Сергей Бердышев - Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек
Эти восемь лошадей развивают тягу, равную 20 т. Она оказалась недостаточной, чтобы разъединить полушария, столь сильно сдавливал их воздух. «Но стоило поворотом крана открыть свободный доступ воздуху, и полушария легко было разнять руками», — сообщает далее фон Герике. Нелишне будет напомнить, что железнодорожные вагоны имеют массу в пределах 20–22 т. То есть давление воздуха приближенно равнялось весу вагона.
От лошадей требовалась задача, равная перемещению вагона, не поставленного на рельсы. И неудивительно, поскольку величина давления, приходившегося на каждое полушарие, насчитывала 1 т! Кто-то может возразить, что лошадь способна везти тонну. Это верное замечание, вот только лошадь везет ее на телеге. Магдебургские полушария являлись телегой без колес. От этого масса «воздушного груза» составила свыше 20 т. Чтобы разорвать полушария, потребовалось бы употребить силу 26 лошадей вместо 16.
Строго говоря, полного вакуума внутри полушарий никогда не было. Получить глубокий вакуум и сегодня технически нереально, в XVII в. же это была неосуществимая задача. Поэтому сжимало полушария не атмосферное давление, а разница давлений — атмосферного и сверхнизкого внутреннего. Следует оговориться и касательно другого момента. Использовать 26 лошадей для разрыва полушарий вовсе не обязательно. Роль второй упряжки опять-таки вполне может сыграть прочная каменная стена.
Это прекрасно понимал, видимо, и автор эксперимента фон Герике. Достаточно сказать, что в последующих Магдебургеких опытах мы уже не встречаем никаких двойных упряжек. Герике разрывал полушария грузами и прочими способами. Например, он подвешивал полушария на крюк и прикреплял к нижнему платформу, на которую накладывал грузы.
Видоизмененный вариант полушарий Герике представляют собой присоски, которыми обязательно пользуются грабители и шпионы экстра-класса в кинофильмах. Посредством таких присосок человек якобы обретает возможность передвигаться по стенам. Создатели кинопродукции никого не обманывают. Присоски действительно способны удержать человека, поскольку из-под них выкачивается воздух. Резина плотно прилегает к поверхности стены, а ничтожно низкое давление скудной воздушной прослойки не может скомпенсировать давления воздуха.
Площадь одной такой присоски равняется 70 000 мм2. Это означает, что устройство способно выдержать вес до 700 тыс. г, или 700 кг! Поскольку глубокого вакуума создать такая присоска не может, ее сила значительно меньше. И тем не менее очевидно, что человек в состоянии удержаться всего на одной присоске. Ловкие режиссеры показывают гораздо более захватывающие сцены с использованием присосок. Например, когда человек срывается со стены или с крыши скоростного поезда, и от смерти его спасает только присоска. Корректны ли эти сцены с точки зрения физика? Вполне! Падение со стены в изображаемых сценах занимает по времени около 3 с. За это время человек под действием ускорения утяжеляется до 235 кг. Именно такая нагрузка приходится на присоску. Даже если падение будет длиться 5–6 с, присоска все равно исправно выполнит свою задачу.
Падение со скоростного поезда длится примерно 1 с (на самом деле сцена занимает несколько меньше времени). Вес человека увеличивается за счет сил инерции, сообщающих ему ускорение 28 м/с2. Нетрудно подсчитать, что среднего роста и телосложения мужчина в такой момент будет оказывать на присоску нагрузку в 2240 Н (ньютонов), что соответствует в нормальных условиях весу 224 кг. Это приближенно равно 3-кратной перегрузке, которую легко выдерживает тренированный человек. Присоска опять-таки справляется с поставленной перед ней задачей.
Между прочим, именно присоски больше всего убеждают в том, что давление воздуха направлено равномерно во все стороны. Ведь с их помощью киногерои двигаются по вертикальным поверхностям и потолкам, следовательно, воздух одинаково давит и вбок, и даже вверх.
В заключение этого разговора следует рассказать о вакууме. Аристотель верил, что пустоты не существует, и до известной степени был прав. Неужели Торричелли ошибался и все его старания опровергнуть точку зрения античного философа были пустой тратой времени и принесли вред науке? Отнюдь. Так рассуждать нельзя. В свое время Аристотель спорил с Платоном, Галилей спорил с Аристотелем, Пуанкаре объявил, что Земля не вращается, и тем самым опроверг Галилея.
И тем не менее каждый из этих мыслителей и ученых был по-своему прав, поскольку изучал законы мира с новой позиции. Судить этот вечный спор нельзя, поскольку в нем нет неправой стороны. Галилей не поддерживал Платона, когда опроверг физику Аристотеля. Пуанкаре не восстанавливал авторитет Стагирита, когда оспаривал великого итальянца. Так склонны думать лишь люди с плоским мышлением, тщетно пытающиеся «навести порядок в науке».
Пустота есть, и одновременно ее нет. В мире нет абсолютной пустоты, однако есть та пустота, против которой восстал Аристотель. Вакуум представляет собой особое состояние материи, обладающее минимальной энергией. Оно почти свободно от частиц вещества, но насыщено физическими полями и различными волнами. Из энергии полей и волн способны возникать виртуальные частицы, которые при подходящих условиях «материализуются» — становятся реальными. Вакуум не терпит пустоты и сам порождает вещество.
Физический вакуум, как видно, не является абсолютной пустотой. В еще меньшей степени ей является космический вакуум. В мировом пространстве рассеяно колоссальное количество вещества — межзвездного газа и пыли. Плотность этого газа ничтожна, однако на каждый 1 см3 самого глубокого вакуума в среднем приходится 1 атом вещества. Если бы человек обладал способностью двигаться с околосветовой скоростью, то на собственном опыте убедился бы в насыщенности космоса газо-пылевым веществом.
Если воздух на Земле оказывает сопротивление летящему снаряду, то в межзвездном пространстве сильно разреженный газ будет противодействовать полету космонавтов. Астрономы не раз наблюдали объекты, которые движутся со скоростью, близкой к световой. Это газовые струи, извергаемые некоторыми галактиками. На первый взгляд, газ в вакууме не должен встречать никакого сопротивления. Поскольку же скорость струй чудовищно велика, то для них межзвездная среда уплотняется и превращается в серьезную преграду. Поэтому астрономы наблюдают неизбежное торможение галактических выбросов.
Но скорость планет, обращающихся вокруг звезд, невероятно низка. Скорость движения самих звезд также ничтожна в сравнении со световой. Наиболее быстрая планета Солнечной системы Меркурий движется вокруг Солнца со скоростью 0,00016с, где с — скорость света (300 000 км/с). Скорость самого Солнца равна 0,0008с, т. е. всего лишь в 5 раз больше. Сопротивление заполняющего космический вакуум газа для планет и звезд исчезающе мало. Эти тела движутся в пустоте.
Барометр и прочие изобретения
Первый барометр был создан, как ни странно, 2000 лет тому назад великим механиком античности Героном Александрийским. Изобретенное греком устройство правильнее называть бароскопом, однако использовалось оно в качестве термоскопа. То есть прибором измеряли не давление воздуха, но его температуру. Термоскоп Герона описан ниже, в разделе, посвященном температуре и изобретению термометров.
Настоящий бароскоп, использовавшийся по прямому назначению, создал Э. Торричелли. Торричеллиева трубка, заполненная ртутью, как раз и представляет собой этот бароскоп. Устройство является предшественником нынешних ртутных барометров. Показания трубки выражались в единицах, понятных любому современному человеку, а это большая редкость для науки и техники.
Обычно история отметает старые меры и приборы, заменяя их более удобными и улучшенными аналогами. Достаточно напомнить, что сегодня не применяются древнейшие мерные инструменты и единицы для измерения длины, хотя эта физическая величина наиболее проста. Атмосферному давлению повезло больше. Его сразу стали измерять посредством прибора, который не претерпел со временем принципиальных изменений. Единица измерения также сохранилась и почти повсеместно используется, лишь в ряде наук она вытеснена другими.
Сегодня созданы водные, ртутные и многие другие типы барометров. Барометры для измерения атмосферного давления, имеющиеся почти в каждом доме, обычно не являются ртутными. Они принадлежат к семейству анероидов. Барометр-анероид внешне напоминает часы: он круглый и снабжен стрелками. Одна стрелка установочная, она выставляется владельцем барометра и показывает изначальное значение давления. Вторая стрелка рабочая, она отклоняется при изменении давления.
