Физика на каждом шагу - Яков Перельман

«Но при наступлении ночи, когда дневной шум прекратился, можно было слышать внутри бочки прерывающийся звук, имевший сходство с птичьим щебетаньем. Это продолжалось почти трое суток.

«Когда же затем отверстие маленькой бочки было открыто, то большая часть ее оказалась наполненной воздухом и водой.

«Все были изумлены тем, что вода могла снаружи попасть в столь прочно законопаченную бочку.

Повторив опыт несколько раз, я пришел к убеждению, что вследствие сильного давления вода проникает в меньшую бочку через дерево; проникает туда и некоторое количество воздуха».

Второй опыт образования пустоты: выкачиванием воздуха

«Когда опыт и рассмотрение дерева убедили меня в его скважности, я счел более целесообразным употребить для своей цели шаровидный медный сосуд, снабженный сверху латунным краном. Приспособив к нижней части этого шара насос, я приступил к выкачиванию воздуха, как прежде выкачивал воду.

Рис. 75. Второй опыт Отто Герике над образованием безвоздушного пространства

«Сначала поршень двигался свободно, но вскоре работать поршнем становилось все труднее и труднее, так что двое сильных работников едва в состоянии были выдвигать его. В то время как они еще продолжали работать и полагали, что весь воздух выкачан, металлический сосуд внезапно, к общему испугу, был сплющен с сильным треском, как если бы сосуд был брошен с самой высокой башни. Этот случай я объяснил тем, что, может быть, по небрежности мастера сосуду не была придана достаточно шаровидная форма. Пришлось приготовить сосуд правильной шаровидной формы; из него воздух вначале выкачивался легко, а под конец с большим усилием.

«Таким образом при повторении опыта получено было пустое пространство.

«После того как кран сосуда был открыт, воздух стал наполнять медный шар с такою силою, что, казалось, способен был увлечь за собой стоявших тут людей. Если к шару приближали лицо, то захватывало дыхание; даже руку нельзя было держать близко от крана, – ее могло втянуть».

Опыт, доказывающий, что два полушария, стиснутые давлением воздуха, нельзя разнять усилиями 16 лошадей

«Я заказал два медных полушария диаметром в три четверти магдебургских локтя (т. е. около 40 см). К одному полушарию был приделан кран; с помощью его можно было удалить воздух изнутри и препятствовать проникновению воздуха снаружи. Кроме того к полушариям прикреплены были 4 кольца, через которые продевались канаты, привязанные к упряжи лошадей. Я велел также сшить кожаное кольцо и напитать его смесью воска со скипидаром; зажатое между полушариями, оно не пропускало в них воздух. 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 стискивало их так крепко, что 16 лошадей не могли их разнять вовсе или достигали этого лишь с трудом. Когда же полушария, уступая всей силе лошадей, разъединялись, то раздавался звук, как от ружейного выстрела.

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

«На основании этого опыта я рассчитал, что если оба приложенных полушария подвесить и к нижнему подвязать груз в 2 686 фунтов, то оно будет этим весом оторвано от верхнего полушария. Вес этот зависит однако несколько и от состояния воздуха, так как давление воздуха бывает порою сильнее, порою слабее. В этом грузе для данного основания цилиндра как бы воплощен вес неба (т. е. воздушного столба до границ атмосферы). Кто желает узнать вес всего воздуха на Земле, тот должен сначала определить поверхность Земли в квадратных милях; затем, переведя в квадратные локти, можно уж найти искомый вес».

Сходный опыт, при котором полушария, неразделимые силами 24 лошадей, разъединены были дуновением воздуха

«Сейчас упомянутые полушария, ударяясь о землю при их разъединении, когда лошади выпрягались, повредились и утратили свою шаровидную форму. Я заказал поэтому два полушария больших размеров, диаметром в целый локоть (55 см). Величина их была выбрана такой, чтобы в пустом состоянии их не могли разъединить 24 лошади. Воздушный цилиндр с таким основанием должен весить 5 400 фунтов. В предыдущем опыте разъединение грузов в 2 686 фунтов потребовало силы 16 лошадей. Какая сила нужна, чтобы преодолеть груз в 5 400 фунтов? Расчет показывает, что нужны 34 лошади. А так как впрягалось только 24 лошади, то можно было с уверенностью предвидеть, что полушария не будут разняты. Они и остались соединенными, и воздух внутрь не проник. Но, открыв кран, можно было впустить воздух, и тогда полушария сами распались.

Рис. 76. Опыт Герике с медными полушариями

«Мы можем, следовательно, действительно сказать, что разъединение полушарий, недостижимое силою 24 лошадей (а при еще больших полушариях даже силою 100 лошадей), может выполнить всего лишь один человек простым дуновением».

Опыт, показывающий, что полушария могут быть разняты грузом

«Чтобы упомянутые ранее меньшие полушария не оставались без употребления, я приказал на дворе моего дома, у угла садовой ограды, врыть прочный отвесный столб, вверху устроить поперечную балку, к которой прикрепить крепкий железный крюк. На этот крюк я с помощью железного кольца повесил оба полушария. К нижнему полушарию на четырех цепях, продетых через кольца, подвешена была квадратная доска, наподобие чашки весов городской важни. На нее накладывалось столько гирь, сколько требовалось для разъединения полушарий.

Рис. 77

«Выше было определено, что воздух давит на каждое полушарие с силою 2 686 фунтов. Следовательно, оба полушария разнимутся, если на чашку будет положен груз в 2 686 фунтов. Это разъединение и последовало с глухим звуком».

Глава четвертая Тепло и холод

Выпрямление каменной стены

Главу о теплоте начнем с поучительной истории о том, как во Франции выпрямили покосившуюся стену большого здания. История эта – с легкой руки Л.H. Толстого[18] – давно уже попала во многие школьные книги для обучения чтению. Там она однако рассказывалась чересчур кратко. В полной передаче она гораздо интереснее.

Далее приводится этот рассказ в том виде, в каком я нашел его в одной старинной книге:

«Фундамент здания Музея искусств и ремесел в Париже был испорчен до такой степени, что стены главного зала постоянно оседали, выдавались наружу и даже угрожали падением. Наполеон I приказал произвести по этому предмету исследование и представить смету издержек на поправку здания. Комиссия, назначенная для этой цели, после тщательных изысканий решила, что необходимо сломать стены, заложить новый фундамент на 10 футов глубже и вывести на нем новые стены. Расходы на все это должны были доходить до 10 млн. франков. Наполеон нашел, что сумма слишком велика, и дело остановилось.

«Через год опять заговорили об этом и представили Наполеону всю опасность, какой могли подвергнуться и жители, и посетители здания, если его оставить без исправлений. Наполеон приказал собрать новую комиссию. Комиссия произвела обширные работы, исследовала грунт и пришла к заключению, что нет надобности ломать стены, а достаточно вырыть под ними 10 колодцев около 40 футов глубиною и, достигнув скалистого грунта, подвести под стены толстые гранитные столбы; на этих столбах надо утвердить подъемные винты, с помощью их поднять стены и таким образом сохранить здание от разрушения. Что же касается издержек, то работа обойдется в 9 850 тыс. франков. Наполеон не утвердил предложения второй комиссии, и дело осталось по-прежнему нерешенным.

«Тогда к Наполеону явился инженер Молар, способный и изобретательный молодой человек, сообщивший ему, что он осматривал повреждения здания и считает возможным произвести все поправки на десятую часть тех сумм, которые требовали обе комиссии. Требуемая Моларом сумма была ему выдана, и он немедленно приступил к работе.

«Он начал с того, что в стенах строения на довольно значительной высоте приказал просверлить одно над другим два ряда отверстий величиною в руку. С любопытством ожидали, что из этого будет; но когда, спустя несколько недель, из отверстий показались концы толстых железных болтов с крупною винтовою нарезкою, то все, кто ждал от Моляра успеха, потеряли всякую надежду, а члены комиссий, начинавшие было сомневаться в правильности своих решений, ободрились. Стянуть дом болтами казалось слишком безрассудно. Откуда взять силу, чтобы навинтить гайки, преодолевая вес тяжелых стен? Между тем к каждому болту был прикреплен якорь о четырех лапах; якоря эти могли выдержать значительное давление. Под нижним рядом болтов, проходивших через все здание, были устроены четырехугольные очаги из листового железа, которые привешивались к болтам. Для чего они – никто не понимал.