цельсию). При переходе через Красное море в Персидский залив температура в корабельных помещениях достигает 50 -— 60 градусов, несмотря на непрерывную вентиляцию; здесь отмечена была даже температура в 70°.

Производились опыты для определения высшей температуры, какую может выдержать человеческий орга- ниам. Оказалось, что при весьма постепенном нагревании организм наш в сухом воздухе способен выдержать не только температуру кипения воды (100 градусов), но иногда даже еще более высокую, до 160° Цельсия, — как доказали английские физики Благден и Чентри, проводившие, ради опыта, целые часы в натопленной печи хлебопекарни. „Можно сварить яйца и изжарить бифштекс в воздухе помещения, в котором люди остаются без вреда для себя“,—замечает по этому поводу Тиндаль.

Чем же объясняется такая выносливость? Тем, что организм наш фактически не принимает этой температуры, а сохраняет температуру, близкую к нормальной. Он борется с нагреванием посредством обильного вы-^ деления пота: испарение пота поглощает значительное количество тепла из того слоя воздуха, который непосредственно прилегает к коже, и тем в достаточной мере понижает его температуру. Единственное необходимое условие состоит в том, чтобы тело не соприкасалось непосредственно с источником тепла и чтобы воздух был сух.

ТЕРМОМЕТР ИЛИ БАРОМЕТР?

`° Известен анекдот о наивном человеке, который не решался принять ванны по следующей необыкновенной причине:

— Я сунул в ванну барометр, а он показал—бурю... Опасно купаться!

Но не думайте, что всегда легко отличить термометр от барометра. Есть такие термометры, — вернее, термоскопы, которые не с меньшим правом могли бы называться барометрами, и наоборот. Примером может служить старинный термоскоп, придуманный Героном Александрийским (рис. 73). Когда солнечные лучи пригревают шар, воздух в верхней части шара, расширяясь, давит на воду и вытесняет ее по изогнутой трубке на-, ружу: вода начинает капать из конца трубки в веронку, откуда стекает в нижний ящик. В холодную же погоду, напротив, упругость воздуха в шаре уменьшается, и вода из нижнего ящика вытесняется давлением наружного воздуха по прямой трубке в шар. Однако, прибор этот чувствителен и. к изменениям барометрического давления: когда наружное давление ослабевает, воздух внутри шара, сохранивший прежнее, более высокое давление, расширяется и вытесняет часть воды по трубке в воронку, при повышении же наружного давления часть воды из ящика вгоняется в шар вследствие разности давления... Каждый градус температурной разницы вызовет такое же изменение в объеме воздуха внутри шара, как =. — около 2'/› мм разницы в высоте барометрического столба (ртутного). В Москве барометрические колебания достигают 20 и более миллиметров; это соответствует 8°Ц в термоскопе Герона, — значит, такое падение атмосферного давления легко принять за повышеняе температуры на 8 градусов!

Вы видете, что старинный термоскоп не в меньшей мере является и бароскопом. Одно время в продаже имелись у нас водяные барометры, которые являлись в такой же степени и термометрами,—о чем, однако, не подозревали не только покупатели, но, кажется, и их изобретатель. —

ДЛЯ ЧЕГО СЛУЖИТ ЛАМПОВОЕ СТЕКЛО?

Мало кто думает о том, какой долгий путь прошло ламповое стекло, прежде чем достигло своего современ-

Е 139

ного вида. Длинный ряд тысячёлетий люди пользовались для освещения пламенем, не прибегая к услугам стекла. Понадобился гений Леонардо да Винчи (1452— 1519), чтобы сделать это важное усовершенствование лампы. Но Леонардо окружил пламя не стеклянной, а металлической трубой; прошло еще три века, прежде чем додумались до замены металлической трубы прозрачным стеклянным цилиндром. Как видите, ламповое стекло—изобретение, над которым работали десятки поколений.

Каково же его назначение?

Едва ли у всех готов правильный ответ на столь естественный вопрос. Защищать пламя от ветра—лишь вто ростепенная роль стекла. Главное же действие его в увеличенеи яркости пламени, в ускорении процесса горения. Роль стекла та же, что и печной или заводской трубы: оно усиливает приток воздуха к пламени, усиливает „тягу“.

Разберемся в этом. Столб воздуха, находящийся внутри стекла, нагревается гораздо быстрее, нежели воздух, окружающий лампу. Нагревшись н сделавшись поэтому легче, воздух вытесняется вверх более тяжелым ненагретым воздухом, который поступает снизу, через отверстия в горелке. Таким образом устанавливается постоянное течение воздуха снизу вверх,—течение, непрерывно отводящее продукты горения и приносящее свежий воздух. Чем выше стекло,—тем больше разница в весе нагретого и ненагретого столба воздуха, и тем энергичнее происходит приток свежего воздуха, а следовательно, ускоряется горение.

Интересно, что уже Леонардо отчетливо представлял себе эти явления. В рукописях его находим такую запись: „Где появляется огонь, там вокруг него образуется воздушное течение: оно его поддерживает и усиливает“.

}.

ПОЧЕМУ ПЛАМЯ НЕ ГАСНЕТ САМО СОБОЙ?

Если вдуматься хорошенько в процесс горения, то невольно возникает вопрос: отчего пламя не гаснет само собой? Ведь продуктами горения являются углекислый газ и водяной пар, вещества не зорючие и не способные поддерживать горения. Следовательно, пламя с первого же момента горения должно быть окружено негорючими веществами, которые мешают притоку воздуха; без воздуха горение продолжаться не может, и пламя должно погаснуть.

Почему же этого не происходит? Почему горение длится непрерывно, пока есть запас горючего вещества? Только потому, что газы расширяются от нагревания и, следовательно, становятся лее. Лишь благодаря этому нагретые продукты горения не остаются на месте своего образования, в непосредственном соседстве с пламенем, но немедленно же вытесняются вверх чистым воздухом., Если бы закон Архимеда не распространялся на газы (или если бы не было тяжести)—всякое пламя, прогоревши немного, гасло бы само собой.

Весьма легко убедиться в том, как губительно действуют на пламя продукты его горения. Вы нередко пользуетесь этим, сами того не подозревая, чтобы загасить огонь в лампе. Как задуваете вы керосиновую лампу? Дуете в нее сверху, т. е. гоните вниз, к пламени, негорючие продукты его горения, — и оно гаснет, лишенное свободного доступа воздуха.

НЕДОСТАЮЩАЯ ГЛАВА В РОМАНЕ ЖЮЛЯ ВЕРНА

Жюль Верн подробно поведал нам, как проводили время трое смельчаков внутри ядра, мчащегося на Луну. Однако, он не рассказал о том, как Мишель Ардан исполнял обязанности повара в этой необычайной обста- новке. Вероятно, романист полагал, что стряпня внутри летящего ядра не представляет ничего такого, что заслуживало бы описания. Если так, то он ошибался. Дело в том, что внутри летящего ядра все предметы становятся невесомыми !. Жюль Верн упустил из виду это обстоятельство. А согласитесь, что стряпня в невесомой кухне— сюжет, вполне достойный пера романиста, и надо только пожалеть, что талантливый автор „Путешествия на Луну“ не уделил внимания этой теме. Попытаюсь, как умею, восполнить эту недостающую главу в романе, чтобы дать читателю некоторое представление © том, насколько эффектно могла бы вылиться она из-под пера самого Жюля "Верна.

При чтении этой главы читатель должен все время не упускать из виду, что внутри ядра— как уже сказано— нет тяжести: все предметы в нем невесомы.

ЗАВТРАК В НЕВЕСОМОЙ КУХНЕ

— Друзья мои, ведь мы еще не завтракали,—- объявил Мишель Ардан своим спутникам по межпланетному путешествию. — Из того, что мы потеряли свой вес в этом пушечном ядре, не следует вовсе, что мы потеряли и аппетит. Я берусь устроить вам, друзья мои, невесомый завтрак, который, без сомнения, будет состоять из самых легких блюд, когда-либо изготовлявшихся на свете.

И, не ожидая ответа товарищей, француз принялся за стряпню.

— Наша бутыль с водой притворяется пустой; — ворчал про себя Ардан, возясь с раскупоркой большой бутыли. — Не проведешь меня: я ведь знаю, отчего ты

1 Подробное разъяснение этого интересного обстоятельства приведено в первой книге „Занимательной Физики“, а также в моей книге „ Межпланетные путешествия“.

легкая... Так, пробка вынута. Изволь излить в кастрюлю свое невесомое содержимое!

Но сколько ни наклонял он бутыли, вода не выливалась.

— Не трудись, милый Ардан, — явился на выручку Николь. — Пойми, что в нашем ядре, где нет тяжести, вода не может литься. Ты должен ее вытрясти из бутыли, как если бы это был густой, тягучий сироп.

Не долго думая, Ардан хлопнул ладонью по дну опрокинутой бутыли. Новая неожиданность: тотчас же у горлышка раздулся водяной шар, величиной с кулак.

— Что стало с нашей водой? — изумился Ардан. — Вот, признаюсь, совсем излишний сюрприз! Объясните же, ученые друзья мои, что тут произошло?

— Это капля, милый Ардан, простая водяная капля. В мире без тяжести капли могут быть как угодно велики... Вспомни, что ведь жидкости только под влиянием тяжести принимают форму сосудов, льются в видеструй и т. д. Здесь же нет тяжести, жидкость предоставлена своим внутренним молекулярным силам и должна принять форму шара, как маслов знаменитом опыте Плато.

— Мне нет никакого дела до этого Плато с его опытами! Я должен вскипятить воду для бульона, и, клянусь, никакие молекулярные силы не осгановят меня!—запальчиво объявил француз.

Он яростно принялся вытряхивать воду над парящей в воздухе кастрюлей,—но, повидимому, все было в заговоре против него. Большие водяные шары, достигнув кастрюли, быстро расползались по ее поверхности. Этим дело не кончилось: с внутренних стенок вода переходила на наружные, растекалась по ним, — и вскоре кастрюля оказалась окутанной толстым водяным слоем. Кипятить воду в таком виде не было никакой возможности.

— Вот любопытный опыт, доказывающий, как велика сила сцепления,— спокойно говорил взбещенному Ардану невозмутимый Николь. —"Ты не волнуйся: ведь здесь обыкновенное смачивание жилкостями твердых тел; только в данном случае тяжесть не мешает развиться этому явлению с полной силой.

— И очень жаль, что не мешает! —возражал Ардан— Смачивание здесь или что-либо другое, но мне необ.одимо иметь воду внутри кастрюли, а не вокруе нее. Вот еще новости какие! Ни один повар в мире не согласится готовить бульон при подобных условиях!

— Ты легко можешь воспрепятствовать смачиванию, если оно так мешает тебе, — успокоительно вставил м-р Барбикен. — Вспомни, что вода не смачивает тел, покрытых хотя бы тонким слоем жира. Обмажь свою кастрюлю снаружи жиром, и ты удержишь воду внутри нее.

— Браво! Вот это я называю истинной ученослью,— обрадовался Ардан, приводя совет в исполнение. Затем он приступил к нагреванию воды на пламени газовой горелки.

Положительно все складывалось против Ардана. Газовая горелка — и та закапризничала: погорев полминуты тусклым пламенем, она погасла по необъяснимой причине.

Ардан возился вокруг горелки, терпеливо няньчился с пламенем,—но хлопоты не приводили ни к чему: пламя отказывалось гореть.

— Барбикен! Николь! Неужель же нет средства заставить это упрямое пламя гореть так, как полагается ему по законам вашей физики и по уставам газовых кампаний?—взывал к друзьям обескураженный француз.

— Но здесь нет ничего необычайного и ничего неожиданного,— объяснил Николь.—Это пламя горит именно так, как полагается согласно физическим законам. А газовые кампании... я думаю, все они разорились бы, если бы не было тяжести. При горении, ты зказшь, образуются углекислота, водяной пар,—словом, газы не- горючие; обыкновенно эти продукты горения не остаются возле самого пламени: как теплые и, следовательно, более легкие, они вытесняются притекающим свежим воздухом. Но тут у нас нет тяжести, —поэтому продукты горения остаются на месте возникновения, окружают пламя слоем негорючих газов и преграждают доступ свежему воздуху. Оттого-то пламя так тускло здесь горит и так быстро гаснет. Ведь действие огнетушителей на том и основано, что пламя окружается негорючим газом.

— Значит, по-твоему,— перебил француз, —если бы на Земле не было тяжести, то не надо было бы и пожарных команд: пожар погасал бы сам собой, задыхался бы в собственном дыхании?

— Совершенно верно. А пока, чтобы помочь делу, зажги еще раз горелку и давай обдувать пламя. Нам, я надеюсь, удастся создать искусственную тягу и заставить пламя гореть „по-земному“.

Так и сделали. Ардан снова зажег горелку и принялся за стряпню, не без злорадства следя за тем, как Николь с Барбикеном поочередно Обдували и обмахивали пламя, чтобы непрерывно вводить в него свежий воздух. В глубине души француз считал своих ученых друзей и их науку виновниками „всей этой кутерьмы“.

— Вы в некотором роде исполняете Обязанности фабричной трубы, поддерживая тягу,—тараторил Ардан.—- Мне очень жаль вас, ученые друзья мои, но если мы хотим иметь горячий завтрак, придется подчиниться вёлениям вашей физики.

Однако прошло четверть часа, полчаса, час,-та вода в кастрюле и не думала закипать.

— Тебе придется вооружиться терпением, милый Ардан. Видишь ли. Обыкновенная, весомая вода быстро нагревается почему? Только потому, что в ней происходит перемешивание слоев: нагретые нижние слои,

Занимательная фазнка. 10 145

более легкие, вытесняются холодными сверху, и в результате вся жидкость быстро принимает высокую температуру. Случалось ли тебе когда-нибудь нагревать воду не снизу, а сверху? Тогда перемешивания слоев не происходит, потому что верхние нагретые слои остаются на месте. Теплопроводность же воды ничтожна; верхние слои можно даже довести до кипения в то время, как в нижних будут находиться куски нерастаявшего льда. Но в нашем невесовом мире безразлично, откуда ни нагревать воду: круговорота в кастрюле возникать не может, и вода должна нагреваться очень медленно. Если желаешь ускорить нагревание, ты должен все время перемешивать воду.

Николь предупредил Ардана, чтобы он не доводил воды до 100°, а ограничился несколько пониженной температурой. При 100” образуется много пара, который, обладая здесь удельным весом, одинаковыи с удельным весом воды (оба равны нулю), будет смешиваться с ней в однородную смесь — нечто среднее между водой и паром, с кулинарными свойствами, никем еще не испытанными.

Досадная неожиданность произошла с горохом. Когда Ардан, развязав мешечек, слегда тряхнул его, горошины рассеялись в воздухе и стали безостановочно бродить внутри каюты, ударяясь о стенки и отскакивая от них. Эти витающие горошины едва не наделали большой беды: Николь нечаянно вдохнул одну из них и так раскашлялся, что едва не задохся. Чтобы избавиться от такой опасности и очистить воздух, друзья наши принялись усердно вылавливать летающие горошины тем сачком, который Ардан предусмотрительно захватил с собою „для сбора коллекций лунных бабочек“.

Не легко было стряпать при таких условиях. Ардан был прав, когда утверждал, что здесь спасовал бы самый искусный повар. Немало пришлось повозиться и при жарении бифштекса: надо было все время придерживать мясо вилкой, иначе упругие пары масла, образующиеся под бифштексом, выталкивали его из кастрюли, и недожаренное мясо летело „вверх“, — если можно употребить это слово там, где не было ни „верха“, ни „низа“.

Странную картину представлял и самый обед в этом мире, лишенном тяжести. Друзья висели в воздухе в весьма разнообразных позах, не лишенных, впрочем, живописности, и поминутно стукались головами друг о друга. Сидеть, конечно, не приходилось. Такие вещи, как стулья, диваны, скамьи, — совершенно бесполезны в мире, где нет тяжести. В сущности, и стол был бы здесь вовсе не нужен, если бы не настойчивое желание Ардана завтракать непременно „за столом“.

Трудно было сварить бульон, но еще труднее оказалось съесть его. Начать с того, что разлить невесомый бульон по чашкам никак не удавалось. Ардан чуть не поплатился за такую попытку потерей трудов целого утра; забыв, что бульон невесом, он с досадой ударил по дну перевернутой кастрюли, чтобы изгнать из нее упрямый бульон. В результате из кастрюли вылетела огромная шарообразная капля — бульон в сфероидальной форме. Ардану понадобилось проявить искусство жонглера, чтобы вновь поймать и водворить в кастрюлю с таким трудом сваренный бульон.


Часть 8

Попытка пользоваться ложками осталась безрезультатной: бульон смачивал всю ложку до самых пальцев и висел на ней сплошной пеленой. Обмазали ложки маслом, чтобы предупредить смачивание, но дело от этого не стало лучше: бульон превращался на ложке в шарик, и не было никакой возможности донести эту невесомую пилюлю благополучно до рта.

В конце-концов Николь нашел разрешение задачи: сделали трубки из восковой бумаги и с помощью их

10* 147

пили бульон, втягивая его в рот. Таким же способом приходилось нашим друзьям во все время путешествия пить воду, вино и вообще всякие жидкости. 1

ПОЧЕМУ ВОДА ГАСИТ ОГОНЬ?

На этот простой вопрос не всегда умеют правильно ответить даже люди, изучавшие физику, — и читатель, надеемся, не посетует на нас, если мы объясним вкратце, в чем собственно заключается это действие воды на огонь.

Во-первых, прикасаясь к горящему предмету, вода превращается в пар, отнимая при этом много теплоты у горящего тела; чтобы превратить крутой кипяток в пар, нужно впятеро слишком больше теплоты, чем для нагревания того же количества холодной воды до 100 градусов.

Во-вторых, пары, образующиеся при этом, занимают объем, в сотни раз больший, чем породившая их вода; окружая горящее тело, пары оттесняют воздух, а без воздуха горение невозможно.

Чтобы увеличить огнегасительную силу воды, иногда примешивают к ней... порох! Это может показаться несообразным — и, однако, вполне разумно: порох быстро

1 Многие читатели предшествовавших изданий этой книги обращались ко мне с письмами, в которых-выражали свое недоумение по поводу того, как можно пить в среде бев тяжести — даже по сейчас указанному способу: ведь воздух в летящем ядре невесом, следовательно, не производит давления, а при отсутствии давления нельзя пить, всасывая в себя жидкость. Странным образом, возражение это высказывалось и в печати некоторыми рецензентами. Между тем, вполне очевидно, что невесомость воздуха при данных условиях нисколько не связана с отсутствием давления: воздух давит в вамкнутом пространстве вовсе не потому, что он весом, а потому, что, как тело газообразное, он стремится безгранично расшириться. В открытом пространстве на земной поверхности роль стенок, препятствующих расширению, нграет тяжесть; эта привычная зависимость и ввела в заблуждение моих критиков. Газ в замкнутом пространстве не производит никакого давления только при температуре абсолютного нуля (—273°), температуре, которой внутри вагона-ядра, конечно, не было.

сгорает, выделяя большое количество негорючих газов, которые, окружая собою горящие предметы, затрудняют горение.

КАК ТУШАТ ОГОНЬ ПОМОЩЬЮ ОГНЯ?

Вы слыхали, вероятно, что лучшее, а иной раз и единственное средство борьбы с лесным или степным пожаром это——поджигание леса или степи с противоположной стороны. Новое пламя идет навстречу бушующему морю огня и, уничтожая горючий материал, лишает огонь пищи;

встретившись, обе огненные стены мгновенно погасают, словно пожрав друг друга.

Описание того, как пользуются этим приемом тушения огня при пожаре американских степей, многие, вероятно, читали у Купера в его романе „Прерия“. Можно ли забыть тот драматический момент, когда старик-траппер спас от огненной смерти путников, застигнутых в степи пожаром? Вот это место из „Прерии“.

„Старик внезапно принял решительный вид.

„— Настало время действовать, — гроговорил он.

„— Вы слишком поздно спохватились, жалкий старик! — крикнул Миддльтон. — Огонь в расстоянии четвертн мили от нас, и ветер несет его к нам с ужасающей быстротой!

„— Вот как! Огонь! Не очень-то я боюсь его. Ну, молодцы, полно! Приложите-ка руки к этой короткой высохшей траве и обнажите землю.

› В очень короткое время было очищено место футов в двадцать в диаметре. Траппер вывел женщин на один край этого небольшого пространства, сказав, чтобы они прикрыли одеялами свои платья, легко могущие воспламениться. Приняв эти предосторожности, старик подошел к противоположному краю, где стихия окружала путников высокнм, опасным кольцом, и, взяв пригоршню самой сухой травы, положил ее на полку ружья и поджег. Легко воспламеняющееся вещество вспыхнуло сразу, Тогда старик бросил пылавшую траву в высокую варосль и, отойдя к центру круга, стал терпеливо ожндать результата своего дела.

„Разрушительиая стихия с жадностью набросилась на новую пищу, и в одно мгновение пламя стало лизать тр@ву.

ь‚— Ну, — сказал старик, — Теперь вы увидите, как огонь быстро сразнг огонь.

„-— Но неужели это не опасно? — воскликнул уднвленный Миддльтон.—Не приближаете ли вы к нам врага вместо того чтоб отдалять его?

„Огонь, все увеличиваясь, начал распространяться в три стороны, замирая на четвертой вследствие недостатка пищи. По мере того, как огонь увелнчивался и бушевал все сильнее и сильнее, он очищал перед собой все пространство, оставляя черную дымящуюся почву гораздо более обнажениой, чем если бы трава па этом месте была скошена косой. Положение беглецов стало бы еще более рискованным, если бы очищенное ими место не увеличивалось по мере того, как пламя окружало его с остальных сторон. Через несколько минут пламя стало отступать во всех направленнях, оставляя людей окутанными облаком дыма, но в полной безопасности от потока огня, продолжавшего бешено нестись вперед.

„Зрителн смотрели на простое средство, употребленное траппером, с тем же изумлением, с каким, как говорят, царедворцы Фердинанда смотрели на способ Колумба поставить яйцо“.

Этот прием тушения степных и лесных пожаров не так, однако, прост, как кажется с первого взгляда. Пользоваться встречным огнем для тушения пожара должен лишь человек очень опытный, — иначе бедствие может даже усилиться.

Вы поймете, какая для этого нужна сноровка, если зададите себе вопрос: почему огонь, зажженный траппером, побежал к пожарищу, а не в обратном направлении? Ведь ветер дул со стороны пожарища, гоня огонь прямо на путников! Казалось бы, пожар, причиненный траппером, должен был направиться не навстречу огненному морю, а назад по степи. Если бы так случилось, путники оказались бы окруженными огненным кольцом и неминуемо погибли бы.

В чем же заключался секрет траппера?

В знании простого физическсго закона. Хотя ветер дул по направлению от горящей степи к путникам,— но впереди, вблизи огня должно было существовать обратное течение воздуха, навстречу пламени. В самом

Г У

деле: нагреваясь над морем огня, воздух становится легче и вытесняется вверх притекающим со всех сторон свежим воздухом со степи, не затронутой пламенем. Близ границы огня устанавливается поэтому тяга воздуха навстречу пламени. Зажечь встречный огонь необходимо именно в тот момент, когда пожар приблизится достаточно, чтобы ощутилась тяга«воздуха. Вот почему траппер не спешил приниматься за дело раньше времени, а спокойно ждал нужного момента. Стоило поджечь траву одной секундой ранее, когда встречная тяга еще не установилась, — и огонь распространился бы в обратном направлении, сделав положение людей безвыходным. Но, конечно, и промедлениг могло быть не менее роковым, огонь подошел бы чересчур близко.

МОЖНО ЛИ ВОДУ ВСКИПЯТИТЬ КИПЯТКОМ?

Возьмите небольшую бутылку (баночку или пузырек), налейте в нее воды и поместите в стоящую на огне кастрюлю с чистой водой так, чтобы склянка не касалась дна кастрюли; вам придется, конечно, подвесить этот пузырек на проволочной петле. Когда вода в кастрюле закипит, то, казалась бы, вслед за тем должна закипеть и вода в пузырьке. Можете, однако, ждать, сколько вам угодно,—вы не дождетесь этого: вода в пузырьке будет горяча, очень горяча,—но кипеть не будет. Кипяток оказывается недостаточно горячим, чтобы вскипятить воду.

Результат как будто неожиданный, между тем его надо было предвидеть. Чтобы довести воду до кипения, недостаточно только нагреть ее до 100`Ц: надо еще, мы знаем, сообщить ей значительный запас так называемой „скрытой теплоты“. Чистая вода кипит при 1007Цельсия; выше этой точки ее температура, при обычных условиях, не поднимается, сколько бы мы ни нагревали. Значит, источник теплоты, помощью которого мы нагреваем воду в пузырьке, имеет температуру 100°; он может довести воду в пузырьке также только до 100°. Когда наступит это равенство температур, дальнейшего перехода тепла от воды кастрюли к пузырьку не будет. Значит, нагревая воду в пузырьке таким способом, мы не можем доставить ей того избытка „скрытой“ теплоты, который необходим для перехода воды в пар каждый грамм воды, нагретый до 100 градусов, требует еще свыше 500 калорий, чтобы перейти в пар). Вот почему вода в пузырьке хотя и нагревается, но закипеть не может.

Может возникнуть вопрос: чем же отличается вода в пузырьке от воды в кастрюле? Ведь это та же вода, только отделенная от остальной массы стеклянной перегородкой; почему же не происходит с ней того же, что и с остальной водой?

Потому что перегородка мешает воде пузырька участвовать в тех течениях, которые перемешивают всю воду в кастрюле. Каждая частица воды в кастрюле может непосредственно коснуться накаленноге дна, вода же пузырька соприкасается только с кипятком.

Итак, чистым кипятком вскипятить воду нельзя. Но стоит в кастрюлю всыпать горсть соли, —и дело меняется. Соленая вода кипит не при 100’, а немного выше, и, следовательно, может, в свою очередь, довести до кипения чистую воду в стеклянном пузырьке.

МОЖНО ЛИ ВСКИПЯТИТЬ ВОДУ СНЕГОМ?

„Если уж крутой кипяток для этой цели непригоден, то что говорить о снеге“, ответит иной читатель. Не торопитесь с ответом, а лучше проделайте опыт хотя бы с тем же стеклянным флаконом, который вы только-что употребляли.

152 Е

Налейте в него воды до половины и погрузите в кипящую соленую воду. Когда вода во флаконе закипит, выньте его из кастрюли и быстро закупорьте заранее приготовленной плотной пробкой. Теперь переверните флакон и ждите, пока кипение внутри его прекратится. Выждав этот момент, облейле флакон кипятком,—вода не закипит. Но положите на его донышко немного снегу или даже просто облейте его холодной водой, как показано на рис. 74,—и вы увидите, что вода закипит... Снег сделал то, чего не мог сделать кипяток!

Это тем более загадочно, что флакон на ощупь не будет особенно горяч, только лишь тепел. Между тем вы собственными глазами видите, как вода в нем кипит!

Разгадка в том, что снег охладил стенки флакона; вследствие этого пар внутри сгустился в водяные капли. А так как воздух из стекляного фла- . кона был выгнан еще при ки- Рис. 74. Закипание воды в колбе, обливаемой хопячении, то теперь вода испы- лодной водой. тывает в нем гораздо меньшее - давление. Из физики же известно, что с уменьшением давления на жидкость она кипит при температуре более низкой. Мы имеем, следовательно, в нашем флаконе хотя и кипяток, но кипяток не зорячий.

Если стенки флакона очень тонки, то внезапное сгущение паров внутри его может вызвать нечто вроде взрыва; давление внешнего воздуха, не находя себе достаточного противодействия изнутри флакона, способно раздавить его (вы видите, между прочим, что слово

„взрыв“ здесь неуместно). Лучше брать поэтому склянку круглую, чтобы воздух давил на свод.

Всего безопаснее производить подобный опыт с жестянкой для керосина, масла и т. п. Вскипятив в ней немного воды, завинтите плотно пробку и облейте жестянку холодной водой. Тотчас же жестянка с паром сплющится давлением наружного воздуха, так как’ пар внутри нее превратится от холода в воду. Шестянка будет измята давлением воздуха, словно по ней ударили тяжелым молотом (рис. 75).

И

ыы

Гл

С Рис. 75. Неожиданный ре- УП ИЗ БАРОМЕТРА зультат охлаждения же“ стянки. В книге „Странствования за границей“ покойный американский юморист Марк Твэн так рассказывает 06 одном случае своего альпийского _ путешествия — случае, разумеется, вымышленном:

„Неприятности наши кончились; псэтому люди могли отдохнуть, а у меня, наконец, явилась возможность обратить внимание на научную сторону экспедиции. Прежде всего я хотел определить посредством барометра высоту места, где мы находились, но, к сожалению, не получил никаких результатов. Из моих научных чтений я знал, что не то тер- Рис. 76. Ученые изыскания мометр, не то барометр следует кипя- Марка Твэна.

тить для получения показаний. Который

именно из двух,—яЯ не знал наверное, и потому решил прокипятить оба. И все-таки не получил никаких результатов. Осмотрев оба ин- ииы—-—-—ы—ыыыы— ——_—Э—ы хо струмента, я увидал, что они в конец испорчены: у барометра была только одна медная стрелка, а в шарике термометра болтался комок ртуги...

„Я отыскал другой барометр; ов был совершенно новый и очень хорощий. Полчаса кипятил я его в горшке с бобовой похлебкой, которую варил повар. Результат получялся неожиданный: инструмент совершенио перестал действовать, но суп приобрел такой сильный привкус барометра, что главный повар человек очень умный— изменил его иазвание в списке кушаний. Новое блюдо заслужило всеобщее одобрение, так что я приказал готовить каждый день суп из барометра. Коиечно, барометр был соверщенно испорчен, но я не особенио жалел о нем. Раз он не помог мне определить высоту местиости, значит он больше мне не нужен“.

Отбробив шутки, постараемся ответить на вопрос: что же в самом деле следовало. „кипятить“: термометр или барометр?

Термометр,—и вот почему. Из предыдущего опыта мы видели, что чем меныше давление на воду, тем при более низкой температуре она кипит. Так ках с поднятием в горы атмосферное давление уменьшается, то должна вместе с тем понижаться и температура кипения воды. И, действительно, иаблюдаются следующие температуры кипения чистой воды при различных давлениях атмосферы: ъ

Температуры Барометрическое кннения. давление.

аа. р: 78мм РТ Я д 2х а М Е. О А 655, о а ска. ет ых О 99 >. < р ИВ овен № 9-25. мент №, 86°. о и АО.

В Берне, столице Швейцарии, где среднее давление атмосферы 713 мм, вода в открытых сосудах кипит уже при 981,>°, а на вершине Монблана, где барометр показывает 424 мм, кипяток имеет температуру всего 841],5. В общем, с поднятием на каждый километр температура кипения воды падает на 3” Цельсия. Значит, если мы измерим температуру, при которой кипит вода (по выражению Твэна, — если „будем кипятить термометр“), то, справившись в соответствующей таблице, сможем узнать высоту места. Для этого необходимо, конечно, иметь в распоряжении заранее составленные таблицы, — о чем Марк Твэн будто бы забыл.

Употребляемые для этой цели приборы—так назыв. гипсотермометры—не менее удобны для переноски, чем металлические барометры и дают гораздо более точные’ показания. Появившийся недавно в Германии прибор такого рода, предназначенный для измерения атмосферного давления в шахтах, дает показания раз в двадцать более точные, чем металлический барометр.

Разумеется, и барометр может служить для определения высоты места, так как он прямо, без всякого „кипячения“, показывает давление атмосферы: чем выше мы поднимаемся, тем давление меньше. Но и тут необходимы таблицы, показывающие, как уменьшается давление воздуха п. мере поднятия над уровнем моря. Все это будто бы смешалось в голове юмориста и побудило его „варить суп из барометра“.

ВСЕГДА ЛИ КИПЯТОК ГОРЯЧ?

Бравый ординарец Бен-Зуф‚—с которым читатель, без сомнения, давно познакомился по роману Жюля Верна „Гектор Сервадак“,—был твердо убежден, что кипяток всегда и всюду одинаково горяч. Вероятно, он думал бы так всю жизнь, если бы случаю не угодно было забросить его, вместе с его офицером Сервадаком на... комету. Это капризное светило, столкнувшись с Землей, отрезало от нашей планеты как-раз тот участок, где находились оба героя, и унесло их далее по своему эллиптическому пути. И вот тогда-то денщик впервые убедился на собственном опыте, что кипяток вовсе не всюду одинаково горяч. Сделал он это открытие неожиданно, готовя завтрак.

„Бен-Зуф иалил воды в кастрюлю, поставил ее иа плиту и ждал, когда закипит вода, чтобы опустить в нее яйца, которые казались ему пустыми, так они мало весили.

„Менее чем через две минуты вода уже закипела.

„‚— Чорт побери! Как огонь греет теперь! воскликнул Бен-Зуф.

„— Не огонь греет сильнее, — ответил, подумав, Сервадак,—-а вода закнпает скорее.

„И сияв со стены термометр Цельсия, ои опустил его в кипящую воду-

„Градусник показал только шестьдесят шесть градусов-

„— Ого! — воскликнул офицер. — Вода кипят при шестидесяти щести градусах вместо ста!

„— Итак, капитаи?..

„— Итак, Бен-Зуф, я советую тебе продержать яйца в кипятке четверть часа.

„— Но они будут крутые!

„— Нет, дружище, оии будут едва свареные.

„Причнной этого явления было, очевидяо, умеиьшеиие высоты атмосферного слоя. Воздушиый столб над поверхностью почвы уменьшился приблизительно на одну треть, и вот почему вода, подвержениая меньшему давлению, кипела при шестидесяти щести градусах вместо ста, Подобное же явление имело бы место на горе, высота которой достигает 11000 м. И если бы у капитана был барометр, ои указал бы ему это умень-иение воздушеого слоя“.

Наблюдений наших героев мы не станем подвергать сомнению: они утверждают, Что вода кипела при 66 градусах, и мы примем это как факт. Но весьма сомнительно, чтобы они могли чувствовать себя хорошо в той разреженной атмосфере, в которой они находились.

1$7

Автор „Сервадака“ совершенно правильно замечаст, что подобное явление ваблюдалось бы на высоте 11 000 м: там вода, как видно из расчета, \ действительно должна кипеть при 66. Но давление атмосферы при этом должно быть равно 190 мм ртутного столба, — ровно вчетверо меньше нормального. В воздухе, разреженном до такой степени, почти невозможно дышать! Мы знаем, что летчики, достигавшие такой высоты, лишались сознания от недостатка воздуха, а между тем С.рвадак и его ординарец чувствовалн себя сравнительно сносно. Хорошо, что у (Сервадака под рукой не оказалось барометра: иначе романисту пришлось бы заставить этот инструмент показывать не ту цифру, которую он должен был бы показать согласно законам физики.

Если бы наши герои попали не на воображаемую комету, а, например, на Марс, где атмосферное давление не превышает 60—70 мм, им пришлось бы пить еще менее горячий кипяток—всего в 45 градусов! \

Наоборот, на гиганте Юпитере, окруженном чрезвычайно высокой атмосферной оболочкой,—вода кипит при более высокой температуре, нежели на Земле. Очутись Бен-Зуф на Юпитере, ему пришлось бы долго ждать, пока вода закипит, но зато полученный кипяток был бы гораздо горячее, нежели обыкновенный кипяток на земном шаре.

Такой же горячий кипяток можно получить и на дне глубоких шахт, где давление воздуха значительно больше, чем на поверхности земли. В шахте глубиною 300 м вода кипит при 101°, на глубине 600 м—при 1027 и т. д.

При значительно повышенном давлении закипает вода и в котле паровой машины. Например, при - 14 атмо-

1 Действительно, если—как мы сказали раньше (стр. 156)—точка кипения воды падает иа 3? с поднятием иа каждый километр, то для поинження температуры кипення до 66? нужно подняться на 34;3= — около 11 км.

сферах вода закипает при 200 градусах! И, напротив, под колоколом воздушного насоса можно заставить бурно кипеть воду при обыкновенной комнатной температуре, получая „кипяток“ всего градусов в 20.

ГОРЯЧИЙ ЛЕД

Сейчас шла речь о холодном кипятке. Но есть еще более удивительная вещь: горячий лед. Мы привыкли думать, что вода в твердом состоянии не может суще“ ствовать при температуре выше 0°. Исследования (английского физика Бриджмена) показали, что это не так: под весьма значительным давлением вода переходит в твердое состояние и остается такой при температуре, значительно выше 0”. Вообще Бриджмен показал, что может существовать не один сорт льда, а несколько (шесть). Тот лед, который он называет „лед № 5“, получается под чудовищным давлением в 20600 атмосфер и остается твердым при температуре 76° Цельсия. Он обжег бы нам пальцы, если бы мы могли до него дотронуться. Но прикосновение к нему невозможно; лед № 5 образуется под давлением мощного прееса в толстостенном сосуде из лучшей стали. Увидеть его или взять в руки нельзя, и о свойствах „горячего льда“ физики узнают лишь косвенным образом.

Любопытно, что „горячий лед“ плотнее обыкновенного, плотнее даже воды: его удельный вес 1,05. Он тонет в воде, между тем как обыкновенный, холодный лед на ней плавает.

159%

{

ГЛАВА ВОСЬМАЯ МАГНИТИЗМ — ЭЛЕКТРИЧЕСТВО _

„ЛЮБЯЩИЙ КАМЕНЬ“

Такое поэтическое название дали китайцы естественному магниту. Любящий камень (тшу-ши),—говорят китайцы, — притягивает железо, как нежная мать привлекает своих детей. Замечательно, что у французов — народа, живущего на противоположном конце Старого Света, мы встречаем сходное название для магнита: французцузское слово „аппапё“ означает и „магнит“, и „любящий“.

Сила этой „любви“ у естественных магнитов незначительна, и потому очень наивно звучит греческое название магнита — „Геркулесов камень“. Если обитатели дрэвней Эллады так поражались столь умеренной силой притяжения естественного магнита, то что сказали бы они, увидев на современном железоделательном заводе магниты, поднимающие глыбы в целые тонны весом! Правда, это не естественные магниты, а „элекромагни- ты“, т. е. железные стержни, намагниченные элекрическим током, проходящим по окружающей их обмотке. Но в обоих случаях действует одна и та же сила природы — магнитизм. ;

Не следует думать, что магнит действует только на железо. Ёсть ряд и других тел, которые тоже испытывают на себе действие сильного магнита, хотя и не в такой степени, как железо. Металлы: никель, кобальт, ма| - ганец, платина, золото, серебро, алюминий — в слабой степени притягиваются магнитом. Ёще замечательнее свойства так называемых „диамагнитных“ тел, например, цинка, свинца, серы, воска, висмута: эти тела отталки- | и (| м т И | ваются от сильного магнита! | Ш /) и

Жидкости и газы также ис- ь. мо [ РЕН пытывают на себе притягательное или отталкивательное дей-

В ии ,

ре 5 № ствие магнита, — правда, в ]|| @ Пт я КТ весьма слабой степени; элек- и й у Мы тромагнит должен быть очень силен, чтобы проявить свое Рис. 78. Пламя свечи между

' == А

влияние на эти вещества. Чи- полюсами электромагнита.

стый кислород, например, „парамагнитен“, т. е. притягивается магнитом; если наполнить кислородом мыльный пузырь и поместить его между полюсами сильного электромагнита, то он заметно вытянется от одного полюса к другому, растягиваемый невидимыми магнитными силами. Пламя свечи между концами сильного магнита заметно изменяет свою обычную форму, явно обнаруживая чувствительность к магнитным силам (рис. 78).

ЛИНИИ МАГНИТНЫХ СИЛ

Любопытную картину изображает рис. 79, воспроизведенный с фотографического снимка: от руки, положенной

Занимательная физика. 11 161

на полюсы электромагнита, торчат вверх пучки крупных гвоздей, словно жесткие волосы. Сама_по себе рука совершенно не ощущает магнитной силы: невидимые нити проходят сквозь нее, ничем не выдавая своего присутствия. А железные гвозди послушно подчиняются ее воздействию и располагаются в определенном порядке, обнаруживая перед нами направление невидимых магнитных сил, идущих кривыми линиями от одного полюса к другому.

У человека нет магнитного органа чувств; поэтому о существовании тех магнитных сил, которые окружают

№

- з . Зы 2 бы: К НИЯ Е

ПУ

ПИ Ш

|]

Ш

ЫЙ

и

ы . ААА

каждый магнит, мы можем лишь догадываться. ! Однако, нетрудно косвенным образом обнаружить картину распределения этих сил. Лучше всего сделать это помошью мелких железных опилок. Насыпьте опилки тонким ровным слоем на кусок гладкого картона или на стеклянную пластинку; подведите под картон или пластинку

1 „Небезынтересно представить „себе, что переживали бы мы,

‚ если бы обладали непосредственным магнитным чувством. Крейдлю удалось, так сказать, привить ракам род магнитного чувства. Он заметил, что молодые раки засовывают себе вухо маленькие камешки; эти камешки своим весом действуют на чувствительный волосок, являющийся составной частью органа равновесия рака. Подобные же камешки, называемые отолитами, имеются и в ухе человека, поблизости от основного органа слуха. Действуя в направлении вертикали, эти камешки указывают направление силы тяжести. Вместо камешков, Крейдль подложил ракам железные опилки, чего они не заметили. При поднесении магнита к раку, последний становился в плоскости, перпендикулярной к слагающей из магнитной силы и силы тяжести.

»

В последнее время соответствующие опыты в измененной форме удалось произвести и над человексм. Кэлер приклеивал небольшие железные частицы к ушной барабанной перепонке; благодаря этому, ухо воспринимало колебания магнитной силы, как звук“ (Г/роф. О.

Винер).

обыкновенный магнит и встряхните опилки легким ударом. Магнитные силы свободна проходят сквозь картон и стекло; следовательно, железные опилки под действием магнита намагнитятся; когда мы встряхиваем их, они на

25 з

ро

$

г г®

С з ...% ры р С .: 8 т ьз Е О .; в г С ра $ моя д14% *$. > Ул

Е а АЕ изд

НИЯ

мгновение отделяются от пластинки и могут, под действием магнитных сил, свободно повернуться, заняв то положение, которое заняла бы в данной точке магнитная стрелка, т. е. вдоль магнитной „силовой линии“. В результате все опилки располагаются кривыми рядами, на“

11* 163

глядно обнаруживая распределение невидимых магнитных линий (так называемый „магнитный спектр“).

Положим магнитный стержень горизонтально на стол, поместим над ним нашу пластинку с опилками и встряхнем ее. Мы получим фигуру, изображенную на рис. 80. Магнитные силы создают сложную систему изогнутых линий. Вы видите, как они лучисто расходятся от каждого полюса магнита, как соединяются между собой, описывая то короткие, то длинные дуги между обоими полюсами. Железные опилки воочию пока`ывают здесь то, что мысленно рисует перед собою физик и что невидимым образом присутствует вокруг каждого магнита. Чем ближе к полюсу, тем линии опилок гуще и четче; напротив, с удалением от полюса линии разрежаются и утрачивают свою отчетливость,—наглядное доказательство ослабления магнитных сил с расстоянием, Обратите внимание и на пустые пространства непосредственно над полюсом: они показывают, что внутри магнита действие магнитных сил ничем себя не обнаруживает.

ИСПОЛИНСКИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ

На железоделательных заводах можно видеть электромагнитные подъемные краны, переносящие огромные грузы. Такие краны оказывают при подъеме и перемещении железных масс неоценимые услуги на сталелитейных и т. п. заводах. Массивные железные глыбы или огромные части машин в десятки тонн весом с удобством переносятся этими магнитными подъемными кранами без помощи цепей. Точно так же переносят они, без ящиков и упаковки, листовое железо, проволоки, гвозди, железный лом и т. п. материалы, переноска которых иным способом потребовала бы не мало хлопот.

На рис. 81 и 82 вы видите перед собою эту полезную службу магнита. Как хлопотливо было бы собирать

А и даные

И переносить ту кучу железных плиток, которую разом собрал и перенес могучий магнитный подъемный кран, изображенный на рис. 81; здесь выгода не только в экономии сил, но и в упрощении самой работы. На рис. 82 вы видите, как магнитный кран переносит даже упакованные в бочках гвозди, сразу поднимая по шесть бочек! Не надо заботиться о прикреплении этих тяжестей к подъемному крану, нечего опасаться, что тяжесть обрушится,и задавит кого-либо: пока идет ток в обмотке

— ;. А Ну фи ри <. НЫ и у

| м Та

" ИДН

ТИ р

электромагнита, до тех пор ни один осколок не упадет с него. Невидимые нити магнитных сил надежнее, чем крепкие гайки и цепи.

Поперечник тех электромагнитов, которые изображены на рис. 81 и 82, достигает 11/› м; каждый из них способен поднять до 16 т (1000 пудов). Один такой магнит переносит за сутки более 600 тонн груза. Есть электромагниты, способные поднять сразу до 75 тонн, то есть целый паровоз!

При взгляде на такую работу электромагнитов у иного читателя, быть может, мелькнула мысль: как удобно было бы переносить при помощи магнитов раскаленные железные болванки! К сожалению, это возможно только до известной температуры—не более 350°,—так как раскаленное железо не намагничивается- Нагретый до 800” магнит утрачивает свои магнитные свойства. Если вам не жаль дешевого магнита, бросьте его в печь на горячие уголья. Через несколько минут вы вынете из печи уже не магнит, а простую сталь.

МАГНИТНЫЕ ФОКУСЫ

Силою электромагнитов пользуются иногда и фокусники; легко предвидеть, какие эффектные трюки проделывают они с помощью этой невидимой силы. Дари, автор известной книги „Электричество в его применениях“, приводит следующий рассказ одного французского фокусника о представлении, данном, им в Алжире. На невежественных арабов фокус произвел впечатление настоящего чародейства.


Часть 9

„На сцене, — рассказывает фокусник, — находится небольшой окованный ящик с ручкой на крышке. Я вызываю из зрителей человека посильнее. В ответ на мой вызов выступил араб среднего роста, но крепкого сложеиия, представляющий собой аравийского геркулеса. Выходит он с бодрым и самонадеянным видом и, иемиого иасмешливо улыбаясь, останавливается около меня.

„— Очень ли вы сильны?— спросил я его, оглядев © ног до головы.

„— Да,— отвечает он небрежно.

„— Увереиы ли вы, что всегда останетесь сильны?

„—Совершенно уверен.

„—Вы ошибаетесь: в одно мгновение ока я могу отнять у вас силу, и вы сделаетесь слабым, подобно малому ребенку.

„Араб презрительно улыбнулся в знак недоверия к моим словам.

„— Подойдите сюда,—сказал я,—и подиимите ящик.

„Араб иагнулся, поднял ящик и высокомерно спросил:

„-— Больше ничего?

„— Подождитё немножко, — отвечал я.

„Затем, приняв серьезный вид, я сделал повелительный жест и произиес торжественным тоном:

„— Вы теперь слабее женщины. Попробуйте снова поднять ящик.

„Силач, нисколько не устрашась моих чар, опять взялся за ящик, ио на этот раз ящик оказывает сопротивление и, несмотря иа отчаянные усилия араба, остается неподвижным, точно приковаиный к месту. Араб усиливается поднять ящик с такой силой, которой хватило бы для поднятия огромной тяжести, но все напрасно. Утомленный, запыхавтись и сгорая от стыда, он, наконец, останавливается. Теперь он начииает верить в силу чародейства и раздумывает, не бросить ли ящик. Но это значило бы признать себя побежденным, сознаться в собственной слабости, а он всегда славился своей силой. Отныне его все будут считать слабым, как ребенок,—эта мысль приводит его в ярость; он собирает все свои силы и, поощ> ряемый взглядами и словами друзей, решается локазать, что сына пустыии не так легко победить. Он снова нагибается, чтобы поднять ящик. Крепкие руки его схватились за ручки ящика, а ноги, подобио броизовым колоннам, служат опорой для отчаянной попытки. Казалось, ящик не выдержит такого иапора и разлетится вдребезги. Но происходит странное явление: самоуверениый силач вдруг поник головой, его руки остаются прикованными к ящику и не мотут оторваться вследствие сильных судорог мускулов, иоги его дрожат, и, наконец, он с болезненным криком падает на колени.

„Дело в том, что, по моему знаку, помощиик мой в этот момент пропустил сильный ток в ручку ящика; сильиый элекрический разряд и был причиной корчи бедного араба. Продолжать его страдания было жестоко; я подал вторичный знак, и ток был прекращеи. Несчастный силач, освободившись ог страшного положения, в котором находился, поднял руки“к небу. „Аллах! Аллах!“—произнес ои, дрожа от страха, затем поспешно звавернулся в бурнус, как бы желая скрыть свое смущение, и порывисто бросился, расталкивая зрителей, к дверям зала“.

Секрет чародейства был прост. Железное дно ящика помещено на подставке, представляющей собой полюс довольно сильного электромагнита. Пока тока нет, ящик поднять нетрудно; но стоит пустить ток в обмотку электромагнита, чтобы ящик нельзя было оторвать даже усилиями двух-трех человек.

МАГНИТНАЯ ЛЕТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА

В начале этой книге я ссылался на занимательную книгу старинного французского писателя Сирано де Бержерака, „История государств на Луне и Солнце“. В ней, между прочим, описана любопытная легательная машина, действие которой основано на магнитном притяжении и помощью которой один из героев рассказа прилетел на Луну. Привожу это место сочинения дословно:

„Я приказал изготовить легкую железную повозку; войдя в нее и устроившись удобно на сиденьи, я стал подбрасывать высоко над собой магнитный шар. Железная повозка тотчас же подиималась вверх. Каждый раз, как я приближался ктому месту, куда меня притягивал шар, я снова подбрасывал его вверх. Даже когда я просто приподнимал шар в руках, повозка поднималась, стремясь приблизиться к шару. После многократного бросания шара вверх и поднятия повозки, я приблизился к месту, откуда началось мое падение на Луну. И так как я в этот момент крепко держал в руках магнитный шар, повозка прижималась ко мне и не покидала меня. Чтобы не разбиться при падении, я подбрасывал свой шар таким образом, чтобы падение повозки замедлялось его притяжением. Когда я был уже всего в двух-трех сотнях саженей от лунной почвы, я стал бросать шар под прямым углом к направлению падения, пока повозка не оказалась совсем близко к почве. Тогда я выпрыгнул из повозки и мягко опустился на песок“.

Никто, конечно, — ни автор рсмана, ни читатели его книги—не сомневаются в полной непригодности описанной летательной машины. Но не думаю, чтобы многие умели правильно сказать, в чем собственно кроется причина неосуществимости этого проекта: в том ли, что нельзя подкинуть магнит, находясь в железной повозке, в том ли, что повозка не притянется к магниту, или в чем-либо ином?

Нет, подбросить магнит можно, и он подтянул бы повозку, если достаточно силен, —-а все-таки летательная мащина нисколько не подвигалась бы вверх. Случа- ловь ли вам бросать тяжелую вещь @ лодки на берег? Вы без сомнения замечали при этом, что сама лодка отодвигается назад от берега. Ваши мускулы, сообщая бросаемой вещи толчок в одном направлении, отталкивают одновременно ва пе тело (а с ним и лодку) в обратном направлении. Здесь проявляется тот закон равенства действующей и противодействующей сил, о котором нам не раз уже приходилось говорить. При бросании магнита происходит то же самое: седок, подкидывая магнитный шар вверх (с большим усилием, — потому что шар притягивается к железной повозке), неизбежно отталкивает всю повозку вниз. Когда же затем шар и повозка снова сближаются взаимным притяжением, они только возврашаются на свои первоначальные места. Ясно, следовательно, что если бы даже повозка ничего не весила, то бросанием магнитного шара можно было бы сообщить ей только колебания вокруг некоторого среднего положения; заставить же ее таким способом двигаться поступательно невозможно.

Во времена Сирано (в середине ХУ\УП века) закон действия и противодействия еще не был провозглашен; сомнительно поэтому, чтобы французский сатирик мог отчетливо объяснить кесостоятельность своего шутливого проекта.

НАПОДОБИЕ МАГОМЕТОВА ГРОБА

Любопытный случай наблюдался однажды при работе с электромагнитным подъемным краном. Один из рабочих заметил, что электромагнит притянул к себе тяжелый железный шар с короткой цепью, которая мешала шару вплотную приблизиться к магниту: между шаром и магнитом оставался промежуток в ладонь шириною. Получилась необычайная картина: цепь, торчащая отвесно вверх! Сила магнита оказалась так велика, что цепь сохранила свое вертикальное положение даже когда на ней повис рабочий !. Оказавшийся поблизости фотограф поспешил запечатлеть на пластинке столь интересный момент, и мы приводим здесь этот рисунок человека, висящего в воздухе, наподобие легендарного Магометова гроба (рис. 83).

‚ Кстати о Магометовом гробе. Правоверные мусульмане убеждены, что гроб с останками „пророка“ покоится в воздухе, вися в усыпальнице без всякой опоры между полом и потолком.

Возможно ли это?

Многие думают, что это вполне возможно, если допустить, что гроб Магомета железный и что в потолке скрыт сильнейший магнит, который и уравновешивает силу тяжести. „Поветствуют, — писал Эйлер в своих Письмах о разных ф"-

НЕ р

зических материях, — будто гробницу Магомета держит сила некоторого магнита, что кажется не

РН НН | И | ДНИ | НН НИ невозможным, потому что есть маг- ниты, искусством сделанные, котог) Это указывает на огромную силу электромагнита, потому что притягательное действие магнитов значительно ослабевает с увеличением расстояния между полюсом и притягиваемым телом. Подковообразный магниг, удерживающий при непосредственном соприкосновении груз в сотню граммов, уменьшает свою подъемную силу вдвое, когда между ним и грузом вводится листок бумаги. Вот по- | чему полюсы магнита никогда не покрывают краской, хотя она и предохранила бы их от ржавчины.

2) Писано в 1774 г., когда электромагниты еще н® были известны.

Такое объяснение несостоятельно; если бы подобное равновесие даже и было достигнуто на один момент, то малейшего толчка, малейшего дуновения воздуха было бы достаточно, чтобы его нарушить, — и тогда гроб либо упал бы на пол, либо подтянулся бы к потолку- Удержать его неподвижно практически так же невозможно, как поставить конус на его вершине, хотя теоретически последнее вполне допустимо. (Впрочем, при иной обстановке „чудо“ с витающим гробом вполне возможно было бы воспроизвести средствами современной электротехники).

Но если подобное равновесие недостижимо для неподвижного тела, то оно вполне мыслимо для тела движущегося. На этой мысли основан замечательный проект электромагнитной железной дороги без трения, предложенный известным русским физиком, проф. Б. П. Вейнбергом. Если даже проект этот и не будет осуществлен, он настолько поучителен, что каждому, интересующемуся физикой, полезно с ним познакомиться. Е

” БЕЗ ТРЕНИЯ

В железной дороге, которую предлагает устроить проф. Б. П. Вейнберг, вагоны будут совершенно невесомы; их вес уничтожается электромагнитным притяжением, Вы не удивитесь поэтому, если узнаете, что согласно проекту, вагоны не катятся по рельсам, не плавают по воде, даже не скользят в воздухе, — они летят без всякой опоры, не прикдсаясь ни к чему, вися на невидимых нитях могучих магнитных сил. Они не испытывают ни малейшего трения и, следовательно, будучи раз приведены в движение, сохраняют по инерции свою колоссальную скорость, не нуждаясь в работе локомотива.

Осуществляется все это следующим образом. Вагоны должны двигаться внутри медной трубы, из которой выкачан воздух, чтобы стенки вагонов не терлись об него. Трение о дно уничтожается тем, что вагоны двигаются не касаясь стенок трубы, поддерживаемые в пустоте силою электромагнитов. С этой целью вдоль всего пути над трубою расставлены, в определенных расстояниях друг от друга, очень сильные электромагниты. Они притягивают к себе железные вагоны, движущиеся внутри трубы, и мешают им падать. Сила магнитов рассчитана так, что железный вагон, проносящийся в трубе, все время остается между ее „потолком“ и „полом“, не прикасаясь ни к тому, ни к другому. Электромагнит подтягивает проносящийся под ним вагон вверх,—но вагон не успевает удариться о потолок, так как его влечет сила тяжести; едва он готов коснуться пола, его подхватывает притяжение следующего электромагнита... Так, все время подхватываемый электромагнитами, вагон мчится по волнистой линии без трения, без толчков, в пустоте, как планета в мировом пространстве (рис. 77).

Что же представляют собой вагоны? Это — сигарообразные цилиндры, высотой 90 см, а длиной около 21/› м. Конечно, вагон герметически закрыт, — ведь он движется в безвоздушном прбстранстве,— и, подобно подводным лодкам, снабжен аппаратами для автоматической очистки воздуха. Способ отправления вагонов в путь также совершенно отличен от всего, что применялось до сих пор: его можно сравнить разве только с пушечным выстрелом. И, действительно, вагоны эти буквально „выстреливаются“, как ядра,—только „пушка“ здесь электромагнитная. Устройство станции отправления основано на свойстве спирально-закрученной, в форма катушки, проволоки („соленоида“) при прохождении тока втягивать в себя железный стержень: втягивание происходит с та-

В

_5®

кой стремительностью, что стержень, при достаточной длине обмотки и силе тока, может приобрести огромную скорость. В новой магнитной дороге эта-то сила и будет выбрасывать вагоны. Так как внутри тоннеля трения нет, то скорость вагонов не уменьшается, — они мчатся по инерции, пока их не задержит соленоид станции назначения.

Вот несколько подробностей, приводимые автором проекта:

„Опыты, которые я ставил в 1911—13 г.. в физической лаборатории Томского Технологического Института, производились с медной трубой (32 см диаметром), над которой находились электромагниты, а под ними на подставке вагончик—кусок железной трубы с колесами спереди-и сзади и с „носом“, которым он для оетановки ударялся в кусок доски, опиравшийся о мешок с песком. Вагончик этот весил 10 килограммов. Можно было придать вагончику скорость около 6 км в час, выше которой, при ограниченности размеров комнаты и кольцевой трубы (диаметр кольца был 6!]› м), нельзя было итти. Но в разработанном мною проекте при трехверстной длине соленоидов на станции отправления скорость легко довести до 800—1000 км в час, а благодаря отсутствию воздуха в трубе и отсутствию трения о пол или -потолок не надо тратить никакой энергии для ее поддержания.

„Несмотря на большую стоимость сооружений и, в особенности, самой медной трубы, все же, благодаря отсутствию трат на мощность для поддержания скорости, на каких-либо машинистов, кондукторов и т. п., стоимость километра—от нескольких тысячных до 1—2 сотых копейки; а пропускная способность двутрубного пути—15 000 пассажиров или 10000 тонн в сутки в одном направлении“,

. СРАЖЕНИЕ МАРСИАН С ЗЕМНОЖИТЕЛЯМИ

Естествоиспытатель древнего Рима, Плиний, передает распространенный в его время рассказ о магнитной скале где-то в Индии, у берега моря, которая с необычайной силой притягивала к себе всякие железные предметы. Горе моряку, дерзнувшему приблизиться к этой скале на своем корабле. Она вытянет из судна все гвозди, винты, железные скрепы,—и корабль распадется на отдельные доски. р

Конечно, это. не более, как легенда. Мы знаем теперь, что магнитные горы, т. е. горы, богатые магнитным железняком, действительно, существуют, — например, гора Благодать у нас на Урале,—но сила притяжения их чрезвычайно мала, почти ничтожна. А таких гор или ё&кал, о каких писал Плиний, на земном шаре никогда не существовало.

Научный романист Курт Лассвиц воспользовался, однако, идеей этой легенды, чтобы придумать грозное военное оружие, к которому в его романе „На двух планетах“ прибегают пришельцы с Марса в борьбе с земными армиями. Располагая таким магнитным (вернее, электромагнитным) оружием, марсиане даже не вступают в борьбу с земными жителями, а обезоруживают их еще до начала сражения.

Вот как описывает романист этот эпизод сражения между марсианами и земножителями.-

„Блестящие ряды всадников неудержимо рниулнсь вперед. И казалось, будто самоотверженная решимость войска понудила, наконец» могуществеиного неприятеля (т. е. марсиан) к уступке, так как между его воздушными кораблями возникло иовое движение. Они поднялись на воздух, словно собираясь уступить дорогу.

„Одновременно с этим, однако, опустилась сверху какая-то темиая, широко раскинувшаяся масса, теперь только появившаяся иад полем. Подобно развевающемуся покрывалу, масса эта, со всех сто- рон окруженная воздушными кораблями, быстро развернулась над полем. Вот первый ряд всадников попал В район ее действия, —иИ тотчас же странная машина распростерлась над всем полком. Действие, произведенное ею, было неожиданно и чудовищно! С поля донесся пронзительный вопль ужаса. Лошади и всадники клубком валялись на земле, а воздух был наполнен густою тучею копий, сабель и карабинов, с громом и треском летевшей вверх к маши! е, к которой они и пристали.

„Машина скользнула немного в сторону и сбросила свою железную жатву на землю. Еще два раза возвращалась оиа и словно скосила все находящееся на поле оружие. Не нашлось ни одной руки, которая оказалась бы в силах удержать саблю или копье.

„Машина эта была новым изобретением марсиан: она © неодолимою силою притягивала к себе все, сделанное из железа и стали. С помощью этого витающего в воздухе магнита марсиане вырывали из рук своих противников оружие, не причиняя им никакого вреда.

„Воздушный магнит пронесси далее и приблизилси к пехоте. Тщетно солдаты старались обеими руками удержать свои ружья, — непреодолимая сила вырывала их из рук; миогие, все-таки не выпускавшие их, были сами увлечены на воздух. В несколько минут первый полк был обезоружен. Машина понеслась вдогонку за марширующими в городе полками, готови для них ту же участь.

„Подобная же судьба постигла и артиллерию“.

ЧАСЫ И МАГНИТИЗМ

При чтении предыдущего отрывка естественно возникает вопрос: нельзя ли защититься от действия магнитных сил, укрыться от них за какой-нибудь непроницае“ мой для них преградою?

Это вполне возможно, и фантастическое изобретение марсиан могло бы быть обезврежено, если бы заранее были приняты надлежащие меры.

Как ни странно, веществом, непроницаемым для магнитных сил, является то самое железо, которое так легко намагничивается\ Внутри кольца из железа стрелка компаса не отклоняется магнитом, помещенным вне кольца.

Железным футляром можно защитить от действия магнитных сил стальной механизм карманных часов. Если бы вы положили золотые часы на полюсы сильного подковообразного магнита, то все стальные части механизма (прежде всего — тонкая волосяная пружинка при балансире 1!) намагнитились бы, и часы остановились бы. Удалив магнит, вы не вернете часов к прежнему состоянию: стальные части механизма останутся намагниченными, и часы потребуют самой радикальной починки, замены многих частей механизма новыми. [Поэтому с золотыми часами не следуст делать подобного опыта,—он обойдется чересчур дорого.

Напротив, с часами, механизм которых плотно закрыт железными или стальными крышками, вы можете смело произвести этот опыт,—магнитные силы через железо и сталь не проникают. Поднесите такие часы к полюсам сильнейшей динамо,—верность их хода не пострадает ни в малейшей степени. Для электротехников такие дешевые железные часы являются идеальнейшими, тогда как золотые или серебряные скоро приходят в негодность от постоянной близости электромагнитов.

И

МАГНИТНЫЙ ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

В истории попыток изобрести „вечный двигатель“ магнит сыграл не последнюю роль. Неудачники-изобретатели на разные лады старались использовать магнит,

1 Если только этот волосок не сделан из замечательного сплава инвара, — металла, неспособного намагничиваться, хотя в состав его и входит железо и никкель.

` «

9’

роз ЧР

чтобы устроить механизм, который вечно двигался бы сам собой. Вот один из проектов подобного „механизма“ (описанный в ХУП веке англичанином Джоном Вилькенсом, епископом в Честере).

На колонке помещается сильный магнит 4. К ней прислонены два наклонных жолоба М и №, один под другим, при чем верхний М имеет небольшое отверстие С в верхней части, а нижний // изогнут. Если, —рассуждал изобретатель,—на верхний жолоб положить небольшой железный шарик В, то вследствие притяжения магнита А шарик покатится вверх; однако, дойдя до отверстия, он провалится в нижний жолоб №, покатится по нему вниз, взбежит по закруглению 7) этого жолоба и попадет на верхний жолоб М; отсюда он, притягиваемый магнитом, снова покатится вверх, снова провалится через отверстие, снова покатится вниз и опять очутится на верхнем жолобе, чтобы начать движение сызнова. Таким образом шарик безостановочно будет бегать взад и вперед, осуществляя „вечное движение“. °

В чем абсурность этого изобретения?

Указать его не трудно. Почему изобретатель думал, что шарик, скатившись по жолобу № до его нижнего конца, будет еще обладать скоростью, достаточною для поднятия его вверх по закруглению О? Так было бы, если бы шарик катился под действием одной лишь силы тяжести,—тогда он катился бы ускоренно. Но наш шарик находится под действием двух сил: тяжести и маг” нитного притяжения. Последнее настолько значительно, что может заставить шарик подняться от В до С. По-

Занимательная физика, | 177

этому по жолобу / шарик будет скатываться не ускоренно, а замедленно и если даже достигнет нижнего конца, то во всяком случае не накопит скорости, необходимой для поднятия по закруглению ОД.

Подобный проект много раз вновь всплывал впоследствии во всевозможных видоизменениях. Один из подобных проектов был даже, как ни странно, патентован в Германии в 1878 г., т. е. тридцать лет спустя после провозглашения закона сохранения энергии! Изобретатель так замаскировал нелепую основную идею своего „вечного магнитного двигателя“, что ввел в заблуждение техническую комиссию, выдающую патенты. И хотя, согласно уставу, патенты на изобретения, идея которых противоречит законам природы, не должны выдаваться, изобретение на этот раз было формально патентовано. Вероятно, счастливый обладатель этого единственного в своем роде патента’ скоро разочаровался в своем детище, так как уже через два года перестал вносить пошлину, и курьезный патент потерял законную силу: „изобретение“ стало всеобщим достоянием. Беда лишь в том, что оно никому не нужно.

ПОЧТИ ВЕЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ

Для строгого математика выражение „почти вечное“ не представляет ничего заманчивого. Движение может быть либо вечекым, либо не вечным; „почти вечное“ значит, в сущности, „Не вечное“. Но для практической жизни это не так. Многие, вероятно, были бы вполне удовлетворены, если бы получили в свое распоряжение не совсем вечный двигатель, а „почти вечный“, способный двигаться хотя бы, например, тысячу лет. Жизнь человека коротка, и тысячелетие для нас то же, что вечность. Люди практической складки наверное сочли бы, что проблема вечного двигателя решена и что больше не над чем ломать голову.

Таких людей я могу обрадовать сообщением, что 1000-летний двигатель уже изобретен; и каждый может, при известной затрате средств, иметь у себя маленькое подобие вечного движения. Патент на это изобретение никем не взят, и секрета он не представляет.

Устройство этого прибора, придуманного проф. Стреттом в 1903 г. и обычно называемого „радиевыми часа- с кт ми“, весьма несложно. Внутри стекляк- \ р й ной банки, из которой выкачан воздух, подвешена на кварцевой нити В’ (не проводящей электричества) небольшая стеклянная трубочка 4, заключающая в себе несколько тысячных долей грамма ралиевой соли. К концу трубочки подвешены, как в электроскопе, два золотых листочка. Радий, как известно, испускает лучи трех родов: лучи альфа, бета и гамма. В данном случае важнейшую роль играют легко проходящие через стекло лучи бета, которые состоят из потока отрицательно наэлектризованных частиц (электронов). Разбрасываемые радием во все стороны, частицы уносят с собой отри- Рис. 86. Радиевые цательный заряд, а потому сама Е т а > трубка с радием постепенно заряжается положительно. Этот положительный заряд переходит на золотые листочки и заставляет их раздвигаться. Раздвинувшись, листочки прикасаются к стенкам банки, теряют здесь свой заряд (в соответствующих местах стенок приклеены полоски фольги, по которым электричество ухо-

12* 179

ты ль чьльль чм

ъ ль чье лад $

дит) и вновь смыкаются. Вскоре накопляется новый заряд, листочки вновь расходятся, опять отдают заряд стенкам и смыкаются, чтобы снова наэлектризоваться. Каждые две-три минуты совершается одно колебание золотых листочков, с регулярностью часового маятника; отсюда и название „радиевые часы“. Так продлится целые годы, десятилетия, столетия, пока будет продолжаться испускание радием его лучей. Читатель видит, конечно, что перед ним не „вечный“, а только даровой двигатель.

Долго ли радий испускает свои лучи? Нам известен срок, в течение которого истощается способность радия высылать лучи: срок этот равен приблизительно 3000 лет. Но уже через 1600 лет эта способность радия ослабнет вдвое. Поэтому радиевые часы будут итти бесостановочно не менее 1000 лет, постепенно замедляя лишь свои колебания, вследствие ослабления электрического заряда. Если бы в эпоху начала Руси устроены были такие радиевые часы, они действовали бы еще и в наше время!

Можно ли использовать этот даровой двигатель для каких-нибудь практических целей? К сожалению, нет. Мощность этого двигателя—т. е. количество работы, совершаемой им в секунду, так ничтожна, Что никакой механизм не может приводиться им в действие. Чтобы достичь сколько-нибудь осязательных результатов, нет обходимо располагать гораздо большим запасом радия. Если вспомним, что радий во много раз дороже золота, то согласимся, что даровой двигатель подобного рода оказался бы чересчур разорительным.

ПТИЦЫ НА ПРОВОДАХ

Все знают, как опасно для человека прикосновение к электрическим проводам трамвая или наружной осветительной сети, когда они под током. Такое прикоснове-

Ние смертельно не только для человека, но даже и для быка. Известно много случаев, что лошади, коровы и. люди убивались током, если их задевал оборвавшийся провод.

Чем же объяснить то, что птицы спокойно и совершенно безнаказанно усаживаются на провода? Подобные картинки можно часто наблюдать в городах.

Чтобы понять причину этой безвредности для птицы сильного тока, примем во внимание следующее: тело сидящей на проволке птицы представляет собою как бы ответвление цепи, сопротивление которой, по сравнению с другой ветвью (короткой проволокой между ногами птицы), огромно. Поэтому сила тока в этой ветви (в теле пти- я цы) ничтожна и безвредна. Если И ть и бы человек мог быть в таком же ее положении, повиснув на проводе, не касаясь земли, — он также нисколько бы не пострадал. И, наоборот, если бы пти- Рис. 87. Птицы безнаказанно садятся на электрические ца, сидя на проводе, коснулась провода. Почему? столба крылом, хвостом или клювом — вообще каким-нибудь образом соединилась с землей, —она была бы мгновенно убита током, который устремился бы через ее тело в землю. Это нередко и наблюдается.

ПРИ СВЕТЕ МОЛНИИ

Случалось ли вам во время грозы наблюдать картину оживленной городской улицы при кратких вспышках молнии? Вы, конечно, заметили при этом одну странную особенность: улица, только-что полная движения, кажется асы. = в такие мгновения словно застывшей. Лошади останавливаются в напряженных позах, держа ноги в воздухе; экипажи-—-также неподвижны: отчетливо видна каждая спица колеса...

Причина этой кажущейся неподвижности заключается в невообразимо ничтожной продолжительности молнии. Молния, как и всякая электрическая искра, длится чрезвычайно малый промежуток времени—настолько малый, что его даже нельзя измерить нашими обычными средствами. При помощи косвенных приемов удалось, однако, установить, что молния длится менее десятитысячной доли секунды и, во всяком случае, не более тысячной ее доли. За столь короткий промежуток времени ничто не успевает переместиться заметным для глаза образом. Неудивительно поэтому, что улица, полная разнообразных движений, представляется нам при свете молнии совершенно неподвижной: ведь мы замечаем на ней только то, что длится менее одной десятитысячной секунды! Каждая спица в колесах быстро мчащегося автомобиля успевает переместиться лишь на ничтожную долю миллиметра; для глаза это все равно, что полная неподвижность.

СКОЛЬКО СТОИТ МОЛНИЯ?

В ту отдаленную эпоху, когда молнии посылались богами, такой вопрос звучал бы кощунственно. Но в наши трезвые дни, когда электрическая энергия превратилась в товар, который отмеряют и оценивают, как и всякий другой, вопрос о том, какова стоимость молнии, вовсе не должен казаться бессмысленным. Задача состоит в том, чтобы учесть электрическую энергию, потребную для грозового разряда, и оценить ее хотя бы по таксе столичных обществ электрического освещения

` Вот расчет. По новейшим данным потенциал грозового разряда равен 1000 миллионов вольт. Сила тока

<.

оценивается при Этом в 20 тысяч ампер (се опрёеделяют— заметим кстати, — по степени намагничения стальноге стержня тем током, который пробегает в его обмотке при ударе молнии в громоотвод). Энергию в ваттах получим перемножением числа вольт на число амперов; при этом, однако, надо учесть то, что, пока длится разряд, потенциал падает до нуля; поэтому при вычислении энергии разряда надо взять средний потенциал, иначе говоря— половину начального напряжения. Имеем:

1000000 000 Х 20000

мощность разряда = ——- 5 ь

т. е. 10000000 000000 ватт. Получив столь внушительный ряд нулей, естественне ожидаешь, что и денежная стоимость молнии выраж-ется огромной цыфрой. Однако, если перевести эту энергию в те гектоватт-часы, которые фигурируют в счетах за электрическое освещение, то получим гораздо более скромные цифры. „Молния длится всего около 1000-й доли секунды; поэтому платить пришлось бы за ничтожную долю гектоватт-часа, а именно за 360 000 000-ю долю. Один гектоватт-час, по тарифу действующему в Ленинграде, обходится потребителю электрического тока в 1,8 коп. Отсюда нетрудно вычислить денежную стоимость молнии: 10 000 000 000 000 Х 1,8 360000000

Результат поразительный: молния, энергия которой раз в сто больше энергии выстрела тяжелого артиллерийского орудия, должна была бы стоить, по тарифу электростанций, всего лишь 500 рублей!

— 50000 коп. = 500 р.

Интересно, насколько современная электротехника приблизилась к возможности воспроизвести молнию. В американских лабораториях „Всеобщей компании электрич»ства“ достигнуно напряжение в 10 миллионов вольт и получена искра длиною в 10 метров. То и другое всего в сотню раз меньше, чем для естественной молнии. Дистанция не чрезмерно значительная...

ГРОЗОВОЙ ЛИВЕНЬ В КОМНАТЕ

Очень легко устроить дома небольшой фонтан из каучуковой трубки, один конец которой погружают в ведро, поставленное на возвышении, или надевают на водопроводный кран. Выпускное отверстие трубки должно быть очень мало для того, чтобы фонтан разбивался тонкими струйками; проще всего достигнуть этого, вставив в свободный конец кусочек карандаша, из которого выдавлен графит. Для удобства обращения с фонтаном этот свободный конец укрепляют в перевернутой воронке, как показано на рис. 88.

Пустив такой фонтан высотой в полметра и направив струю вертикально вверх, приблизьте к нему натертую сукном палочку сургуча или


Часть 10

| < о каучуковый гребень. Вы тотчас

| увидите довольно неожиданную вещь: отдельные струйки ниспадающей части фонтана сольются в одну сплошную струю, которая с заметным шумом ударяет о дно подставленной тарелки. Шум этот = оориеня напоминает характерный шум гроя —- — зового ливня. „Не подлежит сом-

О и

нению, — замечает по этому поводу

з Йз,— Й = Рис. 88. Грозовой ливень Бойз,—что именно по этой пре в миниатюре. | чине капли дождя во время грозы отличаются такой величиной“,

Удалите сургуч‚,—и фонтан тотчас же снова распылится, а характерный стук сменится мягким шумом раздробленной струи.

Перед непосвященными вы можете действовать палочкой сургуча, как фокусник своим волшебным жезлом.

Объяснение столь неожиданного действия электрического заряда на фонтан основано на том, что капли ИИ электризуются через вли- | яние, причем обращенные к сургучу части капель | электризуются положи- | тельно, противоположы и”:

ные — отрицательно; таким

у) й Е образом; разноименно на- | электризованные части ка- рис. 89. Водяная струя отклоняется пель оказываются в близ- пРи приближении наэлектризованком соседстве и, притяги- И ваясь, заставляют капли сливаться.

Действие электричества на водяную струю вы можете обнаружить и проще; достаточно приблизить прове“ денный по волосам каучуковый гребень к тонкой струе воды, вытвкающей из водопроводного крана: струя ста новится сплошной и заметно искривляется по направле“ нию к гребню, резко отклонившись в сторону (рис. 89). Объяснение этого явления сложнее, чем предыдущего; оно связЯно с изменением поверхностнсго натяжения под действием электрического заряда.

И |

ыы | '& тЫ,

И А й и Ам ЛМ А

ГЛАВА ДЕВЯТАЯ

ОТРАЖЕНИЕ ° И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВВТА ЗРЕНИЕ

ПЯТИКРАТНЫЙ СНИМОК

Одним из курьезов фотографического искусства являются снимки, на которых фотографируемый изображен в 5 различных поворотах. На прилагаемом рисунке, сделанном по подобной фотографии, можно видеть эти пять положений. Такие фотографии имеют то несомненное преимущество перед обыкновенными, что дают более полное представление о характерных особенностях оригинала: известно, как много заботятся фотографы э том, чтобы придать лицу снимаемого наиболее выгодный поворот; здесь же сразу получается лицо в нескольких поворотах, среди которых больше вероятия уловить самый характерный для данной физиономии.

Как получаются такие фотографии’? Конечно, помощью зеркал (рис. 91). Фотографируемый садится спиной к апарату А и лицом к двум отвесным плоским медична: =

\. -.. 5+1 „2 РА

Зеркалам С, сходящимся под углом в одну 5-ю долю 360°, т. е. в 72°. Такая пара зеркал должна давать 4 отражения, поверяутых различным образом по отношению к аппарату. Эти изображения плюс натуральный объект и фотографируются аппаратом, причем сами зеркала (не имеющие рам) на’ снимке, конечно, не получаются Чтобы в зеркалах не отразился фотографичнский аппарат, его заслоняют двумя экранами (ВВ) с небольшой щелью для объектива.

Рис, 91. Способ получения пятикратных фотографий. Снимаемый помещается между зеркалами

Число изображений зависит от угла между зеркалами: чем он меньше, тем число получающихся изображений

60° больше. При ие . д — 90° мы получили бы 4 изобра- 3607 $ жения, при угле —с — 60° —- шесть изображений, при 60° — — 45° — восемь и т. д. Однако, при большом числе отражений изображения тусклы и слабы; поэтому обычно ограничиваются пятикратными’ снимками.

АРХИМЕД И РИМСКИЙ ФЛОТ

Вам, без сомнения, известен рассказ о Том, как Архимед при осаде Сиракуз навел с помощью зеркал солнечные лучи на римский флот и сжег его. В Сиракузах воздвигнут памятник, изображающий Архимеда с боль шим вогнутым зеркалом в руках: оно направлено в сторону моря и должно напоминать о том зеркале, помощью которого гениальный защитник этого города две тысячи лет назад сжег неприятельский флот.

Радиус этого зеркала полметра; следовательно, главное фокусное его расстояние равно 25 см; в таком расстоянии от своей поверхности оно сосредоточивает солнечные лучи. Поражающее действие этого зеркала, как видите, распространяется лишь на очень скромное расстояние. ы

Это напоминает нам о том, что вогнутое зеркало должно быть исполинских размеров для зажигания предметов на большом расстоянии. Приходится поэтому отвергнуть существование легендарного зеркала Архимеда. Физика разрушает эту красивую легенду. Попробуем прикинуть приблизительно, каких размеров должно было достигать это Архимедово зеркало. Допустите, что римские корабли отважились приблизиться к городу на 200 метров. Чтобы зажечь их с берега, нужно было бы направить на них лучи вогнутого зеркала с фокуеным расстоянием в 200 м. Радиус такого зеркала должен быть, как известно из физики, 400 м. Между тем, самые большие отражательные телескопы нашего времени имеют зеркала с фокусным расстоянием всего в 60 метров и поперечником 2!» метра. Мыслимо ли допустить, чтобы во времена Архимеда умели шлифовать зеркала с фокусным расстоянием в 200 м и соответственно огромным поперечником? О таком успехе оптической техники мы и в настоящее время не можем и мечтать.

Но всей вероятности, легенда родилась от того, что гениальный изобретатель древности научил своих сограждан бросать на неприятельские корабли горячие головни с помошью особых метательных приборов. Такое зажигание на далеком расстоянии и породило со, време- нем предание о зажигательном зеркале. К тому же, древнейшие историки и биографы Архимеда—Полибий, Тит Ливий, Плутарх— ничего не говорят ни о зеркалах, ни о сожжении флота. Первое упоминание об этом находим лишь у писателя УП века— спустя семь веков после смерти Архимеда.

СОЛНЕЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Если немыслимо помощью собирательных зеркал зажигать на расстоянии, то возможно зато другое использование подобных зеркал — сосредоточение солнечных лучей для получения нагревания и для превращения этой теплоты в механическую энергию. Легко показать несложным вычислением, что, если бы возможно было полностью превратить энергию солнечного излучения в механическую работу, то каждый квадратный метр земной поверхности, озгренный перпендикулярными к ней лучами солнца, дал бы (на границе атмосферы) 1'/з лошадиной силы. Но это „если бы“ совершенно неосуществимо, так как современная техника может превратить лучистую энергию солнца в механическую работу не иначе, как помощью такого расточительного посредника, как тепловой двигатель. Вот почему в самой совершенной из существующих установок по использованию солнечного излучения (их имеется несколько систем) одна лошадиная сила получается от 9 кв. м поверхности. Не входя в технические подробности, укажем лишь, что в большинстве установок этого рода имеются большие вогнутые зеркала, отражающие лучи солнца и сосредоточивающие их на резервуаре с водой. Нагретая вода является источником тепла для „рабочего вещества“ (эфира, аммиака, сернистой кислоты и др.) теплового двигателя. Лучшие результаты получены до сих пор от установок системы американского инженера Франка Ше-

По аиб.

мана, работавших одна — вблизи Филадельфии, в Америке, другая— близ Каира, в Египте.

Подобные „заводы“ для добывания солнечной энергии в нынешнем их виде являются выгодными только в тропических странах и притом в тех местностях, куда доставка каменного угля очень дорога. В таких условиях, находятся, впрочем, огромные области земного шара, нагример, весь пояс пустынь от Западной Африки до Восточной Азии, а также ?|з поверхности Австралийского материка. Использование даже сотой доли этой поверхности могло бы несколько раз покрыть всю мировую потребность в механической энергии, т. е. с избытком заменило бы человечеству каменный уголь. Но географическое расположение этих источников энергии не совпадает с современной картой промышленности. Поэтому, хотя благодаря электропередаче возможно до известной степени приближать энергию от места добычи к районам потребления,—все же замена угля солнечными лучами потребовала бы. коренного переустройства уклада всей промышленной жизни мира. Центры культуры должны были бы покинуть средние широты и перенестись в подтропические и тропические области; цветущие страны обречены были бы на запустение, а бесплодные пустыни цревратились бы в оживленные равнины. Естественно, что такие огромные изменения могут произойти лишь медленно, под неопреодолимым давлением железной необходимости. Ближайшие поколения едва ли будут свидетелями сколько-нибудь значительного промышленчого использования солнечного излучения.

МЕЧТА О ШАПКЕ-НЕВИДИМКЕ

Седою древностью завещана нам мечта о чудесной шапке, которая делает невидимым каждого, кто ее наденет. Пушкин, ожививший в „Руслане и Людмиле“ пре-

Ч.» А

данья старины глубокой, оставил нам классическое описание волшебных свойств шапки-невидимки:

И девице пришло на ум

В волненье своенравных дум Примерить шапку Черномора- Людмила шапкой завертела;

На брови, прямо, набекрень,

И :адом наперед надела.

И что ж? О,чудо старых дней! Людмила в зеркале пропала; Перевернула, — перед ней Людмила прежняя предстала; Назад надела, — снова нет; Сняла, —и в зеркале! „Прекрасно! Добро, колдун! Добро, мой свет! Теперь мне здесь уж безопасно“...

Способность становиться невидимой была единственной защитой для пленной Людмилы. Под надежным покровом невидимости она ускользает от пристальных взоров своих сторожей. О присутствии незримой пленницы могли догадываться только по ее действиям:

Везде всечасно замечали

Ее минутные следы:

То позлащенные плоды

На шумных ветках исчезали, То капли ключевой воды

На луг измятый упадали: Тогда наверно в замке знали, Что пьет иль кушает княжна... Едва редела ночи мгла, — Людмила к водопаду шла Умыться хладною струею. Сам Карла утренней порою Олднёжды видел из палат, Как под невидимой рукою Плескал и брызгал водопад.

Давно уже осуществлены многие заманчивые мечты древности; не мало сказочных волшебств сделалось 40-

ООО

стоянием науки. Мы пробуравливаем горы, улавливаем молнии, летаем на коврах-самолетах... Не можем ли мы изобрести и „шапку-невидимку“, т. е. найти средство сделать себя совершенно невидимым? Об этом мы сейчас побеседуем.

НЕВИДИМЫЙ ЧЕЛОВЕК

В романе „Невидимый“ английский писатель Уэллз стремится “убедить своих читателей, что возможность стать невидимым вполне осуществима. Его герой (автор романа представляет его нам, как „гениальнейшего физика, какого когда-либо видел мир“) открыл способ делать человеческое тело невидимым. Вот как излагает он знакомому врачу основания своего открытия:

‚№

„Видимость зависит от действия видимых тел на свет. Вы знаете, что тела или поглощают свет, или отражают его или преломляют о Если тело не поглощает, не отражает и не преломляет света, оно не 1 может быть видимо само по себс. Видишь, например, непрозрачный в красный ящик потому, что краска поглощает некоторую долю света и отражает (рассеивает) остальные лучи. Если бы ящик не поглощал ь никакой доли света, а отражал его весь, он казался бы блестящим белым ящиком, серебряным. Бриллиантовый ящик поглощал бы мало света, общая его поверхность отражала бы его также немного; только местами, на ребрах, свет отражался бы и преломлялся, давая нам | блестящую видимость сверкающих отражений,— нечто вроде светового скелета. Стеклянный ящик блестел бы меньше, был бы не так отчетливо виден, как бриллиантовый, потому что в нем было бы меньше отражений и меиьше преломлений. Если же положить кусок обыкновенного белого стекла в воду и, тем более, если положить его в какую- . нибудь жидкость плотнее воды,—он исчезнет почти совершенно, по- { тому что свет, попадающий сквозь воду на стекло, преломляется у и отражается очень слабо, Стекло становится столь же невидимым, $ как струя углекислоты или водорода в воздухе, и по той же самой и причине.

„— Да, сказал Кемп (врач),—все это очень просто и в наше время , известно каждому школьнику. „—А вот иеще факт, также известный каждому школьнику Если кусок стекла растолочь и превратить в порошок, он становится ро“ раздо более заметным в воздухе, —ом становится непрозрачным белым порошком. Происходит это потому, что толчение умножает грани стекла, производящие отражение и преломленне. У куска стекла только две грани, а в порошке свст оражается и преломляется каждою пылинкою, через которую проходит,у—и сквозь порошок его проникает очень мало. Но если белое толченое етекло положить в воду, — оно сразу исчезает. Толченое стекло и вода имеют приблизительно одинаковый показатель преломления, так что, переходя от одного к другому, свет преломляется и отражается очень мало.

„Положив стекло в какую-нибудь жидкость с почти одинаковым показателем преломления, вы делаете его невидимым: всякая прозрачная вещь становится невидимой, если ее поместить в среду с одинаковым показателем преломления, Достаточно подумать самую малость, чтобы убедиться, что стекло можно сделать невидимым и в воздухе: надо устроить так, чтобы его показатель преломления равнялся показателю преломления воздуха, потому что тогда, переходя от стекла к воздуху, свет не будет ни отражаться, ни преломляться вовсе. 1

„— Да, да, сказал Кемп. —Но ведь человек не то, что стекло.

„— Нет, он прозрачнее.

„— Вздор!

„—И это говорит естественник! Неужели в десять лет вы успели совсем забыть физику? Бумага, например, состоит из прозрачных волоконец; она бела и непроницаема только потому, почему бел и непроницаем стеклянный порошок. Намаслите белую бумагу, наполните

1 Полной невидимости совершенно прозрачного предмета мы можем добиться, если окружим его стенками, рассеивающими свет строго равномерно. Глаз, который смотрит внутрь через небольшое боковое отверстие, получит тогда от всех точек предмета как-раз столько света, как если бы предмета вовсе не существовало: никакие блики или тени не обнаружат его присутствия

Вот как может быть обставлен подобный опыт. Воронку, диаметром в полметра, из белого картона устанавливают, как показано на рис. 92, на некотором расстоянии от 25-свечной электрической лампочки. Снизу вводят стеклянную палочку, по возможности, строго вертикально. Малейшее отклонение от вертикального положения делает то, что палочка кажется темной по оси и светлой по краям, либо же, наоборот, светлой по оси и темной по краям. Обе картины освещения переходят одна в другую при легком изменении положения палочки. После ряда проб можно добиться совершенно равномерного освещения палочки, —и тогда она для глаза, смотрящего сквозь узкое (не шире 1 см) боковое отверстие, исчезает сове ршенно. .

При такой обстановке опыта достигается полная невидимость стеклянного предмета, несмотря на то, что его преломляющая с-особность сйльно отличается от преломляющей способности воздуха,

Занимательная фаз ка. ]3 19$

маслом промежутки между волоконцами, так чтобы преломление—отражених. происходили только на поверхностях,—и бумага станет прозрачной, как стекло. И не только бумага, но и волокна полотна, волокна шерсти, волокна дерева, наши кости, мускулы, волосы, ногти и нервы! Словом, весь состав человека, кроме красного вещества в его крови и темного пигмента волос, — все состоит из прозрачной, бесцветной ткани; вот как немногое делает. нас видимыми друг другу!"

Основываясь на этом, герой романа открыл способ делать прозрачными все ткани человеческого организма и даже его красящие вещества (пигменты). Он с успехом применил свое открытие к собственному телу. Рис. 92. Опыт © невидимой Опыт удался блестяще, — стеклянной палочкой (см. при- изобретатель стал совермеч. на стр. 193). шенно невидим.

О дальнейшей судьбе этого невидимого человека мы сейчас узнаем.

МОГУЩЕСТВО НЕВИДИМОГО

Автор романа „Невидимый“ с необыкновенным остроумием и последовательностью доказывает, что человек, сделавшись прозрачным и невидимым, приобретает, благодаря этому, почти безграничное могущество. Он может незаметно проникать в любое помещение и безнаказанно похищать любые вещи; неуловимый, благодаря своей невидимости, он успешно борется с целой толпой вооруженных людей. Угрожая всем видимым людям неиз-

194 |

бежною тяжкою карою, невидимый человек держит в полном подчинении население целого города. Неуловимый и неуязвимый, он в то же время имеет полную возможность вредить всем остальным людям; как бы ни ухитрялись они защищаться, невидимый враг рано или поздно настигает их и поражает. Столь исключительное положение среди прочих людей дает герою английского романа возможность обращаться к устрашенному иаселению своего города с приказами такого, например, содержания:

„Город отныне уже не под властью королевы! Скажите это вашему полковнику, полиции и всем; ои под моею властью! Нынешний день—первое число первого года новый эры, эры Невидимого! Я — ' Невидимый Первый. Сначала правление мое будет мнлостиво. В перный день будет всего одиа казнь, ради примера.— казнь человека, имя которого Кемп. Сегодня же его постигнет смерть. Пусть запирается, пусть прячется, пусть окружит себя стражей, пусть закует себя в броню, смерть, невидимая смерть идет к нему! Пусть принимает меры предосторожности,—это произведет впечатление на мой народ. Смерть идет к нему! Не помогай ему, народ мой, чтобы и тебя не постигла смерть“.

И на первых порах невидимый человек торжествует. Лишь с величайшим трудом удается запуганному населению справиться с невыдимым врагом, мечтавшим сделаться его властелином.

ПРОЗРАЧНЫЕ ПРЕПАРАТЫ

Верны ли те физические рассуждения, которые положены в основу этого фантастического романа? Безусловно Всякий прозрачный предмет в прозрачной среде становится невидим уже тогда, когда разница в показателях преломления меньше 0,05. Спустя десять лет после того, как англиЁский романист написал своего „Невидимого“, немецкий анатом, проф. В. Шпальтегольц, осуществил

43° 195

его идею на практике‚— правда, не для живых организмов, а для мертвых препаратов. Можно видеть теперь эти прозрачные препараты частей тела, даже целых животных, во многих музеях.

Способ приготовления прозрачных препаратов, разработанный (в 1911 году) проф. Шпальтегольцом, состоит вкратце в том, что препарат, после известной обработки,— беления и промывания, —пропитывается метоловым эфиром салициловой кислоты; это бесцветная жидкость, обладающая сильным лучепреломлением. Приготовленный таким образом препарат крысы, рыбы, разных частей тела и т. п. погружают в сосуд, наполненый той же жидкостью.

При этом, разумеется, не стремятся достичь полной прозрачности препаратов, так как в таком случае они стали бы совершенно невидимыми, а потому и бесполезными для анатома. Но при желании возможно было бы достичь и этого.

Конечно, отсюда еще далеко до осуществления Уэллзовой утопии р живом человеке, прозрачном настолько, что он совершенно невидим. Далеко потому, что надо еще, во-первых, найти способ пропитать просветляющей жидкостью ткани живого организма, не нарушая его отправлений. Во-вторых, препараты проф. Шпальтегольца только прозрачны, но не невидимы; ткани этих препаратов могут быть невидимы лишь до тех пор, пока они погружены в сосуд с жидкостью, соответствующей преломляемости. Для того, чтобы они были невидимы в воздухе, нужно, чтобы показатель их преломления равнялся показателю преломления воздуха, а как этого достигнуть, — мы еще не знаем.

Но допустим, что удастся со временем добиться того и другого, а следовательно, осуществить на деле мечту английского романиста. Будут ли у нас тогда невидимые солдаты, невидимые батальоны, которые нежданно ока-

Зываются в тылу неприятеля и наводят панику на целую армию своими непостижимыми, сверхъестественными дейсгвиямиР

В романе все предусмотрено и обдумано автором с такою тщательностью, что невольно поддаешься убедительности описываемых событий. Кажется, что невидимый человек в самом деле должен быть могуществен- | нейшим из смертных...

| Но это не так. Есть одно маленькое обстоятельство, которое упустил остроумный и ученый автор „Невидимого“. Это вопрос о том,—

МОЖЕТ ЛИ НЕВИДИМЫЙ ВИДЕТЬ?

Если бы Уэллз задал себе этот вопрос, прежде чем написать роман, изумительная история „Невидимого“ никогда не была бы написана...

В самом деле, в этом пункте разрушается вся иллюзия могущества невидимого человека. Невидимый должен быть слеп!

Отчего герой романа невидим? Оттого, что все части его тела-—-в том числе и глаза—сделались прозрачными, и притом показатель их преломления равен показателю преломления воздуха. Вспомним, в чем состоит роль ' глаза: его хрусталик, стекловидная влага и другие части | преломляют лучи света так, что на сетчатой оболочке получается изображение внешних предметов. Но если преломляемость глаза и воздуха одинаковы, то тем самым | устраняется единственная причина, вызывающая прелом- | ление: переходя из одной среды в другую, равной преломляемости, лучи не меняют своего направления, а потому и не могут собираться в одну точку. Лучи должны проходить через глаза невидимого человека совершенно беспрепятственно, не преломляясь и не задерживаясь в них—в виду отсутствия пигмента, '—следовательно, они не могут вызывать в его сознании никакого образа.

Итак, невидимый человек не может ничезо видеть. Все его преимущества оказываются для него бесполезными. Грозный претендент на власть бродил бы ощупью, прося милостыню, которой никто не мог бы ему подать, так как проситель невидим. Вместо могущественнейшего из смертных, перед нами был бы беспомощный калека, обреченный на жалкое существование...

Могущество современной подводной лодки также заключается в ее невидимости, —в том, что она незаметно подкрадывается к вооруженному стальному гиганту и выпускает в него свою разрушительную мину. Но стоит метким выстрелом повредить у подводной лодки ее глаз— перископ,—и она становится беспомощной: „слепота“ лишает ее возможности пользоваться преимуществами своей невидимости.

Итак, в поисках „шапки-невидимки“ бесполезно итти по пути, указываемому Уэллзом,—этот путь, даже при полном успехе поисков, не может привести к цели.

ОХРАНИТЕЛЬНАЯ ОКРАСКА

Но есть и другой путь к разрешению задачи „шапкиневидимки“. Он состоит в окраске предметов соответ-

* Чгобы вызвать какое-нибудь ощущение у животного, лучи света должны произвести в его глазу некоторые, хотя бы самые незначительные изменения, т. е. выполнить определенную работу. Для этого лучи должны хотя бы в некоторой части задерживаться глазом.

о совершенно прозрачный глаз, конечно, не может задерживать лучей, —иначе он не был бы прозрачен. У всех животных, которые защищаются тем, что они прозрачвы, глаза—если они имеются— не бывают вполне прозрачны. „Непосредственио под поверхностью моря,—пишет известный океанограф Меррей,— большинство животных прозрачны и бесцветны: когда их извлекают сетью, их можно отличить только по маленьким черным глазам, так как кровь их лишена гемоглобина (красящего вешества) и” совершенно прозрачна“. :

ствующим цветом, делающим их незаметными для глаза. К нему постоянно прибегает природа: наделяя свои со здания „охранительной“ окраской, она в самом широком масштабе пользуется этим простым средством, чтобы защищать свои создания от врагов или облегчать им трудную борьбу за существование.

То, что военные называют „защитным цветом“, 300- логи со времен Дарвина называют охранительной или покровительственной окраской. Примеров такой защиты в мире животных можно привести целые тысячи; мы встречаемся с ними буквально на каждом шагу. Животные, обитающие в пустыне, имеют большею частью характерный желтоватый „цвет пустыни“; вы находите этот цвет и ульва, и у птицы, и у ящерицы, у паука, у червя, — словом, у всех представителей пустынной фауны. Напротив, животное население снежных равнин севера — будь то опасный полярный медведь или безобидная гагара— наделены от природы белой окраской, делающей их незаметными на фоне снега. Бабочки и гусеницы, живущие на коре деревьев, имеют соответствующую окраску, с поразительной точностью воспроизводящую цвет древесной коры (монашенка и др.)-

Каждый собиратель насекомых знает, как трудно найти их, из-за идеального „защитного цвета“, которым наделила их природа. Попробуйте поймать зеленого кузнечика, стрекочущего на лугу у ваших ног, вы не сможете различить его на зеленом фоне, поглощающем его бесследно.

То же относится и к водным обитателям. Морские животные, водящиеся среди бурых водорослей, все имеют „защитный“ бурый цвет, делающий их неуловимыми для глаза. В зоне красных водорослей преобладающим „защитным цветом“ является красный. Серебристый цвет рыбьей чешуи—тоже „защитный“. Он оберегает рыб и от хищных птиц, высматривающих их сверху, и от хищ- ников водной стихии, угрожающих им снизу: водная поверхность имеет зеркальный вид не только при рассматривании сверху, но еще больше при взгляде снизу, из самой толщи воды („полное внутреннее отражение“); и с этим-то блестящим металлическим фоном сливается серебристая рыбья чешуя. А медузы и другие прозрачные обитатели вод — черви, ракообразные, моллюски, сальпы—избрали своим „защитным цветом“ полную бесцветность и прозрачность, делающую их невидимыми в окружающей бесцветной и прозрачной стихии.

Эти немногие примеры далеко не исчерпывают всего разнообразия применения защитного цвета в мире животных. Уловки природы в этом отношении далеко превосходят человеческую изобретательность. Многие животные обладают способностью изменять оттенок своего „защитного“ цвета сообразно переменам окружающей обстановки. Серебристо-белый горностай, незаметный на фоне снега, утратил бы все преимущества защитной окраски, если бы с таянием снегов не изменил цвета своей шкурки; и вот, каждую весну белый зверек получает новую шубку рыжего цвета, идеально сливающегося с окраской обнаженной от снега почвы, а с наступлением зимы он вновь седеет, облекаясь в белоснежный зимний наряд.

ЗАЩИТНЫЙ ЦВЕТ

Люди переняли у изобретательной природы это полезное искусство делать свое тело незаметным, сливаться с окружающим фоном. Пестрые краски блестящего обмундирования прежних времен, придававшие живописность батальным картинам, навсегда отошли в прошлое: их вытеснила тусклая, одноцветная обмундировка защитного цвета. Серая солдатская шинель победила расшитый мундир,—и на современных полях сражений не видно ви одного яркого пятна. Серо-стальная окраска Ховременных военных судов- тоже своего рода защитный цвет, дела ющий суда неразличимыми на сером фоне моря.

Сюда же относится и Так наз. „тактический камуфляж“: военная маскировка отдельных предметов—укреплений, орудий, танков, кораблей,—искусственный туман и т. п. меры введения противника в заблуждение. Маскируют бивак особыми сетями, в ячейки которых вплетены пучки травы; солдаты надевают особые халаты с пучками мочалы, окрашенной в цвет травы и т. п.

Защитным цветом, пригодным для всякой обстановки, была бы зеркальная поверхность, отражающая фои. Предмет с такой поверхностью автоматически принимает вид и окраску окружающей среды; обнаружить его присутствие с дальнего расстояния почти невозможно. Германцы во время мировой. войны до некоторой степени применяли этот принцип для цеппелинов: поверхность многих цеппелинов была блестящая алюминиевая, отражающая небо и облака: заметить такой цеплелин при полете очень трудно, если его не выдаст жужжание мотора.

Вот как осуществляются в природе и военной техиике мечты наших народных сказок о шапке-невидимке.

ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ГЛАЗ ПОД ВОДОЙ

Вообразите, что вам дана возможность оставаться под водой сколько угодно времени и что вы можете при этом держать глаза открытыми. Могли ли бы вы там видеть?

Казалось бы, раз вода прозрачна, ничто не должно мешать видеть под водой так же хорошо, как и в воздухе.

Вспомните, однако, о слепоте „невидимого человека“, который не в состоянии видеть потому, что показатели преломления его глаза и воздуха одинаковы. Под водой мы находимся приблизительно в тех же условиях, как и

Уэллзов „Невидимый“ в воздухе. Обратимся к цыфрам,— дело станет яснее. Показатель преломления воды— 1,34. А вот показатели преломления прозрачных средин человеческого глаза:

Роговой оболочки и стекловидного тела. 1,34

Хрусталика . Водянистой влаги

У с. о к’ еВА

Вы видите, что преломляющая способность хрусталика всего на !|1о сильнее, чем у воды, у остальных же

Вместо изменения формы,

изменяется положение хрусталика в глазу, как показано пунктирными линиями.

частей нашего глаза она одинакова с преломляемостью воды. Поэтому под водой фокус лучей получается в глазу человека далеко позади сетчатой оболочки; следовательно, на самой сетчатке изображение должно вырисовываться смутно, и различить что-либо возможно лишь с трудом.

Если хотите наглядно представить себе, как должны рисоваться нам вещи под водой, — наденьте очки с сильно рассеивающими (двояковогнутыми) стеклами, тогда фокус лучей, преломляющихся в глазу, отодвиняется далеко за сетчатку, и окружающее предстанет пред вами в неясных, туманных образах. Не может ли человек под водой помочь своему зрению, пользуясь сильно преломляющими стеклами? Обыкновенные стекла, употребляемые для очков, мало здесь пригодны: показатель преломления простого стекла 1,4—т. е. лишь весьма немногим больше, чем у воды

(1,34); такие очки будут преломлять под водой очень слабо. Нужны стекла особого сорта, отличающиеся чрезвычайно сильной преломляемостью (так назыв. „тяжелый флинтглас“ имеет показатель преломления почти равный двум). С такими очками мы могли бы более или менее отчетливо видеть под водой (о специальных очках для ныряющих— смотри далее).

Теперь понятно почему у рыб хрусталик имеет чрезвычайно выпуклую форму; он шарообразен, и показатель его преломления—самый большой из всех, какие нам известны в глазах животных. Не будь этого, глаза были бы почти бесполезны рыбам, обреченным на жизнь в сильно преломляющей прозрачной среде. |

КАК ВИДЯТ ВОДОЛАЗЫ?

Многие, вероятно, спросят: как же могут водолазы, работающие в своих костюмах, видеть что-либо под водой, если глаза наши в воде почти не преломляют лучей света? Ведь водолазные шлемы всегда снабжаются плоскими, а не выпуклыми стеклами... Далее, могли ли пассажиры жюль-вернова „Наутилуса“ любоваться через окно своей подводной каюты ландшафтом подводного ° мира?

Перед нами новая задача, которую, впрочем, не трудно решить. Ответ станет ясен, если принять во внимание, что, когда мы находимся под водой без водолазного костюма, вода непосредственно прилегает к нашему глазу; в водолазном же шлеме (или в каютз подводной лодки) глаз отделен от воды слоем воздуха (и стекла). Это существенно меняет все дело. Лучи света, выходя из воды и пройдя через стекло, попадают сначала в воздух и лишь отсюда проникают в глаз. Падая из воды на плоско-параллельное стекло под каким-либо углом, лучи, по законам оптики, выходят из стекла, не меняя на правления; но далее, при перекоде из воздуха в глав лучи, конечно, преломляются,—и глаз при таких условиях действует совершенно так же, как и на суше. В этом и кроется разгадка смутившего нас противоречия.


Часть 11

СТЕКЛЯННЫЕ ЧЕЧЕВИЦЫ ПОД ВОДОЙ

Пробовали ли вы делать такой простой опыт: погрузить двояко-выпуклое („увеличительное“) стекло в воду и рассматривать через него погруженные предметы? Попробуйте,— вас поразит неожиданность: увеличительное стекло в воде почти не увеличивает! Погрузите в воду „уменьшительное“ (т. е. двояковогнутое) стекло,— и ока: - жется, что оно утратит там в значительной степени свое свойство уменьшать. Если вы проделаете опыт ве с водой, а с растительным маслом (например, кедровым), имеющим показатель преломления больший, чем стекло, то двояковыпуклое стекло будет уменьшать предметы, двояковогнутое увеличивать их!

Вспомните, однако, закон преломления лучей света, — и состоят из о ти вас своей необычайностью. гнутых лянз. уч В пре- г р м Двояковыпуклая чечевица уве

ММОР, уваляясь внутри линзы от перпендикуляра падения и приближаясь к иему (т. е. к ОР) вне лиизы. Поэтому линза действует как собирательное стекло.

личивает в воздухе потому, что стекло преломляет свет сильнее, нежели окружающий ее воздух. Но между преломляющей способностью стекла и воды разница весьма невелика: поэтому, если вы поме“ стите стеклянную чечевицу в воду, то лучи света, переходя из воды в стекло, не испытают большого укло* нения. Оттого-то под водой увеличительное стекло го“ раздо слабее увеличивает, чем в воздухе, а уменьшительное — слабее уменьшает. Растительное же масло преломляет лучи сильнее, чем стекло, — и оттого в этой Жидкости „увеличительные“ стекла уменьшают, а „уменьшительные“ увеличивают. Так же действуют под водой и пустые (вернее, воздушные) линзы: вогнутые увеличивают, выпуклые —уменьшают. Очки для ныряния представляют собою именно такие полые линзы (рис. 94).

а

НЕОПЫТНЫЕ КУПАЛЬЩИКИ

Неопытные купальщики нередко подвергаются большой опасности только потому, что забывают об одном любопытном следствии закона преломления света: они не знают, что преломление словно поднимает все погруженные в воду предметы выше своего истинного положения. Дно пруда, речки, каждого водоема представляется глазу приподнятым почти на третью часть своей глубины,—и, полагаясь на эту обманчивую мелкость, люди нередко попа- РЕ : дают в опасное положение. 58 Особенно важно знать это де- Рам тям'и вообще людям невысо- `` А - кого роста, для которых ошиб- Рис. 95. Искаженное изобрака в определении глубины мо- жение ложки, полупогруженжет оказаться роковой. с ВЕ

ПУ) № И

|!

Причина—преломление световых лучей. Тот же оптический закон, который придает полупогруженной в воду ложке изломанный вид, обусловливает и кажущееся поднятие дна.

Вы можете проверить это явление и у себя на столе.

Посадите товари-

| ща за стол так, что-

| бы он не мог видеть

ЕВЕ

а { ААА, И) и М И .

1 ЛИ ЕН [2 И. РИ В >| — дна стоящей перед

——_-

—25% == ним чашки. На дно ЕЕ. УЕ ее положите монету,

=—

Итак, дно пруда кажется нам вогнутым. Наоборот, если бы мы могли со дна пруда смотреть на перекинутый через него мост, он казался бы нам выпуклым (как ыы изображенно на рис. 98; о способе получения этой фотографии будет сказано позже). В данном случае лучи переходят из слабо прелсмляющей среды (воздуха) в сильно преломляющую (воду), — поэтому и эффект получается обратный, чем при переходе лучей из воды в воздух. По сходной причине и ряд людей, стоящих, например, возле аквариума, должен казаться рыбам не прямой шеренгой, а дугой, обращенной своей выпуклостью к рыбе. О том, как видят рыбы, —или, вернее, как они должны были бы видеть, если бы имели наши, человеческие глаза—мы скоро побеседуем подробнее.

7“

НЕВИДИМАЯ БУЛАВКА

Воткните булавку в плоский пробковый кружок и положите его булавкой вниз на поверхность воды в миске.

Если пробка не чересчур широка, то как бы ни наклоняли вы голову, вам не удастся увидеть. булавки,— хотя, казалось бы, она достаточно длина, чтобы пробка не | заслоняла ее от вас (рис. 99).

Мау уу. 3 Почему же лучи света не достигают от булавки до вашего глаза? Потому что они претерпевают то, что в физике называется „полным внутренним отражением“.

Сейчас напомним, в чем состоит это явление.

На рис. 100 можно проследить за путями лучей, переходящих из воздуха в воду (вообще — из среды менее преломляющей в среду более преломляющую’. Общий закон состоит в том, что, переходя в воду, луч приближается к „перпендикуляру падения“; например, луч, падающий на воду под углом В к перпендикуляру, вступает в нее уже под углом 9, который меньше, чем 8. Но что бывает, когда падающий луч, скользя по поверхности воды, падает на водную поверхность почти под в воздух. В случае, изображенном на черт. П, когда луч падает под предельным углом к перпендикуляру падения, луч выходит из воды, скользя вдоль ее поверхности. В Ш изображении случай полного внутреннего отражения.

прямым углом к перпендикуляру? Он вступает в воду под углом меньшим, чем прямой, а именно, под углом всего в 48!/5 градусов. Под большим углом к перпенди-

’ д

ь куляру, чем 481]› градусов, луч вступить в воду не может; это для воды „предельный“ угол.

Необходимо уяснить себе эти несложные отношения, чтобы понять дальнейшие, совершенно неожиданные и чрезвычайно любопытные следствия закона преломления.

Мы сейчас узнали, что лучи, попадающие на воду под всевозможными углами, под водой сжимаются в довольно тесный конус с углом растворения 4815—-—48'/, =97°. Запомнив это, рассмотрим вопрос с другой стороны, т. е. проследим за ходом лучей, идущих

ВОЗДУХ

обратно—из воды в вовдух (рис. 101). По законам оп!ики, пути будут те же самые, и все лучи, заключенные в упомянутом 97-градусном конусе, выйдут в воздух под различными углами, распределяясь по всему 180- градусному пространству над водой. Но куда же денется подводный луч, находящийся вне упомянутого конуса? Оказывается, он вовсе не выйдет из-под воды, а отразится от ее поверхности, как от зеркала. Вообще всякий подводный луч, встречающий поверхность воды под углом, большим „предельного“ (т. е. большим 48!]> градусов), не преломляется, а отра-

Занимательная физика. 14 209

жается: он претерпевает, как говорят физики, „полное внутреннее отражение“. '

Если бы рыбы изучали фчзику, главнейшим отделом оптики было бы для них учение о „внутреннем отражении“, так как в их подводном зрении явление это должно играть первостепенную роль.

В связи с особенностями подводного зрения находится, по всей верэятности, то обстоятельство, что многие рыбы имеют серебристую окраску. По мнению некоторых ученых. такая окраска есть результат приспособления рыб к цвету расстилающейся над ними: водной поверхности: при наблюдении снизу поверхность воды, как мы уже знаем, кажется зеркальной — вследствие „полного внутреннего отражения“; а ка таком фоне серебристо-окрашенные рыбы остаются незаметными для охотящихся на них водных хищников.

МИР ИЗ-ПОД ВОДЫ

Мы даже и не подозреваем, каким необычайным казался бы нам мир, если бы мы стали рассматривать его из-под воды: он должен представляться наблюдателю измененным и искаженным почти до неузнаваемости.

Вообразите, что вы погружены в воду и смотрите из-под водной скатерти в мир надводный. Облако, висящее в небе прямо над вашей головой, нисколько не изменит своего вида: отвесный луч, мы знаем, не преломляется. Но все остальные предметы, лучи которых встречают водную поверхность под острыми углами, представятся вам искаженными: они словно сожмутся по высоте—и тем сильнее, чем острее угол встречи луча

1 Отражение называется в данном случае полным потому, что здесь отражаются все 1003/0 падающих лучей, между тем как даже самое лучшее зеркало (из полированного магния или серебра) отражает только часть пздающих на него лучей, остальиую же поглощает, Вода при указанных условиях является*идеальным зеркалом.

с водной скатертью. Это и понятно: весь мир; видимый над водой, должен уместиться в тесном подводном конусе; 180 градусов должны сжаться почти вдвое —до 97, и изображения неизбежно будут искажаться. Предметы, лучи которых встречают вод- воздух и ную гладь под углом в ко М ды ыы, ' и в и рай

10 градусов, сжимаются пе А Е

настолько, что почти ААА м

А перестают различаться. \\ Но всего более поазил бы вас вид самой ь я Рис. 102. Наружный мнр сжимается водной поверхности: из- для подводного наблюдателя в конус {°) под воды она предста- с углом растворения 97°.

вляется вовсе не плоской, а в форме конуса! Вам покажется, что вы находитесь на дне огромной воронки, бока которой наклонены друг к другу под углом немного больше прямого

(97 град.). Верхний край этого конуса окружен радужным кольцом из красной, желтой, зеленой, синей и фиолетовой каемок. Почему? Белый солнечный свет состоит

14* 211

росе =. Е

из смемения лучей разных цветов; каждый род лучей имеет свой показатель преломления, а потому и свой „предельный угол“. Следствием является то, что при рассматривании из-под воды предмет кажется окруженным пестрым ореолом из всех цветов радуги.

эк 3%

УРОВЕНЬ ВОДЫ

ела

мыю >

А что же видно далее, за краями этого конуса, заключающего в”себе весь надводный мир? Там расстилается блесфящая поверхность воды, в которой, как в зеркале, отражаются подводные предметы.

Совершенно необычайный вид приобрели бы для подводного наблюдателя те предметы, которые частью погружены в воду, частью же выступают над нею. Пусть в реку погружена водомерная рейка (рис. 104). Что увидит наблюдатель, помещенный под водой, в точке 2? Разделим обозреваемое им пространство—360 градусов—

%

на участки и займемся каждым участком отдельно. В пред лах угла 1 он увидит дно реки, —если только, конечно, оно достаточно освещено. В угле 2 он увидит подводную часть рейки без искажений. Примерно. в угле 3 он увидит отражение той же части рейки, т. е. перевернутую погруженную половину ее (вспомните, что сказано было о „полном внутреннем отражении“). Еще выше подводный наблюдатель увидит выступающую часть рейки,—но она не составит продолжения подводной, а переместится гораздо выше, совершенно отделившись от своего основания. Разумеется, наблюдателю в голову не придет, что. эта отдельная рейка составляет продолжение первой! К тому же, рейка эта покажется сильно сжатой, особенно в нижней части-—там деления будет заметно сближены. Дерево на берегу, затопленном разливом, должно из-под воды казаться таким, каким оно изображено на рис. 105. А если бы на месте рейки находился человек, то из-под воды он представился бы фигурой рис. 106. В таком виде купальщик должен казаться рыбам! Для них мы, идя по мелкому дну, раздваиваемся, преврашаемся в гва Рис. 105. Как представляется изсущества: верхнее— безнопод воды полузатопленное дерево гое, нижнее — безголовое (ср. с рис. 104).

с 4-мя ногами! Когда мы

удаляемся от подводного наблюдателя, верхняя половина нашего тела все сильнее сжимается в нижней части; так что на некотором расстоянии почти все надводное туловише пропадает, — остается лишь одна свободно реющая голова...

Можно ли непосредственно на опыте проверить эти необычайные выводы? Ныряя под воду, мы увидели бы очень мало, даже если бы и приучили себя держать глаза открытыми. Во-первых, водная поверхность не успевает успокоиться в тенемногие секунды, которые мы способны провести под водой, а сквозь волнующуюся поверхность трудно что-либо разобрать. Во-вторых,—как мы уже объясняли в предыдущих статьях, —— преломляемость воды мало отличается от преломляемости прозрачных средин нашего глаза, и на

_ 5. ЕЕ п #2 Зыядь

сетчатке получается поэтому очень неясное изображение; окружающее будет казаться туманным, размытым (ср. стр- 200). Наблюдение из-под водолазного колокола, шлема или через стеклянное окно подводной лодки также не могло бы дать желаемых результатов. В этих случаях— как мы также уже разъясня- представления об условиях „подводного зрения“.

оо бань

неф ть

Однако, нет надобности с амому быть под водой, чтобы познакомится с тем, каким кажется мир из-под воды. Условия подводного зрения можно изучать помощью особой фотографической камеры, которая внутри наполнена водой. Вместо объектива, пользуются при этом металлической пластинкой с просверленной в ней дырочкой. Легко понять, что если все пространство между отверстием и светочувствительной пластинкой наполнено водой, то внешний мир должен изобразиться на пластинке в таком виде, в каком рисуется он подводному наблюдателю. Этим способом пользовался современный американский физик, профессор Вуд, и получил чрезвычайно любопытные фотографии, одну из которых мы воспроизводим на рис. 98. Что касается причины искажения формы надводных предметов для подводного наблюдателя (прямые линии железнодорожноге моста получаются на фотографии Вуда в виде дуг), то мы указали на нее, когда объясняли, почему плоскее дно пруда кажется нам вогнутым (стр. 207).

Есть и другой способ непосредственно познакомиться с тем, каким кажется мир подводным наблюдателям: в воду спокойного пруда можно погрузить зеркало и, дав ему надлежащий наклон, наблюдать в нем отражения надводных предметов.

Результаты таких наблюдений подтверждают во всех подробностях те теоретические соображения, которые изложены выше.

Итак, прозрачный слой воды между глазом и предметами вне этого слоя искажает всю картину надводного мира, придает ему фантастические очертания. Существо, которое после жизни на суше очутилось бы в воде, не узнало бы вовсе родного мира,—так изменился бы он при рассматривании из глубин прозрачной водней стихии.

СЛЕПОЕ ПЯТНО НАШЕГО ГЛАЗА х^

Если вам скажут, что в поле вашего зрения есть участок, которого вы совершенно не видите, хотя он находится прямо перед вами,—вы этому, вероятно, не поверите. Возможно ли, чтобы мы всю жизнь не замечали такого крупного недостатка своего зрения?

А между тем, вот простой опыт, могущий убедить вас. в этом-

Держите рис. 107 на расстоянии сантиметров 20 от вашего правого глаза (закрывши левый) и смотрите на крестик, помещенный влево: медленно приближайте рису-

Рие. 107. Фигура для обнаружения слепого пятна.

нок к глазу: непременно наступит момент, когда большое черное пятно на скрещении обеих окружностей бесследно исчезнет! Вы его не увидите, хотя оно будет оставаться в пределах видимого участка, а обе окружности вправо и влево от нею будут отчетливо видны!

Этот опыт, впервые произведенный в 1668 г. (несколько в ином виде) знаменитым физиксм Мариоттом, очень забавлял придворных Людовика ХУ. Мариотт проделывал опыт так: помещал двух вельмож на расстоянии 2 м друг против друга и просил их рассма- тривать одним глазом некоторую точку сбоку, — тогда каждому казалось, что у его визази нет головы.

Как ни странно. но люди только в ХУП веке узнали, что на сетчатке их глаз существует „слепое пятно“, о котором никто раньше не думал. Это то место сетчатой оболочки, где зрительный нерв вступает в глазное яблоко и еще не разделяется на мелкие разветвления, снабженные элементами, чувствительными к свету.

Мы не замечаем черной дыры в поле нашего зрения вследствие долговременной привычки. Воображение невольно заполняет этот пробел подробностями окружающего фона: так, на рис. 107 мы, не видя пятна, мысленно продолжаем линии окружностей и убеждены, будто ясно видим место, в котором они пересекаются.

Если вы носите очки, то можете проделать такой опыт: наклейте кусочек бумаги на стекло очков (не в самой середине, а сбоку). В первые дни бумажка будет мешать смотреть; но пройдет неделя, другая, - и ВЫ так привыкнете к ней, что перестанете даже ее замечать. Впрочем, это хорошо знает каждый, кому приходилось носить очки с треснувшим стеклом: трещина замечается только в первые дни Точно также, в силу долговременной привычки, не замечаем мы слепого пятна нашего глаза, Кроме того, оба слепых пятна отвечают различным участкам поля зрения каждого глаза, так что при зрении двумя глазами пробела в их общем поле зрения не бывает.

Не думайте, что слепое пятно нашего поля зрения незначительно; когда вы смотрите (одним глазом) на дом в расстоянии 10 м, то, благодаря слепому пятну, не видите довольно обширной части его фасада, имеющей в поперечнике более метра; в нем умещается целое окно. А на небе остается невидимым пространство, равное по площади 120 дискам полной Луны.

КАКОЙ ВЕЛИЧИНЫ ВАМ КАЖЕТСЯ ЛУНА?

Кстати, о видимых размерах Луны. Если вы станете расспрашивать знакомых, какой величины предста“ вляется им Луна, то получите самые разнообразные ответы. Большинство скажет, что Луна величиной с тарелку, но будут и такие, которым она кажется величиной с блюдце для варенья, с вишню, с яблоко. Одному школьнику Луна всегда казалась „величиной с круглый стол на двенадцать персон“. А один современный беллетрист утверждает, что на небе была „луна диаметром в аршин“.

Откуда такая разница в представлениях о величине одного и того же предмета?

Она зависит от различия в оценке расстояния, — оценке всегда бессознательной. Человек, видящий Луну величиною с яблоко, представляет ее себе находящейся на расстоянии, гораздо меньшем, нежели те, кому она кажется величиной с тарелку или с круглый стол.

Большинство людей, впрочем, представляют себе Луну величиной с тарелку. Отсюда можно сделать любопытный вывод. Если вычислить (способ расчета станет ясен из дальнейшего), на какое расстояние должна быть отодвинута Луна, чтобы иметь такие видимые размеры, то окажется, что удаление не превышает 30 м. Вот на каком скромном расстоянии помещаем мы бессознательно наше ночное светило!

На ошибочной оценке расстояний основано не мало иллюзий зрения. Я хорошо помню оптический обман, который я испытал в раннем детстве, „когда мне были новы все впечатленья бытия“. Уроженец города, я од нажды весной, во время загородной прогулки, в первый раз в жизни увидел пасущееся на лугу стадо коров; так как я неправильно оценил расстояние, коровы эти пока“ за а ниши зались мне пигмеями| Таких крошечных коров я с тех пор ни разу не видел и, конечно, никогда не увижу. Видимый размер светил астрономы определяют величиной того угла, под которым мы их видим. „Угловой величиной“ („углом зрения“) называют тот угол, который составляют две прямые, проведенные к глазу от крайних точек рассматриваемого тела (рис. 108). Углы же, как известно, измеряются градусами, минутами и секундами. На вопрос о видимой величине лунного диска астроном не скажет, что он равен яблоку или тарелке, а ответит, что он равен половине градуса: это значит, что прямые линии проведенные от краев лунного диска к нашему глазу, составляют угол в полградуса. Такое определение видимых размеров есть единственно правильное, не порождающее никаких недоразумений. Геометрия учит, ! что предмет, удаленный от глаза на расстояние, в 57 раз больше его поперечника, должен представляться наблюдателю под углом в 1 градус. Например, яблоко в 5 см диаметром будет имет угловую величину в 1градус, если его держать от глаза на расстоянии ЭХ 57 см. На вдвое большем расстоянии

%

1 Читатель, заинтересовавшийся относящимися к углу зрения геометрическими расчетами, найдет разъяснения и примеры в моей книге „Занимательная геометрия“, а также в моих учебных книгах по геометрии: „Новый задачник по геометрии“ и „Практические занятия по геометрии“.

оно представится под углом !|› градуса, т. е. такой же величины, какой мы видим Луну. Если угодно, вы можете сказать, что Луна кажется вам величиной с яблоко, — но при условии, что это яблоко удалено от глаза на 570 см (около 6 м). Если желаете сравнить видимую величину Луны с тарелкой, вам придется отодвинуть тарелку метров на 30. Большинство людей не хочет верить, что Луна представляется им такой маленькой; но попробуйте поместить гривенник на таком расстоянии от глаза, которое в 114 раз больше его диаметра: он как-раз покроет Луну, хотя удален от глаза на два метра.

Если бы вам предложили нарисовать на бумаге кружок, изображающий диск Луны, видимый простым глазом, задача показалась бы вам недостаточно определенной: кружок может быть и большим и маленьким, смотря по тому, как далеко он отодвинут от глаза. Но условия определятся, если остановимся на том расстоянии, на каком мы обыкновенно держим книги, чертежи и т. п.,— на расстоянии ясного зрения. Оно равно для нормального глаза 25 см.

Итак, вычислим, какой величины должен быть кружок‘ хотя бы на странице этой книги, чтобы видимый размер его равнялся лунному диску. Расчет прост: надо разделить расстояние 25 см на 114. Получим довольно незначительную величину — чуть больше 2 мм! Примерно такой высоты прописное „О“ типографского шрифта этой книги. Прямо не верится, что Луна, —а также равное ей по видимым размерам солнце — кажется нам под таким небольшим углом.

Вы замечали, вероятно, что после того, как глаз ваш был направлен на солнце, в поле вашего зрения долго мелькают цветные кружки. Эти „оптические следы“ солнца имеют ту же угловую величину, что и солнце. Но кажущиеся размеры их меняются: когда вы смотрите на небо, они имеют величину солнечного диска; когда же вы бросаете взгляд на лежащую перед вами книгу, „след“ солнца занимает на странице место кружка с поперечником около 2 мм, — наглядно подтверждая правильность нашего расчета.

ВИДИМЫЕ РАЗМЕРЫ СВЕТИЛ

Если бы, придерживаясь этого масштаба, мы пожелали изобразить на бумаге созвездие Большой Медведицы, то получили бы фигуру, представленную на рис. 109. Глядя на нее с расстояния ясного зрения, мы видим созвездие таким, каким оно рисуется нам на н‹бесном своде. Это, так сказать, карта Б. Медведицы в натуральном угловом масштабе. Если вам хорошо знакомо зрительное впечатление от этого созвездия,—не физура только, а именно непосредственное зрительное впечатление—то, всматриваясь в праложенную карту, вы словно вновь переживете это впечатление. Зная угловые расстояния между главными звездами всех созвездий (они приводятся в астрономических календарях и т. п. справочзых изданиях), вы можете начертить себе в „натуральном масштабе“ целый астрономический атлас. Для этого достаточно запастись миллиметровой бумагой и считать на ней каждые 41/> мм за градус (площади кружков, изо- бражающих звезды, надо чертить пропорциональными яркости).

Обратимся теперь к планетам. Видимые разм”ры их, как и звезд, настолько малы, что невооруженному глазу они кажутся лучистыми точками. Это и понятно, потому что ни одна планета (кроме, разве, Венеры в период ее наибольшей яркости) не представляется простому глазу под углом более 1 минуты, т. е. той предельной величины, при которой мы вообще можем различать предмет, как тело, имеющее размеры (под меньшим углом каждый предмет кажется нам точкой без очертаний).

Вот величины разных планет в угловых секундах; против каждой планеты показаны две цыфры, — первая соответствует наименьшему расстоянию светила от Земли, вторая — наибольшему:

Меркурий _.......... 13— 4] \ . Венера ...-......,.. 64—10 Е Маре, А АЕ ГЕ Юбитер: жеро - сони. 0-8 Е Саре а о | Кольцо Сатурна ...... 48—35 }

Начертить эти величины в „натуральном масштабе“ на бумаге нет возможности: даже целая угловая минута, т.е. 60 секунд, отвечает, на расстоянии ясного зрения, лишь 0,04 мм — величине, неразличимой для простого глаза. Изобразим поэтому планетные диски такими, какими они кажутся в телескоп, увеличивающий В 100 раз. На рис. 110 вы видите таблицу видимых размеров планет при таком увеличении. Нижняя дуга изображает край лунного (или солнечного) диска в телескопе с 100-кратным увеличением. Над ним—Меркурий при его наименьшем удалении от Земли. Еще выше Венера в разных фазах; в ближайшем к нам положении эта планета совершенно не видна, так как обращена к Земле неосвещен- ною половиною !; затем становится видимым ее узкий серп, —это наибольший из всех планетных „дисков“; в дальнейших фазах Венера все уменьшается, и полный диск имеет поперечник, в 6 раз меньший, нежели у узкого серпа.

Выше над Венерой изображен Марс. Налево вы видите его в наибольшем приближении к Земле; таким показывает его нам труба с 100-кратным увеличением. Что можно различить на этом маленьком диске? Вообра-

САТУРН © КРУИНЕЙЯШ. СПУТНИКОМ

Ш ЮПИТЕР © ев] ЯРКИМИ СПУТНИКАМИ

Ш е. т т п ы а

МАРС

ВНАИБОЛЬШ. 8 НАИБОЛЬШ. 5лизостн ВЕНЕРА УДАЛЕНИИ

<,

в наиб. Виаиб близ. наизол. УДАЛЕННИ

«НЕВНА.) зндимый СЕРП В ПАИБ. БЛИЗ В НАИБОЛЬ.

(исВид) МЕРМУРНИ — УЗАЛЕН.

бРАЕ АУНЫ

ЭГО ДИСКА

то начерченные на нем планетные диски представятся нам по рагмерам в точности такими, какими видны планеты в телескоп, увеличивающий в 100 раз.

зите тот же кружок увеличенным в 10 раз, и получите представление о том, что видит астроном, изучающий Марс в могущественнейший телескоп с 1000-кратным увеличением. Можно ли на столь тесном пространстве уловить с несомненностью такие тонкие подробности, как пресловутые „каналы“, или заметить легкое изме-

1 Ее можно видеть в этом положении только в те крайне редкие моменты, когда она проектируется на диск Солнца в виде черного кружочка (так называемое „прохождение Венеры“).

нение окраски, связанное будто бы с растительностью на дне „морей“ этого мира? Неудивительно, что свидетельства одних наблюдателей существенно расходятся с показаниями других, и одни считают оптической иллюзией то, что будто бы отчетливо видят другие...

Великан Юпитер со своими спутниками занимет очень видное место в нашей таблице: его диск значительно больше диска прочих планет (исключая серпа Венеры), а четыре главнейших спутника раскинуты по линии, равной почти половине лунного диска. Здесь Юпитер изображен в наибольшем приближении к Земле. Наконец, Сатурн со своими кольцами и самою крупною из его лун (Титаном) представляет собой также довольно заметный объект в моменты наибольшей близости к нам.

После сказанного читателю ясно, что каждый видимый предмет кажется нам тем меньше, чем меньшим представляется нам расстояние до него. И обратно: если мы почему-либо преувеличим расстояние до предмета, то и самый предмет покажется нам соответственно больших размеров.

Далее приведен поучительный рассказ американского писателя Эдгара По, описывающий именно такую иллюзию зрения. При кажущемся неправдоподобии, он вовсе не фантастичен. Я сам сделался однажды жертвой почти такой же иллюзии, — да и многие из наших читателей, вероятно, вспомнят сходные случаи `из собственной Жизни.

Сфинкс Рассказ Эдгара По 1 „В эпоху ужасного владычества холеры в Нью-Морке я получнл приглашение от одного из моих родственников провести две недели в его уединенной даче. Мы провели бы время очень недурно, если

1 Пе,евод М. А. Энгельгардта. В тексте сделаны несуществениые пропускн.

й

бы не ужасные вестн из города, получавшиеся ежедневно. Не было дня, который бы не прниес нам известия о смерти кого-либо из знакомых. Под коиец мы со страхом ожидали газету. Самый ветер с юга, казалось нам, был насыщеи смертью. Эта леденящая мысль всецело овладела моей душой.

Мой хозяин был человек более спокойиого темперамеита и старался ободрить меня.

На закате жаркого дня я сидел с киигой в руках у раскрытого окна, из которого открывался вид на отдаленный холм за рекой. Мысли мои давно уже отвлеклись от книги к уныиию и отчаянию, царившим в соседнем городе. Подняв глаза, я случайио взглянул на обнаженный склон холма и—увидел нечто странное: отвратительное чудовище быстро спускалось с вершины холма и исчезло в лесу у его подножия. В первую минуту, увидев чудовище, я усумнился в здравом состоянии моего рассудка или, по крайней мере, глаз, и только спустя несколько мииут убедился, что я не брежу. Но если я опишу это чудовище (которое я видел совершенно ясно и за которым наблюдал все время, пока оно спускалось с холма), мои читатели. пожалуй, не так легко поверят этому.

Определяя размеры этого существа по сравиению с диаметром огромных деревьев, я убедился, что оио далеко превосходит величиною любой линейный корабль. Я говорю линейный корабль, потому что форма чудовища иапоминала корабль: корпус семидесятичетырехпушечного судна может дать довольно ясиое представление об его очертаниях. Пасть животного помещалась на конце хобота, футов в шестьдесят или семдесят длиною и приблизительно такой же толщииы, как туловище обыкновенного слона. У основания хобота находилась густая масса косматых волос, а из нее выдавались, изгибаясь вниз и вбок, два блестящих клыка, подобиые кабаиьйм, только несравненно больших размеров. По обеим стороиам хобота помещались два гигантских прямых рога, футов в тридцать или сорок длиною, повидимому, хрустальные; они ослепительно сияли в лучах солнца. Туловище имело форму клина, обращенного вершиной к земле. Оно было свабжено двумя парами крыльев, — каждое имело футов около 300 в длину, — помешавшимися одна на другой. Крылья были густо усажены металлическими пластинками; каждая имела футов десять-двенадцать в диаметре. Но главную особенность этого страшиого существа составляло изображение мертвой головы, занимавшей почти всю поверхность груди: она резко выделялась на темной поверхности своим ярким белым цветом, точно нарисоваиная.


Часть 12

Пока я с чувством ужаса смотрел на это страшное животное, в особениости иа зловешую фигуру на его груди, оио виезапно

Занимательная физика. 15 225

разинуло пасть и испустило громкий етон... Нервы мои не выдержали и когда чудовище исчезло у подошвы холма в лесу, я без чувств повалился на пол...

Когла я очнулся, первым моим побуждением было рассказать моему другу о том, что я видел. Выслушав меия до конца, он сначала расхохотался, а затем принял очень серьезный вид, как будто нисколько ие сомневался в моем помешательстве.

В эту минуту я снова увидел чудовище и с криком указал иа него моему другу. Ои посмотрел, ио уверял, что ничего не видит, хотя я подробио описывал ему положение животного, пока оно спускалось с холма.

Я закрыл лицо руками. Когда я отнял их, чудовище уже исчезло.

Мой хозяин принялся расспрашивать меня о внешнем виде чудовища. Когда я рассказал ему все подробио, он перевел дух, точно избавившись от какой-то невыносимой тяжести, подошел к книжному шкафу и достал учебиик естествениой истории. Затем, предложив мие поменяться местами, так как у окна ему легче было разбирать мелкую печать кииги, ои уселся на стул и, открыв учебник, нродолжал:

— Еели бы вы не описали мне так подробно чудовище, я, пожалуй, иикогда не мог бы объяснить вам, что это такое было. Прежде всего, позвольте, я вам прочту из этого учебника описание рода ЗрЫшх, из семейства Стеризсайае (сумеречных) порядка Гер!Фор\ега (чешуекрылых, или бабочек) класса пзес®ез, кли насекомых. Вот оно:

„Две пары перепончатых крыльев, покрытых мелкими окрашен“ ными чешуйками металлического блеска; рот в виде хобота, образовавшегося из удлинеиных верхних челюстей; по бокам его зачатки нижних челюстей и пушистых щупальцев; нижние крылья соедннеиы с верхними крепкими волосками; усики в виде призматических отростков; брюшко заостренное. Сфинкс Мертвая Голова является иногда предметом суеверного ужаса среди простонародья, в виду издаваемого им печального звука и фигуры черепа иа груди“. В

Тут он закрыл киигу и иаклонился к окну в той же самой позе, как сидел я, когда увидел „чудовище“.

1 Теперь эту бабочку относят к роду АсКегопНа. Это одна из немногих бабочек, способных издавать звуки — свист, напоминающий мышиный визг,—и единственная, производящая звукн помощью ротовых органов. Голос ее довольно громок,—он слышен за много метров. В данном случае ои мог показаться наблюдателю особенно громким, так как источник звука мыслеино отнесен был на весьма далекое расстояние (ср:_„Занимательная Физика“, кн. 1, стр. 202; „Обмавы слуха“).

= Ага, вот оио! — воскликнул он, — оно подиимается по склону холма и, признаюсь, выглядит крайне курьезно- Но оно вовсе ие так так как взбирается по велико и не так далеко, как вы вообразили, = | нити, прикреплеииой каким-нибудь пауком к иашему окну!

ПОЧЕМУ МИКРОСКОП УВЕЛИЧИВАЕТ? |

Потому, что он изменяет ход лучей определенным образом, описанным в учебниках физики,—вот что чаше всего приходится слышать в ответ на этот вопрос. Но | в таком ответе указывается отдаленная причина; самая же сущность дела не затрагивается. В чем же непосредственная причина увеличительного действия микроскопа | и телескопа?

Я узнал ее не из учебника, а постиг случайно, когда | икольником заметил однажды чрезвычайно любопытное и сильно озадачившее меня явление. Я сидел у закрытого окна и смотрел на кирпичную стену дома в проти“ | воположной стороне узкого переулка. Вдруг я в ужасе отшатнулся: с кирпичной стены —я ясно видел это! — смотрел на меня исполинский человеческий глаз в не- у сколько метров ши ины... В то время я еще не читал приведенного рассказа Эдгара По и потому не сразу сообразил, что исполинский глаз был отражением моего , собственного, отражением, которое я проектировал на отдаленную стену и потому представлял себе сответственно увеличенным.

Догадавшись же в чем дело, я стал раздумывать о том, нельзя ли устроит микроскоп, основанный на этом обмане зрения. И вот тогда, когда я потерпел в этом | неудачу, мне ясно стало, в чем сущность увеличитель ` ного действия микроскопа: вовсе не в том, что рассматриваемый предмет кажется больших размер`в, а В том, что он усматривается нами под большим углом зрения, а следовательно, его изображение занимает больше места на сетчатке нашего глаза.

15* 27

| 261-й

Чтобы понять, почему столь существенное значение имеет здесь угол зрения, мы должны обратить внимание на важную особенность нашего глаза: каждый предмет или каждая его часть, представляющиеся нам под углом, меньшим одной угловой минуты, сливаются для зрения в точку, в которой мы не различаем ни формы, ни частей. Когда предмет так далек от глаза или так мал сам по себе, что весь он или отдельные части его представляются под углом зреняя менее 1’, мы перестаем различать в нем подробности его строения. Происходит же это потому, что при таком угле зрения изображение предмета на дне глаза (или изображение какой-либо части предмета) захватывает не множество нервных окончаний сетчатки сразу, а умещается целиком на одном чувствительном элементе: подробности формы и строения тогда исчезают, —мы видим точку.-

Роль микроскопа и телескопа состоит в ТОМ, Что, изменяя ход лучей от рассматриваемого предмета, они показывают его нам под большим углом зрения; изображение на сетчатке растягивается, захватывает больше нервных окончаний, —и Мы различаем уже в предмете такие подробности, которые раньше сливались в точку. „Микроскоп или телескоп увеличивает в 100 раз“‚—это значит, что они показывают нам предметы под углом зрения, в 100 раз большим, чем мы видим их без инструмента. Если же оптический инструмент не увеличивает угла зрения, то он не дает никакого увеличения, хотя бы нам и казалось, что Мы видим предмет увеличенным. Глаз на кирпичной стене казался мне огромным,— но я не видел в нем ни одной лишней подробности, по сравнению с тем, что вижу, глядя в зеркало. Л на низко у горизонта кажется нам заметно большею, чем высоко на небе,—но разве на этом увеличенйом диске замечазм мы хоть одно лишнее пятнышко, неразличимое при высоком стоянии Луны?

{ й

Если обратимся к случаю увеличения, описанному в рассказе Эдгара По „Сфинкс“, мы убедимся, что и здесь в „увеличенном“ объекте не было усмотрено никаких новых частностей. Угол зрения оставался неизмененным: бабочка, видна под одним и тем же углом, относим ли мы ее далеко в лес, или близко за оконное стекло. А раз не меняется угол зрения, то увеличение пр-дмета, как бы ни поражало оно наше воображение, не открывает наблюдателю ни одной новой подробности. Как истинный художник, Эдгар По верен природе даже и в этом пункте своего рассказа. Заметили ли вы, как описывает он „чудовище“ в лесу: описание огромных членов насекомого не заключает ни одной новой черты по сравнению с тем, что представляет „Мертвая голова“ при наблюдении невосруженным глазом. Сравните оба описания, — они не без умысла приведены в рассказе, — и вы убедитесь, что отличаются они только в словесных выражениях (10-футовые пластинки— чешуйки, гигантские рога-—-усики; кабаньи клыки— зачатки челюстей, и т. п.), но никаких новых подробностей, неразличимых простым глазом, в первом описании нет.

Если бы действие микроскопа заключалось лишь в таком увеличении, —он был бы бесполезен для науки, превратившись в любопытную игрушку, не более. Но мы знаем, что это не так, что микроскоп открыл человеку новый мир, далеко раздвинув границы нашего естественного зрения:

Хоть острым взором нас природа одарила, — Но близок оного конец имеет сила.

у > Коль многих тварей он еще не досягает, Которых малый рост пред нами сокрывает!

— писал наш первый натуралист Ломоносов в „Письме о пользе стекла“. „Но в нынешних веках нам микроскоп открыл“ строение мельчайших, невидимых существ:

Коль тонки члеиы в них, составы, сердце, жилы, И иервы,. что хранят в себе животиы силы!

Не меньше, нежели в пучине тяжкий кит,

Нас малый червь частей сложением дивит... Коль много микроскоп нам тайности открыл Невидимых частиц и тонких в теле жил!

Теперь мы можем уже дать себе ясный отчет в том, почему именно микроскоп открывает нам „тайности“, которых не усмотрел на своем чудовище-бабочке наблюдатель в рассказе Эдгара По: потому что — подведем итог сказанному— микроскоп не просто представляет нам предметы в увеличенном виде, а показывает их под большим углом зрения; вследствие этого на задней стенке глаза рисуется увеличенное изображение предмета, действующее на более многочисленные нервные окончания и тем доставляющее нашему сознанию большее число отдельных»ветовых впечатлений. Коротко говоря: микроскоп увеличивает не предметы, а их изображения на дне глаза.

ЗРИТЕЛЬНЫЕ САМООБМАНЫ

Мы часто говорим об „обмане зрения“, „обмане слуха“, но выражения эти неправильны. Обманов чувств нет. Философ Кант метко

: сказал по этому поводу:

„Чувства не обманывают

нас, не потому, что они

всегда правильно судят, а

+ потому, что вовсе не су- Рис. 111. Что шире: А или В? дят“.

Кто же тогда обманывает нас при так называемых ›обманах“ чувств? Разумеется, тот, кто в данном случае судит, т. е. наше собственное сознание. Действительно, большая часть обма- нов зрения зависит исключительно от того, что мы не только видим, но и бессознательно рассуждаем, причем невольно вводим себя в заблуждение. Это — обманы суждения, а не чувств.

Возьмем общеизвестный пример оптической иллюзии; фигура А (рис. 111) кажется уже, нежели фигура В, хотя обе ограничены строго одинаковыми квадратами. Причина кроется в том, что оценка высоты фигуры А получается у нас, как результат бессознательного сложения отдельных промежутков, и потому она кажется нам больше, чем равная ей ширина той же фигуры. Напротив, на фигуре В; в силу того же бессознательного рассуждения, ширина кажется больше высоты.

ИЛЛЮЗИЯ, ПОЛЕЗНАЯ ДЛЯ ПОРТНЫХ

Если только-что описанную иллюзию зрения вы пожелаете применить к более крупным фигурам, которые не могут быть охвачены сразу глазом, то ожидания ваши не оправдаются. Всем известно, что низкий полный человек в костюме с поперечными полосами всегда кажется не тоньше, а, напротив, еще шире. И, наоборот, надев костюм с продольными полосами и складками, полные люди могут до некоторой степени скрадывать свою полноту.

Чем объяснить это противоречие? Тем, что, рассматривая такой костюм, мы не можем охватить его сразу, не двигая глаз; мы невольно следуем глазами вдоль полос; усилие глазных мускулов при этом заставляет нас бессознательно преувеличивать размеры предмета в направлении полос: мы привыкли связывать с усилием глазных мышц представление о больших предметах, которые не умещаются в поле зрения. Между тем, когда мы рассматриваем маленький полосатый чертеж, глаза наши остаются неподвижными, и мускулы их не утомляются.

ЧТО БОЛЬШЕ?

Какой овал на рис. 112 больше: нижний или внутренний верхний? Трудно отделаться от мысли, что нижний больше верхнего. Между тем, оба равны, и только присутствие наружного, окаймляющего овала создает иллюзию, будто заключенный в нем овал меньше нижнего. Иллюзия усиливается и тем, что вся фигура представляется нам не плоской, а телесной—в виде ведра, что ли: овалы невольно превращаются нами в перспективно сжатые круги, а боковые прямые линии — в стенки ведра. На рис. 113 расстояние между точками аифб кажется больше, нежели между точками т и п. Присутствие а т третьей прямой, исходящей из той же вершины, усиливает иллюзию.

СИЛА ВООБРАЖЕНИЯ

Большинство обманов зрения, как уже указывалось, зависит от того, что мы не только смотрим, но и бессознательно при этом рассуждаем. „Мы смотрим не глазами, а мозгом“, —говорят физиологи. Вы охотно согласитесь с этим, когда познакомитесь с иллюзиями, где воображение смотрящего сознательно участвует в процессе зрения.

Остановимся хотя бы на так называемой „лестнице

Шредера“ (рис. 114).

Если станете показывать его другим, то получите троякого рода ответы на вопро, что он изображает. Одни скажут, что это лестница; другие‚—что это ниша, углубленная в стене; третьи, наконец, увидят в нем бумажную полоску, согнутую „гармоникой“ и протянутую наискось в белом поле квадрата.

Как ни странно, все три ответа верны! Вы можете сами увидеть все названные вещи, если, глядя на рисунок, направите свой взгляд различным образом. А именно:

рассматривая чертеж, попробуйте прежде всего направить взор на левую часть рисунка, — вы увидите лестницу. Если взгляд ваш скользнет по рисунку справа налево, — вы увидите нишу. Если взгляд ваш скользнет по косому направлению диагонали от нижнего правого края к верхнему левому, — вы увидите сложенную „гармоникой“ бумажную полоску.

Впрочем, при продолжительном рассматривании внимание утомится, и вы будете видеть попеременно то одно, то другое, то третье, уже независимо от вашего желания.

Рисунок 115 отличается теми же особенностями.

ЕЩЕ ИЛЛЮЗИИ ЗРЕНИЯ

Не все иллюзии зрения мы в состоянии. объяснить. Часто и догадаться нельзя, какого рода умозаключения совершаются бессознательно в нашем уме и обусловливают -тот или иной обман зрения. На рисунке 116 вы отчетливо видите две дуги, обращенные выпуклостя- пуклостью одиа к другой. Иллюзия пропадает: 1) если, подняв фигуру на уровень глаз, смотреть на нее так, чтобы взгляд скользил вдоль линий; 2) если, поместив конец карандаша в какой-нибудь точке фигуры, сосредоточить взгляд на этой точке.

так. Но стоит лишь приложить линейку к этим мнимым дугам или взглянуть на них вдоль, держа фигуру на уровне глаз, чтобы убедиться в их прямолинейности. Объяснить эту иллюзию не так просто.

Вот еще любопытная иллюзия. Взгляните на рис. 117 и скажите: какие черточки длиннее,—те, что налево, или те, что в правой части? Первые кажутся более длинными, хотя те и другие строго равны '. Иллюзия эта носит название иллюзии „кури- Н бки“ Рис. 117 Иллюзия „курительной о трубкн“. Правые черточки кажутся Предлагалось много короче, нежели равные или левые.

объяснений этих любопытных иллюзий, но они мало убедительны, и мы не станем приводить их здесь. Одно, повидимому, несомненно: причина этих иллюзий кроется в бессознательном рассуждении, в невольном „лукавом мудрствовании“ ума, мешающем нам видеть то, что есть в действительности *.

ЧТО ЭТО?

При взгляде на рис. 118 вы едва ли сразу догадаетесь, что он изображает. „Просто черная сетка, ничего больше“, скажете вы. Но поставьте книгу отвесно на стол, отойдите шага на 3 —4, и смотрите оттуда. Вы увидете человеческий злаз. Подойдите ближе, — перед вами снова появится ничего не выражающая сетка...

Вы, конечно, подумаете, что это какой-нибудь искусный „трюк“ изобретательного гравера. Нет, это лишь грубый пример той иллюзии зрения, которой мы поддаемся всякий раз, когда рассматриваем так называемые „тоновые“ иллюстрации, или „автотипии“. В книгах и

1 Чертеж представляет собою, между прочим, иллюстрацию известного геометрического принципа Кавальери (площади, занятые обеими частями „курительной трубки“ равны).

3 Интересующихся зрвтельными иллюзиями позволю себе отослать К составленному мною маленькому альбому „Обманы зрения“, где собрано свыше 60 образчиков разнообразных оптических иллюзий.

аль = |

журналах фон рисунка всегда кажется нам сплошным: но рассмотрите его в лупу, — и перед вами появится такая же сетка, какая изображена на рис. 118. Этот так озадачивший вас рисунок представляет собой не что иное, как увеличенный раз в 10 участок обыкно- венной тоновой иллюстрации. Разница лишь в том, что, когда сетка мелка, сна сливается в сплошной фон уже на близком расстоянии, — на том, на каком мы обыкновенно держим книгу при чтении. Когда же сетка крупна, слияние происходит на соответственно большем расстоянии.

НЕОБЫКН `ВЕННЫЕ КОЛЕСА

Случалось ли вам через щели забора или, еще лучше, на полотне кинематографа следить за спицами колес быстро движущейся повозки или автомобиля? Вероятно, вы замечали при этом странное явление: автомобиль мчится с головокружительной быстротой, колеса же едваедва вертятся, а то и вовсе не вертятся. Мало того: они вращаются иной раз даже в противоположном направлении!

Эта иллюзия зрения так необычайна, что приводит в недоумение всех, кто замечает ее впервые.

Объясняется она следующим образом. Следя за вращением колеса через отверстие забора, мы видим колесные спицы не непрерывно, а через равные промежутки времени, так как планки забора каждое мгновение заслоняют их от нас. Точно так же и кинематографическая лента запечатлевает изображение колес с перерывами, в отдельные моменты (через 15-ю долю секунды). Здесь возможны три случая, которые мы сейчас и рассмотрим один за другим.

Во-первых, может случиться, что за время перерыва колесо успеет сделать целое число оборотов — безразлизно сколько: 2 или 20, — только бы число это было целое. Тогда спицы колеса на новом снимке займут то же положение, что и на прежнем. В следующий промежуток колесо сделает опять целое число оборотов (так как величина промежутка и скорость автомобиля не изменяются),—и положение спиц остается прежнее. Видя все время одно положение спиц; мы естественно заключаем, что колесо вовсе не вертится (см. средний столбец прилагаемого рис. 119-го).

Второй случай: колесо успевает в каждый промежуток сделать целое число оборотов и еще часть оборота, весьма небольшую. Наблюдая за сменой таких изображений, мы о целом числе оборотов не будем и догадываться, а увидим лишь медленное вращение колеса

(с каждым разом на неыы Ония большую долю оборота).

2 В результате нам покажется, что, несмотря на быстрое перемещение автомобиля, колеса вращаются лениво.

Третий случай. В течение промежутка между съемками колесо делает неполный оборот, отлича- ‚ ющийся от полного на не- : большую долю (например, поворачивается на 315, как в третьем столбце рис. 119). Тогда какаялибо определенная спица ; будет казаться вращающейся в обратном направлении. Это обманчивое впечатление будет длиться до тех пор, пока колесо не изменит скорости вра-

=>. НЕПОДВИЖНО `КУШЕЕСЯ ПАПРАВЛЕНИЕ ВРАЩЕНИЛ

шения.

Остается внести ма- Рис. 119. Причина загадочного движения колес на кинематографиче- ленькие дополнения В ских картинах. наше объяснение. В первом случае мы, ради простоты, Говорили о числе полных оборотов колеса: но так как спицы колеса похожи одна на другую, то достаточно, чтобы колесо повернулось на целое число промежутков между спицами. То же относится и к другим случаям.

Возможны и еще курьезы. Если на ободе колеса имеется метка, спицы же все похожи друг на друга, то случается, что обод движется в одном направлении, спицы же бегут в обратном! Если же имеется метка на спице, то спицы могут двигаться в обратном направлении, нежели метка,—она будет словно перескакивать со спицы на спицу.

Когда в кинематографе показывают обыкновенные сцены, иллюзия эта мало вредит естественности впечатления. Но если хотят на экране объяснить действие какого-нибудь механизма, то этот обман зрения может породить серьезные недоразумения и даже совершенно извратить представление о работе машины.

Подобные же иллюзии (и по той же причине) наблюдаются также в том случае, когда вращающийся узорчатый диск освещается электрической лампой, питаемой переменным током.

ПОЧЕМУ ЗАЯЦ КОСОЙ?

Человек — одно из немногих существ, глаза которых приспособлены к одновременному рассматриванию одного и того же предмета: поле зрения правого глаза лишь немного не совпадает у него с полем зрения левого глаза. Большинство же животных смотрит каждым глазом отдельно. Види- Рис. 120. Поле зрения обонх глаз мые ими предметы не Человокя: отличаются той рельефностью, к которой мы привыкли, но зато поле их зрения гораздо обширнее, чем у нас. На рисунке 120 о ба бабка наглядно изображено поле зрения человека: каждый глаз видит — по горизонтальному направлению — в пределах угла в 120 градусов, и оба угла почти покрывают друг друга (глаза предполагаются неподвижными).

Сравните этот чертеж с рисунком 121, изображающим поле зрения зайца; не поворачивая головы, заяц своими расставленными глазами видит не только то, что находится впереди, но и то, что позади. Оба поля зрения его глаз смыкаются и спереди и сзади! Теперь вам понятно, почему так трудно подкрасться к зайцу, не спугнув его. Зато заяц, как ясно из чертежа, совершенно не видит того, что расположено непосредственно перед его мордой; ему приходится, чтобы увидеть весьма близкий предмет, повертывать голову на-бок.

Почти все беззащитные копытные Рис. 121. Поле зрения и жвачные животные обладают такою обоих глаз зайца. й способностью „всестороннего“ зрения. На рис. 122 показано расположение полей зрения лошади: они позади не сходятся, но животному достаточно лишь слегка повернуть голову, чтобы увидеть предметы, расположенные позади. Зрительные образы здесь, правда, не так отчетливы, но зато от животного не ускользает ни малейшее движение, совершающееся далеко кругом. Подвижные хищные животные, кото- Фис. 122. Поле зрения рым приходится обычно самим Ее быть нападающей стороной, лишены этой способности видеть кругом себя; они обладают „двуглазым“ зрением, позволяющим зато точно оценивать расстояние для прыжка.

инь фичььчи

Г, | | К |

№ ВИ НИИ;

„о а 7 т“ АЖ, ^ > —_ п АА

—_ ие

% ГЛАВА ДЕСЯТАЯ ЗВУК—ВОЛНООБРАЗНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЗВУК И ПУЛЯ

Когда пассажиры жюль-вернова ядра полетели на Луну, они были озадачены тем, что не слышали звука выстрела колоссальной пушки, извергнувшей их из своего жерла. Иначе и быть не могло. Как бы оглушителен ни был грохот, скорость распространения его (как и вообще всякого звука в воздухе) равнялась всего лишь 330 м в секунду, — ядро. же неслось со скоростью 11000 м. Понятно, что звук выстрела не мог достичь ушей пассажиров.

А как обстоит дело с настоящими, не фантастическими ядрами и пулями: движутся ли они быстрее звука, или, напротив, звук перегоняет их и предупреждает жертву о приближении смертоносного снаряда?

Современные винтовки сообщают пулям в момент выстрела скорость вдвое большую, чем скорость звука в воздухе, — именно *около 900 м в секунду (скорость

Занимательная физика. 16 241

звука при 0° равна 332 м). Правда, звук расиространяется равномерно, пуля же летит, замедляя быстроту своего полета. Однако, в течение большей части пути пуля все же движется быстрее звука. Отсюда прямо следует, что если во время перестрелки вы слышите звук выстрела пули, то можете не беспокоиться: эта пуля уже миновала вас. Пуля перегоняет звук выстрела, и если вам суждено стать ее жертвой, то пуля поразит вас раньше, чем звук выстрела достигнет вашего уха.

Для артиллерийских снарядов это не всегда верно: снаряд гаубицы (короткой, сильно приподнятой пушки) имеет не столь большую начальную скорость, как пуля, а кроме того, он направляется по крутой кривой, звук же распространяется прямолинейно.

МНИМЫЙ ВЗРЫВ

Состязание в скорости между летящим телом и производимым им звуком заставляет нас иногда невольно делать ошибочные заключения, подчас совершенно не отвечающие истинной картине явления.

Любопытный пример представляет болид (или пушечный снаряд), пролетающий высоко над нашей‘ головой. Болиды, проникающие в атмосферу нашей планеты из мирового пространства, обладают огромною скоростью, КОТОрая, даже будучи уменьшена сопротивлением атмосферы, все же в десятки раз быстрее звука. Прорезая и накаляя воздух, болиды нередко производят шум, напоминающяй гром. Вообразите, что мы находимся в точке С, а вверху над нами по линии АВ летит болид. Звук, производимый болидом в точке А, дойдет до нас (в С) только тогда, когда сам болид успеет уже переместиться в точку В; Так как болид летит гораздо быстрее звука, то он может успеть дойти до некоторой точки 2 и отсюда послать нам звук раньше, чем дойдет до нас звук из точки А.

Поэтому мы услышим сначала звук из точки О и лишь потом звук из точки А. Итак как из точки В звук придет к нам тоже позже, чем из точки ДО, то где-то над нашей головой должна быть такая точка К. находясь в которой болид подает свой звуковой сигнал раньше всего. Любители математики легко могут вычислить положение этой точки, если зададутся определенным отношением скорости болида и звука.

Вот результат: то, что мы услышим, будет вовсе не похоже на то, что мы увидим. Для глаза болид появится прежде всего в точке Д и отсюда пролетит по линии АВ. Но для уха болид появится прежде всего где-то над нашей головой в точке К, затем мы услышим в одно время два звука, затихающие по противоположным напра- Илениям 0 К к. ДИО кВ, Другими словами, мы услышим, как болид словно распался на две части, которые унеслись в противоположные стороны. Между тем, в действительност * никакого взрыва не происходило. Вот до чего обманчивы могут быть слуховые впечатления! Возможно, что многие засвидетельствованные „очевийцами“ взрывы болидов именно такого рода обманы слуха.

СЧАСТЛИВАЯ СЛУЧАЙНОСТЬ

Если бы звук распространялся в воздухе не со скоростью 330 м в секунду, а гораздо медленнее, то обманчивые слуховые впечатления наблюдались бы гораздо чаще. , >.

Вообразите, например, что звук пробегает в секунду не 330 метров, а, скажем, 330 миллиметров, т. е. дви” жется медленнее пешехода. Сидя в кресле, вы слушаете рассказ вашего знакомого, который имеет привычку говорить, расхаживая взад и вперед по комнате. При обыкновенных обстоятельствах это расхаживание нисколько не мешает вам слушать; но при уменьшенной скорости

16* 243

ен

|} |.

о ТЫ РЕАЧАЧЕЛЫНЫЙ

звука вы ровно ничего не поймете из речи вашего гостя: звуки, преж-е произнесенные, будут догонять новые и перемешиваться с ними, — получится путаница’ звуков, лишенная всякого смысла.

Между прочим, в те моменты, когда гость к вам приближается, звуки его слов будут достигать до вас в обратном порядке: сначала достигнут до вас звуки, толькочто произнесенные, потом звуки, произнесенные ранее, затем—еще ранее и т. д., потому что произносящий обгоняет свои звуки и находится все время впереди них, продолжая издавать новые. Из всех фраз, произнесенных при подобных условиях, вы могли бы понять разве только ту, которою великовозрастный бурсак некогда изумил юного Карася-Помяловского: 1

Я ИДУ С МЕЧЕМ, СУДИЯ. ы р

Мы должны быть благодарны судьбе за ту счастливую случайность, что звук пробегает в воздухе каждую . секунду сотни метров: при значительно меньшей скорости .

нам, быть может, пришлось бы отказаться от устной речи...

САМЫЙ МЕДЛЕННЫЙ РАЗГОВОР

Если вы думаете, однако, что истинная скорость звука в воздухе — треть километра в секунду — всегда достаточная быстрота, то сейчас измените свое мнение.

Вообразите, что между Москвой и Ленинградом вместо электрического телефона устроена обыкновенная говорная труба в роде тех телефонов, которыми соединяют иногда отдельные помещения больших магазинов. Вы стоите У ленинградского конца этой 640-километровой трубы, а ваш друг у московского. Задаете вопрос и ожидаете

И Строго говоря, это не вполне верно: мы произносим в один прием не отдельные буквы, а целые слога. Фраза будет слышна приблизительно так: я дису м-чо-мес ду-и-я.

ответа. Проходит пять, десять, пятнадцать минут, — ответа нет. Вы начинаете беспокоиться и думаете, что с собеседником случилось несчастье. Но’ опасения напрасны: вопрос еше не дошел до Москвы и находится теперь только на половине пути. Пройдет еще четверть часа, прежде чем ваш знакомый в Москве услышит вопрос и сможет дать ответ. Но и его реплика будет итти из Москвы в Ленинград не менее получаса, так что ответ на свой вопрос вы получите только спустя час.

Можете проверить расчет; от Ленинграда до Москвы 640 км; звук проходит в секунду 1/3 км; значит, расстояние между столицами он пробежит в 1900 секунд, или в 30 минут с небольшим. При таких условиях, разговаривая целый день с утра до вечера, вы едва успеете обменяться десятком фраз.

СКОРЕЙШИМ ПУТЕМ

Было, впрочем, время, когда даже и такой способ передачи известий считался очень быстрым. Сто лет назад никто еще не мечтал об электрическом телеграфе и телефоне, и передача новости за 640 км в течение нескольких часов признавалась идеалом быстроты.

Рассказывают, что при короновании царя Павла | извещение о моменте начала торжества в Москве было передано в северную столицу следующим образом. Вдоль всего пути между обеими столицами были расставлены солдаты, в 200 м один от другого; при первом ударе колокола собора ближайший солдат выстрелил в воздух; его сосед, услышав сигнал, также немедленно разрядил РУжье; за ним стрелял третий часовой,— и, Таким образом, сигнал был передан в Ленинград (тогда Петербург) в течение всего трех часов. Спустя три часа после первого удара колокола собора уже грохотали пушки Петропавловской крепости, в 640 км расстояния.


Часть 13

Если бы звон московских колоколов мог быть непосредственно. услышан в Ленинграде, то этот звук, как мы уже знаем, пришел бы в северную столицу с опозданием всего на полчаса. Значит, из трех часов, употребленных на передачу сигнала, 21/› часа ушло на то, что солдаты воспринимали звуковое впечатление и делали необходимые для выстрела движения; как ни ничтожно это промедление, все же из тысяч таких маленьких про’ межутков накопилось 2!]› часа.

БАРАБАННЫЙ ТЕЛЕГРАФ

Передача известий посредством звуковых сигналов

и теперь еше распространена у первобытных обитателей Африки, Центральной Америки и Полинезии. Первобытные племена употребляют для этой цели особые барабаны, с помощью которых — Передают звуковые сигналы на ПИ лы огромное расстояние: ый , т "рт" 5 условный сигнал, услышанный в одном месте, повторяется в другом, передается таким же образом далее, —и в короткое время обширная об- о каком-либо важном событии (рис. 124). Во время войны Италии с’ Абиссинией все передвижения итальянских войск быстро становились известными негусу Менелику; обстоятельство это приводило в недоумение штаб итальянской армии, не подозревавший о существовании у противника барабанного телеграфа.

То же самое наблюдалось и во время англо-бурской войны: благодаря „телеграфу“ кафров все военные известия с необыкновенной быстротой распространялись среди обитателей Каплэнда, на несколько суток опережая официальные донесения через курьеров.

По свидетельству путешественников (Лео Фробениус), система звуковых сигналов разработана у некоторых африканских племен так хорошо, что их можно считать обладателями телеграфа более совершенного, чем оптический телеграф европейцев, предшествовавший электрическому.

Вот что сообщалось об этом лет десять тому назад в одном журнале. Р. Гасельден, археолог Британского Музея, находился в городе Ибада, расположенном в глубине Нигерии. Постоянный глухой барабанный бой непрерывно гудел днем и ночью. Однажды утром ученый услышал, что черные о чем-то оживленно переговариваются. На его расспросы один сержант ответил: „Большой корабль белых людей потонул; много белых погибло“. Таково было известие, сообщенное на барабанном языке с побережья. Ученый не придал этому слуху никакого значення. Однако, через три дня он получил запоздавшую (вследствие перерыва сообщения) телеграмму о гибели „Лузитании“. Тогда он понял, что негритянское известие было верно и что оно „прогремело“ на барабанном языке через все земли от Каира до Ибады. Это было тем более удивительно, что племена, передававшие друг другу это сообщение, говорят на совершенно различных наречиях, и некоторые из них находились в это время в состоянии войны друг с другом.

БЕЗЗВУЧНЫЕ ЗВУКИ

Есть люди, которые не слышат таких резких звуков, как пение сверчка или писк летучей мыши. Эти люди не глухи, нет, их органы слуха в исправности, и все же они не слышат очень высоких тонов. Тиндаль—знаменитый английский физик—утвезждал, что некоторые люди не слышат даже чириканья воробья!

Вообще наше ухо воспринимает далеко не все колебания, происходящие близ нас. Если тело совершает в секунду менее 16 колебаний, мы ззука не слышим. Если оно совершает более 40000 колебаний, мы тоже не слышим его. Верхняя граница восприятия тонов у разных лиц различна; поэтому и происходит то странное явление, что пронзительный, высокий тон, отчетливо слышимый одним лицом, для другого словно не существует. Многие насекомые (например, сверчок) издают звуки, тон которых отвечает 40 000 колебаниям в секунду; для одних ушей эти тона существуют, для других —нет. Такие нечувствительные к высоким тонам люди наслаждаются полной тишиной там, где другие слышат целый хаос пронзительных звуков. Тиндаль рассказывает, что наблюдал однажды подобный случай во время прогулки в Швейцарии со своим другом: „Лугё по обеим сторонам дороги кишели насекомыми, которые для моерРо. слуха наполняли воздух своим резким жужжанием, — но мой друг ничезю этого не слышал: музыка насекомых лежала вне границы его слуха“.

Писк летучей мыши целой октавой ниже пронзительного пения насекомых, т е. колебания воздуха при этом вдвое менее часты. Но попадаются люди, для которых граница восприятия тонов лежит еще ниже, и летучие мыши для них—-существа безгласные.

ЗВУКОВЫЕ ОБЛАКА И ВОЗДУШНОЕ ЭХО

Звук может отражаться не только от твердых преград, но и от таких нежных образований, как облака. Более того: даже совершенно прозрачный воздух может, при некоторых условиях, отражать звуковые волны,—именно в том слу- чае, когда он, по способности проводить звук, отличается почему-либо от остальной массы воздуха. Здесь происходит явление, сходное с тем, что в оптике называетсл „полным внутренним отражением“. Звук отражается от невидимого препятствия, и мы слышим загадочное эхо, идущее неизвестно откуда.

Тиндаль случайно открыл этот любопытный факт, когда производил опыты с звуковыми сигналами на берегу моря. „От совершенно прозрачного воздуха получалось эхо,-—-пишет он.—Эхо шло к нам, словно по волшебству, от невидимых звуковых облаков“.

Звуковыми облаками знаменитый английский физик называл те участки прозрачного воздуха, которые задерживают звук и заставляют его отражаться, порождая „эхо от воздуха“. Вот что он говорит по этому поводу:

„Звуковые облака постоянно плавают в воздухе. Они не имеют ни малейшего отношения к обыкновенным облакам, к туману или мгле. Самая прозрачная атмосфера может быть полна ими. Таким образом могут получаться воздушные эхо; вопреки господствующему мнению, они могут происходить и при самой ясной атмосфере. Существование таких воздушных эхо доказано наблюдениями и опытом. Они могут "Порождаться воздушными токами различно нагретыми или содержащими различное количество пара“.

Существование звуковых облаков, непрозрачных для звука, объясняет нам некоторые загадочные явления, иногда наблюдаемые вовремя сражений. Тиндаль приводит следующий отрывок из воспоминаний очевидца о франко-пруссксй войне 1871 года:

„Утро 6-го числа представляло полную противоположность с вчерашпим утром. Вчера был пронизывающий холод и туман, не позволявший ничего видеть далее полумили. А б-го было ясно, светло и тепло. Вчера воздух был наполнен звуками, а сегодня царствовала тишина

Аркадии, не знающей войн. Мы с изумлением смотрели друг на друга. Неужели бесследно исчез Париж, его форты, орудия, бомбардировка?.. Я поехал в Монморанси, откуда моим глазам открылась обширная панорама северной стороны Парижа. Однако, и здесь была мертвая тишина... Я встретил трех солдат, и мы начали обсуждать положение вещей. Они готовы были допустить, что начались переговоры о мире, так как с самого утра не слышали ни одного выстрела...

„Я отправился дальше в Гонесс. С изумлением узнал я, что германские батареи энергично стреляли с 8 часов утра. На южной стороне бомбардировка началась около того же часа. Однако, в Монморанси мы не слышали ни единого звука!.. Все это зависело от воздуха: сегодня он проводил звук так же дурно, как хорошо проводил вчера“,

Сходные явления не раз наблюдались и во время больших сражений 1914—1918 гг.

ДЛЯ КОГО ЕЖЕДНЕВНАЯ ГАЗЕТА ВЫХОДИТ ДВАЖДЫ В ДЕНЬ?

Сейчас мы займемся задачей, которая, повидимому, никакого отношения ни к звуку, ни вообще к физике не имеет. Тем не менее, я попрошу вас уделить ей минуту внимания: она поможет вам легче уяснить себе кое-что из дальнейшего.

Вероятно, вы уже встречались с этой задачей в одном из ее многочисленных видоизменений. Из Ленинграда во Владивосток каждый полдень выходит поезд (этого нет, но вообразим, что это так). И каждый полдень из Владивостока в Ленинград также выходит поезд. Переезд длится, положим, 20 дней. Спрашиваетея: сколько поездов дальнего следования встретится вам во время путешествия из Владивостока в Ленинград?

Чаще всего отвечают: 20. Так ответилй даже некоторые ученые, когда на съезде математиков один из них за завтраком предложил эту задачу остальным. Однако ответ неправилен: вы встретите не только те 20 поездов, которые выйдут из Ленинграда после вашего отбытия, но и те 20, которые к моменту вашего отъезда уже находились в пути. Следовательно, правильный ответ 40, а не20,

Далее. Каждый ленинградский поезд везет с собою свежие номера столичных газет. И если вы интересуетесь новостями из Ленинграда, вы, конечно, будете на станциях усердно покупать газеты. Сколько же свежих номеров каждой газеты купите вы за 20 дней пути?

Вас теперь не затруднит правильный ответ: 40. Ведь каждый встречаемый вами поезд везет новые номера, а так как вы встретите 40 поездов, то и номеров прочтете тоже 40. Но путешествуете вы всего 20 дней, — значит, вы будете читать ежедневную газету дважды в дены

Вывод немного неожиданный, и вы, вероятно, не сразу поверили бы ему, если бы вам не случалось на практике убеждаться в его правильности. Вспомните, хотя бы, что во время двухдневного переезда и Севастополя в Ленинград вы успевали прочитать ленинградские газеты не за два, а за четыре дня: те два номера, которые уже вышли в Ленинграде к моменту вашего отъезда, да еще два номера, которые выходят в свет в течение двух дней пути.

Итак, вы знаете уже, для кого ежедневные столичные газеты выходят дважды в день: для пассажиров всех поездов, едущих в столицу.

ЗАДАЧА О ПАРОВОЗНЫХ СВИСТКАХ

Если вы обладаете развитым музыкальным слухом, то заметили, вероятно, как изменяется тон (не громкость, а именно тон) паровозного свистка, когда встречный поезд проносится мимо вашего. Пока оба поезда сближались, тон был заметно выше того, который слышится вам, когда поезда удаляются друг от друга. Если поезда идут быстро (50 км в час), то разница в высоте звука достигает почти целого тона.

Отчего же это происходит?

Вам не трудно будёт догадаться о причине, если вы вспомните, что высота тона зависит от числа колебаний; сопоставьте же это с тем, что вы узнали при обсуждении предыдущей задачи. Свисток встречного паровоза все время испускает один и тот же звук, с определенным числом колебаний. Но ваше ухо воспринимает различное число колебаний в зависимости от того, едете ли вы навстречу, стоите ли на месте, или удаляетесь от источника колебаний.

И подобно тому как, едучи в Ленинград, вы читаете ежедневную газету чаще семи раз в неделю, так и здесь, приближаясь к источнику звука, вы улавливаете колебания чаще, чем они выходят из свистка локомотива. Но здесь вы уже не рассуждаете: ваше ухо получает увеличенное число колебаний, —и вы непосредственно0 слышите повышенный тон. Удаляясь, вы получает меньшее число колебаний — и слышите пониженный тон.

Если это объяснение не окончательно убедило вас, попробуйте непосредственно проследить конечно, мысленно) за тем, как распространяются звуковые волны от свистка паровоза. Рассмотрите сначала неподвижный паровоз (рис. 125). Свисток производит воздушные волны, и мы рассмотрим для простоты только 4 волны (см. верхнюю волнистую линию): от неподвижного паровоза они успеют распространиться в какой-нибудь промежуток времени наоднои то же расстояние по всем направлениям. Волна № 0 дойдет до налюдателя 1 через столько же времени, как и до наблюдателя В; затем до обоих наблюдателей одновременно дойдет волна № 1, № 2, потом № З ит. д. Уши обоих наблюдателей в секунду получают одинаковое число толчков, и потому оба услышат один и тот же тон. Другое дело, если свистящий паровоз дв жется от Вк А (нижняя волнистая линия). Пусть в некоторый момент свисток находится в точке (^, а за воемя, когда он испустил четыре волны, он уже успел дойти до точки /). Теперь сравните, как будут распространяться звуковые волны. Волна № 0, вышедшая из точки (”, дойдет одновременно до обоих наблюдателей А'и В’. Но четвертая волна, образовавшаяся в точке /), дойдет до них уже не одновременно: путь ОД’ меньше пути Г2)Б, и, следовательно, к Д’ она дойдет раньше, чем к В’. Промежуточные волны— № 1 и №2 — также придут в В” позже, чем в АД’, но промедление будет меньшее. Что же получается? Наблюдатель в точке А’ будет чаще воспринимать звуковые волны, нежели наблюдатели в точке В': первый услышит более высокий тон, нежели второй. Вместе с тем—как легко видеть из чертежа—длина волн, бегущих в направлении к точке .’, будет соответственно короче волн, идущих к В’. !

1 Необходимо иметь в виду, чго волнсобразные линии на рисунке вовсе не изображают формы звуковых Волн: колебание частиц в воздухе происходит вдоль направления движения звука, а не поперек. Волны изображены здесь поперечными только ради наглядности.

ЯВЛЕНИЕ ДОППЛЕРА

Явление, которое мы только-что описали, было открыто физиком Допплером и навсегда осталось связанным с именем этого ученого. Оно наблюдается не только для звука, но и для световых явлений, потому что свет тоже распространяется волнами. Учащение волн (воспринимаемое в случае звуковых волн, как повышение тона), кажется глазу изменением цвета. Правило Допплера дает астрономам чудесную возможность не только открывать, приближается ли звезда к нам, или удаляется,—но даже позволяет измерить величину этого перемещения.

Помощь астроному оказывает при этом боковое смещение темных линий, прорезывающих полосу спектра. Внимательное изучение того, в какую сторону и насколько сдвинулись темные линии в спектре небесного светила, позволило астрономам сделать целый ряд изумительных открытий. Так, благодаря явлению Допплера, мы знаем теперь, что яркая звезда Сириус каждую секунду удаляется от нас на 75 км! Эта звезда находится от нас на таком неимоверно огромном расстоянии,что удаление даже на биллионы километров не изменяет ее видимой яркости. Мы, вероятно, никогда не узнали бы © движении этого светила, если бы нам не помогло явление Допплера.

С поразительною наглядностью сказывается на этом примере то, что физика есть поистине всеобъеилющая наука. Установив закон для звуковых волн, достигающих в длину нескольких метров, она применяет его к исчезающе маленьким световым волнам; длиною всего в несколько десятитысячных долей миллиметра, — и пользуется этим знанием, чтобы измерять стремительные движения гигантских солнц в неимоверных далях мироздания.

ПРЕДМЕТНЫЙ

Автотипий иллюзия, 235.

Алькарациа, 135.

Аристотель, 51.

Архимеда Закон 103 и сл. 124 и сл.

Архимед, поднятие Земли 39; сожжение флота, 187.

Атмосфера 5, атмосферы давление 128 и сл., 155.

Авроплан 9 и сл.

Аэростатический парадокс, 118.

Барабанный телеграф, 246. Бассейны, задачи о них 108. Бернулли принпип 118 и сл. Бойля-Мариотта закон, 126. Болид, 242.

Большая Медведица, 221. Бомбометание, 12. Борелли, 124. Брунеллески, 51.

Веер, 132. Вейнберга 171—173.

Велосипед, 59, 64, 65.

Вес, изменение с щиротой, 68.

Вечный двигатель, 102 и сл. 176.

Видимые размеры светил, 221 и сл.

Вилькенс, Джон, 177.

Вода, сжимаемость, 101.

Водолазы, зрение, 203.

„Вокруг Луны“ Жюля Верна 88, 90—96. 141—148.

Волчок, 46.

Волшебная сфера, 58 и сл.

Вольтер, 26, 31.

Вращение Земли, 5—9, 68—70.

Всасывание водоворотом, 120.

Втягивание поездом, 120.

Вуаль, 133.

Вуд, 63, 207, 215.

Выставки, 13.

проект — дороги,

Газ, история слова, 105. Галилей, 56, 105.

Гасельден, С., 247.

„Гектор Сервадак“, 156—159. Гельмонт, 105.

Герике опыт, 111—114. Герон, 24, 108; термоскоп, 138.

УКАЗАТЕЛЬ.

Глаз, человеческий, 197; под водой, 201.

Глаз рыбы, 202.

Гоголь, 35.

Годдард, 28.

Горение, 141, 144, 145.

Гроза, 181, 184.

Грузовая марка, 99,

Давление воды в море 100 и сл, атмосферы, 128 и сл., 155—158.

Дари, 166.

Движение круговое, 46-70; относительное, 5— 18.

Действие и противодействие 18 и сл., 169.

Джонсон („Дьяволо“), 65.

Днаболо, 47.

Диамагнитизм, 161.

Дисциплина трудовая, 34.

Дно водоема, кажущееся поднятие, 205.

Допплера, явление, 254.

| Елачич, 32.

2Велезная дорога безостановочная, 12, 13; самокатная, 84, 85.

Железнодорожных катастроф предупреждение, 16. з

Жонглерские фокусы, 48—50.

Жюль Верн, 26, 41, 88 —96, 127, 241.

Заколдованный шар, 58- 62. Закругление жел.-дор. пути, 59. Защитный цвет, 199—201, 210. Заяц, поле зрения, 240.

Звук, внутреннее отражение, 249; выстрела, 242; скорость, 240— 245, 252.

Зауковые облака, 249.

Земной шар, внутренность, 82; вращение, 5—9, 69, 70, масса, 40; притяжение Солнцем, 74.

Зенон Элейский, 55.

Зеркало вогиутое 188; жидкое, 63; под углом, 186, 187.

Золотое правило мехаиики, 41.

Зрение 197, 239, 240; животнык, 240; из-под воды, 210 - 215.

Ибада, 247. Иллюзии зрения, 230—239. Инерция, 5—1].

Истечение тяжелой

106—111.

Кавальери принцип, 235. Кант, 230.

Каракатица, 26.

Качели чортовы, 54 и сл.

жидкости,

Мариотт, 216.

| Мариотта закои, 126, 129; сосуд, 111. | Марка грузовая, 99.

Марк Твен, 34, 98, 154.

„Матиас Саидорф“, 41. | Медузы, 26.

Меррей, 101, 198. Мертвое море, 97, 98. Микроскоп. увеличение, 227, 228.

Кинематограф, колеса на экране, | Молния, продолжительность, 182;

Кипение, 152; давлении, 153, 154, 155; при повышенном давлении, 158. Китайское колесо, 23. Клеман-Дезорм, 118. Колес иллюзия, 238. Колодец сквозь Землю, 82. Колумба яйцо, 51. Корабли затонувшие, 100—102; притяжение, 72, 117, 123.

Краны электромагнитные, 164, 165. |

Кружки обманчивые, 115, Кувшины охлаждающие, 135. Купер, „Прерия“, 149. „Курительная трубка“ иллюзия, 235. Крылов, 29—31. г

Лавировка, 39.

Лавуазье, 105.

Ламповое стекло, 139.

Лаплас, 130.

Лассвиц, 174.

Лед горячий, 159.

Ледник без льда, 137.

Лесиардо да Винчи, 140.

Лестница Шредера, 233.

Летательн. машина магнитная, 168.

Лннзы под водой, 204

Логарифмы, 130.

Ломоносов, 105, 229.

Лоренц, 45.

Лошадь, поле зрения, 240; тяга 113, 114.

Луна, видимые размеры, 218—220; напряжение тяжести 77, 78

'Магдебургские полушария, 112. Магнитное чувство, 162. Магнитвые силы, линии их, 162, Магнитный экран, 175.

Магометов гроб, 170.

прин пониженном |

сила тока и напряжение, 183. Монгольфье, 105. Мопертюи, 91.

Муравьи, их работа, 32, 33.

Насекомых звуки, 248. Наттерер, 130. Невесомость, 142-148. Невидимость, 190—198. Нуазетт („Мефисто“), 65. Ныряние, очки для этого, 205

Ньютон, 18, 21, 24, 89.

|Оберт, 28.

Обманы зрения, 230 - 239. Окраска охранительная, 198—201. Отдача ружья, 22

‚ Относительное движение, 5—15.

Отражение в плоском зеркале 186; полное внутреннее, 210, 213. Очки для ныряния, 205; под водой, 204.

Падение 10, 11.

Параболоид, 60, 63.

Парадокс аэростатический, 118.

Парамагиитные тела, 161. В

Паруса, 37, 38.

Переменный ток, 239.

Перри, Джон, 48.

Петля чертова, 64, 65.

Плавания закон, 98.

Планеты, видимые размеры, 221.

Подводиое зрение, 210—215.

Подъем дна кажущийся, 205.

Пожар степной, 149.

Поле зрения зайца ‘240; лошади, 240; человека 239.

Помяловский, 244.

По Эдгар, 224—227.

Предельный угол, 209.

Притяжение кораблей, 72, 117, 123; небесных тел. 72; человеческих тел, 71, 72.

Прозрачность водн. животных, 190.

Прозрачные препараты, 195.

Птицы на проводах, 181.

Пуговицы, 45.

Пузырь рыбий, 124—126.

Пульверизатор, 119.

Пуля и звук, 241.

„Путешествие к центру Земли“ Ж. Верна, 127.

Пушка Ж. Верна, 90

Пушкин, 55, 191.

Радиевы часы, 179.

Ракета, 22. 27.

Рельсы, 59.

Ремзи, 24.

Родных, 84. -

Рыбы глаз, 202; окраска 199; пузырь, 124—126.

Рычаг, 39.

Сатурн, 69, 222. 224.

Светил видимые размеры, 221.

Свод, 36.

Святогор, 20.

Сегнерово колесо, 23.

Сжимаемость воздуха, 131.

Силы, сложение 29 и сл.; разложение. 36.

Сирано де Бержерак 5, 168.

Скорость звука, 240—245, 252.

Слепое пятно, 216.

Слух, его границы, 248.

Соленая вода, кипение, 153.

Соленоид, 172.

Солнечное притяжение, 71- 74.

Солнечный двигатель, 189.

Сотрясение при выстреле, 93.

Сочленение тазобедренное, 114

Старая Русса, ванны, 99.

Струя, электрич. притяжение, 185.

„Сфинкс“ Эдгара По, 224—227.

Твьн Марк. 34, 98, 154.

Телеграф звуковой, 246.

Телескоп жидкий, 63; увеличение,

Теплопроводность воды, 147.

Термоскоп Герона, 139.

Тиндаль, 248, 249.

Занимательная фиазка 7.

Тоннель, 84. 85, сквозь Землю, 83.

Торичелли, 107.

Трение, 43.

Тротуары движущиеся, 16.

Тушение огня, 141.

Тэт, 101

Тяга воздуха, 140; лошади

Тяготение, 71 н сл.

Тяжесть, изменение с широтой 68 —70; на Луне, 77, 78. ускорение 92 и сл.

113, 114.

Угловая величина, 219 и сл.

Угол зрения 219 и сл.; навивания, 44.

Узлы веревочные, 44.

Улицы движущиеся, 18.

Ускорение тяжести, 92 и сл.

Узэллз Г. 7—9, 75—79, 192 195.

Фламмарион, 81.

Фокусы жонглерские, 48—50, магнитные. 166, 167.

Фотография многократная, 186.

Франклин, проф. 120.

Фробеииус, Лео, 247.

Фульто н, 24.

Холод при ветре, 134, 136. Циолковский, 27, 28, 79. Часы антимагнитные, 176, радиевые, 179. Чернышевский, 102.

Чортово качель, 54—58; петля

Шапка-невидимка, 191.

Шеман, 189.

Шитье, 45.

Шиаальтельгольн, проф., 195.

Эйлера формула, 43.

Эйлер, 170.

Электрическая лампочка, прочность, 37.

Электромагнитные краны, 164.

Электромагнит 164—171.

Яичная скорлупа, прочноеть, 35.

И)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие . .

ГЛАВА 1. Освоввые законы механики.

Самый дешевый способ путешествовать. „Земля, остановись!“

Письмо © ища > ь Бомбометание .

Безостановочная железная я дорога, Предупреждение катастроф Улицы будущего

Непостижимый закон з

Отчего погиб Святогор-богатырь? Можно ли двигаться без опоры? Почему взлетает ракета .

Как движется каракатица

К звездам на ракете

ГЛАВА ИП. Снла—Работа- а,

Задача о лебеде, раке и шуке Вопреки Крылову . с... - Трудовая дисциплина

Легко ли сломать яичиую скорлупу? . Под парусами против ветра... .. Мог ли Архимед поднять Зея?

Жюль-верновский силач и формула Эёлера 7

От чего зависит крепость узлов?

ГЛАВА Ш. Кругоиое движение.

Почему не падает Не Ве волчок? Искусство жонглеров

Новое решение колумбовой задачи . Уничтоженная тяжесть. -

Вы в роли Галилея

Мой спор с вами

Финал нашего спора

В заколдованном шаре

Жидкий телескоп

Чортова петля .

Математика в цирке .

Нехватка в весе .

ГЛАВА ИУ. Всемирное тяготенве.

Велика ли сила притяжения? . . Стальной канат от Земли до Солнца. : Можно ли укрыться от силы тяготения? Как полетели на Луну г Уэллза. Полчаса на Луне 58 Стрельба на Луне .

В бездонном колодце

Сказочная дорога

Как роют тоннели

ГЛАВА У. Путешествие и пушечном ядре.

Ньютонова гора. . . . $» - х 89 Фантастическая пушка . 90 Тяжелая шляпа . . " : 91 Как ослабить бтрясвие? Ем . 93 Для друзей математики -. 2. в." 94 ГЛАВА УТ. Свойства жидкостей м газов. Море, в котором нельзя утонуть . Жа 97 Где находятся затонувшие суда? . : В (0) Вечный водяной двигатель. .. 3% 102 Кто придумал слово „газ“? . & : к зи 105 Как будто простая задача 7 ии т 106 Задача о бассейне . р ‹ 108 Удивительный сосуд . , и 109 Поклажа из воздуха к ь л 11 Обманчивые сосуды ... - 115 Сколько весит вода в опрокинутом "стакане? , 116 1 Отчего притягиваются корабли? , т ПАЯ Принцип Бернулли и его следствия . . м Мы 120 Назначение рыбьего пузыря - ь а { 124 Путешествие в недра Земли . 127 Фантазия и математика ... м я { 128 ГЛАВА УП. Тепловые явления. Веер... - Л Ч о 132 Греет ли пуйль? : МИ Е . | 133 Отчего при ветре И ене > . В, ты ЗИ 132 Горячее дыхание пустыни - . У” 134 Охлаждающие кувшины .. - и г. 135 Ледник без льда. . . . а + м 137 | Какую жару мы способны переносить? . : } 137 | Термометр или барометр? .. о ь 138 Дли чего служит ламповое око ке, `, 139 Почему пламя не гаснет само собой? . . _ ‚ МАИ 141 Недостающая глава в романе Жюля Верна ....., 141 Завтрак в невесомой кухне ль ТЗ КАИ хх Почему вода гасит огонь? .. - } ИР. В 148 Как тушат огонь помощью о ме 149 Можно ли воду вскипятить кипятком? + бы" 151 Можно ли воду эскипятить снегом? ......,.. 152 „Суп из барометра“. ......- сам 15 Всегда ли кипяток Вия? | ' И 2-2 156 Горячий лед. ... о жать ПОМНИ ГЛАВА УШИ. Магаативи Электричестио | „Любящий камень“ ... : ы у \е 160 Линии магнитных сил .. Ч Вх о 161 Исполинские электромагниты ... >? . к. 164 Магнитные фокусы еее се 166 Магнитная летательная машина . : . Ак, 168 Наподобие магометова кр № ., Е к р 169 Без трения .... ы › и." . 171

Сражение марсиан с земножителями Часы и магнитизм -

Магнитный вечный двигатель Почти вечное движение

Птицы на проводах

При свете молнии

Сколько стоит молния?

Грозовой ливень в комнате

ГЛАВА 1Х. Отражение и преломление света — рено.

Пятикратный снимок .

Архимед и римский флот Солнечные двигатели

Мечта о шапке-невидимке Невидимый человек

Могущество Невидимого . Прозрачные препараты

Может ли Невидимый РЕ. Охранительная окраска Защитный цвет

Человеческий глаз под ей Как видят водолазы? ., .. Стеклянные чечевицы под водой Неопытные купальщики Невидимая булавка

Мир из-под воды

Слепое пятно нашего глаза : Какой величины вам кажется Луна? Видимые размеры светил „Сфинкс“. Рассказ Эдгара По Почему микроскоп увеличивает? Зрительные самообманы . Иллюзия, полезная для портных Что больше? ‚..

Сила воображения -

Еще иллюзии НЫ

Что это? : . Необыкновенные колеса - Почему заяц косой? . .

ГЛАВА Х. Звук Волвообразное 2 движение.

Звук и пуля

Мнимый взрыв

Счастливая случайность

Самый медленный разговор Скорейшим путем

Барабанный телеграф

Беззвучные звуки я Звуковые облака и воздушное эхо

Для кого ежедневная газета выходит Ев в день? `

Задача о паровозных свистках . Явление Допплера .

а ИР ЧИ