Текст
Л. Пфаундлер
ФИЗИКА
ОБЫДЕННОЙ
ЖИЗНИ
ШЕДЕВРЫ
1 НАУЧНО-ПОП
ЛИТЕРАТУРЫ
Выпуск • 115
ирзз
ФИЗИКА
Отсканировано
Химия и Химики
"Химия и Химики - журнал Химиков-Энтузиастов"
Ыір://сЬеті5Ігу-сЬеті$І5.сот
Литература и статьи по химии, физике, астрономии, биологии,
а так же медицине и другим наукам
Вы можете поддержать проект материально, совершив
пожертвование на любой из этих ѴѴеЫѴІопеу кошельков:
2417794846593
8424729528665
0193348891846
Е351595670732
Или подписавшись на наш канал:
біірз://ѵѵѵѵѵѵ.уоиіибе.сот/сІіаппеІ/иСО2/Птд\/93(382ихХТСйб8сА
Здесь вы найдете много видео экспериментов по химии,
физике, биологии: как новые, так и уже опубликованные
в журнале!
НАУКУ —ВСЕМ!
Шедевры научно-популярной литературы (физика). № 115
Іеороісі РТаипсІІег
ОІЕ РНУ8ІК ЭЕ8 ТАѲЫСНЕМ ІЕВЕЫ8
Л. Пфаундлер
ФИЗИКА
ОБЫДЕННОЙ ЖИЗНИ
Перевод с немецкого
Г. А. Котляра
Под редакцией и с предисловием
профессора
Н. А. Гезехуса
Издание второе
□РЗЗ
МОСКВА
ББК 22.3о 24о 72.3
Пфаундлер Леопольд
Физика обыденной жизни: Пер. с нем. / Под ред. и с предисл.
Н. А. Гезехуса. Изд. 2-е. — М.: ЛЕНАНД, 2016. — 536 с. (НАУКУ —
ВСЕМ! Шедевры научно-популярной литературы (физика). № 115.)
Вниманию читателя предлагается книга австрийского физика Леопольда
Пфаундлера, цель которой — изложить в наиболее общепонятной форме фи-
зические явления нашей обыденной жизни. Читателю книги, по замыслу авто-
ра, придется мысленно отправляться на всевозможные прогулки и самому
повторить многие опыты, которые легко будет проделать самыми простыми,
имеющимися под рукой средствами. При этом от читателя не будет требовать-
ся почти никаких предварительных знаний, кроме некоторых начатков геомет-
рии и алгебры. Ему нужно будет только одно — смотреть на окружающий мир
открытыми глазами и с полным вниманием.
Книга адресована самому широкому кругу любителей занимательной фи-
зики; она будет полезна учителям, руководителям физических кружков, любо-
знательным школьникам.
ООО «ЛЕНАНД». 117312, г. Москва, пр-т Шестидесятилетия Октября, д. 1 ІА, стр. 11.
Формат 60*90/16. Печ. л. 33,5. Зак. №1038.
Отпечатано в ООО «Издательство Зауралье». 640022, г. Курган, ул. К. Маркса, 106.
І8ВН 978-5-9710-2697-6
© Г. А. Котляр, 1906, 2015
© ЛЕНАНД, оформление, 2015
НАУЧНАЯ И УЧЕБНАЯ ЛИТЕРАТУРА
“р Е-таіІ: иН88@иН88.ги
икх Каталог изданий в Интернета:
чг Іійр://1)К88.ги
Тел./факс (многоканальный):
ІІА88 + 7 (499) 724 25 45
СОДЕРЖАНІЕ
Стр.
ПРЕДИСЛОВІЕ ................................................ X
ПРЕДИСЛОВІЕ РЕДАКТОРА
РУССКАГО ПЕРЕВОДА.........................................XIII
1 лекція. Наши чувственныя воспріятія. Дѣйствительный міръ и
міръ явленій. Раздѣленіе естественныхъ наукъ. Задачи
химіи и физики............................................. 1
2 лекція. Существенныя свойства тѣлъ. Заполненіе простран-
ства. Мѣра длпвы. Градусныя измѣренія. Мѣра объема.
Масса. Вѣсъ. Мѣра времени........................ 6
3 лекція. Удѣльный вѣсъ твердыхъ и жидкихъ тѣлъ и способы
его намѣренія............................................. 11
4 лекція. Случайныя свойства тѣлъ. Аггрегатныя состоянія.
Упругость. Растяжимость. Твердость. Пластичность.
Хрупкость. Крѣпость. Вліяніе температуры. Свойства
желѣза и стали: закаливаніе и отпусканіе.................. 16
5 лекція. Скорость. Равномѣрное движеніе. Сила. Инерція. Не-
равномѣрное (ускоренное или замедленное) движеніе.
Ускореніе. Равномѣрно ускоренное и неравномѣрно
ускоренное движеніе....................................... 22
6 лекція. Законы свободнаго паденія тѣлъ. Отношеніе между си-
лой, массой и ускореніемъ. Движеніе по наклонной
плоскости. ......................... 29
7 лекція. Криволинейное движеніе. Движеніе маятника. Часы съ
маятникомъ................................................ 36
8 л ек ці я. Сложеніе силъ. Параллелограммъ силъ. Разложеніе
силъ. Руль и парусъ. Работа веселъ. Движеніе рыбьяго
хвоста. Плаваніе змѣй и лягушекъ.......................... 41
9 лекція. Сложеніе неоднородныхъ силъ. Метаніе тѣла въ гори-
зонтальномъ, косомъ и вертикальномъ направленіи.
Сложеніе поступательнаго и вращательнаго движенія
Игра на билліардѣ. Обратное движеніе упругихъ ша-
ровъ...................................................... 50
10 лекція. Сложеніе силъ, дѣйствующихъ на тѣло въ различныхъ
точкахъ. Моментъ вращенія. Рычагъ. Центръ тяжести.
Устойчивое, неустойчивое и безразличное равновѣсіе
тѣла. Устойчивость: карданское подвѣшиваніе. . . . 57
11 лекція. Вѣсы, ихъ устройствоп чувствительность. Безменъ, де-
сятичные п пружинные вѣсы................................. 66
12 лекція. Центробѣжная сила и результаты ея дѣйствія. ... 72
— IV —
Стр.
13 лекція. Понятіе работы. Виды работы. Работа подъема и ра-
бота напряженія. Движеніе вверхъ по наклонной пло-
скости. Работа не зависима отъ времени. Работа въ
секунду или эффектъ. Неразрушимость работы. ... 78
14 лек.ція. Работа тренія п коэффиціентъ тренія. Движеніе по на-
клонной плоскости при существованіи тренія .... 86
15 лекція. Живая работа и ея вычисленіе. Превращеніе одного
вида работы въ другой. Примѣрные разсчеты работы. . 90
16 лекція. Ударъ упругихъ и нѳупругихъ тѣлъ. Потеря работы.
Машина для вбиванія свай, работа молота. Количе-
ство движенія, импульсъ силы. Примѣры.......................... 97
17 лекція. Простыя машины: рычагъ, подвижный и неподвижный
блокъ, воротъ, наклонная плоскость, клинъ, винтъ. . 102
18 лекція. Сложныя машины. Ихъ задача и общій принципъ.
Регреіиит тоЪіІе...............................................112
19 лекція. Свойства жидкостей. Форма ихъ поверхности. Поверх-
ностное натяженіе и краевой уголъ. Распространеніе
давленія по всѣмъ направленіямъ. Гидравлическій
прессъ и его примѣненія....................................... 117
20 лекція. Законъ сообщающихся сосудовъ. Исключеніе изъ этого
закона въ случаѣ узкихъ сосудовъ. Явленія капилляр-
ности. Распространеніе одной жидкости на поверхно-
сти другой. Заковъ давленія жидкости на дно сосуда.
Гидростатическіе парадоксы. Прессъ Реаля. Давленіе
жидкости на боковыя стѣнки сосуда..............................125
21 лекція. Законъ Архимеда. Плаваніе и пареніе. Картезіанскій
водолазъ. Устойчивое, неустойчивое и безразличное
плаваніе. Условія устойчиваго плаванія. Метацентръ.
Грузоподъемная способность кораблей............................132
22 лекція. Опредѣленіе удѣльнаго вѣса съ помощью гидростати-
ческихъ вѣсовъ. Ареометры, денсиметръ, спиртомѣръ,
лактоденспметръ................................................139
23 лекція. Фонтаны. Артезіанскіе колодцы. Водявые двигатели:
подливное колесо, колесо Понселя, полуналивное и на-
ливное колесо, Пельтопово колесо. Тангенціальныя ко-
леса: Сѳгнера, Альтанса, Уитлоу. Турбины: Фурней-
рона и Геншеля-Жонваля. Водомѣръ. Давленіе воды
въ водопроводахъ. Гидравлическій таранъ........................145
24 лекція. Морскія волны. Подводныя волны. Приливы и огливы 155
25 лекція. Особыя свойства воды. Составъ воды. Вода осадковъ,
ключей и источниковъ и подземная вода. Качества
хорошей питьевой воды, ея очищеніе и охлажденіе.
Жесткая, минеральная, рѣчная и морская вода. . . 158
26 лекція. Вѣсъ воздуха и другихъ газовъ........................166
27 лекція. Опытъ Торичелли. Воздушное давленіе. Барометры
различныхъ системъ. Анероиды. Пользованіе бароме-
— у —
Стр.
тромъ для опредѣленія высотъ мѣста и предсказанія
погоды............................................. 172
28 лекція. Законъ Бойль-Маріотта. Манометръ, ливеръ и сход-
ные съ нимъ аппараты. Сосудъ Маріотга Перемежаю-
щійся фонтанъ...................................................180
29 лекція. Сифонъ, сифонъ для ядовъ, уравновѣшивающій си-
фонъ, автоматическій сифонъ, бокалъ умѣренности,
Танталовъ бокалъ; періодическіе источники; шприцъ,
Героновъ шаръ и Героновъ фонтанъ; круговой сифонъ. 188
30 лекція. Водяные, всасывающіе и нагнетательные насосы. По-
жарная труба. Медицинскій шприцъ. Воздушный на-
сосъ. Цилиндрическіе, раздувальные, каучуковые и во-
дяные мѣхи. Центробѣжный мѣхъ и центробѣжный
насосъ......................................................... 197
31 л е к ці я. Духовая трубка. Духовое ружье. Пневматическая
почта. Атмосферная желѣзная дорога. Сверлильныя ма-
шины. Водолазный колоколъ. Газометръ. Газовые часы.
Аэростатическіе парадоксы. Пульверизаторъ. Инжек-
торъ............................................................209
32 лекція. Движущая сила вѣтра. Нѣмецкія, голландскія п аме-
риканскія вѣтряныя мельницы. Направленіе, сила и
скорость вѣтра. Флюгеръ Вильда. Робннзоновы кресто-
вины. Анемометръ:...............................................281
33 лекція. Вентиляторы, волчки, летающіе змѣи, летательныя ма-
шины, полетъ птицъ, шутпхи, огненныя колеса и ра-
кеты........................................................... 224
34 лекція. Воздушные шары. Системы нхъ устройства. Монголь-
фьеръ и Шарль. Несвободные воздушные шары. Опа-
сности воздухоплаванія. Примѣненія воздухоплаванія. 231
35 лекція. Атмосферный воздухъ. Его нормальный составъ. Хоро-
шій и дурной воздухъ. Необходимость вентиляціи.
Окись углерода и предосторожности противъ этого
вреднаго газа. Вліяніе разрѣженнаго и сгущеннаго
воздуха на организмъ живыхъ существъ. Горная и кес-
сонная болѣзнь. Ппевматическія камеры .... 237
36 лекція. Температура. Ртутный термометръ. Максимальный и
минимальный термометръ. Врачебный термометръ. . 243
37 лекція. Линейное п кубическое расширеніе твердыхъ тѣлъ.
Коэффиціентъ расширенія. Практическія примѣненія. 249
38 лекція. Расширеніе жидкостей. Особенности расширенія воды
и вызываемыя ими теченія. Водяное отопленіе. . . 255
39 лекція. Расширеніе газовъ. Абсолютный нуль. Двигатели съ
нагрѣтымъ воздухомъ.............................................259
40 лекція. Теченія, ьызвапныя расширеніемъ воздуха. Отопленіе
нагрѣтымъ воздухомъ. Движеніе воздуха въ печныхъ
трубахъ. Вѣтры..................................................264
41 лекція. Понятіе количества теплоты. Единица теплоты или ка-
— VI —
Стр.
лорія. Теплоемкость или удѣльная теплота. Практиче-
скія примѣненія..................................... 268
лекція. Перемѣны аггрегатнаго состоянія тѣлъ. Плавленіе.
Скрытая теплота плавленія. Отвердѣваніе. Кристалли-
зація. Согрѣвающіе аппараты. Переохлажденіе. . . 273
лекція. Растворы. Растворимость. Насыщенные растворы. Охла-
дительныя смѣси. Искусственный ледъ. Приборы для
приготовлевія мороженаго. Приготовленіе льда. До-
быча соли.................................................... 278
лекція. Испареніе. Кипѣніе. Точка кипѣнія. «Само-варъ>. Во-
дяная баня. Зависимость точки кипѣнія отъ давленія.
Сосуды съ разрѣженнымъ воздухомъ. Папиновъ ко-
телъ. Скрытая теплота испаренія. Дистилляція. 283
лекція. Законы насыщенныхъ и перегрѣтыхъ паровъ. Сжиже-
ніе газовъ. Жидкій воздухъ..........................289
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
лекція. Влажность. Абсолютная и относительная влажность.
Точка росы. Гигрометръ. Психрометръ. Практическія
гигіеническія правила относительно влажности воз-
духа. Гигроскопъ. Метеорологическіе домики. . . 296
лекція. Атмосферные осадки. Роса, пней, изморозь, туманъ,
облако. Различныя формы облаковъ. Измѣренія коли-
чества дождя. Дождемѣръ. Проливной дождь. Ливень.
Снѣгъ. Снѣжпые кристаллы. Фирнъ. Крупа. Градъ. 302
лекція. Паровая машина. Паровикъ. Предохранительный кла-
панъ. Водоуказательная трубка. Манометръ. Цилиндръ.
Пароопредѣлптельная коробка. Регуляторъ. Маховое
колесо. Конденсаторъ. Машина низкаго давленія и ма-
шина высокаго давленія. Мишины съ расширеніемъ.
Компаупдъ-машина. Морскія машины. Локомотивы.
Локомобили. Индикаторная рабоіа и эффективная ра-
бота. Зажимъ Пронн. ...............................316
лекція. Теплота сгоранія. Горючія вещества и развиваемая
ими теплота. Вуизенова горѣлка. Печка, отапливаемая
газомъ. Паяльная ламаа. Спиртовая лампа. Недостатки
и преимущества печей различныхъ конструкцій. Мѣры
предупрежденія пожаровъ. Калориметрическій и пиро-
метрическій эффектъ. Способы тушенія пожаровъ. 319
лекція. Образованіе теплоты треніемъ, ударомъ или давле-
ніемъ. Образованіе холода расширеніемъ. Механическій
эквивалентъ теплоты. Понятіе энергія. I. Законъ энер-
гетики: законъ сохраненія энергіи. II. Законъ энерге-
тики; превращеніе одного вида эвергіп въ другой. . 328
лекція. Распространеніе теплоты путемъ проводимости. Тепло-
проводность различныхъ тѣлъ. Хорошіе и дурные
проводники. Практическія примѣненія: огнеупорныя
кассы, цѣлесообразныя платья. Металлическія сѣтки.
Предохранительная лампа Дэви. Опыты................333
— VII —
Стр.
52 лекція. Распространеніе теплоты лучеиспусканіемъ. Отношеніе
между тепловыми п свѣтовыми лучами. Темные тепло-
вые лучи. Ихъ отраженіе и поглощеніе. Теплопрозрач-
ныя и нетеплопрозрачвыя тѣла. Оранжереи. Телопро-
зрачпость льда, воды и водяныхъ паровъ. Солнечная
энергія, количество ея, испускаемое на землю, и ея зна-
ченіе въ жизни растеній и животныхъ. Круговоротъ
веществъ. Теплота, поглощаемая человѣкомъ. ... 338
53 лекція. Звукъ. Скорость распространенія его въ воздухѣ, жид-
костяхъ и твердыхъ тѣлахъ. Звуковыя волны. Хорошіе
и дурные проводники звука. Отраженіе звука. Эхо.
Измѣреніе разстоянія по звуку......................344
54 лекція. Отраженіе звука въ закрытыхъ помѣщеніяхъ. Хорошая
и дурная акустика. Способы улучшить акустику. Го
ворная трубка и слуховая трубка................................349
55 лекція. Толы. Происхожденіе тоновъ. Высота и сила тоновъ.
Число колебаній. Сирена. Зависимость музыкальныхъ
скалъ отъ отношенія между числами колебаній ихъ то-
новъ. Гаммы. Аккорды...............................353
56 л е к ц і я. Поперечныя и продольныя волны. Отношеніе ихъ другъ
къ другу. Узлы, пучности, сгущенія и разрѣженія.
Связь между длиной волны, числомъ колебаній и ско-
ростью звука. Стоячія волны. Резонансъ.............359
57 л е к ція. Музыкальные инструменты. Струнные инструменты.
Обертоны. Музыкальные ящики. Камертонъ. Духовые
инструменты. Органные трубы, трубы съ языкомъ,
фисгармонія. Человѣческій органъ звука.............364
58 лекція. Звуки. Резонаторы. Обертоны. Анализъ гласныхъ зву-
ковъ. Фонографъ Эдисона............................371
59 лекція. Органъ слуха и его строеніе. Предѣлы его функціо-
нальной способности. Одновременныя звуковыя впеча-
тлѣнія. Зависимость высоты тона оть движенія источ-
ника звука. Принципъ Допплера. Наблюденіе звуко-
выхъ тѣней и отраженныхъ звуковъ............................. 376
60 лекція. Источникъ свѣта. Единица силы свѣта. Уменьшеніе
силы свѣта съ увеличеніемъ разстоянія. Измѣреніе
силы свѣта (фотометрія). Зависимость силы свѣта отъ
угла паденія свѣтовыхъ лучей. Самое выгодное поло-
женіе источника свѣта. Волнообразное распространеніе
свѣта. Скорость распространенія свѣта. Звѣздное небо,
какъ картина разновременныхъ объектовъ, являю-
щихся намъ одновременно.......................................381
61 лекція. Отраженіе свѣта. Правильное и разсѣянное отраженіе.
Отраженіе въ зеркалѣ. Законъ отраженія въ плоскомъ
зеркалѣ. Мнимое изображеніе. Зеркало съ амальгамой,
его испытаніе и обращеніе съ нимъ. Отраженіе въ
параллельныхъ зеркалахъ. Отраженіе въ зеркалахъ,
—VIII—
Стр.
наклоненныхъ подъ угломъ. Калейдоскопъ, тайный гла-
зокъ, магическая трубка, аппаратъ для черченія, пред-
ставленіе призраковъ, геліостатъ, секстантъ. . . . 387
62 лекція. Вогнутое зеркало, его фокусъ, дѣйствительныя и мни-
мыя изображенія. Примѣненіе вогнутаго зеркала въ
качествѣ рефлектора и для полученія различныхъ вол-
шебныхъ фокусовъ. Выпуклое зеркало м его мнимыя
изображенія. Зеркало для рисованія.............................395
63 л е к ц і я. Скорость распространенія и длина волны свѣта въ
воздухѣ, водѣ и стеклѣ. Теорія волнообразнаго движе-
нія свѣта Гьюгенса. Объясненіе этой теоріей явленій
отраженія н преломленія свѣта. Показатель преломле-
нія. Построеніе преломленнаго луча. Полное отраженіе.
Камера-люцида. Свѣтящіеся фонтаны. Мнимая высота
положенія предмета въ водѣ, обусловленная преломле-
ніемъ лучей въ водѣ............................................400
64 лекція. Ходъ свѣтовыхъ лучей черезъ призму. Основной опытъ
Пью гопа. Спектръ. Сложеніе и разложеніе бѣлаго
свѣта. Дополнительные цвѣта. Ахроматическія и раз-
сѣивающія призмы. Спектроскопы. Принципы спек-
тральнаго анализа..............................................409
65 лекція. Чечевицы и роды.ихъ. Собирающія чечевицы, ихъ фо-
кусное разстояніе, діоптрія н изображенія: примѣненія
собирательныхъ чечевпцъ. Разсѣивающія чечевицы и
ихъ изображенія Комби опція чечевицъ. Ахроматиче-
скія чечевицы................................................. 416
66 лекція. Оптическіе ипструмепты. Галилеева зрительная труба
(бинокль). Астрономическая зрительная Кепплѳра. Зем-
ная зрительная труба. Увеличительныя стекла. Лупы.
Сложный микроскопъ. Системы иммерсіи. Примѣне-
нія микроскопа............................................... 423
67 л е к ц і я. Камера-обскура. Фотографическая камера. Дагерро-
типъ. Современная фотографія. Приготовленіе нега-
тива и позитива. Пигментный способъ. Портретный
объективъ Пецваля. Апланатъ Штейнгейля. Волшеб-
ный фонарь. Проэкціонный аппаратъ. Чудесная ка-
мера или эпископъ..............................................431
68 л е к ц і я. Глазъ. Его строеніе. Аккомодація. Близорукость, и
дальнозоркость. Очки. Астигматизмъ. Обратное изобра-
женіе на сѣтчаткѣ и его значеніе................................439
69 лекція. Цвѣта. Раздѣленіе ихъ. Насыщенные, ненасыщенные
и преломленные цвѣта. Условія, отъ которыхъ зави-
ситъ цвѣтъ тѣлъ. Смѣшеніе цвѣтовъ и красящихъ ве-
ществъ. Субъективные цвѣта. Явленія контраста. Прак-
тическіе выводы.................................................443
70 лекція. Атмосферныя свѣтовыя явленія. Радуга. Отраженіе ра-
— IX —
Стр.
дуги. Круги вокругъ луны и солнца. Ложныя солнца.
Голубой цвѣтъ неба. Утренняя и вечерняя заря. . . 450
71 л е к ц і я. Основные опыты съ магнитами. Склоненіе. Изогоны.
Буссоль. Компасъ. Магнитныя силовыя линіи. . . 458
72 лекція. Электричество. Основные опыты. Электроскопъ. Поло-
жительное и отрицательное электричество. Провод-
ники электричества и изоляторы. Электризованіе сооб-
щеніемъ и раздѣленіемъ электричества. Конденсаторы.
Электрическая искра. Дѣйствіе острія. Плотность, на-
пряженіе, электроемкость и количество электричества. 465
73 лекція. Гроза. Молнія. Опасность отъ удара молніи. Предо-
хранительныя мѣры для защиты отъ этой опасности.
Громоотводъ. Смерть отъ удара молніи.........................473
74 лекція. Вольтовъ элементъ. Электродвилательная сила. Элек-
трическій токъ. Постоянные элементы. Амперъ, вольтъ
и омъ. Заковъ Ома............................................477
75 лекція. Химическія дѣйствія тока. Электролизъ. Гальванопла-
стика. Гальванизація. Магнитныя дѣйствія тока. Элек-
тромагниты. Гальванометръ. Аппараты для измѣренія
сопротивленія тока. Электромагнитный телеграфъ. . 482
76 лекція. Тепловыя и свѣтовыя дѣйствія электрическаго тока.
Законъ Джуля. Вольтамперъ или уаттъ, какъ мѣра
электрической энергіи. Электрическое отопленіе. Элек-
трическія лампы съ накаливаніемъ. Вольтова дуга.
Опасности электрическаго освѣщенія...............489
77 лекція. Магнитная индукція. Машина Пачинотги-Грамма. Ди-
намоэлектрическій принципъ. Машина Гефнеръ-Аль-
тенека. Значеніе динамомашины............................... 496
78 лекція. Закопъ Ленца. Динамомашпна, какъ двигатель. Элек-
трическая передача силы. Электрическій трамвай. Те-
лефонъ. Электрическій токъ на службѣ человѣчества. 504
79 лекція. Обзоръ формъ энергіи. Сведеніе ихъ къ энергіи
солнечныхъ лучей. Круговоротъ веществъ въ жизни
растеній и животныхъ. Заключеніе.............................509
ИМЕННОЙ И ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ..............................515
ПРЕДИСЛОВІЕ
Нѣтъ никакого сомнѣнія, что прогрессъ человѣчества въ
новое время покоится главнымъ образомъ на развитіи есте-
ственныхъ наукъ. Этотъ фактъ доказывается двоякаго рода
явленіями нашей жизни.
Во-первыхъ, очевидно для всякаго, что съ болѣе точ-
нымъ знаніемъ законовъ природы человѣкъ все болѣе и бо-
лѣе становится способнымъ властвовать надъ природой,
пользоваться ея силами для улучшенія условія своего су-
ществованія. Это сознаніе привело къ блестящему развитію
паукъ, и успѣхи этого развитія такъ велики, такъ бросаются
въ глаза, что намъ нѣтъ никакой надобности ближе оста-
навливаться на значеніи этого факта. Менѣе бросается въ
глаза и менѣе общепризнанъ тотъ прогрессъ, который со-
вершилси во всей нашей духовной жизни, благодаря на-
шему мышленію, дисциплинированному развитіемъ есте-
ственныхъ наукъ. Въ этомъ отношеніи необходимо расши-
рить тѣ требованія, которыя мы предъявляемъ общему об-
разованію. Не подлежитъ сомнѣнію, что гуманистическое
образованіе въ высшей степени важно, даже необходимо, но
плохо то, что и въ настоящее время оно въ довольно ши-
рокихъ кругахъ продолжаетъ считаться достаточнымъ и
даже единственно важнымъ. Если человѣкъ никогда не чи-
талъ Иліады, не переводилъ Цезаря, мы называемъ его не-
образованнымъ, но мы легко прощаемъ ему, если онъ не
знаетъ ничего о составѣ воды или воздуха или сохраненіи
энергіи.
Правда, въ нашихъ среднихъ школахъ преподается и
химія, и физика, но при всемъ томъ не рѣдкость встѣтить
академически образованныхъ людей, приходящихъ въ сму-
щеніе, когда имъ приходится объяснить какой нибудь про-
стѣйшій процессъ повседневной нашей жизни. Еще хуже,
конечно, обстоитъ дѣло съ тѣми людьми, къ сожалѣнію
очень многими, которые не получили никакого—ни класси-
ческаго, ни реальнаго — образованія. Сколько людей среди
купцовъ, ремесленниковъ или рабочихъ не имѣетъ почти
никакихъ знаній о явленіяхъ природы — знаній, которыя
могли бы быть для нихъ очень полезными!
Женской половинѣ человѣчества почти совершенно пре-
— XI —
гражденъ путь къ пріобрѣтенію основательныхъ естественно-
научныхъ познаній, а между тѣмъ такія знанія были бы
весьма полезны хозяйкѣ и матери въ кухнѣ, погребѣ и дѣт-
ской, такъ какъ безъ нихъ цѣлесообразное и удовлетворяю-
щее требованіямъ гигіены веденіе хозяйства невозможно.
Преподаваніе же этихъ предметовъ въ женскихъ школахъ,
къ сожалѣнію, слиткомъ часто сводится къ внѣшнему за-
учиванію, а не приводится въ связь съ явленіями обыден-
ной жизни, и нѣтъ ничего удивительнаго въ томъ, что ре-
зультатомъ этого преподаванія является не мудрость жизни,
а школьная мудрость.
Мы не хотимъ этимъ сдѣлать какого нибудь упрека на-
шимъ школамъ и, въ особенности, нашимъ учителямъ. Въ
большинствѣ случаевъ они, безъ сомнѣнія, дѣлаютъ все,
что при данныхъ условіяхъ они могутъ сдѣлать. Но, чтобы
достичь лучшихъ результатовъ, учитель долженъ послѣ
уроковъ отправиться со своими учениками на широкую
арену жизни, чтобы на явленіяхъ живой природы, на фаб-
рикахъ и заводахъ, показать и доказать, какъ изученное,
такъ и подлежащее еще изученію. Бываетъ и такъ, что че-
ловѣкъ, пораженный успѣхомъ естественныхъ наукъ и дви-
жимый живѣйшей любознательностью, начинаетъ ощущать
потребность въ этихъ знаніяхъ, но, не будучи въ состояніи
по тѣмъ или другимъ причинамъ посѣщать соотвѣтствую-
щую школу, онъ берется за какой-нибудь учебникъ физики,
чтобы самостоятельнымъ изученіемъ пополнить пробѣлы
своего образованія. Но этотъ путь лишь очень рѣдко и съ
большимъ трудомъ ведетъ къ намѣченной цѣли. И это
вполнѣ понятно. Вѣдь физика есть наука, которая все свое
содержаніе черпаетъ изъ опыта; поэтому и изученіе ея мо-
жетъ быть успѣшно только тогда, когда оно совершается
въ связи съ этимъ опытомъ, т. е. въ связи съ прямыми
наблюденіями такъ называемыхъ физическихъ явленій и
опытами надъ ними. Большинство же учебниковъ физики
представляютъ собою лишь руководства, которыя должны
служить основой преподаванія учителя—преподаванія, кото-
рое послѣдній дѣлаетъ живымъ лишь своимъ словомъ и
опытами. Само собою разумѣется, что физическая лаборато-
рія современныхъ высшихъ учебныхъ заведеній съ ихъ
многочисленными аппаратами и другими новѣйшими сред-
ствами для воспроизведенія подлежащихъ изученію явле-
ній навсегда останется лучшимъ мѣстомъ для изученія фи-
зики. Но и обыденная наша жизнь въ городѣ и деревнѣ,
въ домѣ и на лонѣ природы, въ кухнѣ и во всевозможныхъ
мастерскихъ представляетъ внимательному и мыслящему
наблюдателю такое множество поучительныхъ въ этомъ от-
ношеніи явленій, что не исключена возможность подъ ру-
ководствомъ свѣдущаго учителя и на этой почвѣ пріобрѣсти
- XII —
познанія въ физикѣ, по крайней мѣрѣ въ томъ объемѣ,
который является необходимымъ для всякаго образованнаго
человѣка.
Вотъ тѣ соображенія, которыми руководился авторъ пред-
лагаемой книги, когда поставилъ себѣ задачу изложить въ
возможно болѣе общепонятной формѣ физическія явленія
нашей обыденной жизни. Ясно, что эта книга не можетъ
замѣнить основательнаго преподаванія въ лабораторіи—что
является дѣломъ совершенно невозможнымъ, — а должна
лишь служить суррогатомъ, необходимой замѣной для тѣхъ,
которымъ такое преподаваніе недоступно.
Читателю, желающему заняться такимъ изученіемъ фи-
зическихъ явленій, придется мысленно отправляться съ нами
на всевозможныя прогулки, придется самому повторять
многіе опыты, которые легко будетъ продѣлать самыми про-
стыми, имѣющимися подъ рукой средствами, и повторять
данныя въ примѣрахъ вычисленія. Мы не требуемъ отъ
него почти никакихъ предварительныхъ знаній, кромѣ нѣ-
которыхъ начатковъ геометріи и алгебры. Впрочемъ, вычи-
сленія будутъ сопровождаться такими объясненіями, что
они будутъ понятны и тѣмъ, которые и этихъ свѣдѣній не
имѣютъ. Требуемъ же мы отъ читателя одного: чтобы онъ
смотрѣлъ на окружающій его міръ съ открытыми глазами
и съ полнымъ вниманіемъ. Только въ такомъ случаѣ мы
можемъ надѣяться на то, что онъ самъ сможетъ объяснить
себѣ такія явленія, которыя въ нашихъ примѣрахъ затро-
нуты лишь мимоходомъ, такъ какъ вполнѣ охватить всѣ
многообразныя явленія нашего міра мы въ нашемъ изложе-
ніи не въ состояніи.
ПРЕДИСЛОВІЕ РЕДАКТОРА РУССКАГО
ПЕРЕВОДА.
Профессоръ Пфаундлеръ извѣстенъ какъ отличный по-
пуляризаторъ. Его большой курсъ—ЬеЬгЬнсЬ. <іег РЬуаік инй
Мѳіѳогоіо&іе,—составляющій переработку извѣстныхъ учеб-
никовъ МйПѳг-РоиііІеі и выдержавшій уже много изданій,
славится полнотою и замѣчательной ясностью и простотой
изложенія. Новая его книга —Физика обыденной жизни,—
предназначенная для большого круга читателей, превосхо--
дитъ въ отношеніи ясности и наглядности упомянутый
курсъ. Эту новую книгу можно настойчиво рекомендовать
не только тѣмъ, кто желалъ бы возобновить въ памяти глав-
нѣйшія свѣдѣнія изъ физики, или же учащимся, которые
пожелали бы пополнить свои знанія примѣрами изъ области
техники, но и самимъ преподавателямъ, которые могли бы
воспользоваться многими остроумными объясненіями различ-
ныхъ сложныхъ явленій, въ особенности изъ области меха-
ники, какъ свободное паденіе тѣлъ, наклонная плоскость,
маятникъ и т. д. Стоитъ обратить также вниманіе на по-
строенія хода лучей въ призмахъ и чечевицахъ.
Н. Гезвхусъ.
ЛЕКЦІЯ ПЕРВАЯ.
Наши чувственныя воспріятія.—Дѣйствительный міръ и міръ явленій.
Раздѣленіе естественныхъ наукъ.—Задачи химіи и физики.
Выйдемъ изъ душной комнаты на свѣжій воздухъ. Что
мы увидимъ?
Мы видимъ дома и улицы, людей, всевозможные кареты,
повозки, экипажи съ лошадьми и надъ всѣмъ этимъ небо,
покрытое тучами.
Что мы еще наблюдаемъ?—Мы слышимъ голоса, шумъ и
грохотъ экипажей, колокольный звонъ ближайшей церкви.
Проходя мимо парфюмернаго магазина и сырной лавки,
мы ощущаемъ болѣе или менѣе пріятные запахи, а если
теперь закуримъ сигару, мы, кромѣ запаха, почувствуемъ
еще вкусовое ощущеніе во рту и осязательное ощу-
щеніе на пальцахъ и губахъ. Принято говорить, что у чело-
вѣка пять чувствъ: осязаніе, зрѣніе, слухъ, обоня-
ніе и вкусъ. Но здѣсь еще не хватаетъ, по крайней мѣрѣ,
одного чувства. Что же это за чувство?—Закроемъ глаза
одной рукой, а другую протянемъ впередъ ладонью внизъ;
мы тотчасъ можемъ сказать, стоимъ ли мы въ тѣни или
подъ солнцемъ: мы ощущаемъ на рукѣ теплоту. Это при-
сутствіе солнца мы узнаемъ, не благодаря чувству осязанія,
потому что солнце слишкомъ отъ насъ отдалено, а лучи
его не имѣютъ ничего тѣлеснаго, что можно было бы ося-
зать. Точно также мы ощущаемъ жаръ сигары, если при-
близить къ ней пальцы, не осязая ея. Итакъ, у насъ есть
еще одно чувство: чувство теплоты; подобно осязанію,
оно тоже распространено на всей поверхности нашего тѣла
и отчасти внутри его. Что мы здѣсь имѣемъ дѣло съ двумя
различными чувствами—осязанія и теплоты—доказали фи-
зіологи, показавъ, что одно осуществляется одними нерв-
ными окончаніями, а другое—другими.
Итакъ, не подлежитъ никакому сомнѣнію, что мы имѣемъ
по меньшей мѣрѣ шесть чувственныхъ аппаратовъ, воспри-
нимающихъ впечатлѣнія, которыя нашъ духъ объ-
2
емлетъ,какъ чувственныя воспріятія *). Мысъ дѣт-
ства привыкли искать причину этихъ чувственныхъ вос-
пріятій внѣ насъ и создавать себѣ опредѣленныя пред-
ставленія о носителяхъ этихъ причинъ. Такъ, мы создали
себѣ представленіе о свѣтящемся солнцѣ, о звучащихъ ко-
локолахъ, о ложкѣ, которую мы держимъ въ рукѣ, и о
пищѣ, которую мы ѣдимъ. Полнотѣ нашихъ представленій
особенно благопріятствовало то обстоятельство, что въ соз-
даніи ихъ участвовало нѣсколько чувствъ. Вопросъ о томъ,
соотвѣтствуетъ ли этимъ нашимъ представленіямъ и какая
нибудь дѣйствительность, намъ, вѣроятно, и въ голову не
приходилъ. Да и какъ мы могли сомнѣваться въ дѣйстви-
тельномъ существованіи того, что мы видѣли собственными
глазами, слышали собственными ушами и ощупывали соб-
ственными руками.
А между тѣмъ такое сомнѣніе могло возникнуть. Случа-
лось намъ получить внезапный ударъ въ глазъ и мы въ
тотъ же моментъ ощущали впечатлѣніе яркаго свѣта, хотя
въ дѣйствительности никакого свѣта не было. Мы слышали
иногда какой-то шумъ, шопотъ или пѣніе, хотя не было
никакого сомнѣнія въ томъ, что внѣшней причины для
этого нѣтъ. Далѣе, мы узнали, что люди, которымъ была
отрѣзана рука или нога, имѣютъ ясныя ощущенія, какъ
будто они чувствуютъ боль въ членахъ тѣла, которыхъ у
нихъ болѣе нѣтъ. Но разъ доказано, что возможны чув-
ственныя воспріятія, которымъ не соотвѣтствуютъ никакія
внѣшнія причины, то становится основательнымъ и такой
вопросъ, не обстоитъ ли дѣло такъ со всѣми нашими чув-
ственными воспріятіями, иначе говоря, возникаетъ мысль,
что міръ внѣ насъ, можетъ быть, вовсе не существуетъ. Что
онъ существуетъ, мы заключаемъ изъ того факта, что много
людей получаетъ одно и то же воспріятіе. Если, напримѣръ,
тысяча человѣкъ самаго различнаго возраста, мужчинъ и
женщинъ, одновременно вздрагиваетъ, испуганная молніей
и слѣдующимъ за ней громомъ, то намъ трудно допустить,
что причина этого явленія не лежитъ внѣ ихъ, не объек-
тивна: совершенно невѣроятно, чтобъ у этихъ людей, столь
различныхъ во многихъ отношеніяхъ, произошли почти въ
одинъ и тотъ же моментъ, по внутреннимъ причинамъ, из-
мѣненія въ глазѣ и ухѣ, которыя могли бы вызвать иллю-
зію молніи и грома *). Но, если мы не сомнѣваемся въ дѣй-
') Физіологи различаютъ еще чувство теплоты и чувство холода и
кромѣ того принимаютъ еще особое мышечное чувство.
2) Надежнымъ доказательство это назвать нельзя: то, что много лю-
дей одновременно вздрагиваетъ и пугается, есть, вѣдь, тоже только
представленіе, которое получается у наблюдателя на основѣ его чув-
ственнаго воспріятія, и необходимо еще доказать, что этому представле-
нію соотвѣтствуетъ объективная дѣйствительность.
3
ствительномъ существованіи внѣшняго міра, то отсюда еще
не слѣдуетъ, что дѣйствительный міръ именно таковъ и
есть, какимъ мы его себѣ представляемъ. Это сомнѣніе осо-
бенно подкрѣпляется тѣмъ фактомъ, что различные люди
при равныхъ внѣшнихъ условіяхъ не всегда получаютъ
одни и тѣ же воспріятія.
Посмотрите-ка на этотъ зеленый лугъ и красную чере-
пичную крышу того дома! Мы сами, и съ нами громадное
большинство людей, будемъ согласны въ томъ, что цвѣтъ
луга и крыши различны. Но среди множества людей почти
всегда можетъ оказаться нѣсколько человѣкъ, страдающихъ
частичной цвѣтной слѣпотой и эти люди могутъ увидѣть
или лугъ, или крышу, или тотъ и другую въ другомъ
цвѣтѣ, чѣмъ большинство людей.
Если два человѣка при взглядѣ на розу говорятъ, что
она красна, то отсюда еще не слѣдуетъ, что они имѣютъ
одно и то же цвѣтовое ощущеніе. Почему они называютъ
розу красной? Когда ребенокъ впервые видитъ розу, то мать
ему говоритъ, что этотъ цвѣтокъ красенъ. Каждый разъ,
когда ребенокъ имѣетъ это цвѣтовое ощущеніе, онъ назы-
ваетъ этотъ цвѣтъ краснымъ. Очевидно, что двое дѣтей
одной и той же матери должны быть между собой согласны
въ названіи этого цвѣта. Но они будутъ между собой
согласны и въ томъ случаѣ, если цвѣтовыя ощущенія,
которыя они будутъ при этомъ имѣть, будутъ различны.
Если бы одно изъ нихъ съ юности носило синіе очки, то
оно не видѣло бы розу красной, а синеватой, но такъ какъ
они оба съ дѣтства привыкаютъ называть цвѣтъ розы крас-
нымъ, то они были бы согласны въ своихъ сужденіяхъ, хотя
имѣли бы ощущенія разныя. Итакъ, если различные люди
высказываютъ одинаковыя сужденія о вещахъ внѣшняго
міра, то существенной причиной этого является одинаковое
ихъ воспитаніе. Люди часто встрѣчаются другъ съ другомъ,
обмѣниваются впечатлѣніями и мыслями и потому и сужде-
нія ихъ о вещахъ внѣшняго міра въ общемъ совпадаютъ.
Но всегда бываютъ случаи, когда эти сужденія не совпа-
даютъ или не совсѣмъ совпадаютъ.
Все здѣсь сказанное относится уже не къ области фи-
зики, а къ области психологіи и физіологіи. Мы считаемъ
однако въ высшей степени важнымъ обратить вниманіе на
эти вопросы людей, приступающихъ къ изученію физики.
Мы хотимъ оградить ихъ этимъ отъ иллюзіи, будто физикъ
можетъ познать самую сущность вещей; мы должны быть
осторожны въ своихъ заключеніяхъ и скромны въ опредѣ-
леніи цѣли нашей науки. Изучающій физику постепенно
убѣждается въ томъ, что физика можетъ заниматься только
изученіемъ міра явленій и что вся задача можетъ заклю-
чаться только въ созданіи такихъ представленій о вещахъ,
4
которыя находились бы по возможности въ такихъ отноше-
ніяхъ другъ къ другу, въ которыхъ находятся между собой
вещи дѣйствительнаго міра. Этотъ фактъ не долженъ обез-
куражить насъ: поразительные успѣхи прикладной физики
доказываютъ намъ, что это ничуть не мѣшаетъ намъ пред-
сказывать явленія, вызывать ихъ по желанію и такимъ обра-
зомъ заставлять природу служить благу человѣчества.
Вещи, которымъ мы приписываемъ способность тѣмъ
или другимъ образомъ вліять на наши чувства, мы назы-
ваемъ тѣлами. Совокупность всѣхъ этихъ тѣлъ мы назы-
ваемъ природой. Физика составляетъ лишь часть всего
ученія о природѣ (она есть одна изъ естественныхъ
наукъ). Среди тѣлъ мы находимъ множество такихъ, въ
которыхъ мы обнаруживаемъ явленія особаго рода: явленія
жизни; эти тѣла суть растенія и животныя. Изуче-
ніемъ этихъ явленій занимаются особыя науки—зоологія,
ботаника, біологія, физіологія—которыя нуждаются, конечно,
въ физикѣ, какъ наукѣ вспомогательной. Чтобы точнѣе
опредѣлить задачу физики и ея положеніе среди другихъ
наукъ о природѣ, мы остановимся подробнѣе на нѣсколь-
кихъ примѣрахъ.
Вотъ лежитъ булыжникъ. Геогнозія учитъ, что этотъ
камень называется гранитомъ; геологія разсказываетъ
намъ о происхожденіи этого камня. Послѣдняя знакомитъ
насъ и съ другими камнями: песчаникомъ, известнякомъ
и т. д.
Минералогія знакомитъ насъ съ составными частями
этихъ камней. Такъ, мы изъ нея узнаемъ, что гранитъ со-
стоитъ изъ кварца, полевого шпата и слюды. Эти составныя
части мы можемъ уже различить невооруженнымъ глазомъ.
Изъ нея же мы узнаемъ, что съ помощью микроскопа, мы
въ этомъ, напримѣръ, песчаникѣ находимъ различныя со-
ставныя части, а въ томъ известнякѣ—никакихъ. Итакъ, мы
изъ минералогіи можемъ узнать, что одни камни, какъ, на-
примѣръ, гранитъ и песчаникъ, состоятъ изъ многихъ ми-
нераловъ, а другіе, какъ, напримѣръ, известнякъ — только
изъ одного минерала; она же знакомитъ насъ и со свой-
ствами этихъ минераловъ, по которымъ мы ихъ и узнаемъ.
Но и этихъ минераловъ нельзя назвать послѣдними со-
ставными частями камней. Изъ химіи мы узнаемъ, что и
минералы состоятъ еще изъ различныхъ частей. Если мы
бросимъ этѳтъ известнякъ въ печку, онъ отъ жары распа-
дется на двѣ части: твердую, которая останется въ печкѣ
(жженая или ѣдкая известь) и газообразное вещество (угле-
кислота), которое и улетучится. На постройкахъ мы часто
видимъ цѣлыя горы этой извести. Но и она состоитъ еще
изъ двухъ веществъ, чего мы теперь замѣтить не можемъ:
изъ металла—кальція—и газа кислорода. Этотъ кусокъ кварца
5
тоже состоитъ изъ двухъ веществъ: изъ кремнія и кисло-
рода. Вещества, которыхъ и химикъ -не можетъ уже болѣе
разложить, онъ называетъ основными веществами
или элементами. Этихъ элементовъ въ настоящее время
насчитываютъ около 70. Къ этимъ выводамъ химикъ при-
ходитъ, наблюдая измѣненія, которыя претерпѣваютъ тѣла
при воздѣйствіи ихъ другъ на друга, или подъ дѣйствіемъ
теплоты, электричества или свѣта. Изъ этихъ измѣненій
химикъ интересуется только такими, въ которыхъ вещества
измѣняются въ своемъ матеріальномъ составѣ. Вотъ
тамъ человѣкъ разбиваетъ куски жженой извести на мелкія
части: это измѣненіе химика не касается, такъ какъ матерія
ѣдкой извести при этомъ остается той же. Но вотъ рабочіе
бросаютъ эту известь въ воду; она нагрѣвается и соеди-
няется съ водой въ такъ называемый гидратъ извести.
Это уже совсѣмъ другое вещество и потому этотъ процессъ
относится къ химіи. Тутъ человѣкъ укрѣпляетъ желѣзную
рѣшетку на гранитномъ цоколѣ. Сдѣлавъ ямку въ гранитѣ,
онъ расплавляетъ въ чашечкѣ сѣру и, вставивъ желѣзный
стержень въ ямку, заливаетъ ее сѣрой; когда послѣдняя
затвердѣетъ, желѣзо будетъ прикрѣплено къ граниту. Такъ
какъ сѣра осталась при этомъ сѣрой, то ея плавленіе и
отвердѣваніе есть не химическій, а физическій процессъ.
Мы замѣчаемъ, однако, что сѣра при плавленіи начинаетъ
горѣть и что при этомъ распространяется газъ очень остраго
кислаго вкуса. Это происходитъ потому, что часть сѣры
соединяется съ кислородомъ воздуха въ сѣрнистую кислоту.
Эта сѣра, слѣдовательно, перестаетъ уже быть сѣрой; вмѣсто
нея получается новое вещество и, слѣдовательно, это явле-
ніе есть явленіе химическое. Еели тереть сѣру сукномъ,
то она получаетъ электрическія свойства. Такъ какъ сѣра
и здѣсь остается сѣрой, то передъ нами опять явленіе ф и-
зическое. Вода при охлажденіи твердѣетъ, а при доста-
точномъ нагрѣваніи превращается въ паръ. Такъ какъ со-
ставъ ея при этомъ не мѣняется, то это все явленія физи-
ческія. То, что вода соединяется съ ѣдкой известью въ
гидратъ извести есть тоже явленіе химическое. Итакъ,
вы видите, что задачи физика и химика часто почти сопри-
касаются, а иногда даже отчасти совпадаютъ. Трудно вообще
выразить задачу физика въ краткомъ опредѣленіи, но мы
все же не очень ошибемся, если выразимъ эту задачу слѣ-
дующимъ образомъ: физика занимается изученіемъ
всѣхъ тѣхъ измѣненій тѣлъ, которыя касаются
не матеріальнаго ихъ состава, а внѣшнихъ
свойствъ и состояній.
6
ЛЕКЦІЯ ВТОРАЯ.
Существенныя свойства тѣла.—Наполненіе пространства, мѣра длины,
градусныя измѣренія, мѣра объема, масса, вѣсъ, мѣра времени.
Наблюдая различныя тѣла, мы находимъ въ нихъ самыя
различныя свойства. Среди этихъ свойствъ есть такія, ко-
торыя всегда имѣются у тѣлъ; эти свойства мы, поэтому,
называемъ свойствами существенными.
Всѣ тѣла занимаютъ нѣкоторое пространство; это
первое существенное свойство ихъ. Всякое тѣло прости-
рается въ ширину, длину и высоту или, какъ говорятъ,
имѣетъ три измѣренія. И самая тонкая бумага имѣетъ еще
нѣкоторую толщину, какъ самая тонкая нитка имѣетъ еще
поперечный разрѣзъ опредѣленной величины. Величины
только двухъ или даже одного измѣренія встрѣчаются лишь
въ геометріи, какъ величины лишь мыслимыя; это—поверх-
ности и грани дѣйствительныхъ тѣлъ. Наконецъ, точка не
имѣетъ измѣренія и въ тѣлахъ составляетъ лишь конецъ
линіи.
Первой нашей задачей является измѣреніе тѣлъ, а для
этого намъ прежде всего нужна опредѣленная мѣра. Въ
настоящее время мы, какъ извѣстно, измѣряемъ длину ме-
трами или десятичными долями его: дециметрами (десятая
доля метра), сантиметрами (сотая доля метра), миллиметрами
(тысячная доля метра). Для большихъ измѣреній мы беремъ
мѣры въ десять, сто или тысячу разъ большія метра. Такъ,
километръ = 1000 метровъ.
Извѣстно также, что метръ равенъ одной сорока-милліон-
ной части линіи, охватывающей земной шаръ и проведен-
ной черезъ полюсы (меридіанъ).
Можетъ явиться вопросъ, какъ же измѣряется эта линія,
если никому еще, какъ извѣстно, не удалось добраться до
полюса. Эта задача разрѣшается геодезіей, занимающейся
измѣреніемъ площадей, и разрѣшаетъ она ее слѣдующимъ
образомъ. Мы раздѣляемъ меридіанъ, подобно всякому кругу,
на 360 равныхъ частей, которыя мы называемъ градусами.
Отсчитывая эти градусы отъ экватора земли по направленію
къ сѣверному или южному ея полюсу, мы называемъ число
ихъ, на которое какое либудь мѣсто на земной поверхности
отстоитъ отъ экватора, географической широтой
даннаго мѣста.
Кругъ на фиг. 1 изображаетъ намъ меридіанъ, проходя-
щій черезъ Берлинъ. Дуга отъ экватора до Берлина или—
что одно и то же—уголъ <р равенъ 50*/2 градусамъ. Итакъ,
Берлинъ находится на 50х/2 градусовъ сѣверной широты.
7
Если бы мы этого не знали и не могли бы узнать изъ
какой нибудь географической карты, было бы нетрудно и
прямо измѣрить. Дѣлается это слѣдующимъ образомъ. Если
мысленно продолжить линію, ко-
торую мы называемъ земной осью,
то йа очень большомъ разстояніи
отъ земли эта линія пройдетъ
черезъ одну изъ неподвижныхъ
звѣздъ, которую мы называемъ
полярной звѣздой и вокругъ ко-
торой вращаются какъ будто всѣ
другія неподвижныя звѣзды сѣ-
вернаго неба. Изъ Берлина мы
видимъ полярную звѣзду въ на-
правленіи, параллельномъ земной
оси; хотя полярная звѣзда го-
раздо больше земли, она кажется
намъ точкой вслѣдствіе того, что
она очень отдалена отъ насъ; по-
этому съ какого мѣста земли мы
Фиг. 1.
ни проведемъ линію къ сѣверу
параллельно земной оси, она
должна пройти черезъ эту точку. Если мы мысленно про-
ведемъ черезъ Берлинъ горизонтальную плоскость, которую
на фигурѣ изображаетъ прямая НН', то уголъ между линіями
Берлинъ Н и Берлинъ Р1 тоже будетъ равенъ % потому что
стороны этого угла перпендикулярны сторонамъ угла у у
центра земли. Уголъ Н Берлинъ Р называется высотой
полюса Берлина. Высота полюса, слѣдовательно, равна
географической широтѣ.
Высоту эту можно измѣрить очень простымъ инструмен-
томъ. Если не гнаться за очень большой точностью, то для
этого можетъ служить полукругъ съ дѣленіями, называемый
транспортиромъ (фиг. 2). Если прикрѣпить къ центру
полукруга нитку съ гирькой Ь и поставить инструментъ
вертикально и прямымъ краемъ, направленнымъ къ поляр-
ной звѣздѣ, то уголъ <р будетъ показывать высоту полюса.
Если середина полукруга отмѣчена 0°, то у нашей нити мы
сможемъ непосредственно отсчитать высоту полюса, которая,
какъ мы уже сказали, для Берлина=501/г°. Если съ этимъ
инструментомъ отправиться на мѣсто В‘, лежащее южнѣе,
уголъ этотъ становится меньше, что ясно видно изъ фиг. 3.
И въ этомъ новомъ положеніи уголъ <р' равенъ высотѣ по-
люса и географической широтѣ. Теперь возьмемъ два мѣста,
лежащія на одномъ и томъ же меридіанѣ, напримѣръ, Бер-
линъ и Грейфсвальдъ. Измѣримъ въ нихъ высоту полюса:
оказывается, что въ Грейфсвальдѣ она равна 54,1е: разность
высотъ полюса или географическихъ широтъ этихъ двухъ
8
мѣстъ равна 64,1—50,5 = 3,6° или 3°36\ Мы получили, слѣ-
довательно, величину угла Берлинъ—центръ земли—Грейф-
свальдъ. Теперь мы измѣряемъ длину дуги Берлинъ—Грейф-
свальдъ. Конечно, такое измѣреніе есть дѣло хло-
потливое и трудное, такъ какъ ему мѣшаютъ рѣки
и разныя другія препятствія. Но геодезія нау-
чаетъ насъ преодолѣвать эти затрудненія. Ока-
зывается, что разстояніе Берлинъ—Грейфс-
вальдъ равно 400 километрамъ или 400000
метрамъ. Теперь мы можемъ узнать ве-
личину дуги отъ экватора до полюса.
Мы разсуждаемъ при этомъ такъ: если
дугѣ въ 3,6° соотвѣтствуетъ длина
400 километровъ, то какая длина
соотвѣтствуетъ дугѣ въ 90°?
3,6:400=90: X, откуда слѣдуетъ,
ѵ 36000
что X = ——— = 10000
Горизонтъ
Д
Фиг. 2.
пользуются болѣе
3,6
к/ километровъ = 10000000
метровъ.
Такъ какъ линія, охваты-
вающая весь земной шаръ,
въ четыре раза больше, то
она будетъ равна 40 мил-
ліонамъ метровъ.
Само собою разумѣется, что для настоящихъ измѣреній
точнымъ инструментомъ, въ которомъ на-
мѣсто гирьки имѣется ватерпасъ,
а роль прямой линіи полукруга
исполняетъ зрительная труба.
Изложеннымъ здѣсь способомъ
французскіе ученые М е ш е н ъ и
Делямбръ измѣрили въ 1792 г.
разность географическихъ ши-
ротъ Дункирхена и Барцелоны и
длину дуги между этими двумя
городами. Въ качествѣ мѣры дли-
ны они пользовались обычной въ
то время мѣрой, называемой туа-
зомъ (желѣзная палка длиной
въ 6 футовъ). Вычисливъ длину
линіи, охватывающей весь зем-
ной шаръ, они раздѣлили ее на
40 милліоновъ частей и каждую
такую часть назвали метромъ.
Въ настоящее время метръ при-
нятъ въ качествѣ мѣры длины большинствомъ народовъ міра.
9
Методъ этотъ былъ въ существенныхъ своихъ чертахъ изо-
брѣтенъ еще древнимъ греческимъ географомъ Эрастосфе-
номъ Киренскимъ (род. 276 г. послѣ Р. X.) и въ IX столѣ-
тіи послѣ Р. X. впервые осуществленъ на Аравійскомъ за-
ливѣ Калифомъ Аль-Мамумомъ. Измѣренія эти были потомъ
не разъ повторены и, между прочимъ, они показали, что
длины дугъ между различными градусами меридіана не-
всѣ равны, такъ какъ земля не есть правильный шаръ, а
у полюсовъ сжата.
Разъ мы имѣемъ мѣру длины и ея дѣленія, намъ не
трудно получить мѣру площадей и объема: квадраты мѣръ
длины будутъ мѣры площадей, а кубы ихъ—мѣры объема.
На фиг. 4 изображена передняя половина такого куба въ
Фиг. 4.
одинъ дециметръ длины съ подраздѣленіями на кубическіе
сантиметры е Г § Ь і а и дальнѣйшими подраздѣленіями на ку-
бическіе миллиметры. Очевидно, что такой кубъ имѣетъ
1000 сантиметровъ или 1000000 кубическихъ миллиме-
тровъ. Кубическій дециметръ жидкости называется л и-
тр о мъ. Сосуды (бутылки, измѣрительные цилиндры и т. д.),
вмѣщающіе одинъ кубическій дециметръ жидкости, тоже
называются литромъ.
Далѣе, всѣ тѣла имѣютъ не только объемъ, но и опре-
дѣленное матеріальное содержаніе. Количество этого содер-
жанія называютъ обыкновенно массой тѣла. Чтобы измѣ-
рить это массу, намъ тоже нужна опредѣленная мѣра и
вотъ единицей этой мѣры приходится произвольно выбрать
— 10 —
массу какого нибудь опредѣленнаго тѣла. По общему со-
глашенію была принята такой единицей масса, содержа-
щаяся въ литрѣ (кубическомъ дециметрѣ) воды при 4° Цель-
сія. Эта масса называется к.илограммомъ, а ея деся-
тичныя доли будутъ: гектограммъ, декаграммъ, граммъ.
Одинъ граммъ, слѣдовательно, равенъ массѣ одного куби-
ческаго сантиметра воды при 4° Цельсія. Дальнѣйшія деся-
тичныя доли его будутъ: дециграммъ, центиграммъ, мил-
лиграммъ.
Вотъ кусокъ латуни. Какъ узнать, сколько въ ней мас-
сы? — Взвѣшиваніемъ. Но откуда мы знаемъ, что равныя
массы различныхъ веществъ уравновѣшиваются на вѣсахъ?
Иначе говоря, откуда мы знаемъ, что земля, одинаково при-
тягиваетъ къ себѣ равныя массы воды и латуни? Можетъ
быть, земля притягиваетъ латунь съ особой силой, какъ маг-
нитъ желѣзо? Это необходимо лишь изслѣдовать, и вотъ
въ результатѣ этого изслѣдованія мы узнаемъ, что можно
сравнивать массы съ помощью вѣсовъ, что равнымъ вѣ-
самъ соотвѣтствуютъ и равныя массы. Поэтому, мы въ по-
вседневной жизни не дѣлаемъ даже никакихъ различій
между массой и вѣсомъ тѣла. Физикъ въ такихъ случаяхъ
соблюдаетъ большую точность. Для него килограммъ есть
масса, опредѣленное количество матеріи, которое остается
постояннымъ, покуда къ нему ничего не прибавляютъ и
ничего отъ него не отнимаютъ. Подъ килограммомъ же вѣса
онъ подразумѣваётъ съ одной стороны ту силу, съ кото-
рой земля притягиваетъ къ себѣ килограммъ, и съ другой
стороны то давленіе, которое онъ вслѣдствіе этого оказы-
ваетъ на подставку, или силу натяженія, производимую имъ
на нить, на которой онъ виситъ. Но эта сила не есть сила
постоянная: она становится меньше съ удаленіемъ отъ цен-
тра земли (напримѣръ, если подняться съ килограммомъ
на гору); она становится также меньше съ удаленіемъ отъ
сѣвера къ югу до экватора, такъ какъ съ приближеніемъ
къ экватору радіусъ земли становится больше, вслѣдствіе
чего сила притяженія земли становится меньше и центро-
бѣжная сила земли дѣйствуетъ въ сторону, противополож-
ную силѣ тяжести. На лунѣ килограммъ имѣлъ бы еще
меньше вѣса. Можно даже представить себѣ мѣсто между
землей, луной и солнцемъ, гдѣ нашъ килограммъ, будучи
съ равной силой притянутъ всѣми этими тремя міровыми
тѣлами, вовсе не имѣлъ бы вѣса, а между тѣмъ его масса
оставалась бы, вѣдь, безъ измѣненія. Отсюда очевидно, какъ
правъ физикъ, не смѣшивая массу съ вѣсомъ. Только на
одномъ и томъ же мѣстѣ земли равнымъ массамъ соотвѣт-
ствуютъ и равные вѣса. Вслѣдствіе этого мы можемъ съ
помощью вѣсовъ сдѣлать себѣ изъ латуни, желѣза и т. д.
копіи съ первоначальнаго килограмма, т. е. съ литра воды;
— 11 —
этими копіями,, конечно, гораздо удобнѣе пользоваться, да
и дѣлить ихъ на части удобнѣе.
Для всѣхъ измѣненій тѣлъ и въ особенности для пере-
мѣны мѣста необходимо время. И время это намъ прихо-
дится измѣрять и, слѣдовательно, намъ цужна и единица
для этого измѣренія. Время, въ которое земля поворачи-
вается около своей оси относительно неподвижныхъ звѣздъ,
называется звѣзднымъ днемъ. Его необходимо отли-
чать отъ солнечнаго дня, т. е. времени между двумя полу-
денными положеніями солнца (въ полдень солнце стоитъ
всего выше надъ горизонтомъ). Звѣздный день, которымъ
пользуются астрономы, остается всегда равнымъ, между
тѣмъ какъ солнечный день въ теченіе года измѣняется,
вслѣдствіе того обстоятельства, что земля движется не по
кругу, а по элипсу, и на этомъ пути не во всѣхъ мѣстахъ
движется съ одинаковой скоростью. Но въ повседневной На-
шей жизни разница эта не можетъ имѣть значенія и по-
тому эти разницы уравниваютъ и берутъ средній день, ко-
торый и называется днемъ гражданскаго времени. Этотъ
послѣдній дѣлятъ потомъ на 24 часа, каждый часъ — на
60 минутъ, каждую минуту — на 60 секундъ. Секунда, слѣ-
довательно, равна 1:86400 гражданскаго дня. Она есть еди-
ница времени физика и измѣряется часами, у которыхъ есть
секундная стрѣлка.
Теперь, когда мы имѣемъ мѣры для измѣренія длины,
массы и времени, у насъ есть основа для всѣхъ измѣреній,
и мы можемъ съ измѣрительными приборами въ рукахъ пе-
рейти къ изученію физическихъ явленій.
ЛЕКЦІЯ ТРЕТЬЯ.
Удѣльный вѣсъ твердыхъ и жидкихъ тѣлъ и способы его измѣренія.
Въ предыдущей лекціи мы установили, что всѣ тѣла за-
нимаютъ нѣкоторое пространство и что въ этомъ простран-
ствѣ содержится извѣстное количество матеріи, которую мы
называемъ массой. Чтобы измѣрить эти величины, мы изъ
окружности земли получили единицы для измѣренія длины,
площадей и объемовъ, затѣмъ съ помощью воды устано-
вили единицу массы (единицу вѣса) и, наконецъ, изъ длины
дня вывели единицу времени. Сантиметръ, граммъ и секунда
и будутъ тѣми основными мѣрами, которыми и будемъ
впредь пользоваться.
На изображенной здѣсь (фиг. 5) стеклянной пластинкѣ
— 12 —
находятся сначала четыре куба, изъ которыхъ каждый
имѣетъ въ длину одинъ сантиметръ, т. е. его объемъ ра-
венъ одному кубическому сантиметру. Помѣстимъ эти кубы
на вѣсы и опредѣлимъ ихъ вѣсъ (вѣрнѣе массу).
Оказывается, что свинцовый кубъ вѣситъ 11,35 грамма,
желѣзный — 7,79 грамма, алюминіевый — 2,67 грамма и, на-
конецъ, алебастровый—1,87 грамма. Эти числа называются
удѣльными вѣсами этихъ тѣлъ. Удѣльный вѣсъ, слѣ-
довательно, есть вѣсъ единицы объема вещества.
Опредѣлимъ теперь удѣльный вѣсъ даннаго куска бу-
коваго дерева. Но этотъ кусокъ дерева вдвое выше преж-
нихъ кубовъ, т. е. объемъ его равенъ двумъ кубическимъ
сантиметрамъ. Неужели придется разрѣзать его на двѣ ча-
сти? Очевидно, въ этомъ нѣтъ надобности, а гораздо проще
взвѣсить его и полученный вѣсъ раздѣлить на 2. Оказы-
Фиг. 5.
вается, что онъ вѣситъ.2,66 грамма и, слѣдовательно, удѣль-
ный вѣсъ его равенъ і,83 грамма.
Теперь опредѣлимъ еще удѣльный вѣсъ платины. Къ
сожалѣнію, у насъ нѣтъ куба и платины, а есть лить пла-
стинка ея въ одинъ квадратный сантиметръ основанія и
0,1 сантиметра высоты. Пластинка эта вѣситъ 2,20 грамма.
Чтобы вычислить удѣльный ея вѣсъ, мы должны раздѣлить
вѣсъ 2,20
ея вѣсъ на объемъ: —:----= = 22,0.
объемъ 0,1 ’
Теперь обратимся къ стеклянной пластинкѣ, служащей
намъ основаніемъ. Она имѣетъ въ длину 9 сантиметровъ,
въ ширину 4 сантиметра и въ толщину 0,2 сантиметра, а
вѣсить 18,72 грамма.
Объемъ ея = 9.4.0,2=7,2 кубическихъ сантиметровъ. Одинъ
кубическій сантиметръ этого стекла вѣситъ, слѣдовательно,
18 72
= 2,6. Это и есть его удѣльный вѣсъ. Вотъ у насъ
цилиндрическая пробка въ 5 сантиметровъ высоты и 3 сан-
— 13 —
тиметра въ діаметрѣ, а вѣситъ она 8,5 грамма. Ея объемъ,
3.3.3,14.5
слѣдовательно, =---------= 35,3 кубическихъ сантиме-
, ѵ х вѣсъ 8,5 . ..
тровъ, а удѣльный вѣсъ= — 0,24.
1 ’ г объемъ 35,3 ’
Итакъ, если изслѣдуемое тѣло имѣетъ правильную форму,
такъ что можно, измѣривъ его, вычислить его объемъ, то
опредѣленіе его удѣльнаго вѣса есть дѣло очень простое.
Удѣльный вѣсъ всегда равенъ абсолютному вѣсу, раздѣлен-
ному на объемъ. Но вотъ передъ нами кусокъ
горнаго хрусталя неправильной формы. Какъ
опредѣлить его объемъ? Можно, конечно, его
отшлифовать и придать ему правильную
форму. Это было бы, однако, очень хлопотливо
и скучно, да и не всегда это выполнимо. По-
пробуемъ, поэтому, найти другой путь. Все
дѣло въ томъ, что необходимо опредѣлить
объемъ минерала. Намъ можетъ помочь из-
мѣрительный цилиндръ, изображенный на
фиг. 6; онъ достаточно широкъ для того,
чтобы кристаллъ въ немъ могъ помѣститься.
На немъ нанесены дѣленія объема въ десятыя
доли кубическаго сантиметра. Теперь онъ на-
полненъ водой до дѣленія 3,1. Опустимъ въ
него кристаллъ, и вода поднимется до дѣ-
ленія 5,0, т. е. на 5,0 — 3,1 = 1,9 кубическихъ
сантиметра; очевидно, что кристаллъ зани-
маетъ это мѣсто, такъ какъ именно онъ на-
столько вытѣснилъ воду. Если взвѣсить кри-
сталлъ, мы узнаемъ, что онъ вѣситъ 5,1 грамма.
Отсюда слѣдуетъ, что его удѣльный вѣсъ ра-
венъ М—9 68. фиг- в-
1,9
Недостатокъ этого метода заключается лишь въ томъ,
что онъ недостаточно точенъ и въ особенности тогда, когда
цилиндръ очень широкъ. Очевидно, что опредѣленіе объема
было бы гораздо точнѣе, если бы сосудъ могъ имѣть узень-
кое горлышко. Такіе сосуды могутъ быть употреблены тогда,
когда вещества размельчены. Впрочемъ, тогда можно опре-
дѣлить объемъ и посредствомъ взвѣшиванія, что дѣлается
слѣдующимъ образомъ:
Сосудъ (фиг. 7), наполненный водою до
мѣтки на горлышкѣ, вѣситъ..................12,32 грамма.
Измельченное вещество (напримѣръ, со-
держащій золото песокъ) вѣситъ..............5,68 „
И то и другое вмѣстѣ вѣситъ.............18,00 „
— 14 —
Теперь всыпаемъ матеріалъ въ сосудъ и
удаляемъ всю воду, поднявшуюся выше мѣтки.
Обсушивъ сосудъ, мы вновь его взвѣшиваемъ,
и оказывается, что онъ вѣситъ..........
Фиг. 7.
онъ вѣсить . . .
Слѣдовательно,
изъ нея удалено. .
Такъ какъ каждый
граммъ воды составляетъ
одинъ кубическій санти-
метръ, то полученное на-
ми число представляетъ
собой также объемъ уда-
ленной воды, а слѣдова-
тельно, и объемъ веще-
ства. Отсюда слѣдуетъ,
что удѣльный вѣсъ ве-
5,68
щества=—1-т-= . . .
1 о
Существуютъ еще и другіе
воды
16,84 грамма.
1,16
4,897
способы
опредѣленія удѣльнаго вѣса тѣлъ, которые будутъ опи-
саны ниже. Такимъ образомъ былъ опредѣленъ удѣльный
вѣсъ различныхъ твердыхъ тѣлъ. Приведемъ въ слѣдую-
щей таблицѣ удѣльные вѣса нѣкоторыхъ изъ нихъ:
Вещество. Удѣльн. вѣсъ. Вещество. Удѣльн. вѣсъ.
Платина .... . . 22,10 Желѣзо литое. . . . 7,21
Золото .... , . 19,89 Олово . 7,29
Свинецъ .... . . 11,35 Цинкъ . 7,00
Серебро .... . . 10,47 Тяжелый шпатъ . . . 4,43
Висмутъ .... . . 9,82 Алмазъ . 3,52
Мѣдь . . 8,78 Алюминій .... . 2,67
Латунь .... . . 8,39 Стекло .... 2,37—2,67
Никель .... . . 8,28 Мраморъ . 2,84
Горный хрусталь. . . 2,68 Воскъ . 0,97
Фарфоръ.... 1,14—2,49 Натрій . 0,97
Сѣра . . 2,03 Калій . 0,86
Слоновая кость . . . ],92 Литій . 0,59
Алебастръ . . . . . 1,81 Черное дерево . . . 1,23
Фосфоръ.... . . 1,77 Буксовое „ . . . . 1,33
Магній .... . . 1,74 Липовое дер. (сухое) . 0,44
Пемза . . 1,08 Орѣховое дерево . . Пробка . 0,68
Сталь . . 7,82 . 0,24
Желѣзо кованное . . 7,79
для
Еще проще опредѣленіе удѣльнаго вѣса жидкости,
чего опять можно воспользоваться склянкой, изображенной
на фиг. 7.
— 15 —
Склянка, наполненная до мѣтки, вѣсить. 12,32 грамма.
Сама склянка, опорожненная и высушен-
ная, вѣситъ................................2,32 „
Слѣдовательно, содержавшаяся въ ней
вода вѣсила...............................10,00 „
Склянка, наполненная керосиномъ до мѣт-
ки, вѣситъ................................10,72 „
Вѣсъ одного керосина = 10,72—2,32= . . 8,40 „
Отсюда слѣдуетъ, что удѣльный вѣсъ ке-
8,40
₽ооина = іо^о =.............................°’м
Если мы знаемъ уже вѣсъ содержавшейся въ склянкѣ
воды, т. е. емкость склянки и вѣсъ пустой склянки, то для
опредѣленія удѣльнаго вѣса жидкости необходимо лишь
одно взвѣшиваніе.
Въ слѣдующей таблицѣ приведены удѣльные вѣса нѣ-
которыхъ жидкостей:
Жидкость. Удѣльн. вѣсъ.
Ртуть . 13,596
Концентрир. сѣрн. КИСЛ. 1,85
Хлороформъ . . . . 1,48
Сѣро-углеродъ . . 1,27
Глицеринъ . . . . . 1,26
Молоко . . . . . . 1,03
Морская вода . . . . 1,026
Жидкость.
Удѣльн.
вѣсъ.
ВИНО..... 0,999—1,02
Прованское масло . . 0,61
Скипидаръ..........0,87
Керосинъ...........0,84
Спиртъ.............0,79
Сѣрный эфиръ . . . 0,72
При точныхъ опредѣленіяхъ должна быть принята еще
во вниманіе температура жидкости, т. е. всякое опредѣленіе
сохраняетъ свое значеніе только для той температуры, при
которой оно сдѣлано.
Закончимъ нашу лекцію опытомъ, основаннымъ на раз-
личіи удѣльнаго вѣса жидкостей. Опытъ этотъ очень простъ,
и каждый можетъ повторить его у себя дома.
Беремъ длинный и узкій стаканъ (фиг. 8) и вливаемъ
туда сначала немного холоднаго, сильно подсахареннаго
чернаго кофе. Сдѣлавъ изъ листа бумаги воронку съ узень-
кимъ отверстіемъ внизу и отогнувъ въ сторону нижній ко-
нецъ ея, мы осторожно вливаемъ немного чистой воды такъ,
чтобы слой воды не смѣшался съ находящимся подъ нимъ
слоемъ кофе. Черезъ ту же воронку мы вливаемъ красное
вино, слой котораго помѣщается надъ слоемъ воды. Сдѣ-
лавъ новую воронку, мы надъ слоемъ вина помѣщаемъ слой
оливковаго масла и, наконецъ, надъ нимъ съ помощью но-
вой воронки помѣщаемъ слой спирта. Такимъ образомъ въ
— 16 —
стаканѣ получается рядъ слоевъ: черный, водянисто-про-
зрачный, красный, желтый и опять водянисто-прозрачный,
соотвѣтственно уменьшенію удѣльнаго вѣса этихъ жидко-
стей. Кофе, благодаря большому содержанію сахара, имѣетъ
удѣльный вѣсъ, большій вѣса воды, а вино, содержащее
извѣстное количество спирта, большею частью немного
легче воды 1).
ЛЕКЦІЯ ЧЕТВЕРТАЯ.
Случайныя свойства тѣлъ.—Аггрегатныя состоянія, упругость, растя-
жимость, твердость, пластичность, хрупкость, крѣпость.—Вліяніе тем-
пературы.—Свойства желѣза и стали; закаливаніе и отпусканіе.
Наполненіе пространства и тяжесть суть свойства, при-
сущія всѣмъ тѣламъ безъ исключенія, и потому называются
свойствами существенными.
Кромѣ нихъ, существуютъ еще
и другія свойства, присущія
не всѣмъ тѣламъ и потому
называемыя случайными.
Прежде всего мы разли-
чаемъ три состоянія тѣлъ: твер-
дое, жидкое и газообразное.
Дерево, стекло, желѣзо оказы-
ваютъ болѣе или менѣе силь-
ное сопротивленіе раздѣленію
или сдвиженію ихъ частей; это
свойство приписывается нѣко-
торой причинѣ, которую мы на-
зываемъ силой сцѣпле-
нія. Вслѣдствіе этого тѣла эти
имѣютъ не только свой соб-
ственный объемъ, но и соб-
ственную форму.
У тѣлъ жидкихъ, какъ вода,
масло, спиртъ, сила эта такъ
мала, что достаточно неболь-
шихъ усилій, чтобы ихъ части
раздѣлить. Эти тѣла имѣютъ
еще, поэтому, собственный объемъ, но уже не имѣютъ соб-
ственной формы. Они принимаютъ форму того сосуда, въ
которомъ они находятся.
Наконецъ, существуетъ еще третья группа тѣлъ, какъ,
напримѣръ, воздухъ, свѣтильный газъ, водяные пары
О Опытъ и фиг. заимствованы изъ „Тот Тіі, Ьа ѳсіепсѳ ашивапіе".
— 17 —
и т. д., частицы которыхъ не только не обнаруживаютъ ни-
какой силы сцѣпленія, но, наоборотъ, стремятся удалиться
другъ отъ друга, насколько это возможно. Они занимаютъ
то пространство, которое предоставляется въ ихъ распоряже-
ніе. Они, слѣдовательно, не имѣютъ ни собственнаго объ-
ема, ни собственной формы, а получаютъ объемъ и форму
того сосуда, въ которомъ они находятся.
Эти различія между тѣлами мы приписываемъ различ-
ной связи между ихъ мельчайшими частицами и называ-
емъ ихъ различными аггрегатными состояніями тѣлъ.
Состоянія эти не всегда имѣютъ рѣзко опредѣленный
характеръ. Въ особенности между твердымъ и жидкимъ со-
стояніемъ существуютъ непрерывные переходы. О нѣкоторыхъ
смолахъ, какъ, напримѣръ, канадскій бальзамъ, трудно ска-
зать, твердыя ли это тѣла или жидкія; точно также трудно
при нѣкоторыхъ условіяхъ рѣшить, газообразное ли это
тѣло или жидкое.
Кромѣ того, мы у твердыхъ тѣлъ замѣчаемъ цѣлый рядъ
другихъ свойствъ, зависящихъ отъ силы сцѣпленія ихъ
частичекъ.
Если мы станемъ силой растягивать эту гуттаперчевую
ленту, она станетъ длиннѣе, но, какъ только мы перестанемъ
растягивать, она приметъ первоначальную длину. Эта пря-
мая полоска стали при нѣкоторомъ усиліи съ нашей стороны
изгибается въ дугу, но, какъ только мы перестаемъ сгибать
ее, она вновь принимаетъ прямую форму.
Опустимъ этотъ шарикъ изъ слоновой кости на камен-
ную плиту, окрашенную тонкимъ слоемъ краски. Ударив-
шись о плиту, шарикъ подпрыгнетъ вверхъ и, когда мы
его поймаемъ, мы замѣтимъ на мѣстѣ, гдѣ онъ ударился о
плиту, цвѣтное пятно. Пятно это доказываетъ, что шарикъ,
ударившись, сплющился, но тотчасъ же вновь принялъ
шарообразную форму.
Это свойство тѣлъ — подъ дѣйствіемъ силы, нарушающей
положеніе частицъ, измѣнять свою форму и съ прекраще-
ніемъ дѣйствія этой силы вновь ее возстановлять — назы-
вается упругостью. Свойство это присуще не только
каучуку, стали и слоновой кости, но — въ большей или мень-
шей степени — многимъ другимъ тѣламъ. Упруго и стекло.
Величина силы, для которой эти тѣла остаются еще упру-
гими, различна; ограничена также величина измѣненія фор-
мы тѣлъ. Разъ эти границы упругости переступаются, тѣло
или не возвращается къ первоначальной формѣ, оставаясь
растянутымъ, перегнутымъ и т. д., или разрывается.
Беремъ нѣсколько незакаленныхъ проволокъ изъ стали,
желѣза, мѣди, серебра и свинца. Всѣ они имѣютъ одинъ
метръ въ длину и одинъ квадратный милиметръ въ разрѣзѣ.
Укрѣпляемъ одинъ конецъ ихъ о неподвижный брусъ и
— 18 —
подвѣшиваемъ къ другому концу ихъ по килограмму. Подъ
дѣйствіемъ этой тяжести проволоки растягиваются, и мы
тщательно измѣряемъ, на какую часть своей первоначаль-
ной длины онѣ растянулись. Полученныя числа помѣщены
въ прилагаемой таблицѣ подъ названіемъ коэффиціента
упругости. Затѣмъ мы снимаемъ нагрузку и смотримъ, по-
Матеріалы. Коэффиці- м ен™ упругости. ГОСТИ. д п Предѣлъ упругости. Удлиненіе у предѣла упругости. Крѣпость.
Желѣзо .... 0,000048 20869 32 0,00150 63
Сталь 0,000053 18809 43 0,00200 83
Мѣдь 0,000080 12449 12 0,00093 40
Серебро .... 0,000137 7274 11 0,00149 29
Свинецъ ... (0,000555) (1830) 0,25 0,00014 2,2
лучаютъ ли проволоки свою прежнюю длину или предѣлъ
упругости превзойденъ. Оказывается, что этотъ предѣлъ
превзойденъ только у свинцовой проволоки, вслѣдствіе чего
мы исключаемъ ее изъ опыта. Желѣзная проволока удлини-
лась во время нагрузки на 0,048 миллиметра; его коэффи-
0,048
щентъ упругости, слѣдовательно, = — 0,000048; число
пплАл.о = 20869 называется модулемъ упругости. Теперь
будемъ нагружать проволоки, постепенно увеличивая на-
грузку до тѣхъ поръ, пока всѣ онѣ не получатъ сохраняю-
щееся удлиненіе на 0,00005-ую часть своей первоначаль-
ной длины, т. е. на 0,05 миллиметра. Величины нагрузки
внесены подъ рубрикой „предѣлъ упругости", а соотвѣт-
ствующія временныя (упругія) удлиненія образуютъ слѣдую-
щій столбецъ таблицы. Наконецъ, беремъ опять пять про-
волокъ и нагружаемъ ихъ до тѣхъ поръ, пока онѣ не раз-
рываются. Послѣдній столбецъ нашей таблицы образуютъ
числа, показывающія мѣру крѣпости проволокъ.
Такіе опыты съ нагрузкой обнаружили тотъ важный
результатъ, что упругія растяженія прямо пропорціональны
нагрузкѣ и обратно пропорціональны поперечному разрѣзу
проволоки. Если брать небольшія нагрузки, то можно полу-
чить коэффиціентъ и модуль упругости и для свинцовой
проволки. Получаютъ при этомъ слѣдующія числа: 0,000555 И
1803; въ нашей таблицѣ эти числа внесены въ скобкахъ.
Ясно, что этотъ металлъ очень мало упругъ. Свойство, про-
тивоположное упругости, называется тягучестью. Сви-
нецъ, золото представляютъ собою примѣры очень растя-
жимыхъ тѣлъ.
Нѣкоторыя тѣла обнаруживаютъ значительное сопроти-
вленіе попыткѣ сдвиженія ихъ частицъ. Такое свойство ихъ
называется твердостью. Алмазъ, корундъ, кварцъ, зака-
— 19 —
ленная сталь, стекло суть примѣры твердыхъ тѣлъ. Проти-
воположное свойство называется мяглоѵгою или пла-
стичностью. Влажная глина, воскъ, свинецъ, золото
суть мягкія тѣла.
Хрупкость тѣлъ противоположна какъ упругости,
такъ и тягучести и есть такое свойство тѣлъ, по кото-
рому частицы ихъ распадаются при малѣйшемъ сдвигѣ.
Примѣры очень хрупкихъ тѣлъ представляютъ канифоль,
быстро охлажденное стекло и очень закаленная сталь.
Крѣпость есть свойство тѣлъ оказывать сильное со-
противленіе дѣленію ихъ на части. Различаютъ абсолют-
ную, относительную, обратную крѣпость и крѣпость враще-
нія въ зависимости отъ того, оказываютъ ли эти тѣла со-
противленіе разрыву ихъ, разлому, раздавливанію или вра-
щенію.
Всѣ эти свойства часто находятся въ значительной за-
висимости отъ температуры. Такъ, холодный сургучъ хру-
покъ, а теплый, наоборотъ, тягучъ и мягокъ Стекло,
цинкъ, висмутъ тоже на холодѣ болѣе хрупки, а при болѣе
высокой температурѣ очень тягучи. Наоборотъ, латунь и
олово при низкой температурѣ тягучи, а нагрѣтыя почти
до плавленія, становятся хрупкими.
Дѣйствіе нагрѣванія часто сохраняется и послѣ того,
какъ тѣла охлаждаются: результаты получаются различные,
въ зависимости отъ того, охлаждается ли тѣло быстро или
медленно. Такъ, напримѣръ, если стекло долго нагрѣвать и
затѣмъ медленно охлаждать, то оно становится гораздо
менѣе хрупкимъ. Если же его быстро охладить, оно стано-
вится въ высшей степени хрупкимъ. Прекраснымъ примѣ-
ромъ этого являются такъ называемыя „батавскія слезки"
и „болонскія склянки". Вотъ здѣсь такая слезка: это—
стеклянная капля, упавшая въ расплавленномъ состояніи
въ холодную воду. На одномъ концѣ этой капли находится
длинное остріе. Завернемъ всю каплю въ бумагу и отло-
мимъ остріе. Въ тотъ же моментъ вся капля превращается
въ мелкій порошокъ. Болонскія склянки суть небольшіе,
быстро охлаждаемые сосуды съ толстымъ дномъ. Онѣ такъ
крѣпки, что можно съ большой силой ударять ими о
столъ, пе разбивая ихъ. Но стоитъ намъ бросить внутрь
кусокъ кремня, надрѣзывающаго стекло, и вся склянка тот-
часъ же разбивается на кусочки.
Особенно интересны и важны тѣ измѣненія, которыя мо-
гутъ происходить въ свойствахъ стали, этого столь не-
обходимаго и важнаго для насъ металла. Чтобы ознако-
миться съ этими измѣненіями практически, мы закончимъ
нашу лекцію прогулкой на ближайшій оружейный заводъ.
Дорогой мы еще успѣемъ разсказать, какая разница суще-
ствуетъ между чугуномъ, кованымъ желѣзомъ и сталью.
< іакаі 1043
— 20 —
Желѣзная руда, доставляемая изъ рудниковъ на заводъ,
расплавляется и очищается въ такъ называемыхъ домен-
ныхъ печахъ. Получаемый такимъ образомъ чугунъ бываешь
двухъ сортовъ: сѣрый и бѣлый. Первый содержитъ 8,1—5,6%
углерода, бываетъ сѣраго цвѣта, крѣпокъ, тягучъ, и такъ
какъ онъ не очень твердъ, то его можно сверлить и пилить;
онъ плавится при 1600° и удобенъ для выдѣлки литыхъ
вещей.
Бѣлый чугунъ содержитъ 3,5—5,9% углерода, болѣе
яркаго цвѣта, очень твердъ и хрупокъ, вслѣдствіе чего
очень трудно поддается обработкѣ, плавится при 1400—1500°,
вслѣдствіе своей твердости неудобенъ для выдѣлки литыхъ
вещей, но очень удобенъ для приготовленія стали и кова-
наго желѣза.
Кованое желѣзо содержитъ только 0,1—0,57» угле-
рода, получается изъ бѣлаго чугуна окисленіемъ содержа-
щагося въ послѣднемъ углерода, мягокъ, ковокъ, поддается
спаиванію и плавится лишь при 1900—2100°.
Сталь содержитъ въ среднемъ 1,47о углерода, т. е. по
содержанію углерода занимаетъ среднее мѣсто между чугу-
номъ и кованымъ желѣзомъ и получается или изъ перваго
окисленіемъ углерода (бессемерова сталь, литая сталь), или
изъ второго прибавленіемъ углерода (цементованая сталь),
причемъ куски желѣза нѣсколько разъ накаливаютъ вмѣ-
стѣ съ углемъ и сковываютъ. Она плавится приблизительно
при 1850°, поддается ковкѣ и спаиванію.
Наконецъ, мы пришли на заводъ. Войдемъ сначала въ
кузнечную мастерскую. Вотъ здѣсь рабочій занятъ закали-
ваніемъ клинка охотничьяго ножа. Онъ осторожно накали-
ваетъ клинокъ до темнокраснаго каленія; онъ остороженъ
потому, что слишкомъ сильное нагрѣваніе повредило бы
стали. Вотъ наконецъ металлъ достаточно нагрѣтъ (цвѣтъ
его сталъ вишнево-краснымъ) и клинокъ летитъ въ холод-
ную воду, гдѣ и охлаждается. Теперь онъ очень закаленъ:
если его теперь натачивать, онъ можетъ быть очень остро
наточенъ, но имъ нельзя было бы пользоваться, потому что
достаточенъ одинъ хорошій ударъ о сучекъ, чтобы онъ сло-
мался въ куски. Чтобъ придать клинку требуемую умѣрен-
ную твердость, необходимо его теперь нагрѣть приблизи-
тельно до 290°, что дѣлается на горячихъ угольяхъ. Раньте
рабочій очищаетъ клинокъ, удаляя верхній слой окиси, такъ
что мы видимъ бѣлую сталь. Теперь будемъ внимательно
наблюдать, какія явленія наступятъ при осторожномъ на-
грѣваніи. Вотъ цвѣтъ стали становится соломенно-желтымъ;
она теперь нагрѣта до 230°. Она обладаетъ теперь твер-
достью, необходимой для хирургическаго ножа или бритвы.
Затѣмъ цвѣтъ ея становится бурымъ. Она нагрѣта прибли-
зительно до 255". Эта твердость требуется для ножницъ или
— 21 —
долота. Вотъ появляются на самыхъ горячихъ мѣстахъ пур-
пурно-красныя пятна; температура достигла 270”. До этой
температуры нагрѣваютъ топоры, рубанки, клинки карман-
ныхъ ножей. Теперь пурпурный цвѣтъ уступаетъ свое мѣсто
красивому ярко-голубому цвѣту; температура достигла 288.
Эта твердость требуется для многихъ инструментовъ и между
прочимъ для часовыхъ пружинъ.
Наконецъ, сталь нагрѣта до 295°; цвѣтъ ея потемнѣлъ и
сталъ еще болѣе красивымъ. Эта твердость наиболѣе удобна
для охотничьяго пожа и потому мы прекращаемъ нагрѣва-
ніе и охлаждаемъ клинокъ въ водѣ. Такой же твердости
приготовляютъ пилы, сверла и множество другихъ орудій,
которыя должны быть умѣренной твердости, но должны
поддаваться изгибу, не ломаясь.
Если бы мы продолжали нагрѣваніе, мы получили бы
сѣрый цвѣтъ; температура достигла бы 316° и болѣе и сталь
стала бы слишкомъ мягкой, такъ что для большинства ве-
щей она стала бы негодной.
Эта операція называется отпусканіемъ, а получающіеся
цвѣта — цвѣтами закаливанія. Послѣдніе обязаны своимъ
происхожденіемъ очень тонкому слою окиси, образующемуся
дѣйствіемъ кислорода воздуха.
Не изумительно ли то, что сталь сама указываетъ намъ
своими цвѣтами нужную намъ температуру? Затѣмъ цвѣта
служатъ также для украшенія стали и они же до извѣст-
ной степени защищаютъ ее отъ ржавѣнія. Иногда раство-
ряютъ въ водѣ, служащую для охлажденія, селитру или
какую нибудь кислоту, что ускоряетъ охлажденіе и усили-
ваетъ твердость стали. Еще чаще приходится охлажденіе
замедлять, чтобы предупредить образованіе трещинъ въ
стали или слишкомъ сильную твердость. Охлажденіе произ-
водятъ тогда въ теплой водѣ или въ маслѣ, жирѣ, которые
плохо проводятъ теплоту, и охлажденіе замедляется. Дамас-
ковые клинки охлаждаются размахиваніемъ въ воздухѣ.
Вотъ тотъ рабочій собирается приготовить буравъ, кото-
рымъ пробуравливаютъ отверстіе въ скалѣ для пороха и
динамита, когда ее хотятъ взорвать. Это уже задача болѣе
сложная. Дѣло въ томъ, что этотъ буравъ долженъ быть у
острія довольно твердъ, чтобы удары о камень не слишкомъ
быстро притупили его, а въ остальной части долженъ быть
менѣе твердъ, чтобы не расколоться подъ ударами молотка.
Посмотримъ, какъ осуществляетъ эту задачу рабочій. Сна-
чала онъ нагрѣваетъ полоску стали, изъ которой долженъ
быть приготовленъ буравъ, до краснаго каленія и дальше,
а затѣмъ закаливаетъ ее погруженіемъ въ воду. Но онъ
погружаетъ въ воду не всю полоску, а только нѣсколько
сантиметровъ ея, такъ что верхняя часть остается еще до-
статочно горячей. Вытащивъ полоску изъ воды, онъ напил-
— 22 —
комъ быстро очищаетъ маленькое пятно на поверхности
близъ острія и наблюдаетъ цвѣта, которые принимаетъ это
пятно. Теплота верхней части полоски распространяется
вдоль нея донизу и на нижнемъ концѣ вызываетъ цвѣта
закаливанія. Какъ только появляется требуемый цвѣтъ (жел-
тый или красный, смотря по твердости камня), онъ тотчасъ
же бросаетъ всю полоску въ воду, чтобы температура лезвія
не могла еще болѣе повыситься/ Такимъ образомъ полоска
остается мягкой, потому что до охлажденія она уже не была
накалена докрасна.
Маленькія вещи, какъ, напримѣръ, часовыя пружины
и т. п. сотнями укладываются въ жестянкахъ и нагрѣваются
въ особенно устроенныхъ печахъ до отпусканія. Другіе ме-
таллы, какъ, напримѣръ, латунь, нельзя обрабатывать такимъ
образомъ. Латунь, какъ извѣстно, есть смѣсь металловъ и
одинаковая обработка не можетъ сдѣлать ее твердой, а это
достигается ковкой, прокаткой или волоченіемъ.
Помимо другихъ превосходныхъ свойствъ, преимущество
стали передъ другими металлами именно въ томъ и заклю-
чается, что, получая ее въ мягкомъ состояніи, мы можемъ
тотчасъ же отковкой (въ случаѣ литой стали и отливкой)
придать ей почти требуемую форму, которая окончательно
отдѣлывается потомъ напилкомъ, верченіемъ, сверленіемъ,
такъ что закаливаніе производится уже надъ готовой фор-
мой. Послѣ закалки сталь можетъ быть обработана почти
только оттачиваніемъ.
Нагрѣваніе вызываетъ измѣненіе свойствъ не только у
одной стали. Ту же роль теплота играетъ во многихъ дру-
гихъ случаяхъ.
Двѣ стороны этой коробки шведскихъ-спичекъ покрыты
тонкимъ слоемъ фосфора, треніемъ о который мы зажи-
гаемъ спичку. Главную составную часть этого слоя соста-
вляетъ красный фосфоръ, который получается изъ желтаго
фосфора посредствомъ нагрѣванія. Точно такъ же измѣ-
няютъ свои свойства при нагрѣваніи сѣра и множество
другихъ веществъ.
ЛЕКЦІЯ ПЯТАЯ.
Скорость, равномѣрное движеніе, сила, инерція, неравномѣрное (уско-
ренное или замедленное) движеніе, ускореніе, равномѣрно ускоренное
и неравномѣрно ускоренное движеніе.
Во время сегодняшней прогулки мы потолкуемъ о все-
возможныхъ движеніяхъ. Мы гуляемъ ровно 55 минутъ
и прошли 4 километра. Какъ великъ путь, пройденный нами
въ мипуту и въ секунду?
— 23 —
Найдемъ раньше путь, пройденный въ минуту. Для этого
раздѣлимъ 4 километра, т. е. 4000 метровъ на 55 : && =
= 72,72 метра. Если полученное число раздѣлить на 60, мы
получимъ путь, пройденный въ секунду: “™=1,21 метра.
Путь, пройденный въ единицу времени, называется ско-
ростью. Наша скорость, слѣдовательно, была равна 72,72
метрамъ въ минуту и 1,21 метра въ • секунду. Само собою
разумѣется, что мы вполнѣ свободны въ выборѣ единицы
времени для нашихъ вычисленій и могли бы выбрать такой
единицей и часъ. Физикъ употребляетъ въ качествѣ такой
единицы почти исключительно секунду. Считая это само
собою разумѣющимся, онъ прямо говоритъ, что скорость =
=1,21 метра.
Итакъ, чтобы найти скорость движенія, мы или прямо
измѣряемъ путь, пройденный въ секунду, или путь, прой-
денный въ опредѣленное количество секундъ, дѣлимъ на
число этихъ секундъ.
Такимъ образомъ мы получаемъ слѣдующее равенство:
I. Скорость = или выраженное для сокращенія въ
буквахъ: с=у ’)•
Это равенство можетъ быть преобразовано въ другія два
равенства.
II. Путь — скорость X время, или выраженное для сокра-
щенія въ буквахъ: ц — с.і.
III. Время = —— или выраженное для сокращенія
г скорость г г
въ буквахъ: і = Л
Примѣръ на равенство II. Какой путь дѣлаетъ велоси-
педистъ въ 15 минутъ, если его скорость равна 9,7 мет-
рамъ въ секунду?
Отвѣтъ: 5 = 6.2=9,7.60.15 = 8730 метровъ = 8,73 кило-
метра.
Примѣръ на равенство III. Во сколько времени поѣздъ
пройдетъ путь отъ одной станціи до другой, разстояніе
между которыми равно 10 километрамъ, если его скорость
составляетъ 16 метровъ въ секунду?
л ѵ 5 10000
Отвѣтъ: 2 = ———-—=625 сек. = 10 мин. 25 сек.
е 16
Во всѣхъ этихъ вычисленіяхъ мы принимаемъ, что дви-
«) Отъ латинскихъ словъ: сеіегііаз — скорость, враііит =. путь и іет-
рив — время.
— 24 —
женіе было равномѣрнымъ, т. е. что въ равное время
тѣло проходило равное пространство.
Намъ часто приходится видѣть, что поѣзда и велосипе-
дисты двигаются съ равномѣрной скоростью, и видимъ при-
чину этого въ томъ, что локомотивъ или велосипедистъ во
все время движенія тратятъ одинаковую силу. Это объясне-
ніе не неправильно, но все же еще недостаточно.
Прежде всего рѣшимъ слѣдующій вопросъ: что такое
вообще „си л а"? Часто на этотъ вопросъ отвѣчаютъ такъ:
сила есть причина движенія, потому что тамъ, гдѣ нѣтъ
никакой силы, тамъ нѣтъ и движенія. Посмотримъ теперь,
правильно ли это. опредѣленіе.
Вотъ мы подошли къ мѣсту, гдѣ играютъ въ мячъ.
Одинъ изъ играющихъ толкнулъ мячъ и тотъ летитъ да-
леко отъ него, хотя сила удара уже давно перестала дѣй-
ствовать. Другой изъ игроковъ съ силой подставляетъ мячу
свою ногу и мячъ останавливается. Итакъ, сила можетъ
быть причиной не только движенія, но и покоя. Вотъ мячъ
опять движется, но медленно; одинъ изъ играющихъ съ
силой толкаетъ его и скорость движенія увеличивается; но
тотчасъ же другой толкаетъ его еще сильнѣе въ противо-
положную сторону и мячъ летитъ съ той же скоростью въ
противоположномъ направленіи. Не успѣлъ онъ остано-
виться, какъ онъ получилъ сильный ударъ со стороны и
вотъ онъ снова мѣняетъ направленіе своего движенія.
Здѣсь мы имѣемъ самыя разнообразныя дѣйствія силы:
переходъ тѣла изъ состоянія покоя въ движеніе, затѣмъ
изъ движенія въ покой, потомъ измѣненіе направленія дви-
женія въ обратную сторону и, наконецъ, измѣненіе напра-
вленія въ сторону. Очевидно, что мы должны расширить
опредѣленіе понятія силы п сказать: сила есть при-
чина измѣненія скорости тѣла; это измѣненіе мо-
жетъ касаться величины или направленія движенія. Что
касается состоянія покоя, то его можно разсматривать, какъ
движеніе со скоростью = 0.
Вернемся теперь къ выраженію: „тамъ, гдѣ нѣтъ силы,
тамъ нѣтъ и движенія". Гдѣ же эта сила, когда мячъ дви-
жется? Вѣдь эта сила существуетъ лишь тогда, когда нога
игрока ударяетъ о мячъ. А между тѣмъ движеніе про-
должается дальше. Правда, скорость движенія его умень-
шается, но это происходитъ только потому, что земля не
ровна да и воздухъ оказываетъ ему нѣкоторое сопротивле-
ніе. На вполнѣ ровномъ каткѣ шаръ находился бы въ дви-
женіи гораздо дольше, и мы должны придти къ тому заклю-
ченію, что чѣмъ меньше препятствія, вызванныя треніемъ,
тѣмъ шаръ двигается дольше и что, будь эти препятствія
равны нулю, скорость шара вообще не уменьшалась бы; въ
такомъ случаѣ его привела бы въ состояніе покоя только
— 25 —
такая сила, которая могла бы покоящійся шаръ заставить
двигаться въ обратную сторону. Если же нашъ шаръ на
неровной почвѣ скоро останавливается, то это происходитъ
вслѣдствіе множества небольшихъ обратныхъ ударовъ, ко-
торые онъ получаетъ отъ возвышеній почвы, травы и т. д.
Каждый изъ этихъ небольшихъ обратныхъ ударовъ лишаютъ
его одной части его скорости, пока она вся не исче-
заетъ.
Что такъ именно происходитъ дѣло, впервые позналъ въ
1602 г. Галилей, что было великимъ духовнымъ пріобрѣ-
теніемъ человѣчества. Сущность его ученія можетъ быть
изложена слѣдующимъ образомъ:
Всякое тѣло сохраняетъ свою скорость до тѣхъ поръ,
пока какая нибудь сила не сообщаетъ ему другой скорости.
Никакое тѣло не можетъ измѣнять своей скорости само.
Поэтому, если тѣло находится въ покоѣ, т. е. имѣетъ ско-
рость=0, то оно остается въ покоѣ, пока оно не получаетъ
какой нибудь скорости извнѣ. Если тѣло находится въ дви-
женіи, то оно сохраняетъ свою скорость до тѣхъ поръ, пока
его не лишаетъ ея что нпбудь, находящееся внѣ его. И на-
правленіе движенія тѣло можетъ мѣнять только подъ дѣй-
ствіемъ внѣшней силы. Однимъ словомъ, тѣло само не из-
мѣняетъ своего состоянія движенія, а для этого всегда не-
обходима внѣшняя причина, которую мы называемъ силой.
Это положеніе называется закономъ инерціи.
Когда мы сидимъ въ вагонѣ желѣзной дороги, намъ
напоминаетъ рбъ этомъ законѣ одно довольно непріятное
явленіе. Если какое нибудь внезапное препятствіе, напри-
мѣръ, внезапное торможеніе, лишаетъ поѣздъ его прежней
скорости, то этимъ еще не лишаются этой скорости путе-
шественники и ихъ багажъ. Поэтому, когда поѣздъ оста-
навливается уже, они продолжаютъ двигаться въ направле-
ніи движенія поѣзда. И вотъ тѣ, которые сидятъ лицомъ,
обращеннымъ гъ сторону движенія поѣзда, падаютъ въ на-
правленіи движенія поѣзда, а тѣ, которые сидятъ спиной
къ направленію движенія поѣзда, получаютъ болѣе или
менѣе сильный ударъ въ спину.
По той же причинѣ такъ опасно выскакивать изъ поѣзда
до полной его остановки; человѣкъ въ это время имѣетъ
еще скорость поѣзда и съ этой скоростью онъ падаетъ на
землю въ направленіи движенія поѣзда.
Если по какой либо причинѣ приходится выскакивать
изъ поѣзда до полной его остановки, не слѣдуетъ прыгать
лицомъ, обращеннымъ въ сторону, противоположную дви-
женію поѣзда, такъ какъ тогда человѣкъ неминуемо па-
даетъ на землю. Всего лучше прыгать лицомъ, обращен-
нымъ въ сторону движенія поѣзда и быть готовымъ побѣ-
жать въ томъ же направленіи; не мѣшаетъ также протя-
— 26 —
нуть впередъ руки, чтобы въ случаѣ паденія послѣдствія
его были не столь сильны.
Если тѣло продолжаетъ двигаться послѣ того, какъ сила
перестала на него дѣйствовать и если оно въ своемъ дви-
женіи не встрѣчаетъ никакихъ препятствій, то оно нахо-
дится въ движеніи равномѣрномъ. Такую силу обыкновенно
называютъ мгновенной, хотя это не совсѣмъ вѣрно, по-
тому что для всякаго дѣйствія какой нибудь силы необхо-
димо хотя бы очень короткое время. Но мы раньше гово-
рили, что и велосипедистъ и поѣздъ могутъ двигаться
равномѣрно, хотя они не перестаютъ тратить силы. И стрѣлка
часовъ двигается равномѣрно, хотя сила тяжести или пру-
жины не перестаетъ дѣйствовать.
Но здѣсь необходимо принять во вниманіе, что во всѣхъ
этихъ случаяхъ приходится преодолѣвать непрестанныя пре-
пятствія, которыя дѣйствуютъ, какъ непрестанная, противо-
положная сила. Велосипедистъ безпрестанно наталкивается
па маленькія неровности почвы и долженъ преодолѣвать
давленіе воздуха, которое дѣйствуетъ, какъ вѣтеръ, дующій
въ сторону, противоположную его движенію. Если онъ
этимъ постояннымъ силамъ не противопоставлялъ по-
стоянную свою силу, то скорость его движенія вскорѣ умень-
шилась бы. Потери скорости должны быть возстановлены.
Такимъ образомъ движеніе, собственно говоря, есть резуль-
татъ лишь перваго толчка. Все же послѣдующее напряже-
ніе силъ служитъ лишь для возмѣщенія потерь скорости,
вызванныхъ препятствіями.
Какое же получится движеніе, если движущая сила про-
должаетъ дѣйствовать и тогда, когда нѣтъ никакихъ пре-
пятствій, или если она больше той силы, которая нужна
для возмѣщенія потерь скорости? Тогда излишекъ силы
будетъ непрестанно увеличивать скорость движенія тѣла.
Движеніе тогда будетъ уже неравномѣрное.
Мы имѣемъ такія неравномѣрныя движенія, когда, на-
примѣръ, велосипедистъ напрягаетъ всѣ силы, чтобы обо-
гнать своихъ соперниковъ во время велосипедныхъ гонокъ,
или когда поѣздъ, выходя изъ станціи, гдѣ его скорость = О,
постепенно увеличиваетъ ее, пока не достигаетъ нормаль-
ной скорости, и вообще тамъ, гдѣ существуетъ переходъ
отъ большей скорости къ меньшей или покою и наоборотъ.
Въ первомъ случаѣ мы имѣемъ замедленное, а во вто-
ромъ—уско.ренное неравномѣрное движеніе.
Когда рѣчь шла о равномѣрномъ движеніи, мы нашли
очень простую формулу для вычисленія скорости. Формула
эта, какъ извѣстно, выражалась такъ:
скорость —
путь
время
— 27 —
Въ движеніи неравномѣрномъ, вычисленіе это уже не
такъ просто: вѣдь здѣсь путь, который приходится дѣлить
на время, измѣняется неравномѣрно и потому не безраз-
лично, прекращаемъ ли мы движеніе тѣла и начинаемъ
вычисленіе раньше или позже. Скорость мѣняется отъ метра
къ метру и отъ секунды къ секундѣ; она даже неодинакова
въ теченіе одной секунды. Если мы будемъ вычислять ско-
рость поѣзда по истеченіи 4-хъ секундъ послѣ выхода его
изъ станціи, мы можемъ получить скорость не болѣе четы-
рехъ метровъ въ секунду. Но это будетъ лишь средняя
скорость въ теченіе этого времени. Въ началѣ движенія она
была равна нулю, а въ концѣ — гораздо больше четырехъ
метровъ. Очевидно, что въ такихъ случаяхъ можно всегда
говорить только или о средней, или о мгновенной
скорости. Если мы, напримѣръ, говоримъ, что въ данномъ
мѣстѣ поѣздъ движется со скоростью 5 метровъ, то мы этимъ
хотимъ сказать, что если бы его скорость не мѣнялась, онъ
въ слѣдующую секунду прошелъ бы 5 метровъ. Въ дѣйстви-
тельности же онъ проходилъ можетъ быть больше или мень-
ше, смотря по тому, увеличивается ли его мгновенная ско-
рость или уменьшается.
Само это неравномѣрное движеніе можетъ происходить
различнымъ образомъ. Если, напримѣръ, скорость возра-
стаетъ, то само это'Наростаніе можетъ быть равномѣр-
нымъ и неравномѣрнымъ. Приращеніе скорости въ секунду
мы называемъ ускореніемъ, а уменьшеніе—замедле-
ніемъ.
Итакъ, существуютъ неравномѣрныя движенія съ равно-
мѣрнымъ (постояннымъ) ускореніемъ или замедленіемъ и
неравномѣрныя движенія съ ускореніемъ или замедленіемъ
перемѣннымъ или непостояннымъ.
Для насъ покуда особенно важно неравномѣрное движе-
ніе съ постояннымъ ускореніемъ (замедленіемъ); его обыкно-
венно называютъ равномѣрноускореннымъ (заме-
дленнымъ) движеніемъ. Чтобы правильно его понять,
представимъ себѣ, что выполняется слѣдующій опытъ:
Отъ станціи отходитъ поѣздъ. На задней площадкѣ по-
слѣдняго вагона стоитъ человѣкъ съ часами въ одной рукѣ
и съ кисточкой, полной краски—въ другой. Въ концѣ каж-
дой секунды онъ дѣлаетъ кисточкой отмѣтку на рельсахъ;
первую отмѣтку онъ дѣлаетъ въ моментъ отхода поѣзда.
Затѣмъ мы измѣряемъ разстоянія между мѣтками. Ока-
зывается, что число метровъ отъ нулевой мѣтки до 1, 2, 3,
4, 5, 6 мѣтки послѣдовательно равно: 1, 4, 9, 16, 25, 36; такъ
что пути, пройденные поѣздомъ въ отдѣльныя секунды,
равны 1, з, 5, 7, 9, 11 метрамъ, что и изображено на фиг. 9.
Разстоянія между мѣтками увеличиваются, слѣдовательно,
въ каждую послѣдующую секунду на 2 метра. Мы тогда
— 28 —
говоримъ, что ускореніе равно двумъ метрамъ въ се-
кунду. Очевидно, ускореніе постоянно и, слѣдовательно,
движеніе поѣзда равномѣрноускоренное. Если сила пара въ
каждую секунду сообщаетъ поѣзду скорость въ 2 метра, то
по истеченіи восьми секундъ, напримѣръ, нормальная ско-
рость равна 16 метрамъ въ секунду. Если бы машинистъ
такъ регулировалъ силу пара, чтобы увеличеніе его было
достаточно только на то, чтобы преодолѣвать треніе, то уско-
ренное движеніе перешло бы въ равномѣрное.
Легко показать, что при ускореніи въ два метра въ се-
кунду пути, пройденные поѣздомъ въ секунду, должны об-
разовать рядъ нечетныхъ чиселъ. Въ самомъ дѣлѣ, въ на-
чалѣ первой секунды скорость = 0, въ концѣ ея она = 2,
средняя скорость, слѣдовательно, = 1; помноживъ скорость
на время, мы получаемъ путь: 1x1=1. Въ началѣ второй
секунды скорость = 2, въ концѣ ея = 4 и средняя скорость
въ теченіе второй секунды=з, откуда слѣдуетъ, что путь=8
и т. д.
Если теперь вычислить пути, пройденные поѣздомъ отъ
начала движенія, то къ концу первой секунды онъ=1, къ кон-
О •»9 9?*
О 9 9 3 9 І 9 9 9 9 99 99 99 99 99 99 19 П 9» 99 20 29 22~23 29 29 20 29 *• 29 30 39 39 33 3* 33 39
Фиг. 0.
цу второй секунды == 1 -*-з = 4, къ концу третьей=1 -»-3-+-5 = 9,.
къ концу четвертой=1+3 -»-.5-+-7=16 метрамъ. Итакъ, пути,
пройденные поѣздомъ отъ начала, возрастаютъ,
какъ квадраты временъ.
Нетрудно видѣть, что такое равномѣрное ускореніе по-
лучается лишь тогда, когда машинистъ тратитъ всегда рав-
ныя количества силы пара. Если бы онъ во время ѣзды
постепенно увеличивалъ эти количества, то и приращенія
скорости не оставались бы на уровнѣ 2-хъ метровъ въ сек.,
а постепенно увеличивались бы.' Наоборотъ, если бы эти
количества уменьшались, то приращенія скорости уменьша-
лись бы. Тогда получилось бы неравномѣрноуско-
ренное или замедленное движеніе.
Съ движеніями этого рода мы познакомимся позже. Се-
годняшнюю лекцію мы закончимъ краткимъ повтореніемъ
полученныхъ нами результатовъ.
I. Если тѣло, разъ приведенное въ движеніе, во время
этого движенія не находится подъ дѣйствіемъ пи силы,
ни препятствія, то движеніе его равномѣрное.
Его скорость постоянна, а ускореніе равно
нулю.
— 29 —
То же движеніе получается и въ томъ случаѣ, если на
тѣло постоянно дѣйствуетъ сила, достаточная лишь для
того, чтобы преодолѣвать противодѣйствіе препятствій.
II. Если тѣло находится подъ дѣйствіемъ постоянной
силы, которой не противодѣйствуетъ никакое препятствіе,
то движеніе его — равномѣрноускоренное. Его
скорость измѣняется, а ускореніе остается по-
стояннымъ.
То же движеніе получается въ томъ случаѣ, если пре-
пятствія существуютъ, но противодѣйствія ихъ преодолѣ-
ваются постояннымъ приращеніемъ силы. Если же противо-
дѣйствіе препятствій хотя и остается постояннымъ, но
больше силы движущей, то получается движеніе равно-
мѣрнозамедленное. Скорость тогда уменьшается, а
ускореніе есть величина отрицательная.
ІП. Если на тѣло дѣйствуетъ сила перемѣнная, но
нѣть никакихъ препятствій движенію, то движеніе его
неравномѣрноускоренное. Здѣсь перемѣнны и ско-
рость и ускореніе.
То же движеніе получается и въ томъ случаѣ, если
движущая сила остается постоянной, но противодѣйствую-
щія препятствія мѣняются, такъ что на тѣло продолжаетъ
дѣйствовать непостоянный излишекъ или движущей силы,
или противодѣйствія.
ЛЕКЦІЯ ШЕСТАЯ.
Законы свободнаго паденія тѣлъ.—Отношеніе между силой, массой
и ускореніемъ.—Движеніе по наклонной плоскости.
Мы отправляемся гулять. Во время прогулки мы про-
ходимъ мимо одного дома, черепичная крыша котораго ис-
правляется. Рабочіе сбрасываютъ на землю черепицы, став-
шія негодными. Крыша эта находится на высотѣ приблизи-
тельно въ 20 метровъ отъ земли. Карнизы зданія раздѣляютъ
эту высоту на четыре равныя части, въ 5 (точнѣе 4,9) ме-
тровъ каждая. Беремъ часы въ руки и начинаемъ отсчиты-
вать точпо секунды. Затѣмъ мы стараемся замѣтить, во
сколько секундъ черепица проходитъ первую изъ четырехъ
частей своего пути и во сколько секундъ она проходитъ
остальныя три четверти. Мы скоро замѣтимъ, что каждая
черепица, начинающая свое паденіе какъ разъ въ началѣ
секунды, со вторымъ ударомъ секунды проходитъ первую
четверть своего пути, а съ третьимъ ударомъ падаетъ на
— 30 —
землю. Итакъ, пути, проходимые черепицей въ своемъ па-
деніи, равны:
въ 1-ую секунду...........4,9 метра
во 2-ую . „ ..........3 раза 4,9 метра.
•«•О
Фиг. 10.
Если бы черепица падала еще съ большей высоты, мы
могли бы замѣтить, что въ третью секунду путь, проходи-
мый черепицей, равенъ 5 разъ 4,9 метра. Однимъ словомъ,
пути, проходимые черепицей въ отдѣльныя секунды, обра-
зуютъ рядъ нечетныхъ чиселъ 1, 3, 5, 7,..........по-
множенныхъ на 4,9. Отсюда слѣдуетъ,
что пути, пройденные падающимъ тѣ-
ломъ отъ начала паденія въ каждую
секунду, равны: 4,9, 4 раза 4,9, 9 разъ
4,9, 16 разъ 4,9 и т. д. Итакъ, про-
странства, проходимыя падающимъ тѣ-
ломъ, равны квадратамъ временъ паде-
нія, помноженнымъ на 4,9.
Ясно, что передъ нами движеніе та-
кого же рода, съ которымъ мы позна-
комились уже въ предыдущей лекціи въ
движеніи поѣзда. Это—движеніе равно-
мѣрноускоренное. Такъ какъ тутъ, какъ
и тамъ, ускореніе равно двойному пути
первой секунды, то оно составляетъ здѣсь
2 . 4,9 = 9,8 метра.
Обозначимъ это число для сокращенія,
какъ это принято, буквой <?, время паденія, измѣренное въ
секундахъ, буквой і й пространство, пройденное тѣломъ отъ
начала паденія—буквой а и мы тогда получимъ, что
. _ -21.................і).
5 2 ~ 2 }
Высота паденія ==-^ X на квадратъ времени паденія.
Если д 9,8 есть ускореніе и скорость въ началѣ дви-
женія равна 0, то она въ концѣ первой секунды равна 9,8,
въ концѣ второй секунды = 2.9,8, въ концѣ третьей секун-
ды = 3. 9,8 и т. д.; вообще, если мы обозначимъ скорость
движенія въ концѣ времени і буквой г, то
V = д . і
Скорость = д X на время паденія......2).
Положенія 1) и 2) называются Галилеевыми законами
паденія. Они были открыты этимъ выдающимся физикомъ
въ 1602 г. и образуютъ основу механики. Рѣшимъ съ ихъ
помощью нѣсколько задачъ.
— 31 —
Камень, сброшенный съ вершины башни на землю, па-
даетъ на нее черезъ 4,5 секунды; какъ высока башня? —
Отвѣтъ: $ = 4,9.4,5.4,5 = 99,225, т. е. около ста метровъ. Съ
какой скоростью онъ падаетъ на землю? — Отвѣтъ:
ѵ = 9,8.4,5 — 44,1 метра въ секунду.
Путешественникъ падаетъ со скалы высотой въ 240 мет-
ровъ; черезъ сколько времени онъ упадетъ на землю?
240
Отвѣтъ: 240 — 4,9 . <2; I2 — —— =• 49; I = 7 сек.
4,9
Съ какой скоростью онъ падаетъ на землю? Отвѣтъ:
9,8.7 « 68,6 метра въ секунду.
Провѣряя свои законы паденія тѣлъ на башнѣ въ Пизѣ,
Галилей сдѣлалъ еще одно важное наблюденіе, которое мы
тоже можемъ здѣсь провѣрить.
Можно было бы подумать, что большой камень, будучи
сильнѣе притягиваемъ землей, чѣмъ маленькій, долженъ и
быстрѣе падать. Но это невѣрно. Будемъ внимательно на-
блюдать, что происходитъ, когда рабочій сразу бросаетъ на
землю нѣсколько черепицъ различной величины. Оказы-
вается, что онѣ одновременно падаютъ на землю. Правда,
это не всегда бываетъ, и листикъ бумаги медленнѣе падаетъ
на землю, чѣмъ кусокъ какого нибудь металла, но причину
этого ускоренія нетрудно замѣтить: это — сопротивленіе воз-
духа, которое ничтожную массу бумажки можетъ легко за-
держать, тогда какъ на гораздо большую массу металла его
вліяніе оказывается ничтожнымъ. Мы можемъ доказать это
очень простымъ опытомъ: мы устранимъ сопротивленіе воз-
духа и тогда бумажка будетъ такъ же скоро падать, какъ
металлъ. Беремъ мѣдный пятакъ и, держа его въ горизон-
тальномъ положеніи, кладемъ на него маленькую бумажку
и заставляемъ ихъ падать съ высоты. Обѣ вещи одновремен-
но падаютъ на землю, потому что пятакъ устраняетъ для
бумажки сопротивленіе воздуха. Еще точнѣе можно это
доказать, заставляя тѣла падать въ безвоздушномъ про-
странствѣ.
Итакъ, всѣ тѣла падаютъ съ равной скорос.тью.
Почему же опо такъ? Почему большія черепицы не падаютъ
быстрѣе маленькихъ?
Это нетрудно понять. Представимъ себѣ, что рабочій скла-
дываетъ два равныхъ кусочка черепицы и сбрасываетъ ихъ
съ крыши. Ясно, что они будутъ падать съ равной скоро-
стью и потому и во время паденія останутся сложенными
вмѣстѣ. Дѣло, очевидно, не измѣнится, если онѣ будутъ
связаны или склеены вмѣстѣ. Но въ такомъ случаѣ они
образуютъ одну черепицу двойной величины. Почему же
этой черепицѣ падать быстрѣе?
— 32 —
Другое доказательство. Сколько времени нужно человѣку,
чтобы дойти до ближайшей деревни? Четверть часа. Пре-
красно. Этотъ человѣкъ приглашаетъ съ собою товарища
такого же сильнаго, какъ онъ самъ, и у нихъ тогда вдвое
больше силъ. Дойдутъ ли они до деревни въ семь съ поло-
виной минутъ? Какъ извѣстно, нѣтъ: вдвоемъ большую силу
приходится затратить на вдвое большую работу, такъ какъ
приходится привести въ движеніе не одно человѣческое
тѣло, а два. Но, вѣдь, то же самое происходитъ съ вдвое
большей черепицей: правда, она притягивается къ землѣ съ
вдвое большей силой, но вѣдь въ движеніе должна быть
приведена и вдвое большая масса. На одну и
ту же массу, слѣдовательно, приходится столько
же силы, сколько и раньше.
Совершенно иначе обстоитъ дѣло, если сила,
съ которой притягивается какая нибудь масса,
начинаетъ вліять на большую массу или если
на ту же массу начинаетъ дѣйствовать большая
сила. Такъ, напримѣръ, если человѣкъ дви-
гаетъ тяжелую повозку, то онъ скорѣе спра-
вится со своимъ дѣломъ, если онъ пригласитъ
себѣ на подмогу товарища.
Нѣчто подобное мы можемъ наблюдать и на
черепицахъ, если мы обойдемъ домъ и будемъ
Ім_____ наблюдать работу на другой его сторонѣ (фиг.
11). Здѣсь рабочіе укрѣпили блокъ, перебросили
Фиг. 11. черезъ него веревку, къ концамъ которой при-
крѣплены кадки. Въ верхнюю кадку рабочіе укла-
дываютъ вынутыя черепицы, которыя могутъ еще пригодиться,
а въ нижнюю кадку другіе рабочіе укладываютъ новыя чере-
пицы, которыя должны замѣнить старыя. Если старыя и новыя
черепицы одинаково тяжелы и если число черепицъ въ
каждой кадкѣ одинаково равно, предположимъ, 10, то кадки
своей тяжестью находятся въ равновѣсіи, т. е. силы, при-
тягивающія обѣ кадки, взаимно уничтожаются. Но стоитъ
въ верхнюю кадку вложить одну лишнюю черепицу и верх-
няя кадка опускается внизъ, а нижняя поднимается вверхъ.
Но движеніе здѣсь гораздо медленнѣе, чѣмъ въ случаѣ
свободнаго паденія черепицъ. Сила притяженія одной
черепицы должна теперь привести въ движеніе не только
эту черепицу, но еще 20 другихъ, т. е. всего 21 черепицу
и обѣ кадки съ веревкой. Масса, которая должна быть при-
ведена въ движеніе теперь, приблизительно, въ 25 разъ
больше, чѣмъ раньше. Вслѣдствіе этого и пройденный путь
будетъ составлять около части пути, пройденнаго тѣломъ
при своемъ паденіи, т. е. будетъ равенъ въ секунду не
4,9 метра, а около 0,2 метра, ускореніе будетъ равно лишь
— 33 —
0,4 метра, а время, въ которое кадка пройдетъ путь свепѵѵ
донизу, будетъ равно не 2, а 10 секундамъ:
О 4
5 = —— .10 . ю = 20 метрамъ.
Въ дѣйствительности, движеніе еще медленнѣе вслѣд-
ствіе тренія. Точные опыты доказали, что при равной
силѣ, ускореніе тѣлъ тѣмъ меньше, чѣмъ находящаяся
въ движеніи масса—больше. Такимъ образомъ, произве-
деніе массы на ускореніе остается равнымъ
для равныхъ силъ и потому можетъ служить мѣрой
силы.
Вотъ здѣсь напротивъ играютъ въ кегли. Чтобы доста-
вить шаръ игрокамъ, мальчикъ кладетъ его въ наклонный
желобъ, въ которомъ онъ и скатывается внизъ. Этотъ про-
цессъ заслуживаетъ точнаго изслѣдованія: вѣдь, великій
Галилей, основатель механики, впервые изучилъ законы
паденія тѣлъ на наклонномъ желобѣ. Впослѣдствіи намъ
станетъ ясно, какъ важны для пониманія всей механики
законы, которые мы здѣсь изучаемъ. Итакъ, представимъ
себѣ, что на наклонной плоскости (фиг. 12) движется шаръ
безъ всякаго тренія >)•
Обозначимъ основаніе плоскости черезъ ЛВ, длину—
черезъ СВ и высоту—черезъ АС. Допустимъ, къ примѣру,
что высота АС—равна 4,9 метр.; тогда шаръ, падая по
длинѣ СЛ, проходитъ путь отъ О до Л въ одну секунду.
Какой путь онъ въ то же время пройдетъ по
наклонной плоскости? Какъ это показываетъ опытъ,
задача эта рѣшается очень простымъ построеніемъ. Стоитъ
намъ провести перпендикуляръ отъ точки А къ наклонной
плоскости и точка В—точка пересѣченія этого перпендику-
ляра съ этой плоскостью—и будетъ той точкой, до которой
дойдетъ черезъ секунду катящійся по плоскости шаръ.
Итакъ, путь, пройденный шаромъ по наклонной плоскости,
относится къ пути, пройденному въ то же время шаромъ
*) Мы пренебрегаемъ также вліяніемъ вращенія земли.
— 34 —
въ свободномъ паденіи, такъ, какъ СО къ СА и, слѣдова-
тельно, какъ СА:СВ, т. е. какъ высота наклонной плоскости
относится къ ея длинѣ. Предположимъ, что длина въ 4,9
разъ больше высоты, какъ это и изображено на фиг. 12;
путь СВ въ такомъ случаѣ = - 9 = = 1 метру. Сила
притяженія, дѣйствующая на тѣло, катящееся по наклонной
плоскости, тоже составляетъ - часть всей силы притя-
женія земли. Движеніе опять равномѣрно-ускоренное, но
ускореніе составляетъ только - -часть ускоренія при сво-
4,9
х • .« 9,8
бодномъ паденіи тѣлъ, т. е. равняется -метрамъ въ се-
4,9
кунду. Пути, пройденные тѣломъ въ отдѣльныя секунды,
тоже относятся другъ къ другу, какъ нечетныя
числа, что и изображено на фиг. 12.
Посмотримъ теперь, что произойдетъ,
если мы дадимъ нашей плоско-
сти другой наклонъ? На
фиг. 13 изображено
нѣсколь ко
я в, вг в3
Фиг. 13.
наклонныхъ плоскостей, исходящихъ изъ (7, именно, СВх
СВз, СВз. Чтобы сразу получить точки 1>і, -Рг, Вз, т. е.
точки, гдѣ перпендикуляры АВі, АВз, АВз, пересѣкаютъ
соотвѣтствующія плоскости, намъ достаточно провести полу-
кругъ изъ середины АС радіусомъ, равнымъ половинѣ АС:
углы, опирающіеся на діаметръ и вершины которыхъ каса-
ются окружности, суть всегда прямые углы. Такимъ обра-
зомъ, мы теперь знаемъ, что за то время, въ которое шаръ,
свободно падая, достигаетъ точки А, онъ, катясь по наклон-
ной плоскости, проходитъ другое разстояніе и точки Ві, Вз, Вз
суть предѣлы, до которыхъ онъ докатится за это время на
соотвѣтствующихъ плоскостяхъ. Всѣ корды, которыя
могутъ быть проведены отъ точки С черезъ
нашу окружность, представляютъ пути, кото-
рые шаръ можетъ пройти въ это время, катясь
по соотвѣтствующимъ наклоннымъ плоско-
стямъ.
— 35 —
Это прекрасное правило о паденіи по хордѣ было
открыто Галилеемъ.
Тутъ же мы познакомимся съ другимъ правиломъ, де
менѣе интереснымъ, а по послѣдствіямъ своимъ очень для
насъ важнымъ.
Вмѣсто того, чтобы спросить, какое разстояніе проходитъ
шаръ на различныхъ наклонныхъ плоскостяхъ въ равное
время, мы теперь спрашиваемъ, какъ далеко онъ долженъ
на нихъ катиться, чтобы достичь равной скорости? Что
онъ въ точкахъ7)1,1)г,Г)з, не могъ достичьравной скорости, намъ
станетъ ясно, если вспомнить то, о чемъ мы уже говорили
раньше, а именно, что въ равномѣрно-ускоренномъ движеніи
скорость=ускоренію х время
ѵ — д х
Такъ какъ времена іі, /г, /з, для точекъ Ві, Вз, Вз равно ве-
лики, а ускоренія ді, дз, дз не равны, то и скорости ш, і-г, »з
не могутъ быть равны. На плоскости СВз шаръ долженъ
катиться дальше и дольше, чтобы достичь равной скорости,
чѣмъ на плоскости СВі и т. д. Вычисленія ‘) показываютъ,
что въ точкахъ Ві, Вз, Вз шаръ имѣетъ ту же скорость, что
и въ точкѣ А при свободномъ паденіи. Вообще, каковъ бы
ни былъ наклонъ пути, по которому двигается шаръ, ско-
рость его одинакова во всѣхъ точкахъ, лежа-
щихъ на равной глубинѣ отъ исходной точки
С. Поэтому, если мы проведемъ горизонтальную линію, парал-
лельную линіи АВз, то въ точкахъ пересѣченія ея съ на-
клонными плоскостями скорость будетъ равно велика.
Впослѣдствіи мы изъ этого правила сдѣлаемъ очень
важное примѣненіе.
4) Вычисленіе это очень просто. Согласно закону паденія Галилея,
д $2
пространство, пройденное тѣломъ при паденіи 8 ~ -х~; отсюда слѣдуетъ,
40
28
что е2 х? —; затѣмъ скорость ѵ = д . і; откуда слѣдуетъ, что г2 =» р2 . е2.
Если въ полученное равенство подставить вмѣсто і2 полученную нами
раньше равную величину —, мы получимъ, что ѵ2 == 2дз или ѵ = V2дл.
При вертикальномъ паденіи з = высотѣ АСі, которую мы изобразимъ
буквой Л, д — 9,8 и, слѣдовательно, ѵ-= |/2.9,8.Л.
Если взять случай, когда шаръ катится по наклонной плоскости С®і,
, , . Н
то вмѣсто 8 мы должны взять ея длину I, вмѣсто д ускореніе д. откуда
слѣдуетъ, что іи = |/2р. А Лі == |/ 2.9,8Л, какъ въ случаѣ свободнаго
паденія.
То же самое получится, если взять какую бы то ни было другую
наклонную плоскость. Въ нашемъ примѣрѣ, гдѣ Л=4,9,
[/2.9,8.4,9 = 9,8 метрамъ въ секунду.
— 36 —
ЛЕКЦІЯ СЕДЬМАЯ.
Криволинейное движеніе.—Движеніе маятника.—Часы съ маятникомъ.
Въ предыдущей лекціи мы изучили законы движенія
тара по наклонной плоскости. Дала намъ поводъ къ этому
изученію игра въ кегли, на которую мы наткнулись. Но,
если мы ближе присмотримся къ обычному устройству же-
лоба, по которому катится кегельный шаръ, мы замѣтимъ,
что онъ устроенъ не по прямой, а по кривой линіи — кри-
вой, изогнутой книзу, начинающейся большой крутизной и
мало-по-малу переходящей въ горизонтальную ли-
нію. Такое устройство вполнѣ цѣлесообразно, по-
тому что шаръ съ самаго начала получаетъ
тогда большую скорость и весь путь проходитъ
гораздо быстрѣе, не получая при этомъ въ
концѣ слишкомъ большой скорости, которая
была бы неудобна. Существуетъ вполнѣ
опредѣленная кривая (ВгасЬузіосЬгопѳ), по
которой, какъ показываетъ ея греческое
названіе, шаръ достигаетъ цѣли въ са-
р мое короткое время і). Но теперь мы
іх. займемся изуче-
--*—•ніемъ болѣе про-
--1—стой кривой, ко-
— ь юрое впослѣд-
7 ствіи будетъ намъ
Фиг. 14.
оченьполезнымъ.
Эта кривая
изображена на фиг. 14. Она состоитъ изъ отрѣзковъ пря-
мыхъ равной величины АВ, ВС, СВ и т. д. до КЬ, изъ
которыхъ каждый имѣетъ другой наклонъ: АВ имѣетъ
вертикальное направленіе, высота ВС составляетъ 0,9 ея
длины, высота СВ составляетъ 0,8 ея длины и т. д.,
т. е. высота каждаго слѣдующаго отрѣзка на 0,1 меньше
предыдущей, такъ что продолженіемъ этой кривой будетъ
горизонтальная линія. Предположимъ, что по этой кривой
свободно движется шаръ. На первомъ отрѣзкѣ АВ его уско-
реніе равно ускоренію свободнаго паденія тѣлъ, т. е. 9,8
метра въ секунду. Простоты ради мы примемъ эту скорость
равной 10 метрамъ. Очевидно, что на отрѣзкѣ ВС это уско-
реніе будетъ равно 9 метрамъ, на отрѣзкѣ — СВ 8 метрамъ
1) Вычисленіе ея было впѳрвыѳ сдѣлано итальянскимъ ученымъ
Бернулли 1696 г.
— 37 —
и т. д. Мы здѣсь имѣемъ, слѣдовательно, неравномѣрно
ускоренное движеніе, въ которомъ ускореніе умень-
шается. Но отсюда еще не слѣдуетъ, что уменьшается и
скорость; наоборотъ, она увеличивается отъ одного отрѣзка
къ другому, но сами эти приращенія становятся все меньше.
Предположимъ теперь, что мы замѣняемъ эту ломаную ли-
нію, состоящую изъ отрѣзковъ различнаго наклона, одной
непрерывной кривой линіей. По своей формѣ она, по край-
ней мѣрѣ, въ нижнихъ частяхъ, будетъ схожа съ дугою
круга. По такой дугообраз-
ной линіи шаръ нашъ тоже
можетъ имѣть неравномѣр-
но ускоренное движеніе, въ
которомъ ускореніе тѣмъ
больше, чѣмъ дальше шаръ
находится отъ самой ниж-
ней точки.
Такого же рода движеніе
мы можемъ получить еще
проще, если подвѣсить шаръ
на нити и заставить его дви-
гаться по кругу. Вотъ здѣсь
же рядомъ съ этими кег-
лями устроены такъ назы-
ваемые русскіе кегли. Если
заставить шаръ качаться,
онъ опрокидываетъ стоящіе
внизу кегли (фиг. 15). Фи-
зикъ
Фиг. 15.
маятникомъ. Пока
называетъ такой приборъ
шаръ двигается внизъ, мы имѣемъ примѣръ неравномѣр-
наго движенія. Какъ мы знаемъ, шаръ на самомъ низу
не останавливается, если его не останавливаетъ какое ни-
будь постороннее препятствіе: онъ имѣетъ опредѣленную
скорость, отъ которой онъ не можетъ освободиться, если
его не лишаетъ ея какая нибудь внѣшняя сила. Поэтому
шаръ продолжаетъ свое движеніе дальше по той же кривой.
Но тутъ на него начинаетъ дѣйствовать сила притяженія
земли, вслѣдствіе чего его скорость начинаетъ уменьшаться.
Движеніе поэтому замедляется, но это замедленіе не равно-
мѣрно, а все больше наростаетъ; чѣмъ выше поднимается
шаръ, тѣмъ больше на него дѣйствуетъ притяженіе земли.
Наконецъ шаръ лишается всей своей скорости и его дви-
женіе вверхъ прекращается. Но тутъ подъ дѣйствіемъ той
же силы притяженія земли онъ начинаетъ двигаться внизъ
и, дойдя до самаго низу, вновь имѣетъ опредѣленную ско-
рость, изъ-за которой онъ продолжаетъ свое движеніе по
кривой, т. е. начинаетъ подниматься вверхъ и т. д.
Не будь ни сопротивленія воздуха, ни тренія, шарикъ
— 38 —
никогда не пришелъ бы въ состояніе покоя, а продолжалъ
бы свои колебанія вѣчно.
Различаютъ обыкновенно математическій и физи-
ческій маятникъ. Первый имѣетъ много сходства съ маят-
никомъ, состоящимъ изъ тяжелаго шарика, висящаго на
тонкой нити. Физическій же маятникъ представляетъ собой
вообще всякое неподвижно подвѣшенное тѣло, которое мо-
жетъ колебаться вокругъ горизонтальной оси; обыкновенно
же онъ имѣетъ форму металлическаго прута со сплющен-
нымъ шаромъ на нижнемъ концѣ, что мы можемъ видѣть
на нашихъ часахъ съ маятникомъ. Законы математическаго
маятника были установлены еще Галилеемъ. Мы можемъ
ихъ кратко выразить слѣдующимъ образомъ:
1. Время колебанія не зависитъ отъ массы
шара маятника.
2. Время колебанія почти не зависитъ отъ
длины колебанія.
3. Время колебанія зависитъ только отъ дли-
ны маятника; она увеличивается вдвое, втрое, когда
длина маятника увеличивается въ четыре, въ девять разъ
(время колебанія пропорціонально квадратному корню изъ
длины маятника1).
То, что время колебанія не зависитъ отъ массы шара
маятника, объясняется той же причиной, которой объяс-
няется равная скорость паденія всѣхъ тѣлъ (см. лекцію 6).
Шаръ, вдвое болѣе тяжелый, притягивается съ вдвое боль-
шей силой, но эта послѣдняя дѣйствуетъ зато на вдвое
большую массу и поэтому ускореніе въ каждой точкѣ пути
остается такимъ, какъ въ случаѣ болѣе легкаго шара.
Что касается второго закона, а именно, что время коле-
банія (почти) не зависитъ отъ длины колебанія, то при пер-
вомъ взглядѣ это кажется намъ почти невозможнымъ. Намъ
кажется, что для того, чтобы пройти большую дугу, шару
нужно и большее время. Убѣдимся, поэтому, въ правиль-
ности этого закона на опытѣ. Выведемъ нашъ шарикъ лишь
немного изъ его покойнаго положенія, выпустимъ его изъ
рукъ и сосчитаемъ число колебаній, которыя онъ сдѣлаетъ
въ одну минуту. Оказывается, что число колебаній въ
одну минуту = 35 и, слѣдовательно, время колебанія
= 60 : 35 = 1,174 сек.
Теперь вновь выведемъ шарикъ изъ состоянія покоя, но
уже на разстояніе вдвое или втрое большее, чѣмъ раньше,
4) Въ аналитической механикѣ доказывается, что время колебанія
такого маятника можетъ быть исчислено изъ формулы—— п у/-А-, гдѣ
тс — 3,14159, I есть длина маятника, а д — ускореніе силы тяжести,
т. ѳ. ~ 9,8.
— 39 —
и, выпустивъ его изъ рукъ, опять сосчитаемъ число коле-
баній въ теченіе одной минуты; оказывается, что число = 343/4,
откуда слѣдуетъ, что времяколебанія=60:34,75=1,727,
т. е. почти равно первому. Только тогда, когда дуга коле-
банія значительно больше 5° и во всякомъ случаѣ дости-
гаетъ 45°, разница становится уже замѣтнѣе. Какъ объяс-
нить это явленіе? Объясняется оно очень просто. Предста-
вимъ себѣ двѣ дуги колебанія, изъ которыхъ одна вдвое
больше другой (фиг. 16). Раздѣлимъ каждую изъ нихъ на
10 равныхъ частей. Каждая часть большей дуги будетъ
тогда имѣть вдвое большій наклонъ, чѣмъ каждая часть
меньшей дуги, а потому и ускореніе будетъ вдвое больше.
Вслѣдствіе этого и скорость,
которая есть, вѣдь, сумма всѣхъ
предыдущихъ ускореній, дол- / X.
жна быть во всѣхъ соотвѣт- /; ; X.
ствующихъ точкахъ большей / х.
дуги вдвое больше, чѣмъ'въ / X.
точкахъ меньшей дуги. А такъ / X.
какъ и разстоянія, которыя про- / Х^^
ходитъ шарикъ, тоже вдвое / Х^
больше, то времена для про- /
хожденія этихъ разстояній / уі'
должны быть равны. Итакъ, въ /
обоихъ маятникахъ шаръ од- \
повременно падаетъ отъ 10 до ''Гг^Т7П > • г
9, отъ 9 до 8 и т. д. и въ
одинъ моментъ приходитъ въ фиг- 16-
точку 0.
Законы физическаго маятника отличаются отъ законовъ
математическаго маятника: здѣсь нельзя вычислить время
колебанія изъ длины всего стержня маятника. Время это
вообще короче, чѣмъ въ математическомъ маятникѣ.. Дѣло
въ томъ, что массы стержня, болѣе близкія къ точкѣ опоры,
стремятся колебаться быстрѣе, такъ что получается средняя
продолжительность колебанія изъ всѣхъ отдѣльныхъ, уча-
ствующихъ въ колебательномъ движеніи массъ. Но, какъ
показалъ голландскій физикъ Гюгенсъ, можно и къ физи-
ческому маятнику примѣнить тѣ вычисленія, если на мѣсто
его дѣйствительной длины ввести его „редуцированную"
длину, т. е. длину математическаго маятника той же про-
должительности колебанія. Мы не можемъ дольше остана-
вливаться на этомъ предметѣ, для пониманія котораго не-
обходимо знаніе высшей математики, а мы поговоримъ лишь
о примѣненіи маятника для регулированія часовъ. И этимъ
въ высшей степени важнымъ изобрѣтеніемъ мы обязаны
Галилею (1641). Но ему самому не удалось осуществить
своей идеи, и потому 15 лѣтъ спустя то же изобрѣтеніе сдѣ-
— 40 —
Фиг. 17.
лалъ еще разъ Гюгенсъ, вслѣдствіе чего ему и должна быть
приписана заслуга его.
И простой маятникъ можно уже назвать часами, но, къ
сожалѣнію, лишь такими, ходъ которыхъ продолжается очень
недолго. Къ тому же у нихъ еще тотъ недостатокъ, что
приходится считать, не переставая. Система колесъ, приво-
димая въ движеніе какой нибудь тяжестью и снабженная
циферблатомъ со стрѣлкою, есть тоже часы, но плохіе: дви-
женіе ихъ неравномѣрное, потому что сила у нихъ постоян-
ная, а такая сила вызываетъ равномѣрно - ускоренное дви-
женіе. Правда, давно уже стараются
сдѣлать это движеніе равномѣрнымъ
посредствомъ тренія, но всѣ старанія
и до настоящаго времени не дали
еще удовлетворительнаго результата.
Изобрѣтеніе же Галилея или Гю-
генса состояло, именно, въ томъ, что
они соединили систему колесъ
съ маятникомъ такъ, что послѣд-
ній давалъ первой равномѣрное дви-
женіе, а первая обезпечивала второму
значительную продолжительность ко-
лебанія.
Какъ же они это сдѣлали?
На фиг. 17 изображены, такъ назы-
ваемые, шварцвальдскіе часы самаго
обыкновеннаго типа. Если мы сзади
откроемъ ящикъ, мы увидимъ прежде
всего колесо съ валомъ ЖК, на ко-
торомъ намотана нить или цѣпь, не-
сущая въ концѣ грузъ а. Своими
зубьями колесо В вращаетъ валъ і съ
насаженнымъ на немъ зубчатымъ
колесомъ г; это послѣднее врйщаетъ
горизонтальное колесо Р, которое и вращаетъ тормаз-
ное колесо 5 съ пилообразными зубьями. Въ задней ча-
сти часовъ между зубьями вилки д виситъ на упру-
гой пружинѣ / маятникъ /Р; вилка же такъ соединена
съ осью АА‘, что она можетъ вмѣстѣ съ маятникомъ коле-
баться въ направленіи, перпендикулярномъ къ рцсунку. Ось
А А* имѣетъ два выступа а и а', наклоненныхъ другъ къ
другу подъ угломъ и захватывающихъ зубы тормазнаго
колеса, благодаря чему при каждомъ колебаніи колесо пере-
двигается на одинъ зубецъ и движеніе опять прекращается.
Опускающійся грузъ (} представляетъ собою ту силу, ко-
торая приводитъ въ движеніе всю систему колесъ и черезъ
посредство выступовъ а и даетъ при каждомъ колебаніи
толчекъ вилкѣ д, а слѣдовательно, и маятнику Р—толчекъ
— 41 —
возмѣщающій ту потерю въ движеніи маятника, которая
вызывается треніемъ и сопротивленіемъ воздуха. Съ другой
стороны колебанія маятника, остающіяся всегда постоян-
ными, обусловливаютъ то, что тормазное колесо «, а вмѣстѣ
съ нимъ и вся система крлесъ и соединенныя съ ней
стрѣлки не могутъ перейти въ равномѣрно-ускоренное дви-
женіе. Если часы идутъ слишкомъ быстро, достаточно опу-
стить немного чечевицу Р, такъ какъ этимъ продолжитель-
ность колебанія удлиняется. Если часы идутъ слишкомъ
медленно, нужно чечевицу приподнять. Связь между осью
А А' и тормазнымъ колесомъ можетъ имѣть еще различныя
другія формы. Въ часахъ, удобныхъ для переноски (карман-
ныхъ часахъ) тяжесть замѣнена пружиной, а маятникъ за-
мѣняется другимъ колеблющимся механизмомъ, въ кото-
ромъ главную роль играетъ спиральная пружина.
ЛЕКЦІЯ ВОСЬМАЯ.
Сложеніе силъ.—Параллелограммъ силъ.—Разложеніе силъ.—Руль и па-
русъ.—Работа веселъ.—Движеніе рыбьяго хвоста.—Плаваніе змѣй и
лягушекъ.
Мы уже совершили нѣсколько прогулокъ на сушѣ. Сдѣ-
лаемъ на этотъ разъ прогулку на водѣ и посмотримъ, ка-
кія движенія мы здѣсь можемъ изучить. Чтобы попасть въ
море, намъ приходится двигаться по каналу и мы можемъ
здѣсь наблюдать кое-что интересное. Вотъ по срединѣ ка-
нала двигается
тяжело нагру-
женная барка
(фиг. 18), отъ
передняго кон-
ца которой от-
ходятъ на бе-
регъ двѣ крѣп-
кія веревки.
Каждая изъ
этихъ веревокъ ___________________________________
прикрѣпленакъ
упряжи лопіа- Фиг. 18.
ди, которая и
тянетъ за веревку. Хотя силы, оказываемыя лошадьми
на барку, имѣютъ направленія АЕ и АЕ, барка тѣмъ
не менѣе движется по направленію АВ. Передъ нами
сложеніе двухъ силъ, дѣйствующихъ на тѣло въ
— 42 —
одной точкѣ и подъ угломъ. Силы дѣйствующія назы-
ваются силами слагаемыми, а сила, получающаяся отъ
ихъ сложенія, называется равнодѣйствующей силой.
Зная величину и направленіе слагающихся силъ, можно
получить величину и направленіе равнодѣйствующей. За-
дачу эту приходится рѣшать очень часто, и она легко рѣ-
шается посредствомъ параллелограмма силъ. Ло-
шадь, которая тянетъ веревку АЕ, могла бы въ опредѣлен-
ное время потянуть барку отъ А до В\ другая лошадь,
которая тянетъ веревку АЕ, могла бы въ то же время потя-
нуть барку отъ А до С. Пути АВ и АС относятся другъ къ
другу, какъ силы, обнаруженныя лошадьми. Если силы эти
равны, то и АВ — АС. Если теперь провести линію СІ) па-
раллельную АВ и линію ВВ параллельную АС, мы полу-
чимъ параллелограммъ, діагональ котораго АВ предста-
вляетъ силу равнодѣйствующую; другими словами, обѣ ло-
шади въ это время передвигаютъ барку изъ А въ В. Такимъ
образомъ, представленныя линіями АВ и АС слагающіяся
силы дѣйствуютъ такъ, какъ будто вмѣсто нихъ дѣйство-
вала бы другая сила, величина и направленіе которой пред-
ставлены линіей АВ.
Очевидно, что это далеко не безразлично, по какому на-
правленію лошади тянутъ барку. Если веревки слишкомъ
коротки, то, какъ это показано на фиг. 19, онѣ образуютъ
между собой большій уголъ и равнодѣйствующая оказы-
вается тогда гораздо меньше. Будь уголъ ВАВ — САВ=60°,
то равнодѣйствующая была бы равна каждой изъ слагаю-
щихся силъ; обѣ лошади тянули бы барку такъ, какъ ее
могла бы тянуть одна лошадь, тянувшая веревку въ напра-
вленіи движенія. Очевидно, что такое движеніе было бы
невыгодно. Если веревки достаточно длинны, имъ можно
дать такое направленіе, которое изображено на фиг. 20.
Здѣсь углы ВАВ и САВ очень остры и равнодѣйствующая
почти вдвое больше каждой изъ слагаемыхъ силъ, т. е.
почти равна ихъ суммѣ. Здѣсь обѣ лошади дѣйствуютъ
почти такъ, какъ будто они запряжены въ повозку.
Если лошади неодинаково сильны, параллелограммъ силъ
— 43 —
получаетъ форму, изображенную на фиг. 21. Силы лошадей
въ -Е и Е относятся другъ къ другу какъ линіи АВ и АС
и равнодѣйствующая АВ имѣетъ направленіе, приближаю-
щееся къ направленію большей силы. Поэтому, барка будетъ
приближаться къ тому берегу, на которомъ находится болѣе
сильная лошадь. Чтобы это предупредить, необходимо болѣе
слабой лошади дать направленіе болѣе удаленное отъ на-
правленія движенія.
Если барка движется противъ теченія, то изъ равнодѣй-
ствующей приходится вычитывать противодѣйствіе теченія.
Будь оно равно равнодѣй-
ствующей, барка не двигалась
бы съ мѣста. Такъ, напри-
мѣръ, на фиг. 18 это произо-
шло бы тогда, если бы проти-
водѣйствіе теченія АС = АВ.
Передъ нами тогда былъ бы
тотъ случай, когда три силы
уравновѣшиваютъ другъ дру-
га. Если сила теченія меньше
равнодѣйствующей изъ силъ
лошадей, барка продолжаетъ
двигаться впередъ съ силой
равной разности этихъ двухъ
силъ. Будь сила теченія боль-
ше этой равнодѣйствующей,
барку и лошадей относило бы
назадъ.
Всѣ эти отношенія можно
представить посредствомъ при-
бора, который нетрудно при-
готовить. На деревянной до-
щечкѣ, поставленной вертикально (фиг. 22), мы двумя кноп-
ками укрѣпляемъ два ролика Е и Е и перебрасываемъ че-
резъ нихъ нитку, съ гирьками на концахъ. Другую нитку,
тоже съ гирькой на концѣ, мы привязываемъ къ первой въ
части, находящейся между двумя роликами. Оттягивая пер-
вую нитку внизъ до равновѣсія, вторая нитка сгибаетъ ее
въ двѣ части, направленія которыхъ измѣняются въ зави-
симости отъ вѣса гирекъ. Если мы теперь построимъ
параллелограммъ силъ, намъ нетрудно будетъ убѣдиться,
что равнодѣйствующая АВ по величинѣ равна, а по напра-
вленію противоположна силѣ, тянущей первую нитку въ
точкѣ А книзу (на нашемъ рисункѣ слагаемыя силы=2 и 4,
а равнодѣйствующая = 3).
Переѣдемъ теперь на другой берегъ, для чего мы мо-
жемъ воспользоваться паромомъ (фиг. 23). Черезъ каналъ
на нѣкоторой высотѣ протянута веревка 88', по которой дви-
— 44 —
гается колесико В; къ этому колесу прикрѣплена другая
веревка, которая тянетъ лодку. Войдемъ въ нее. Поперекъ
лодки лежитъ стержень, на которомъ движется кольцо г,
соединенное съ веревкой. Матросъ, войдя въ лодку, пере-
двигаетъ кольцо г, находящееся на сторонѣ, удаленной отъ
берега, на противоположную сторону лодки и такимъ обра-
зомъ поворачиваетъ послѣднюю въ сторону; затѣмъ онъ
берется за руль и ставитъ его часть, находящуюся въ водѣ,
по направленію къ берегу, и лодка начинаетъ удаляться
отъ берега. Прибывъ на другой берегъ, мы выходимъ изъ
лодки, а матросъ раньше передвигаетъ кольцо на противо-
положный конецъ стержня, затѣмъ поворачиваетъ руль и
возвращается обратно.
Нарисуемъ заднюю часть лодки вмѣстѣ съ рулемъ въ
Фиг. 23.
увеличенномъ видѣ (фиг. 24). Частицы движущейся воды
наталкиваются на руль въ направленіи А'А и стремятся
точку А передвинуть въ 2). Но эта точка А не можетъ дви-
гаться по теченію потому, что лодка привязана къ веревкѣ
88'. Она можетъ передвинуться только въ направленіи, пер-
пендикулярномъ къ теченію, въ точку В. Здѣсь наступаетъ
разложеніе силъ, какъ это было вчера въ наклонномъ же-
лобѣ при игрѣ въ кегли. Здѣсь сила теченія разлагается
на двѣ силы, которыя и представлены линіями АО и АВ;
будь эти двѣ силы слагающіяся, они образовали бы равно-
дѣйствующую АЛ, которая есть, вѣдь, діагональ паралле-
лограмма силъ АВЛС. Сила АО двигаетъ частицы воды
вдоль по рулю, до О, не оказывая никакого вліянія на дви-
женіе лодки. Другая же сила АВ двигаетъ руль и соеди-
ненную съ нимъ лодку поперекъ теченія, а лодка влечетъ
за собой колесо В. Когда мы возвращаемся обратно, дѣло
— 45 —
происходитъ наоборотъ. Если бы мы двигались по стоячей
водѣ, а лодка управлялась бы весломъ и двигалась бы
впередъ, то при положеніи руля, изображенномъ нами на
фиг. 24, частицы воды дѣйствовали бы въ ту же сторону.
Но такъ какъ лодка здѣсь не привязана, то она будетъ
вращаться и поворачиваться передней стороной вправо.
Поэтому необходимо всегда поворачивать руль въ ту же
сторону, куда хотятъ повернуть лодку.
Но вотъ мы достигли моря и переходимъ на маленькую
парусную лодку, которая, гонимая вѣтромъ, привезетъ
насъ на противоположный берегъ. Для парусныхъ лодокъ
наиболѣе удобны тѣ, которыя снабжены килемъ. Что же
такое киль? Это — продольная деревянная планка, проходя-
щая вдоль середины дна лодки; она иногда продолжается
еще и по задней сторонѣ лодки; дальнѣйшее ея продолже-
ніе можетъ составить самъ руль. Благодаря этой планкѣ,
лодка легко движется только въ такъ называемой килевой
линіи, такъ что сдвинуть ее въ сторону очень трудно. Въ
нашей лодкѣ парусъ очень простой: онъ состоитъ изъ куска
полотна, прикрѣпленнаго къ мачтѣ, и мы можемъ дать ему
какое угодно направленіе.
Если бы вѣтеръ дулъ въ ту сторону, куда намъ нужно
отправиться, дѣло было бы очень просто. Мы поставили бы
парусъ поперекъ килевой линіи и вѣтеръ прямо двигалъ бы
насъ къ цѣли, а небольшія уклоненія отъ нашего напра-
вленія мы исправляли бы рулемъ. Но вѣтеръ дуетъ въ про-
тивоположную сторону. Можно было бы подумать, что при
такихъ условіяхъ для насъ нѣтъ никакой возможности до-
стичь нашей цѣли. Прямымъ и кратчайшимъ путемъ мы,
конечно, сдѣлать этого не можемъ, но можемъ это сдѣлать
зигзагообразнымъ путемъ или, какъ моряки говорятъ, ла-
вированіемъ. Какъ же это сдѣлать?
Наша лодка съ мачтой находится сначала въ А (фиг. 25).
Конечная цѣль нашего пути есть точка 2, но вѣтеръ дуетъ
отъ 2 къ А. Веслами и рулемъ мы поворачиваемъ лодку
такъ, что ея килевая линія КК направлена къ другой цѣли
2', а парусъ помѣщаемъ въ направленіи 88‘, т. е. между
направленіемъ вѣтра и килевой линіи.
Вѣтеръ стремится повернуть точку А паруса по напра-
вленію къ точкѣ I). Линія аЪ представляетъ намъ ту силу,
которую вѣтеръ оказываетъ при этомъ на точку А. Эта сила
разлагается на двѣ силы АВ и АС. Первая заставляетъ массу
воздуха двигаться мимо паруса, не оказывая на него ника-
кого дѣйствія, а вторая имѣетъ направленіе, перпендику-
лярное къ плоскости паруса и потому стремится дать парусу
и лодкѣ направленіе АС съ силой АС. Но лодка можетъ
двигаться только въ килевой линіи, потому что иначе со-
противленіе воды было бы слишкомъ сильно. Вслѣдствіе
— 46 —
этого сила АС въ свою очередь распадается на двѣ силы:
А1> и Ас. Сила Ад не оказываетъ никакого дѣйствія на лодку
вслѣдствіе сопротивленія воды, а сила Ас гонитъ лодку въ
направленіи киля съ силой, представленной линіей Ас. Мы
такимъ' образомъ движемся по направленію къ точкѣ 2'.
Послѣ нѣкотораго времени мы съ помощью руля поворачи-
ваемъ лодку вправо по направленію къ 2" и опять даемъ
парусу направленіе 88', между направленіемъ вѣтра и
направленіемъ киля КК‘. Здѣсь опять происходить двойное
разложеніе силъ и мы движемся по направленію къ точкѣ
2". Прибывъ сюда,
Фиг. 25.
мы вновь повора-
чиваемъ влѣво,
такъ что лодка
получаетъ то же
направленіе, кото-
рое она имѣла при
нашемъ отъѣздѣ.
Двигаясь такимъ
образомъ, мы въ
концѣ концовъ мо-
жемъ достичь на-
шей цѣли 2. Мож-
но было бы до-
стичь нашей цѣли
и однимъ поворо-
томъ, если бы мы
могли достаточно
долго двигаться
въ направленіи къ
2*. Это невозмож-
но сдѣлать пото-
му, что мы скоро
натолкнулись бы
на противополож-
ный берегъ. Та-
ковы существен-
ныя черты нашего
движенія. Эти существенныя черты измѣняются еще и
побочными обстоятельствами, обусловленными тѣмъ, что
парусъ, надуваясь, измѣняетъ свою форму, но мы на
этомъ останавливаться не будемъ. Итакъ, и вѣтеръ, дую-
щій въ сторону прямо противоположную нашей цѣли,
не можетъ помѣшать намъ, правда, медленнѣе и окольными
путями, достичь ее. Задача эта становится, разумѣется, легче,
если вѣтеръ дуетъ въ сторону не прямо противоположную,
какъ это показываетъ наше движеніе по направленію къ
точкѣ 7і.
— 47 —
Мы недалеки уже отъ нашей цѣли, но, къ сожалѣнію,
вѣтеръ совершенно пересталъ, что ясно видно на слабо на-
дуваемомъ парусѣ. Нужно взяться за весла. Работа эта не-
трудная, но и ее нужно сдѣлать умѣючи. Прежде всего
необходимо позаботиться о томъ, чтобы при опусканіи и
поднятіи веселъ не оказывать сопротивленія водѣ въ напра-
вленіи нашего движенія, для чего необходимо соотвѣтствую-
щимъ образомъ поворачивать весла. Затѣмъ очень невы-
годно описывать веслами слиш-
комъ большія дуги. Это намъ
станетъ вполнѣ очевиднымъ,
если мы разсмотримъ происхо-
дящее здѣсь разложеніе силъ.
Допустимъ, что мы перево-
димъ весло изъ положенія ОВ,
въ положеніе ОК‘ такъ, какъ
это представлено на правой
сторонѣ фиг. 26, т. е. описы-
ваемъ имъ дугу въ 120°. Ли-
нія ай представляетъ силу, съ
которой весло, описывая эту
дугу, дѣйствуетъ на воду въ
началѣ этого движенія. Эта
сила разлагается на безполез-
ную для насъ силу аЬ и силу
ас. Только эта послѣдняя дви-
гаетъ лодку дальше. Точно
также въ концѣ движенія
весла лодку двигаетъ дальше
только сила «'с'. Только въ
тотъ моментъ, когда весло перпендикулярно къ средней
линіи лодки, на нее дѣйствуетъ вся сила удара весла. По-
смотримъ теперь, какъ обстоитъ дѣло на лѣвой сторонѣ
нашей фигуры, гдѣ весло описываетъ дугу только въ 60й.
Здѣсь силы, движущія лодку, тоже будутъ въ началѣ и въ
концѣ удара весла ас и аѴ. Очевидно, что на правой сто-
ронѣ ас и а'с1 составляютъ лишь около половины всей силы
удара весла, тогда какъ на лѣвой сторонѣ эти силы почти
равны ей. Отсюда слѣдуетъ, что, чѣмъ дуга больше, тѣмъ
менѣе мы экономны въ тратѣ нашихъ силъ. Конечно, вдвое
большій размахъ весла передвигаетъ лодку дальше, чѣмъ
вдвое меньшій, но не вдвое дальше, а между тѣмъ мы силы
тратимъ при этомъ вдвое больше. Чтобы возможно эконом-
нѣе тратить силу нашихъ мышцъ, мы должны, слѣдова-
тельно, стараться описывать меньшія дуги, но зато числомъ
побольше. Разумѣется, и въ обратномъ направленіи пере-
саливать нельзя, такъ какъ на погруженіе и на поднятіе
весла тоже тратится извѣстная сила.
— 48 —
Наши опыты вспугнули нѣсколько рыбъ, которыя лежали
близъ берега въ ожиданіи добычи. Какъ красиво и цѣле-
сообразно онѣ плаваютъ. Боковые плавники играютъ при
этомъ второстепенную роль, а главную роль играетъ хвостъ.
Нельзя ли намъ произвести нашимъ рулемъ такія движенія?
Чтобъ чему нибудь научиться, мы должны дѣлать пробы.
Попробуемъ, поэтому, поднять весла и рулемъ производить
движенія изъ 08 въ 08' и обратно (фиг. 26). Лодка мед-
ленно двигается впередъ, но въ то же время и справа на
лѣво и обратно. Но въ сравненіи съ той силой, которую мы
тратимъ на эту работу, результатъ слишкомъ ничтоженъ и
значительно уступаетъ работѣ рыбъ. Чтобъ узнать причину
этого ничтожнаго результата, мы будемъ продолжать нашъ
опытъ дальше и присмотримся ближе къ работѣ руля. Когда
руль изъ положенія 08 приближается къ средней линіи
лодки, тогда линія 8Л есть направленіе силы, съ которой руль
толкаетъ воду. Разложимъ эту силу на двѣ силы: аЬ и ас.
Первая не приноситъ намъ никакой пользы, такъ какъ она
могла бы лишь повернуть лодку и дѣлаетъ это на самомъ
дѣлѣ, поскольку этому не мѣшаетъ сопротивленіе киля.
Полезна намъ только сила ас и она, дѣйствительно, дви-
гаетъ лодку немного впередъ. Къ сожалѣнію, эта сила съ
приближеніемъ къ средней линіи становится все меньше и
меньше. Теперь обратимся ко второй половинѣ дуги, опи-
сываемой рулемъ. Руль приближается къ положенію 08'.
Здѣсь направленіе удара руля есть а'Л', а силы, получен-
ныя отъ разложенія этого удара—а'Ь' и а'с'. Первая не при-
носитъ намъ никакой пользы, а вторая приноситъ даже пря-
мой вредъ, такъ какъ она стремится лодку двигать назадъ
съ той же силой, съ которой лодка въ первой половинѣ
дуги двигалась впередъ. Если лодка все же двигается, хотя
и слабо, впередъ, то это происходитъ потому, что лодка
вообще легче двигается впередъ, чѣмъ назадъ и это проис-
ходитъ потому, что передній ея конецъ острый, а задній
болѣе широкъ, такъ что движенію назадъ вода оказываетъ
большее сопротивленіе, чѣмъ движенію впередъ. Чтобы до-
стичь лучшаго результата, мы должны оставить руль въ
водѣ только въ предѣлахъ первой половины дуги и въ
средней линіи или еще раньше вытаскивать его изъ воды,
затѣмъ въ положеніи 08' вновь его погружать и вновь вы-
нимать, прежде чѣмъ онъ достигнетъ средней линіи. Въ
дѣйствительности этотъ методъ и употребляется иногда на
небольшихъ разстояніяхъ. Въ лодкахъ плоскихъ и безъ
киля этотъ методъ, разумѣется, труднѣе примѣнить, такъ
какъ такая лодка слишкомъ качалась бы изъ стороны въ
сторону.
Теперь становится еще болѣе интереснымъ движеніе
рыбьяго хвоста. Почему здѣсь движеніе такое удачное?
— 49 —
Фиг. 27.
Прежде всего необходимо принять во вниманіе, что этотъ
хвостъ своимъ конечнымъ плавникомъ куда болѣе гибокъ,
чѣмъ нашъ твердый руль и поэтому можетъ вращаться во-
кругъ цѣлаго ряда осей, а не только въ одной плоскости,
какъ нашъ руль. И послѣдній далъ бы лучшій результатъ,
будь онъ болѣе упругъ и гибокъ. Фиг.
27 даетъ намъ приблизительное пред-
ставленіе о движеніи рыбьяго хвоста.
Въ положеніи 1 хвостъ достигъ край-
няго своего положенія слѣва и отсюда
очень быстро и съ силой переходитъ въ
положенія 2 и 3. Поверхность плавника
въ теченіе этого времени можетъ да-
вить на воду въ направленіе обратномъ
движенію; въ томъ же благопріятномъ
положеніи находится часть плавника —
и именно самая широкая часть,—когда
хвостъ принимаетъ положеніе 4. Съ
этого момента наступаетъ на короткое
время менѣе благопріятное положеніе,
такъ какъ движущаяся крайняя часть
плавника становится все короче. Небла-
гопріятное противодѣйствіе исходитъ
лишь отъ верхней болѣе узкой части.
Но вотъ конецъ плавника переходитъ
въ положеніе 5, т. е. въ положеніе, сим-
метричное положенію 1 и теперь мо-
жетъ начаться движеніе въ обратномъ направленіи. Оче-
видно, что смѣняющіяся положенія хвоста вовсе не симме-
тричны къ его средней линіи. Будь они симметричны, мы
имѣли бы во второй половинѣ движенія плавника дѣйствіе
неблагопріятное. Движеніе взадъ и вперёдъ задней части
тѣла рыбы само по себѣ не имѣетъ значенія и потому уже
не оказываетъ значительнаго дѣйствія, что брюшные и
спинные плавники исполняютъ ту роль, которую на нашей
лодкѣ исполняетъ киль. Да и вся фигура большинства рыбъ
такова, что онѣ оказываютъ большое сопротивленіе передви-
женію въ сторону.
Мы выходимъ на берегъ. Вотъ лежитъ ужъ! Онъ какъ
разъ намъ и нуженъ: его движенія въ тростникѣ очень
сходны съ движеніемъ хвоста рыбы; каждое кольцо тѣла
этого животнаго упирается въ тростникъ такъ, какъ задній
плавникъ рыбы упирается въ воду. Но вотъ ужъ прыгаетъ
въ воду и сходство въ движеніяхъ становится еще большее.
Какъ они различны отъ плавателі ныхъ движеній лягушки,
которая вотъ тамъ удираетъ отъ своего врага. Движенія ея
заднихъ конечностей болѣе напоминаютъ наши удары ве-
— 50 —
селъ и, вѣроятно, служили и человѣку образцомъ для его
плавательныхъ движеній.
Во всѣхъ этихъ явленіяхъ мы можемъ найти примѣне-
ніе правила параллелограмма силъ и разложенія силъ
ЛЕКЦІЯ ДЕВЯТАЯ.
Сложеніе неоднородныхъ силъ. Метаніе тѣла въ горизонтальномъ, но-
сомъ и вертикальномъ направленіи. Сложеніе поступательнаго и вра-
щательнаго движеніи. Игра на билліардѣ. Обратное движеніе упругихъ
шаровъ.
Отдохнемъ немного у этого источника! Вода выходитъ
толстой струей изъ отверстія трубы и падаетъ въ бассейнъ.
Дугообразное паденіе воды дастъ намъ возможность допол-
нить наши вчерашнія наблюденія надъ сложеніемъ силъ.
Во всѣхъпредыдущихъ случаяхъ
силы, которыя мы складывали, были
однородны въ томъ смыслѣ, что
онѣ всѣ были силами постоянными,
какъ напримѣръ, сила тяжести. Но
и при сложеніи такъ называемыхъ
мгновенныхъ силъ величина и на-
правленіе равнодѣйствующей равны
діагонали параллелограмма силъ
слагающихся. Такъ, напримѣръ,
если на билліардѣ ударить шаръ
одновременно въ двухъ различныхъ
направленіяхъ (фиг. 28), то шаръ
двигается со скоростью, равной діа-
гонали параллелограмма, построен-
наго на слагающихъ скоростяхъ, и
въ направленіи этой діагонали.
Иначе обстоитъ дѣло, когда мгно-
венная сила складывается съ си-
лой постоянной или когда движе-
ніе равномѣрное комбинируется съ
движеніемъ равномѣрно-ускореннымъ.
Вода, выходящая изъ трубы (фиг. 29), должна была бы
двигаться въ горизонтальномъ направленіи и съ постоянной
скоростью, если бы на нее не стала дѣйствовать по выходѣ
ея изъ трубы сила тяжести. Если, напримѣръ, она движется
со скоростью въ 0,5 метра въ сек., то въ каждую десятую
часть секунды она проходила бы 5 сантиметровъ. Отложимъ
эти разстоянія на прямой АВ и обозначимъ концы ихъ циф-
рами 1, 2, 3 и т. д.
— 51 —
Но въ тотъ моментъ, когда вода выходитъ изъ отверстія
трубы, на нее начинаетъ дѣйствовать сила тяжести, заста-
вляя ее падать внизъ. Не дѣйствуй на нее никакая другая
сила, вода падала бы вертикально на землю. Пути, прохо-
димые ею, были бы тогда неравно велики, а наростали бы,
какъ нечетныя числа. Путь, который она прошла бы въ
первую десятую часть секунды, мы можемъ получить изъ
слѣдующаго равенства:
9,8 1 1
путь = —і. ------ метра — 4,9 сантиметра.
Лі Ю 1V
Примемъ и на этотъ разъ круглое число=5 сантиметровъ.
Путь, который она прошла бы во вторую десятую часть
секунда, былъ бы
въ 3 раза больше,
т. е. 15 сантимет-
ровъ, въ третью
десятую долю се-
кунды — 5.5 = 25
сантиметровъ и
т. д.
Отложимъ и эти
пути вдоль верти-
кальной линіи АС
и тогда намъ не-
трудно будетъ,
сложивъ оба дви-
женія, получить
путь, по которому
вода дѣйствитель-
но движется. По-
строивъ соотвѣт-
ствующіе парал-
Фиг. 29.
лелограммы, мы
получимъ наэтотъ
разъ не прямую,
а ломанную линію. Но, если принять во вниманіе, что это
сложеніе происходитъ не съ перерывами отъ одной десятой
доли сек. до другой, а непрерывно, намъ станетъ понятнымъ,
что въ дѣйствительности должна получиться непрерывная
кривая линія.
Найденная кривая есть половина параболы, ось которой
АС имѣетъ вертикальное направленіе.
Сузимъ отверстіе трубы, хотя бы съ помощью руки: дви-
жете въ горизонтальномъ направленіи станетъ больше, а
вертикальное не измѣнится. Обозначимъ пути, которые вода
проходила бы въ соотвѣтствующія десятыя доли секунды
(не дѣйствуй на нее сила тяжести) Т, II, III и т. д. Сложивъ
— 52 —
эти пути съ путями вертикальнаго движенія, мы получаемъ
новую параболу
Съ помощью упругой трубки или приложивъ соотвѣт-
ствующимъ образомъ пальцы къ отверстію трубы, мы мо-
жемъ струѣ воды дать направленіе АВ, образующее уголъ
въ 45° къ горизонтальной линіи. Не дѣйствуй на нее сила
тяжести, вода, двигаясь по этому направленію, подымалась
бы въ каждую десятую долю секунды па 20 сантиметровъ
надъ уровнемъ АП. Обозначимъ эти разстоянія цифрами
1, 2, 3, 4. Но въ то же время сила тяжести заставляетъ воду
падать внизъ со скоростью въ первую десятую долю секунды
5 сантиметровъ, во вторую —15, въ третьй — 25, въ четвер-
тую—35 и т. д.
Мы получаемъ такимъ образомъ слѣдующій разсчетъ:
Въ теченіе
1. 10-й доли сек. подъемъ—20, паденіе= 5; слѣд. подъемъ=15
2. 99 и п п =20, „ —15, „ = 5
3. 99 * 99 п =20, » - 25; паденіе = 5
4. п 99 =20, „ =35; 99 „ =15
5. 99 99 99 = 20, „ =45; 99 » =25
и т. д.
Мы получили бы тотъ же результатъ, если бы брали раз-
стоянія проходимыя водой къ концу каждой доли секунды,
считая отъ начала движенія.
Къ концу
1.10-й д. с. под.= 20, пад.= 5; сл. дв. под.=15 сант. выше ВА
2. 99 п 99 = 40, я = 20; п 99 99 =20 99 99 99
3. 99 п п 99 = 60, 99 = 45; 99 99 99 =15 уу 99 99
4. 99 п п — 80, 99 = 80; 99 уу 99 — 0 99 99 99
5. 99 п 99 =100, П =125; 99 99 =25 99 ниже
При наклонѣ струи воды къ АВ въ 45° длина паденія
наибольшая. При большемъ углѣ высота паденія больше, а
при меньшемъ углѣ—меньше, длина же паденія въ обоихъ
случаяхъ меньше, что легко видно изъ построенія и под-
тверждается опытомъ.
Въ полетѣ стрѣлы форма кривой, которую она описы-
ваетъ, измѣняется подъ вліяніемъ сопротивленія воздуха;
въ особенности нисходящая часть параболы имѣетъ болѣе
крутое направленіе. Что же произойдетъ, если мы дадимъ
струѣ воды направленіе вертикальное вверхъ или если бро-
симъ вверхъ твердое тѣло? Нѣтъ ничего легче вычислить
это. Сдѣлаемъ это вычисленіе на слѣдующемъ примѣрѣ.
Стрѣлокъ выпускаетъ стрѣлу вертикально вверхъ съ перво-
— 53 —
начальной скоростью въ 294 метра въ секунду. Мы дѣлаемъ,
тогда, слѣдующій разсчетъ:
Время отъ момента выстрѣла. Движеніе вверхъ, не будь силы тяжести. Движеніе внизъ подъ дѣйствіемъ силы тяже- сти. Дѣйстви- тельно до- стигнутая высота.
10 2940 490 2450
20 5880 1960 3920
30 8820 4410 4410 Наибольшая высота.
Скорость = 0
40 11760 7840 3920
50 14700 12200 2450
60 17640 17640 0 Возвращеніе стрѣлы
къ начальному пун-
кту движенія.
Числа второго столбца получены умноженіемъ 294 на
10, 20, 30 и т. д. Числа третьяго столбца получены умно-
женіемъ 4,9 на 10’, 20*, 30’ и т. д. Числа послѣдняго столбца
суть разности между числами первыхъ двухъ столбцовъ.
Нетрудно видѣть, что какъ разъ къ концу 30 сек. ско-
рость движенія стрѣлы вверхъ должна быть равна 0: въ
каждую секунду стрѣла теряетъ подъ дѣйствіемъ силы тя-
жести скорость въ 9,8 метра, слѣдовательно, въ 10 сек.—98,
а въ 30 сек.—294 метра, т. е. всю скорость, которую сооб-
щилъ ей стрѣлокъ.
Въ теченіе слѣдующихъ 30 сек., когда стрѣла подъ дѣй-
ствіемъ той же силы тяжести начинаетъ двигаться внизъ,
скорость ея въ каждую секунду=9,8 метра и, слѣдовательно,
въ 30 сек.=30.9,8—294 метра, т. е. стрѣла падаетъ на землю
съ тою же скоростью, съ которой она раньше была пущена
вверхъ. Упади она стрѣлку на голову, мы могли бы сказать,
что онъ застрѣлилъ себя такъ, какъ если бы прямо приста-
вилъ дуло къ головѣ. Поэтому, очень опасно стрѣлять вер-
тикально вверхъ.
Какой-нибудь охотникъ, пожалуй, этому не повѣритъ и
скажетъ, что на охотѣ ему не разъ случалось выпускать въ
вертикальномъ направленіи цѣлый зарядъ дроби въ стадо
дикихъ голубей и даже потомъ отдѣльныя дробинки ловить
обратно въ шапку. Совершенно вѣрно! Но это происходитъ
потому, что небольшія дробинки сильно задерживаются со-
противленіемъ воздуха, но, коі'да стрѣлы болѣе или менѣе
велики, это сопротивленіе воздуха имѣетъ ничтожное зна-
ченіе. И это для человѣчества большое счастье, такъ какъ
иначе мы давно были бы всѣ перебиты не только градомъ,
но даже дождевыми каплями.
— 54
Прежде чѣмъ вернуться домой мы зайдемъ еще въ ре-
сторанъ, чтобы сдѣлать нѣкоторыя наблюденія надъ игрой
на билліардѣ.
Ударяя билліардной палкой (кіемъ) въ упругіе шары, мы
приводимъ ихъ въ прямолинейное движеніе, которое было
бы равномѣрнымъ, не будь никакого тренія. Но шары трутся
о билліардъ, вслѣдствіе чего ихъ движеніе становится не
только поступательнымъ, но и вращательнымъ, при чемъ,
если ударъ не былъ боковымъ, вращеніе будетъ происхо-
дить около горизонталь-
ной оси и подъ прямымъ
угломъ къ направленію
удара.
Помѣстивъ кій въ го-
ризонтальномъ положе-
ніи, ударимъ имъ шаръ
какъ разъ по серединѣ
его (фиг. 30). Шаръ дви-
жется па нѣкоторомъ раз-
стояніи почти безъ вся-
каго вращенія. Только,
когда онъ начинаетъ
близко соприкасаться съ
сукномъ билліарда, воз-
никаетъ треніе и шаръ
начинаетъ вращаться.
Если нашъ ударъ попа-
даетъ въ шаръ выше
начинаетъ вращаться въ
направленіи удара съ самаго начала и гораздо сильнѣе,
чѣмъ въ первомъ случаѣ. Если же ударъ попадаетъ ниже
середины (фиг. 32), онъ начинаетъ вращагься въ сторону
противоположную. Это вращательное движеніе превращается
въ поступательное движеніе шара, которое и складывается
алгебраически съ поступательнымъ движеніемъ, прямо обу-
словленнымъ ударомъ кія. Что вращательное движеніе мо-
жетъ превращаться въ поступательное и поступательное
двухъ направленій—въ направленіе удара кіемъ и въ про-
тивоположное направленіе — доказываетъ примѣръ локомо-
тива, движущійся впередъ или назадъ, смотря потому, въ
какую сторону заставляетъ вращаться колеса сила пара.
Такимъ образомъ шаръ, получившій ударъ выше середины,
получаетъ какъ бы двойной толчекъ къ поступательному
движенію: во-первыхъ, мгновенной силой удара п во-
вторыхъ, болѣе продолжительной силой, являющейся
результатомъ превращенія вращательнаго движенія въ по-
ступательное.
Шаръ, получившій ударъ ниже середины, начинаетъ
— 55 —
двигаться впередъ подъ дѣйствіемъ мгновенной силы удара,
но въ то же время начинаетъ вращаться такъ, какъ будто
его заставляетъ двигаться обратно нѣкоторая постоянная
сила. Чѣмъ ударъ происходитъ ниже, тѣмъ больше эта по-
слѣдняя сила и тѣмъ меньше сила удара.
Въ первомъ случаѣ вполнѣ ясно, что шаръ долженъ
двигаться впередъ быстрѣе, чѣмъ при ударѣ въ середину.
Во второмъ случаѣ дѣло обстоитъ иначе и сходно съ поло-
женіемъ тѣла, брошеннымъ вертикально вверхъ: на такое
тѣло дѣйствуетъ мгновенная сила, заставляющая его дви-
гаться съ постоянной скоростью вверхъ, и постоянная сила—
сила тяжести—заставляющая его двигаться съ нѣкоторымъ
ускореніемъ внизъ.
Мы уже наблюдали и вычислили результатъ дѣйствія
этихъ двухъ силъ. Тѣло сначала поднимается вверхъ, до-
ходитъ до извѣстной высоты, затѣмъ начинаетъ падать
внизъ. То же самое происходитъ и съ шаромъ, получив-
шимъ ударъ ниже середины. Сначала онъ движется впередъ
въ горизонтальномъ направленіи, доходитъ до извѣстнаго
мѣста и затѣмъ движется обратно. Въ зависимости отъ тѣхъ
или другихъ условій результатъ этотъ можетъ мѣняться. Раз-
ница между движеніемъ такого шара и движеніемъ тѣла,
брошеннаго вертикально вверхъ^ заключается главнымъ об-
разомъ, не считая направленія движенія, въ томъ, что бро-
шенное вверхъ и падущее внизъ тѣло подвергается дѣйствію
постоянной силы—силы тяжести, между тѣмъ какъ шаръ въ
своемъ вращеніи находится подъ дѣйствіемъ, хотя тоже
продолжительной, но постепенно уменьшающейся силы. Какъ
только вращеніе прекращается, кончается и сила.
Если ударъ былъ значительно ниже середины шара и
если, поэтому, его обратное движеніе особенно сильно сравни-
тельно съ движеніемъ впередъ, шаръ тотчасъ же возвращается
обратно. Если вращеніе слабѣе, шаръ двигается сначала
впередъ и лишь потомъ возвращается обратно. Наконецъ,
если вращеніе еще слабѣе, оно только замедляетъ и тор-
мозитъ движеніе шара впередъ, но обратно шаръ не воз-
вращается.
Ударяя одинъ шаръ о другой, мы можемъ ставить себѣ
три цѣли: мы можемъ желать, чтобы первый остановился,
а второй двигался дальше, или чтобы оба шара двигались
далѣе, или, наконецъ, чтобы первый шаръ вернулся обратно.
Все это зависитъ отъ способа удара кіемъ: при централь-
номъ ударѣ наступаетъ первый случай, при ударѣ выше сере-
дины—второй, а при ударѣ ниже середины—третій случай.
Если ударяются другъ о друга два равно тяжелыхъ,
вполнѣ упругихъ шара, которые могутъ двигаться безъ тре-
нія,—что можно осуществить, свободно подвѣсивъ ихъ—то
при ударѣ они обмѣниваются своими скоростями. Такимъ
— 56 —
образомъ, если шаръ, получившій ударъ, находился въ со-
стояніи покоя, то послѣ удара въ состояніи покоя находится
ударившій шаръ. Приблизительно то же самое можетъ
произойти и на билліардѣ. Если упругій шаръ ударяется о
такую же стѣну подъ прямымъ угломъ, то въ первый мо-
ментъ онъ сплющивается на счетъ своей скорости, но вслѣдъ
за тѣмъ онъ возстановляетъ свою
шарообразную форму и вслѣдствіе
этого получаетъ обратный ударъ
той же силы
Если же ударъ объ стѣну про-
изошелъ не подъ прямымъ угломъ,
то опять происходитъ раньше раз-
ложеніе, а потомъ сложеніе дви-
женія.
Пусть АВ (фиг. 33) есть направ-
леніе удара объ стѣну не будь
здѣсь стѣны, шаръ въ слѣдующую
секунду прошелъ бы путь ВС.
двѣ составляющія силы ВЕ и ВЕ.
Фиг. зз.
Разложимъ ВС на
Первая вызываетъ сплющиваніе шара и затѣмъ обратный
ударъ, вслѣдствіе котораго въ слѣдующую секунду шаръ
долженъ былъ бы пройти путь ВЕ. Но у насъ есть еще
вторая составляющая сила ВВ\ она слагается съ ВЕ’ въ
равнодѣйствующую В( Вотъ это и есть путь шара въ бли-
жайшую секунду. Изъ фигуры ясно, что уголъ АВЕ равенъ
углу Е'ВС. По поводу этого говорятъ, что уголъ паде-
нія равенъ углу отраженія. Этимъ обстоятельствомъ
часто пользуются во время игры на билліардѣ. Слѣдуетъ
упомянуть однако, что вслѣдствіе вращательнаго движенія
здѣсь могутъ происходить значительныя уклоненія отъ
этого закона движенія. Вслѣдствіе тренія о стѣну, шаръ
при В получаетъ вращательное движеніе около вертикаль-
ной оси, и это движеніе, слагаясь съ поступательнымъ дви-
женіемъ, которое само вызываетъ вращеніе около горизон-
тальной оси, можетъ вызвать очень сложное движеніе, въ
результатѣ котораго отраженный шаръ вмѣсто прямой линіи
описываетъ кривую.
То же самое можетъ быть достигнуто и прямо боковымъ
ударомъ. Для объясненія этихъ явленій необходимо довольно
сложное и трудное математическое изслѣдованіе и мы по-
этому на нихъ дальше останавливаться не будемъ.
— 57 —
ЛЕКЦІЯ ДЕСЯТАЯ.
Сложеніе силъ, дѣйствующихъ на тѣло въ различныхъ точкахъ. Мо-
ментъ вращенія. Рычагъ, центръ тяжести. Устойчивое и неустойчивое и
безразличное равновѣсіе тѣла. Устойчивость; нардансное подвѣшиваніе.
Въ предыдущихъ лекціяхъ мы познакомились со все-
возможными дѣйствіями силъ разнаго направленія. Но всѣ
эти силы дѣйствовали на тѣло въ одной точкѣ, а между
тѣмъ очень часто встрѣчаются такіе случаи, что на одно тѣло
дѣйствуютъ нѣсколько силъ въ различныхъ его точкахъ. Въ
этой лекціи мы разсмотримъ поэтому, что въ такомъ слу-
чаѣ происходитъ съ тѣломъ.
На фиг. 34 изображена чертежная доска, на кото-
рой лежитъ тонкая дощечка или картонъ той или дру
гой формы.
На одной сторонѣ доски прикрѣплены два маленькихъ
блока. Двѣ крѣпкія нитки прикрѣплены со одной стороны
въ какихъ-нибудь точ-
кахъ А и В картона, а
вторые концы перебро-
шены черезъ блоки и на-
гружены двумя какими-
нибудь гирьками р и р.
Если этй гирьки доста-
точно велики сравни-
тельно съ силой тренія,
такъ что послѣдней мож-
но совершенно прене-
бречь, то картонъ полу-
чаетъ двоякаго рода дви-
женіе: поступательное и
вращательное. Если мы
теперь въ какомъ-нибудь
мѣстѣ приткнемъ кар-
тонъ булавкой къ доскѣ, то онъ будетъ только вращаться
около этой булавки. Но на картонѣ есть цѣлый рядъ обра-
зующихъ прямую линію точекъ, имѣющихъ то свойство, что,
если мы въ нихъ прот кнемъ булавку, то и вращательнаго
движенія не будетъ. Отыщемъ эту прямую линію.
Дѣлаемъ мы это такимъ образомъ: мы проводимъ на
картонѣ двѣ линіи на продолженіи обѣихъ нитей; линіи эти
пересѣкаются въ точкѣ и очевидно, что эта точка есть одна
изъ искомыхъ точекъ, такъ какъ, разъ эта точка неподвижна,
то ни та, ни другая сила не можетъ вывести картона изъ
состоянія покоя. Затѣмъ мы откладываемъ на прямыхъ АС
— 58 —
и ВС отрѣзки Са и СЬ такой длины, чтобы они относились
другъ къ другу, какъ гирьки р и р\ Предположимъ, что въ
нашемъ случаѣ р=200 граммъ, р'=300 граммъ. Тогда мы
можемъ взять Са—200, а 06=300 миллиметровъ. По этимъ
двумъ составляющимъ мы строимъ параллелограммъ силъ
СасЬ. Діагоналъ Сс будетъ тогда представлять, какъ извѣстно,
какъ по величинѣ, такъ и по направленію, силу равнодѣй-
ствующую. Эта равнодѣйствующая—въ нашемъ случаѣ она
могла бы быть представлена гирей Р=400 граммъ,—имѣя
направленіе діагонали, могла бы замѣнить составляющія
силы, т. е. гирьки р и р'. Очевидно, что эта сила не можетъ
вызвать движенія, разъ мы дѣлаемъ неподвижной какую-
нибудь точку прямой Сс или ея продолженія. Отсюда слѣ-
дуетъ, что прямая, проведенная черезъ точки С и с, и есть
искомая нами прямая, потому что въ какой бы точкѣ ея мы
не помѣстили булавку, результатъ будетъ тотъ же: картонъ
останется въ покоѣ. Отсюда же далѣе слѣдуетъ, что во
всѣхъ этихъ точкахъ вращенія силы р и р' уравновѣши-
ваютъ другъ друга.
Теперь предположимъ, что точкой вращенія . избрана
точка с и отъ нея проведены перпендикуляры на линію СА
и СВ, пересѣкающіеся съ ними въ точкахъ д и у'. Треуголь-
ники с„у и сЬд' подобны, откуда слѣдуетъ, что:
су: сд' — са :сЪ — СЬ: Са—р’:р\ отсюда слѣдуетъ,
что су: су'—р':р, а изъ этой пропорціи слѣдуетъ, что
су. р=су'.р'.
•Эти линіи су и су' называются плечами
силъ р и р’.
То, что мы получили для точки с, можетъ быть получено
для какой угодно другой точки вращенія, лежащей на пря-
мой Сс или ея продолженіи.
Отсюда мы получаемъ слѣдующее важное правило:
Силы р и р' уравновѣшиваютъ другъ друга, если онѣ
обратно пропорціональны своимъ плечамъ или если произ-
веденія изъ силы на плечо на обѣихъ сторонахъ равны. Эти
произведенія называются еще моментами вращенія
силъ. Равновѣсіе существуетъ, слѣдовательно, тогда, когда
моменты вращенія на обѣихъ сторонахъ равны.
Представимъ себѣ теперь, что первоначальныя направле-
нія силъ все болѣе и болѣе приближаются къ параллель-
нымъ линіямъ. Точка С все болѣе и болѣе удаляется тогда
вдаль, а величина равнодѣйствующей все болѣе и болѣе
приближается къ суммѣ Са -+- СЬ. Какъ только составляющія
становятся вполнѣ параллельными, равнодѣйствующая со-
вершенно равна суммѣ составляющихъ, т. е. Р = р р'.
— 59 —
Этотъ случай изображенъ на фиг. 35. Перенесемъ точку
вращенія с въ точку пересѣченія равнодѣйствующей съ ли-
ніей, соединяющей точки А и В. Опустивъ перпендикуляры
на направленія силъ, мы полу-
чаемъ плечи ед и сд'. Теперь и
отрѣзки сА и сВ относятся другъ
къ другу, какъ сд: ед', откуда
слѣдуетъ, что равновѣсіе насту-
паетъ также, когда сА: сВ = р' :р.
Этотъ результатъ очень ва-
женъ, такъ какъ на немъ осно-
ванъ законъ равновѣсія въ слу-
чаѣ прямого рычага. Законъ
этотъ выражается такъ: если на
неподвижное тѣло начинаютъ въ
В дѣйствовать какія нибудь двѣ
р’, то онѣ дѣйствуютъ на него такъ, какъ будто бы на него
дѣйствовала одна сила, равная по величинѣ р и р’ и въ
точкѣ с, лежащая на прямой, соединяющей точки А и В
и дѣлящей ее. на части, обратно пропорціональныя дѣй-
его А и
силы р и
двухъ точкахъ
параллельныя
ствующимъ силамъ.
Если на тѣло дѣйствуютъ
въ различныхъ точкахъ А, В,
С, I), Е, Е нѣсколько парал-
лельныхъ силъ (фиг. 36), мы
можемъ каждую пару сложить
въ одну параллельную равно-
дѣйствующую. Полученныя
равнодѣйствующія мы можемъ
опять сложить парами; это
сложеніе мы можемъ продол-
жать до тѣхъ поръ, пока не
получимъ одной главной рав-
нодѣйствующей СВ. Эта сила
будетъ по величинѣ равна
суммѣ всѣхъ силъ составляю-
щихъ и имъ параллельна.
Каждое твердое тѣло со-
стоитъ, какъ извѣстно, изъ
множества отдѣльныхъ части-
чекъ, которыя всѣ притяги-
ваются въ вертикальномъ на-
правленіи силой тяжести. Ясно,
что всѣ эти силы могутъ быть
замѣнены одной равнодѣй-
пропорціональныя дѣй-
ствующей силой, которая и дана въ вѣсѣ частицъ, т. е.
всего тѣла. Точка приложенія этой силы называется цен-
тромъ тяжести тѣла.
— 60 —
Если принять во вниманіе все вышесказанное, намъ очень
легко будетъ найти центръ тяжести цѣлаго ряда тѣлъ пра-
вильной формы, если только представлять себѣ матерію
этихъ тѣлъ однородной.
Центръ тяжести кругообразнаго диска находится въ
центрѣ круга Центръ тяжести шара находится въ его
центрѣ. Центръ тяжести параллелограмма находится въ
точкѣ пересѣченія его діагоналей. Центръ тяжести парал-
лелепипеда находится въ его геометрическомъ центрѣ.
Центръ тяжести тонкаго стержня находится въ его сере-
динѣ. Центръ тяжести треугольника? Здѣсь отвѣтъ не мо-
жетъ быть данъ сразу, а требуетъ нѣкоторыхъ предвари-
тельныхъ соображеній.
Представимъ себѣ треугольникъ АВС (фиг. 37) раздѣлен-
нымъ линіями, параллельными одной сторонѣ АС, на очень
узкія полоски. Центръ тяжести
каждой изъ этихъ полосокъ будетъ
въ серединѣ ея длины. Отсюда слѣ-
дуетъ, что общій центръ тяжести
лежитъ во всякомъ случаѣ на ли-
ніи, соединяющей вершину В съ
серединой 6 противоположной сто-
роны, т. е. на линіи В5. Но по тѣмъ
же соображеніямъ мы можемъ ска-
зать, что этотъ центръ тяжести лежитъ на прямой Ссое-
диняющей вершину С съ точкой т. е. серединой линіи
АВ. Отсюда слѣдуетъ, что онъ долженъ быть въ точкѣ
пересѣченія э,тихъ двухъ прямыхъ. Естественно, что и
третья линія, соединяющая вершину угла А съ серединой
противоположной стороны, тоже пересѣчется съ предыдущими
двумя въ этой точкѣ пересѣченія линій, соединяющихъ вер-
шины угловъ съ серединами противоположныхъ сторонъ.
Центръ этотъ вовсе не долженъ быть матеріальной точкой,
а онъ можетъ лежать и внѣ предѣловъ самого тѣла. Центръ
тяжести кольца находится въ его центрѣ, центръ тяжести
подковы—между его ножками.
Когда мы имѣемъ дѣло съ тѣлами неправильной формы,
мы не можемъ уже вычислить ихъ центра тяжести геометри-
чески, но можемъ опредѣлить его опытнымъ путемъ. Для
этого мы должны вернуться къ опредѣленію центра тяжести.
Это такая точка, въ которой дѣйствуетъ, каково бы ни было
положеніе тѣла, равнодѣйствующая всѣхъ силъ тяжести:
точка эта имѣетъ, слѣдовательно, то свойство, что тѣло,
подпертое въ ней, сохраняетъ равновѣсіе во всѣхъ положе-
ніяхъ, въ какія мы его приведемъ вращеніемъ.
Вотъ кусокъ картона неправильной формы: мы ставимъ
нашу чертежную доску въ вертикальномъ направленіи и
пробуемъ приткнуть картонъ булавкой такъ, чтобы въ каж-
— 61 —
домъ положеніи онъ находился въ покоѣ. Мы дѣлаемъ уже
третье отверстіе булавкой въ картонѣ, а онъ не перестаетъ
вращаться или колебаться, когда мы вращаемъ его. Отчего
же это происходитъ? Очевидно потому, что мы булавкой не
успѣли попасть въ центръ тяжести и сдѣлать его неподвиж-
нымъ; вслѣдствіе этого сила тяжести тянетъ его внизъ до
тѣхъ поръ, пока онъ не достигаетъ самаго низкаго положе-
нія и тогда останавливается. Онъ находится тогда на верти-
кальной линіи, проходящей черезъ точку, въ которой наше
тѣло подвѣшено.
Итакъ, если отъ точки, въ которой тѣло подвѣшено, про-
вести вертикальную линію внизъ, то на этой линіи долженъ
лежать центръ тяжести. Если мы тѣло подвѣсимъ въ дру-
гой точкѣ и тоже проведемъ отъ нея отвѣсную линію внизъ,
то центръ тяжести тѣла долженъ лежать въ точкѣ пересѣ-
ченія этихъ двухъ линій (фиг. 38).
Очевидно, что для то-
го, чтобы тѣло находи-
лось въ равновѣсіи и не -
вращалось, тѣло можетъ
быть подвѣшено троя-
кимъ образомъ.
Во-первыхъ, тѣло мо-
жетъ быть подвѣшено
въ самомъ центрѣ тя-
жести Я Въ этомъ слу-
чаѣ тѣло всегда нахо-
дится въ равновѣсіи, ка-
кое бы положеніе мы не
придали ему вращеніемъ.
Такое равновѣсіе назы- Фиг. 38.
вается безразличнымъ.
Во-вторыхъ, тѣло можетъ быть подвѣшено, въ точкѣ, ле-
жащей на одной вертикальной линіи съ центромъ тяжести
и надъ нимъ. Выведенное изъ своего положенія, оно послѣ
нѣсколькихъ качаній возвращается въ свое положеніе равно-
вѣсія, которое оно стремится сохранить. Такое равновѣсіе
называется устойчивымъ (постояннымъ).
Наконецъ, въ-третьихъ, тѣло можетъ быть подвѣшено
въ точкѣ А', лежащей на одной вертикальной линіи съ
центромъ тяжести, но ниже его. Йо это должно быть
сдѣлано очень точно, такъ какъ здѣсь достаточно малѣйшаго
уклоненія или вращенія, чтобы тѣло перевернулось, при
чемъ его центръ тяжести 8, описавъ дугу около точки А,
переходитъ изъ самаго высокаго своего положенія въ самое
низкое, т. е. переходитъ въ положеніе устойчивое. Равно-
вѣсіе, въ которомъ тѣло подвѣшено въ точкѣ, лежащей
ниже центра тяжести, называется неустойчивымъ (не-
— 62 —
постояннымъ) равновѣсіемъ. Всѣ эти три случая всего
проще изучить, если подвѣсить линейку раньше въ его
центрѣ тяжести 5, затѣмъ въ точкѣ А и, наконецъ, въ точкѣ
А'; точки А и А' должны лежать у краевъ линейки выше
и ниже центра тяжести (фиг. 39, 40, 41).
Мы тогда сейчасъ убѣдимся, что подвѣшенная въ 5
(фиг. 40) линейка остается неподвижной, въ какое положе-
ніе мы ее ни приводили бы, подвѣшенная въ точкѣ А
(фиг. 39), остается въ покоѣ только въ горизонтальномъ
положеніи и, выведенная изъ этого положе-
4Ж нія, послѣ нѣсколькихъ качаній возвращает-
, ся въ него, и наконецъ, подвѣшенная въ
точкѣ А! (фиг. 41) (если вообще удается
удержать ее въ этомъ положеніи) при ма-
лѣйшемъ нарушеніи ея покоя тотчасъ пере-
ворачивается и переходитъ въ положеніе
ц устойчивое.
Очень часто центръ тяжести тѣла оказы-
вается совсѣмъ не тамъ, гдѣ мы его предпо-
лагаемъ. Возьмемъ, напримѣръ, фигуру че-
ловѣка, бѣгающаго по канату (фиг. 42).
Можно было бы подумать, что здѣсь центръ
,1 тяжести находится выше его ногъ, гдѣ-ни-
И будь внутри фигуры; считая, что центръ тя-
і) жести фигуры находится выше ея точки
опоры, мы должны были бы ожидать, что она
находится въ состояніи неустойчиваго равно-
вѣсія и потому можетъ ежесекундно упасть.
Но мы забываемъ о тяжелыхъ массахъ т, т1/?,
Фиг. 42. связанныхъ съ фигурой благодаря твердой
проволокѣ, которую она держитъ въ рукахъ:
благодаря имъ центръ тяжести въ дѣйствительности нахо-
дится ниже точки опоры и потому фигура находится въ
положеніи не неустойчиваго, а устойчиваго равновѣсія. Вотъ
почему фигура движется по проволокѣ, не падая внизъ.
— 63 —
Свѣчки, которыми мы украшаемъ въ рождественскую
ночь наши елки, часто наклоняются въ сторону или совер-
шенно падаютъ внизъ. Если мы хотимъ, чтобы свѣчка, оста-
валась въ вертикальномъ положеніи, намъ стоитъ прикрѣ-
пить ее къ вдвое изогнутой проволокѣ, какъ на фиг. 43, ко
второму концу проволоки
прикрѣпить яблоко или
орѣхъ и все повѣсить на
вѣтку: свѣчка будетъ тог-
да оставаться въ верти-
кальномъ положеніи.
На корабляхъ тоже
подвѣшиваютъ множество
предметовъ, какъ лампы,
компасъ и т. д., въ поло-
женіи устойчиваго равно-
вѣсія, чтобъ они могли
сохранять свое положе-
ніе, когда море будетъ
неспокойно. При этомъ
недостаточно, чтобы под-
вѣшенное тѣло враща-
Фнг. 43.
лось только около верти-
кальной оси, а необходимо еще, чтобы оно могло вращаться
около горизонтальной оси, перпендикулярной къ первой;
только въ этомъ случаѣ тѣло сохраняетъ свое положеніе
при всѣхъ качаніяхъ корабля. Такой способъ подвѣшиванія
называется карданскимъ: фиг. 44 даетъ намъ наглядное
изображеніе этого способа.
Перейдемъ теперь къ тѣламъ, стоящимъ на подставкѣ.
Эти тѣла сохраняютъ свое по-
ложеніе въ томъ случаѣ, если
перпендикуляръ, опущенный , /у
отъ центра тяжести на подстав-
ку, проходитъ внутри основа-
нія тѣла. Такъ, напримѣръ, тѣ-
ло М (фиг. 45) не упадетъ, по-
тому что перпендикуляръ 8ф
проходитъ внутри линіи АВ,
а тѣло М’ (фиг. 46) должно
упасть, потому что перпендику-
ляръ 8Ц проходитъ внѣ линіи
АВ, п слѣдовательно, центръ фиг 44
тяжести 8 не имѣетъ опоры.
Чѣмъ центръ тяжести ниже и чѣмъ основаніе тѣла шире,
тѣмъ дальше тѣло отъ паденія, тѣмъ оно устойчивѣе.
Отсюда слѣдуетъ, что устойчивость тѣла обратно пропорці-
онально высотѣ центра тяжести и прямо пропорціональна
— 64 —
ширинѣ основанія (точнѣе, разстоянію отъ перпендикуляра,
опущеннаго съ центра тяжести на основаніе тѣла до края
этого основанія).
Фиг. 45’ Фиг. 46.
Вотъ почему ломовикъ кла-
детъ на свою повозку раньше бо-
лѣе тяжелыя вещи, а потомъ бо-
лѣе легкія. По той же причинѣ
дѣлаютъ столовыя лампы съ тя-
желыми широкими ножками.
Фиг. 47 и 48 показываютъ, какъ
человѣкъ, нагруженный тяжестью
долженъ измѣнять свое положе-
ніе, чтобы сохранить устойчи-
вость.
И въ случаѣ подпертыхъ тѣлъ мы можемъ обманываться
на счетъ ихъ устойчивости, если центръ тяжести ихъ нахо-
дится не тамъ, гдѣ мы его предполагаемъ. Вотъ, напримѣръ,
Фиг. -47.
Фиг. 48.
относительно в а'л и к а, изображеннаго на фиг. 49, мы пред-
полагаемъ, что онъ можетъ находиться въ покоѣ только
на горизонтальномъ пути, но по наклонной плоскости
онъ долженъ скатываться внизъ.
, Вмѣсто того мы видимъ, что
/ , \ изъ положенія 1 онъ переходитъ
\ I/ / I X- ) въ положеніе 2, т. е. движется
\ / вверхъ. Валикъ сдѣланъ изъ
легкаго матеріала или внутри по-
1-----1------ =- лый, а съ боку къ нему прикрѣпле-
ф .д но немного свинца. Вслѣдствіе
иг’ этого центръ тяжести его изъ
оси С передвигается къ оси свинца с, такъ что онъ на-
ходится, примѣрно, въ 5. Теперь ясно, что положеніе I не
есть еще устойчивое, а положеніе II — устойчивое, такъ какъ
— 65 —
перпендикуляръ, опущенный изъ точки здѣсь проходитъ
черезъ точку опоры.
Другой примѣръ представляетъ намъ фигурка, извѣст-
ная подъ названіемъ „Ваньки — встаньки" (фиг. 50).
Она состоитъ изъ двухъ частей: незаштрихованной, которая
сдѣлана изъ бузины, и заштрихованной, сдѣланной изъ
свинца. Общій центръ тяжести всей фигурки находится не-
далеко отъ середины линіи, отдѣляющей свинецъ отъ бу-
зины. Если положить фигурку на бокъ въ положеніи I, то
ея центръ тяжести л- не будетъ подпертъ и перпендикуляръ,
опущенный изъ него на основаніе, пройдетъ внѣ этого
основанія. Фйгурка переходитъ поэтому сначала въ положе-
ніе II, но и здѣсь центръ тяжести не подпертъ, а онъ ока-
зывается подпертымъ лить въ положеніи III. Поэтому фи-
гурка сама остановится въ вертикальномъ положеніи, когда
мы ее переворачиваемъ.
Фиг. 51.
Такому же обману мы поддаемся, когда наблюдаемъ двой-
ной конусъ, двигающійся по наклонному пути вверхъ (фиг.
51). Центръ тяжести этого тѣла лежитъ на его геометриче-
ской оси и оно всегда стремится занять то положеніе, въ
которомъ эта ось занимаетъ самое низкое положеніе, кото-
— 66 —
рое оно можетъ занять. Тѣмъ не менѣе оно двигается вверхъ,
если палки расположены не параллельно. Если однако при-
смотрѣться поближе и съ помощью масштаба измѣрить вы-
соту оси надъ плоскостью стола, можно убѣдиться въ томъ,
что ось въ этомъ движеніи не поднимается, а опускается,
такъ какъ точки опоры передвигаются изъ средины, гдѣ
конусъ болѣе толстъ, кнаружи, гдѣ онъ гораздо тоньше.
Если палки положены параллельно, конусъ катится въ про-
тивоположную сторону.
ЛЕКЦІЯ ОДИННАДЦАТАЯ.
Вѣсы, ихъ устройство, правильность и чувствительность. Безменъ,
десятичные и пружинные вѣсы.
На фиг. 52 изображены обыкновенные вѣсы. Устройство,
повидимому, очень просто: стержень, подвѣшенный въ сере-
динѣ и къ концамъ котораго подвѣшены чашки. Мы скоро
однако увидимъ, что дѣло здѣсь вовсе не такъ просто, какъ
оно кажется. Изъ предыдущей лекціи мы знаемъ уже, что
стержень можетъ быть подвѣшенъ троякимъ- образомъ: въ
состояніи устойчиваго,неустой-
чиваго и безразличнаго рав-
новѣсія. Гдѣ же находится
центръ тяжести коромысла? —
Въ точкѣ, гдѣ онъ подвѣ-
шенъ?—Хорошіе были бы это
вѣсы! Ненагруженные или на-
груженные равными тяжестями
на обѣиіъ чашкахъ, они оста-
навливались бы въ каждомъ
положеніи. Правда, при нерав-
номъ нагруженіи болѣе тяжело
нагруженная чашка падала бы
внизъ. Но всякій разъ она
опускалась бы возможно ниже,
безразлично, великъ или малъ
излишекъ тяжести. Мы не
знали бы тогда даже приблизительно, сколько нужно снять
съ излишне нагруженной чашки и потому не имѣли бы
возможности постепенно и систематически находить пра-
вильный вѣсъ. Мы должны были бы безконечно пробо-
вать, пока случайно намъ не удастся найти правильный
вѣсъ.
Очевидно, что центръ тяжести не долженъ совпадать съ
точкой опоры; остается рѣшить, долженъ ли онъ лежать
выше или ниже ея. Если помѣстить его выше, мы полу-
— 67 —
чимъ неустойчивое равновѣсіе. При равной нагрузкѣ и даже
при небольшомъ перевѣсѣ на той или другой сторонѣ, мы,
при малѣйшемъ прикосновеніи выведемъ коромысло изъ
состоянія равновѣсія, при чемъ можетъ опуститься и та и
другая сторона, смотря по нашему движенію. Можетъ тогда
случиться даже и такъ, чтобы менѣе нагруженная чашка
опустилась внизъ, а болѣе нагруженная — поднялась бы
вверхъ.
Итакъ, коромысло должно быть подвѣшено устойчиво
и, поэтому, его центръ тяжести долженъ лежать ниже
точки опоры. Только тогда можно получить правильный
отвѣтъ на вопросъ: „Много ли или мало еще необходимо
положить тяжести на ту или другую чашку, чтобы полу-
чить равновѣсіе?" Чѣмъ меньше тяжести нужно положить,
тѣмъ меньше язычекъ вѣсовъ будетъ отклоняться отъ своего
вертикальнаго положенія. То, что мы до сихъ поръ назы-
вали „точкой опоры" есть въ сущности линія опоры, т. е.
ось, перпендикулярная къ плоскости качанія коромысла;
большею частью она представляетъ собою ребро треуголь-
ной призмы, покоющейся на плоской подставкѣ. Въ хоро-
шихъ вѣсахъ и оси, на которыхъ подвѣшены чашки, имѣютъ
форму призмы, направленной вверхъ ребромъ, на которомъ
и покоится шейка подвѣса.
Кромѣ этихъ основныхъ условій устройства вѣсовъ, по-
слѣдніе должны быть правильны и достаточно чув-
ствительны. Правильными мы называемъ такіе вѣсы, въ
которыхъ при всѣхъ равныхъ нагрузкахъ какъ бы велики
или малы онѣ ни были, язычекъ стоитъ противъ середины
скалы и если такое положеніе сохраняется при всѣхъ тем-
пературахъ.
Вотъ вѣсы. Должны ли мы назвать ихъ правильными?
Человѣкъ неопытный посмотритъ, стоитъ ли язычекъ про-
тивъ нуля скалы, и если онъ тамъ окажется, онъ признаетъ
вѣсы правильными. Но онъ можетъ впасть въ грубую ошиб-
ку. Положимъ на каждую чашку по 500 граммъ. Одна изъ
нихъ опускается внизъ, какъ будто она нагружена сильнѣе.
Вѣсы эти слѣдовательно, неправильны. Тѣ же вѣсы, кото-
рые при нагрузкѣ по 100 граммъ на каждой чашкѣ, пока-
зываютъ вѣрно, могутъ при нагрузкѣ по 500 граммъ на
каждой чашкѣ, склоняться въ одну сторону, а безъ всякой
нагрузки — въ другую. Объяснить это явленіе нетрудно.
Предположимъ, что вѣсы имѣютъ тотъ недостатокъ, что
правое плечо коромысда немного длиннѣе лѣваго. Если
положить теперь по 100 граммъ на каждую чашку, правая
станетъ опускаться, такъ какъ нагрузка вмѣстѣ съ чашкой
дѣйствуетъ на болѣе длинное плечо. Но, если мы, чтобы
это уравновѣсить, сдѣлаемъ плечо или чашку на лѣвой
сторонѣ болѣе тяжелыми, то мы можемъ получить равно-
6 Зэказ 1038
— 68 —
вѣсіе, хотя одно плечо вѣсовъ длиннѣе. Но, если теперь
снять съ обѣихъ чашекъ нагрузку, равновѣсіе нарушится,
такъ какъ болѣе тяжелое плечо или болѣе тяжелая чашка
будетъ наклонять вѣсы влѣво. Если же, наоборотъ, увели-
чить нагрузку поровну, напримѣръ, по 500 граммъ, то эта
нагрузка будетъ справа дѣйствовать на болѣе длинное плечо,
чѣмъ слѣва, и поэтому должна опускаться правая чашка.
Ясно, что не годится уравнивать не равную длину плечъ
неравнымъ вѣсомъ плеча или чашки. Каждыя изъ этихъ
величинъ должны быть въ отдѣльности равны на обѣихъ
сторонахъ. Поэтому, если мы хотимъ провѣрить правиль-
ность вѣсовъ, то недостаточно наблюдать ихъ безъ нагрузки
или только съ одной нагрузкой на каждой сторонѣ, а мы
должны провѣрить ихъ съ двумя нагрузками возможно бо-
лѣе различными, но на обѣихъ сторонахъ равными; можно,
напримѣръ, раньше наблюдать ихъ совсѣмъ безъ нагрузки,
а потомъ съ наибольшими нагрузками, которыя они могутъ
вынести. При этомъ не должно оказаться никакой разницы
въ положеніи ихъ стрѣлки. Если это условіе выполнено, мы
можемъ сказать, что плечи вѣсовъ равны. Затѣмъ нужно
узнать, равно ли тяжелы чашки. Чтобы убѣдиться въ этомъ,
достаточно перемѣнить ихъ мѣста: если никакой разницы
не замѣчается, то чашки имѣютъ равный вѣсъ. Если плечи
вѣсовъ равно велики и чашки имѣютъ равный вѣсъ, но
стрѣлка не указываетъ на нуль, то плечи не равно тяжелы.
Если чашки или плечи не имѣютъ одинаковаго вѣса, то
этотъ недостатокъ нетрудно исправить: стоитъ только на
противоположную чашку положить соотвѣтствующую на-
грузку. Болѣе опасенъ недостатокъ, вызванный тѣмъ, что
плечи не равно велики. Но и этотъ недостатокъ можно сдѣ-
лать безвреднымъ при вѳвѣшиваніи: тѣло, подлежащее взвѣ-
шиванію, помѣщаютъ на одну чашку и накладываютъ раз-
новѣсъ на другую до тѣхъ поръ, пока не достигается рав-
новѣсіе; затѣмъ снимаютъ съ чашки тѣло и кладутъ на его
мѣсто разновѣсъ до наступленія равновѣсія; разновѣсъ, за-
мѣнившій тѣло, и будетъ показывать намъ, сколько вѣситъ
наше тѣло. При такомъ методѣ взвѣшиванія и неправиль-
ные вѣсы даютъ правильный результатъ, если только ихъ
показанія постоянны и чашки отъ одного разу къ другому
не подвѣшиваются въ разныхъ мѣстахъ, такъ что длина
плечъ не мѣняется.
Но вѣсы должны быть не только правильными, но и до-
статочно чувствительными. Это значитъ, что стрѣлка
ихъ должна замѣтно уклоняться отъ нуля, разъ окажется
излишекъ въ вѣсѣ такой величины, который выходитъ- за
предѣлы требуемой нами точности. Такъ, напримѣръ, если
мы хотимъ взвѣсить какое-нибудь тѣло съ точностью до
одного центиграмма, то при наложеніи центиграмма поло-
— 69 —
съ его длиной и чѣмъ ближе
Фпг. 53.
женіе стрѣлки должно замѣтно измѣниться. Это можно про-
вѣрить на мѣстѣ. Но можетъ случиться и такъ, что на не-
нагруженныхъ вѣсахъ перевѣсъ въ одинъ центиграммъ
даетъ замѣтное отклоненіе стрѣлки, но на вѣсахъ, нагру-
женныхъ большими тяжестями, тотъ же перевѣсъ замѣт-
наго отклоненія не даетъ.
Теорія вѣсовъ учитъ насъ, что чувствительность ихъ
лишь тогда остается, по крайней мѣрѣ, приблизительно
равной при большихъ нагрузкахъ, когда ребро призмы,
около которого вращается коромысло, лежитъ въ плоскости,
соединяющей ребра призмъ подвѣсокъ, а не выше ихъ.
Вѣсы могутъ быть неправильными отъ сгибанія коромысла
при слишкомъ большихъ нагрузкахъ. Въ общемъ чувстви-
тельность вѣсовъ зависитъ отъ двухъ условій: вѣсы тѣмъ
чувствительнѣе, а, слѣдовательно, и точнѣе, чѣмъ легче
коромысло въ сравненіи
центръ тяжести къ точкѣ
вращенія коромысла.Что-
бы сдѣлать коромысло
легкимъ и въ то же время
способнымъ выносить, не
сгибаясь, большія тяже-
сти, его дѣлаютъ не
сплошнымъ, а въ формѣ,
изображенной на фиг. 53.
Въ нѣкоторыхъ вѣсахъ
имѣется еще такое при-
способленіе, посред-
ствомъ котораго можно
измѣнять чувствитель-
ность ихъ. Дѣлается это
посредствомъ груза, который укрѣпляютъ на стрѣлкѣ
вѣсовъ или надъ коромысломъ; при передвиженіи этого
груза измѣняется чувствительность вѣсовъ; на фиг. 53
грузъ этотъ У помѣщенъ- надъ коромысломъ. Передвигая
этотъ грузѣ вверхъ, мы подымаемъ центръ тяжести и по-
тому дѣлаемъ вѣсы чувствительными. Слишкомъ высоко
поднимать грузъ, однако, не слѣдуетъ: центръ тяжести не
долженъ лежать въ точкѣ опоры и еще менѣе выше ея, ибо
въ первомъ случаѣ получается равновѣсіе безразличное, а
во второмъ — даже неустойчивое, что, конечно, портитъ
вѣсы.
Такимъ образомъ мы видимъ, что вѣсы—вовсе не такой
простой инструментъ, какъ это часто кажется людямъ не-
свѣдущимъ.
Существуетъ еще другая старинная форма вѣсовъ—такъ
называемые римскіе вѣсы или безменъ (фиг. 54). Чтобы
взвѣсить грузъ Р, мы подвѣшиваемъ его на крючкѣ, при-
6*
— 70 —
крѣпленномъ къ стержню въ точкѣ А й затѣмъ передви-
гаемъ по стержню грузъ О, имѣющій опредѣленный вѣсъ,
до тѣхъ поръ, пока не наступаетъ равновѣсіе. Для этого»
равновѣсія необходимо, очевидно, чтобы произведеніе изъ
груза Р на плечо СА было равно произведенію изъ груза
О на плечо СІ). Если передвижной грузъ вѣсить, напри-
мѣръ, одинъ килограммъ, то онъ уравновѣситъ грузъ вѣ-
сомъ въ пять килограммъ, если плечо СВ сдѣлать въ пять
разъ больше плеча СА. Такимъ
образомъ вмѣсто того, что-бы
измѣнять вѣсъ, мы измѣняемъ
длину плечъ. На стержнѣ СВ
нанесены соотвѣтствующія дѣ-
ленія, такъ что взвѣшиваніе
совершается очень просто.
Болѣе подробное объясненіе
врядъ ли необходимо. Изо-
браженные здѣсь вѣсы имѣютъ
еще вторую точку привѣса,
лежащую ближе къ А. Вслѣд-
ствіе этого они становятся год-
ными для еще большихъ гру-
зовъ и для нихъ на задней сторонѣ стержня нанесенъ аго-
рой рядъ дѣленій. Впрочемъ, большой точности отъ такихъ
вѣсовъ ожидать нельзя.
Фиг. 55.
Для очень большихъ грузовъ удобно пользоваться такъ
называемыми десятичными вѣсами (фиг. 65). Такіе
вѣсы часто встрѣчаются въ лавкахъ. Человѣкъ несвѣдущій
удивляется тому обстоятельству, что совершенно безраз-
лично, на какомъ мѣстѣ платформы класть грузъ. Но этотъ
фактъ становится понятнымъ, если знать устройство этихъ
вѣсовъ. Прежде всего плечо АВ въ 10 разъ длиннѣе плеча
ВС. Поэтому грузъ, подвѣшенный въ точкѣ С, могъ бы
быть уравновѣшенъ въ 10 разъ меньшимъ грузомъ, поло-
— 71
женнымъ на чашку Но кромѣ точки подвѣшиванія С
существуетъ еше другая такая точка В и отъ обѣихъ этихъ
двѣ части: ді и цг.
точекъ отходятъ вертикальные стержни, которые въ точкахъ
Е и В' соединены съ горизонтальными дощечками ЕЕ и
‘‘ такъ, что послѣднія могутъ около этихъ точекъ вра-
щаться. На другой сторонѣ верхняя дощечка опирается
остріемъ призмы въ точку С' на нижней дощечкѣ, а эта
послѣдняя опирается остріемъ призмы въ точку В' основа-
нія вѣсовъ. При этомъ существуетъ слѣдующее отношеніе:
ВС : ВВ — В'С‘ : В'В‘. Такъ, напримѣръ, если ВС = 1КВВ,
то и ‘ё = 1/іВ‘В‘. Въ какомъ бы мѣстѣ платформы не
лежалъ грузъ у, онъ распадается на
Первый грузъ <71 дѣйствуетъ
непосредственно на точку С.
Второй грузъ дѣйствуетъ
на точку вращенія В' съ пле-
чомъ В'С такъ, какъ дѣйство-
валъ бы грузъ равный
но съ плечомъ В'В', въ 4 раза
большимъ. Но грузъ въ д„
дѣйствующій на точку В съ
плечомъ ВВ имѣетъ такое же
значеніе, какъ грузъ &, под-
вѣшенный въ точкѣ О. Такимъ
образомъ можно представить
себѣ, что грузъ ді тоже под-
вѣшенъ въ точкѣ С, т. е., что
въ точкѣ С подвѣшенъ весь
грузъ Ц. При этомъ совер-
шенно безразлично, въ какомъ
мѣстѣ платформы грузъ
распадается на и дг-. вѣдь
какъ бы ни происходило раз- Ф|ІГ д6
ложеніе, ди-д2 = (>. Поэтому,
гдѣ бы на платформѣ не лежалъ грузъ (?, онъ всегда урав-
новѣшивается десятой частью своего вѣса, положеннаго па
чашку & Эти вѣсы, безъ сомнѣнія, устроены очень умно,
но вслѣдствіе множества точекъ тренія, они никогда не мо-
гутъ достичь такой точности, какъ вѣсы съ равноплечнымъ
рычагомъ.
Пружинные вѣсы основаны на томъ принципѣ, что
упругое тѣло, удлиняясь подъ дѣйствіемъ силы, растяги-
вающей его, или сжимаясь подъ давленіемъ какой-нибудь
силы, удлиняется или сокращается въ извѣстныхъ предѣ-
лахъ пропорціонально дѣйствующей силѣ. На фиг. 56 изо-
бражены пружинные вѣсы, основанные на растяженіи пру-
жины, а на фиг. 57 изображены вѣсы, въ которыхъ пру-
жины сжимаются подъ давленіемъ силы. Послѣдніе вѣсы
— 72 —
часто употребляются для взвѣшиванія писемъ. Эти
вѣсы, правда, не очень точны, но весьма удобны, потому
что грузъ прямо отсчитывается по мѣткѣ, а не долженъ
быть полученъ наложеніемъ разновѣсокъ.
ЛЕКЦІЯ ДВѢНАДЦАТАЯ.
Центробѣжная сила и результаты ея дѣйствій.
Сегодня велосипедныя гонки. Вмѣсто обычной нашей
прогулки и мы туда отправимся. Приходится идти намъ
берегомъ рѣки. Дорогой мы проходимъ мимо площадки для
игры дѣтей. Мы замѣчаемъ нѣсколько маль-
чиковъ, занятыхъ бросаніемъ камней на дру-
гой берегъ. Пользуются они при этомъ пра-
ще мъ—снарядомъ, которымъ молодой Да-
видъ нѣкогда побѣдилъ великаго Голіаѳа.
Какъ это видно на фигурѣ 58, снарядъ этотъ
состоитъ изъ куска кожи, къ которому при-
крѣплены два шнурка. Мальчикъ кладетъ ка-
мень на кожу, оборачиваетъ одинъ шнурокъ
около трехъ послѣднихъ пальцевъ, а конецъ,
второго шнурка держитъ между указательнымъ
и большимъ. Затѣмъ онъ приводитъ камень въ
быстрое вращательное движеніе и, улучивъ
моментъ, освобож-
даетъ конецъ вто-
рого шнурка, вслѣд- ,/
ствіе чего камень !^\
летитъ прочь съ по- І/С \ \
разительной быстро- \ ' \
ТОЙ. ОДНОЙ руКОЙ МЫ \
не были бы въ со- ""'Дѵ
•ЦЧ\ стояніи такъ далеко Т
К \ кинуть камень. Ле- \ /
С титъ онъ такъ дале- \ /
ко благодаря такъ на- \ /
чШр зываемой центро- .
бѣжнойсил Ѣ.Мы
Фиг. 58. говоримъ „такъ на- Фиг. 59.
зываемой" потому,
что въ сущности такой силы вовсе нѣтъ, а то, что называютъ
этимъ именемъ; есть лишь результатъ косности движу-
щагося камня. Предположимъ, что точка О (фиг. 59)
есть центръ кругообразнаго пути камня. Точки А, 2), К
этого пути отстоятъ на равномъ разстояніи другъ отъ друга.
Въ каждой изъ этихъ точекъ скорость движущагося
— 73 —
тѣла направлена по касательной къ кругу; поэтому оно
вслѣдствіе своей косности двигалось бы отъ А къ В,
если бы этому не мѣшалъ шнурокъ. Чтобы оно вмѣсто В
попало въ В, сюда должна присоединиться одна составляю-
щая АС. Это значитъ, что шнурокъ долженъ быть такъ на-
тянутъ, чтобы тѣло, не находись оно уже въ движеніи, пе-
решло въ это время изъ А въ О. А И и АС, складываясь
вмѣстѣ, даютъ равнодѣйствующую АВ. Это напряженіе
шнурка имѣетъ направленіе къ центру и потому называется
центростремительной силой; дѣйствіе же косности
движущагося тѣла, влекущее тѣло наружу и мѣшающее
центростремительной силѣ притянуть его къ центру, назы-
ваемся центробѣжной силой..Но мы должны предста-
влять себѣ, что сила эта АС дѣйствуетъ не урывками, а
постоянно, такъ какъ и движеніе тѣла происходитъ не по
хордамъ АВ, В(х, (1К, а по дугѣ АВСК. Въ этотъ моментъ,
когда шнурокъ обрывается или освобождается самимъ ме-
тальщикомъ, составляющая АС отпадаетъ и тѣло летитъ съ
достигнутой скоростью въ направленіи касательной
(а не, какъ пѣкоторые ошибочно утверждаютъ, въ напра-
вленіи радіуса).
Достигнутая такимъ образомъ большая скорость движе-
нія объясняется тѣмъ, что въ случаѣ, напримѣръ, примѣ-
ненія праща, сила мышцъ руки тратится болѣе продолжи-
тельное время, между тѣмъ какъ при свободномъ бросаніи
рукой сила эта можетъ дѣйствовать лишь очень короткое
время.
Центробѣжная сила тѣмъ больше, чѣмъ больше масса
камня. Затѣмъ при данномъ времени одного оборота, она
пропорціональна радіусу круга, по которому движется ка-
мень и возрастаетъ обратно пропорціонально квадрату вре-
мени одного оборота. Если, поэтому, взять вдвое болѣе
длинный пращъ и тѣмъ не менѣе дѣлать столько же обо-
ротовъ въ секунду, какъ и раньше, то центробѣжная сила
будетъ вдвое больше. Если же, не мѣняя праща, дѣлать
вдвое больше оборотовъ, чѣмъ раньше, то центробѣжная
сила будетъ не вдвое, а въ четыре раза больше.
Если даны радіусъ г (въ метрахъ), масса тѣла т (въ ки-
лограммахъ) и время оборота і (въ сек.), то цетробѣжная
сила В можетъ быть вычислена по слѣдующей формулѣ:
В - х г-т - 4 у
Рѣшимъ одну задачу. Пращъ имѣетъ въ длину */« метра,
а камень вѣситъ '/* килограмма. Продолжительность одного
оборота і — і/в сек. Тогда центробѣжная сила Р=4 х 72>'
К Чі х 64 — 32 килограмма, т. е. шнурки праща имѣютъ на-
пряженіе, которое могло бы быть вызвано тяжестью въ 32
— 74 —
килограмма. Скорость, съ которой камень отлетаетъ прочь,
равна скорости, съ которой онъ движется по кругу. Такъ
какъ онъ въ сек. 8 разъ проходитъ путь въ 2*к=з,14 мет-
ровъ, то эта скорость = 25,12 метра.
Чтобы затвердить сказанное въ лекціи 9-й, мы вычислимъ
еще, сколько пролетитъ камень съ начальною скоройстью въ
25 метровъ, пока онъ не упадетъ на горизонтальную пло-
скость. Какъ мы знаемъ уже, онъ отлетитъ всего дальше,
если онъ брошенъ подъ угломъ въ 45°.
Предположимъ, что тѣло движется со скоростью въ 25
метровъ въ сек. по наклонной линіи. Разложимъ эту ско-
рость на двѣ слагающіяся, вертикально и горизонтально
направленныя (фиг. 60). Вычисленіемъ или построеніемъ
мы узнаемъ, что эти скорости = 17,66. Итакъ, дѣло обстоитъ
такъ, какъ будто бы тѣло было брошено одновременно и въ
горизонтальномъ и въ вертикальномъ направленіи со ско-
ростью въ 17,66 метра. Скорость, вертикально направленная,
уменьшается подъ дѣйствіемъ силы тяжести. въ каждую
секунду на 9,8 метра. Вслѣдствіе этого тѣло будетъ поды-
маться вверхъ только въ теченіе 17,66:9,8 = 1,8 секунды, а
такъ какъ оно будетъ столько же времени падать внизъ, то
отъ начала движенія до момента паденія пройдетъ 3,6 се-
кунды. Въ теченіе этого времени оно въ горизонтальномъ
направленіи проходитъ путь въ 3,6:17,66 = 63,58 метра. Вотъ
на какое разстояніе отлетитъ- брошенное тѣло. Достигнутая
высота можетъ быть вычислена изъ формулы 5= -
т. е. = 4,9.1,8.1,8 = 15,88 метра. Ясно, что эти вычисленія
очень просты. Вслѣдствіе сопротивленія воздуха, разстояніе,
на которое отлетаетъ брошенное тѣло, бываетъ нѣсколько
меньше.
Но вотъ начинаютъ появляться велосипедисты. Уличная
грязь прилипла къ колесамъ, но какъ только центробѣжная
сила становится больше той силы, съ которой она прилипла
къ нимъ, грязь эта начинаетъ отлетать отъ нихъ прочь.
Можно ясно видѣть, какъ массы грязи отлетаютъ отъ колеса
въ направленіи касательной къ его окружности.
Кажется удивительнымъ, что велосипедистъ вообще со-
храняетъ равновѣсіе и, чѣмъ быстрѣе его ѣзда, тѣмъ раѣно-
— 75 —
вѣсіе его удивительнѣе. Но это такъ кажется съ перваго
взгляда: чѣмъ быстрѣе ѣзда (въ прямолинейномъ направле-
ніи), тѣмъ легче велосипедисту сохранить равновѣсіе, по-
тому что всякое вращающееся тѣло обрадаетъ тѣмъ свой-
ствомъ, что оно оказываетъ сопротивленіе всякому измѣне-
нію въ положеніи его плоскости вращенія; это сопротивле-
ніе есть слѣдствіе инерціи или косности его движенія.
Чтобы вывести ось вращающагося тѣла изъ ея положенія,
необходима сила и эта сила должна быть тѣмъ больше,
чѣмъ быстрѣе тѣло вращается. Поэтому велосипедисту тѣмъ
труднѣе сохранить равновѣсіе, чѣмъ медленнѣе онъ ѣдетъ.
Вотъ тамъ мальчикъ ударами палочки катитъ деревянный
обручъ. Онъ тоже намъ подтвердитъ, что, чѣмъ быстрѣе
онъ катитъ обручъ, тѣмъ легче сохранить его въ верти-
кальномъ положеніи. И волчекъ сохраняетъ свое вертикаль-
Фип. 61.
ное положеніе тѣмъ больше, чѣмъ быстрѣе онъ вращается.
Наконецъ, и новѣйшее ружье, снабженное спиральными хо-
дами, обладаетъ большей точностью, именно потому, что
снарядъ, вслѣдствіе вращенія около продольной оси, сохра-
няетъ свое положеніе и во время полета, а не сворачиваетъ
въ сторону.
Мы пришли къ мѣсту гонокъ. Прежде всего является
вопросъ, почему овальный путь гонокъ нѣсколько припод-
нятъ къ наружной сторонѣ и почему это возвышеніе на
болѣе искривленныхъ концахъ элипса больше, чѣмъ на
менѣе искривленныхъ (фиг. 61). Дѣйствіе центробѣжной
силы гонитъ велосипедистовъ къ наружной сторонѣ пути;
не будь колесо вмѣстѣ съ тѣломъ наклонено внутрь, образуя
противовѣсъ этой силы, велосипедистъ вылетѣлъ бы изъ
круга. Но при такомъ наклонномъ положеніи колеса оно
все же все болѣе и болѣе скользило бы къ наружной сто-
ронѣ круга. Вотъ почему путь долженъ быть такъ прппод-
— 76 —
нятъ, чтобы равнодѣйствующая изъ центробѣжной силы и
силы тяжести при средней скорости имѣла направленіе, пер-
пендикулярное къ землѣ. На болѣе кривыхъ мѣстахъ круга
опасность вылетѣть изъ него еще большая вслѣдствіе измѣ-
ненія направленія (если скорость движенія остается той же)
п поэтому въ этихъ мѣстахъ внѣшній кругъ долженъ быть
еще выше, чѣмъ внутренній. Въ началѣ своего движенія,
когда скорость еще не велика, положеніе велосипедиста
почти вертикальное; въ послѣднемъ кругѣ, когда рѣшеніе
близко, онъ все болѣе и болѣе наклоняется внутрь; вотъ
онъ очень наклонился, употребляя всѣ усилія, чтобы обо-
гнать своего соперника.
То же еамое дѣлается на полотнахъ желѣзныхъ дорогъ:
на всѣхъ искривленіяхъ пути наружный рельсъ дѣлается
выше внутренняго, чтобы поѣзда во время быстрой ѣзды
не сошли съ рельсовъ.
, Наконецъ, мы возвращаемся домой и по
УТ'К пути мы ознакомимся еще съ нѣкоторыми
И вещами, относящимися къ предмету нашей
ХДХ Чцг бесѣды. Войдемъ въ эту мастерскую машинъ.
На паровой машинѣ, съ которой намъ пред-
стоитъ познакомиться нѣсколько позже, мы
видимъ центробѣжный регуляторъ.
«'«Же На горизонтальной, главной оси Л (фиг. 62)
большого махового колеса, прикрѣплена съ
помощью двухъ зубчатыхъ колесъ Ж и Ж'
вертикальная ось А регулятора такъ, что при
Фиг. 62. вращеніи махового колеса вращается и эта
ось регулятора. Къ верхнему концу этой оси
прикрѣплены посредствомъ двухъ шарнировъ стержни В и
В' съ шарами С и С'. Другіе Два стержня И и 1)‘ скрѣплены
шарнирами съ одной стороны со стержнями В и В', а съ
другой стороны съ гильзой Н. Какъ, только машина начи-
наетъ двигаться со скоростью, большей той, которая необ-
ходима, центробѣжная сила увеличивается и подъ дѣй-
ствіемъ ея шары С и С' стремятся двинуться наружу и по-
тому приподымаются. Приподымаясь, онѣ приподнимаютъ и
гильзу Н, а вмѣстѣ съ ней и, тѣмъ или другимъ образомъ
соединенный съ ней, клапанъ (его на фиг. не видно) надъ
отверстіемъ, соединяющимъ паровой котелъ съ цилиндромъ,
въ которомъ движется поршень. Когда гильза поднимается,
клапанъ закрываетъ часть отверстія. Вслѣдствіе этого ходъ
машины замедляется, а тогда уменьшается центробѣжная
сила вращающихся шаровъ и они опускаются. Когда ходъ
машины слишкомъ замедляется, шары опускаются еще ниже,
гильза опускается тоже и этимъ дѣйствуетъ на клапанъ
такъ, что онъ шире открываетъ отверстіе. Такимъ образомъ
скорость машины регулируется.
— 77 —
Машина приводитъ въ движеніе большой точильный ка-
мень. Вы можете спросить, почему онъ замкнутъ въ такомъ
мощномъ корпусѣ, оставляющемъ лишь столько мѣста,
сколько нужно для пользованія этимъ камнемъ. Но это не-
обходимая предохранительная мѣра: не разъ уже случалось,
что дѣйствіемъ центробѣжной силы камень этотъ разрывало
на части и разбрасывало въ стороны съ гигантской силой.
Стѣна зданія имѣетъ въ толщину 2/з метра и тѣмъ не менѣе
она была разъ пробита такимъ кускомъ камня, а второй ку-
сокъ пробилъ крышу и произвелъ большія опустошенія въ
машинахъ. И маховыя колеса быстро движущихся машинъ
могутъ быть очень опасны, если они не построены съ до-
статочной прочностью. Вотъ это маховое колесо имѣетъ въ
діаметрѣ одинъ метръ, а масса, распредѣленная на его окруж-
ности, вѣситъ около 100 килограммъ. Оно дѣлаетъ въ ми-
нуту 600, а. слѣдовательно, въ секунду Ю оборотовъ. Отсюда
можетъ быть вычислена его центробѣжная сила по преды-
дущей формулѣ:
т. і / 100
!•' — 4 . —= 4. —— = 20.000 килограммъ.
Вы видите, что центробѣжная сила можетъ достичь очень
значительной величины.
Въ сосѣднемъ зданіи мы можемъ увидѣть сушильную
машину, основанную на дѣйствіи центробѣжной силы. Раз-
скажемъ въ общихъ чертахъ ея устройство. Главную ея
часть составляетъ цилиндрическій котелъ, очень быстро вра-
щающійся около вертикальной оси. Стѣнки котла проды-
равлены множествомъ мелкихъ отверстій. Вещи, подлежащія
высушиванію, помѣщаются на внутренней сторонѣ этихъ
стѣнокъ и центробѣжная сила выталкиваетъ наружу нахо-
дящуюся въ нихъ воду, такъ что въ теченіе нѣсколькихъ
минутъ вещи становятся совершенно сухими. Котелъ этотъ
окружаетъ другой сосудъ, въ который и попадаетъ вода,
вытолкнутая дѣйствіемъ центробѣжной силы. Такимъ же
образомъ и головы сахару освобождаются при кристаллиза-
ціи отъ оставшейся въ нихъ жидкости. Наконецъ, съ по-
мощью такихъ же машинъ извлекаютъ медъ изъ сотовъ.
Вотъ здѣсь маслобойня, куда крестьяне окрестныхъ де-
ревень приносятъ молоко. Жировые шарики, плавающіе въ
молокѣ и образующіе сливки, имѣютъ болѣе легкій удѣль-
ный вѣсъ, чѣмъ освобожденная отъ нихъ сыворотка. По-
этому, если оставлять молоко въ чашкахъ, то сливки мало
по малу собираются наверху и затѣмъ могутъ быть слиты.
Но такое отдѣленіе сливокъ отъ сыворотки продолжается
слишкомъ долго, а за это время молоко можетъ испортиться
или загрязниться, да и отдѣленіе происходитъ неполное.
Если же помѣстить молоко въ аппаратъ, который очень
— 78 —
быстро вращается (до 100 оборотовъ въ сек.), то сыворотка
будетъ выталкиваться наружу, а сливки будутъ собираться
вокругъ оси вращенія. Аппараты еще такъ устроены, что
отдѣльныя части могутъ черезъ особыя трубки собираться
въ спеціальныхъ сосудахъ, такъ что въ теченіе нѣсколькихъ
минутъ вся операція закончена
Употребляются такіе аппараты меньшаго размѣра и въ
лабораторіяхъ для отдѣленія осадковъ и т. п. На томъ же
принципѣ основаны центробѣжные насосы для воды и воздуха.
Они замѣчательно планомѣрно исполняютъ свою работу.
Пользуется центробѣжной силой и золотопромышленникъ,
чтобы выдѣлить изъ песка крупинки, содержащія золото.
Самый простой инструментъ этого рода, доступный бѣднѣй-
шему золотоискателю Южной Америки, есть такъ называе-
мый батеа—жестяная чашка съ
углубленіемъ по серединѣ и фор-
мой> изображенной на фиг. 63.
Его наполняютъ пескомъ, содер-
жащимъ золото, опускаютъ въ
текущую воду и заставляютъ воз-
фнг 63і можно быстрѣе вращаться: про-
стой песокъ всплываетъ на верхъ,
а въ углубленіи собираются болѣе тяжелые кусочки,, со-
держащіе золото.
Мы можемъ провѣрить этотъ процессъ, замѣнивъ песокъ
золотоискателя смѣсью, состоящей изъ песка и мелкихъ
свинцовыхъ опилокъ. Песокъ и тутъ будетъ всплывать, а
свинцовыя опилки останутся внизу.
Наконецъ, напомнимъ еще, что и земля наша вслѣдствіе
дѣйствія центробѣжной силы, вызванной ея вращеніемъ
около оси, нѣсколько сплющилась у полюсовъ и расшири-
лась въ плоскости экватора.
ЛЕКЦІЯ ТРИНАДЦАТАЯ.
Понятіе работы. Виды работы. Работа подъема и работа напряженія.
Движеніе вверхъ по наклонной плоскости. Работа независима отъ
времени. Работа въ секунду или эффектъ. Неразрушимость работы.
Въ предыдущихъ лекціяхъ намъ пришлось уже познако-
миться съ нѣкоторыми отвлеченными понятіями. Какъ опредѣ-
ленія болѣе или менѣе сухія, они не могли васъ такъ увлечь,
какъ явленія жизни, но они были необходимы для пони-
манія самихъ этихъ явленій. Движеніе, скорость, ускореніе,
сила, масса, вѣсъ, моментъ вращенія и т. д.—все это поня-
тія, играющія очень важную роль въ механикѣ, и безъ нихъ
никакое пониманіе явленій механики невозможно Сегодня
— 79 —
мы познакомимся съ новымъ понятіемъ этого рода, не менѣе,
если не болѣе важнымъ, чѣмъ всѣ предыдущія. Мы гово-
римъ о понятіи работы.
Что мы понимаемъ подъ словомъ „работа1*? Въ обыден-
ной нашей жизни мы различаемъ между физической и ду-
ховной работой. Посколько дѣло касается работы человѣка,
эти два вида работы такъ связаны между собой, что физи-
ческая работа всегда является въ сопровожденіи духовной.
Въ физикѣ послѣдній видъ работы совершенно не прини-
мается во вниманіе. Въ остальномъ подъ работой въ физикѣ
понимается тоже самое, что и въ обыденной жизни. Посмо-
тримъ изъ нашего окна на улицу! Здѣсь множество людей
и животныхъ совершаютъ работы: здѣсь рабочій поднимаетъ
тяжесть, тамъ другой пилитъ дрова, третій куетъ желѣзо,
лошади тащутъ повозки и т. д. Дѣятельность всѣхъ ихъ
очень разнообразна, но всѣ они работаютъ.
Что же такое то общее въ ихъ дѣятельности, что мы
называемъ работой? Не трата ли силы? Такое опредѣленіе
не неправильно, но еще недостаточно. Вотъ эта гиря въ
одинъ килограммъ, стоящая передъ нами на столѣ, тоже
тратитъ силу: она съ извѣстной силой давитъ на столъ;
если ее подвѣсить на ниткѣ, она съ извѣстной силой на-
тянетъ эту нитку. Тѣмъ не менѣе мы не говоримъ, что
гиря производитъ работу, и не говоримъ потому, что здѣсь
нѣтъ никакого измѣненія. Рабочій, который тщетно пытается
поднять большой камень, лошадь, которой не удается сдви-
нуть съ мѣста тяжело нагруженную повозку, не произво-
дятъ никакой работы, несмотря на то, что они тратятъ очень
много силъ.
Можетъ быть работа есть тоже, что и движеніе? Тоже
нѣтъ! Что сказалъ бы работодатель, если бы онъ увидѣлъ,
что рабочіе, которыхъ онъ нанялъ таскать камни, бѣгаютъ
безъ всякаго дѣла, или что человѣкъ, нанятый’ пилить
дрова, двигаетъ пилой по воздуху? Онъ сказалъ бы, что это
не работа.
Итакъ, одно движеніе не есть еще работа, какъ и одна
сила— не работа, а для работы необходимо и то и другое,
т. е. и сила и путь. Только когда пройденъ извѣстный
путь съ затратой опредѣленной силы, мы можемъ сказать:
здѣсь совершена работа. Иначе говоря, мы говоримъ, что
совершена работа, когда преодолѣвается вдоль какого-ни-
будь пути сила, дѣйствующая въ противоположномъ напра-
вленіи, или какое-нибудь препятствіе.
Чтобы измѣрять работу, намъ нужна мѣра работы.
Всего проще и цѣлесообразнѣе взять за единицу работы ту
работу, которую совершаетъ единица силы вдоль единицы
пути. Если принять, какъ это и принимается въ техникѣ,
за единицу силы ту силу, съ которой одинъ килограммъ
— 80 —
притягивается къ землѣ, а за единицу пути—метрд>, то под-
нятіе одного килограмма на одинъ метръ высоты и будетъ
единицей работы; она называется килограммометромъ или
метркилограммомъ и обозначается такъ: шк.
Если мы поднимаемъ два килограмма на одинъ метръ
высоты или одинъ килограммъ на два метра высоты, мы
оба раза совершаемъ 2 шк. работы. Поднимая 10 килограммъ
на б метровъ высоты, мы совершаемъ работу въ 10 х 5 шк.
Итакъ, мы вообще можемъ сказать, что
работа = сила х путь.
Чтобы поднимать тяжесть въ вертикальномъ направле-
ніи вовсе не необходимо, чтобы и совершающая эту работу
рука двигалась въ томъ же направленіи.
Черезъ блокъ В (фиг. 64) переброшена веревка, протя-
нутая въ горизонталь-
номъ направленіи до точки
О\ нижній ея конецъ на-
груженъ гирей въ г/г ки-
лограмма. Если мыпервый
конецъ веревки протя-
немъ отъ О до 1 на про-
тяженіи одного метра,
мы будемъ преодолѣвать
вдоль пути 1 силу 1/, и
совершенная работа бу-
детъ = 1.1/2 = 1/2 тк.
Какъ и всякое произведе-
ніе, мы можемъ и это про-
изведеніе изъсилына путь
представить въ видѣ че-
тыреугольника. Площадь
этого четыреугольника,
построеннаго изъ вели-
чины пути и величины
силы, будетъ намъ пред-
ставлять величину ра-
боты.
Затѣмъ вовсе не не-
обходимо, чтобы сила, ко-
торая должна быть прео-
долѣна во время работы,
была непремѣнно какой-
нибудь тяжестью.
Мы вбиваемъ въ стѣну крюкъ Н и укрѣпляемъ на немъ
спиральную пружину Г (фиг. 65). Второй ея конецъ въ не-
напряженномъ состояніи достигаетъ точки О. Мы притяги-
ваемъ пружину на одинъ метръ до точки I. Допустимъ, что
вытянутая на такую длину, она обнаруживаетъ силу проти-
Работа
Направленіе
Фиг. 64.
•4
&
3
; Направленіе I
к.....—1
Фиг. 65.
— 81 —
водѣйствія, равную вѣсу 7« килограмма, что мы можемъ
установить, подвѣсивъ эту тяжесть на веревкѣ, переброшен-
ной черезъ блокъ. Какъ же велика въ этомъ случаѣ совер-
шенная нами работа? На этотъ разъ сила во время движе-
нія непостоянна. Въ точкѣ О она равна нулю и по мѣрѣ
движенія она пропорціонально наростаетъ. На половинѣ
пути она вдвое меньше, чѣмъ у точки I. Она наростаетъ,
слѣдовательно, такъ, какъ увеличиваются перпендикуляры
въ точкахъ 74, 7«, 3/4> 1- Не трудно догадаться, какъ здѣсь
вычислить работу: величина ея равна площади треуголь-
ника 01і/а, т. е. = і/4 шк.
&
Какъ третій примѣръ работы, мы разсмотримъ работу
при сжатіи газа.
Трубка 01 (фиг. 66) длиной въ одинъ метръ наполнена
воздухомъ и закрыта поршнемъ. Мы представляемъ себѣ,
что трубка раздѣлена по длинѣ на 18 частей и вдвигаемъ
поршень до мѣтки ‘6/ів. Поперечный разрѣзъ поршня равенъ
одному квадратному сантиметру; чтобы двигать его впередъ,
мы должны рукой затратить силу, которая отъ О непре-
станно возрастаетъ. Сначала она возрастаетъ очень медлен-
но, но, чѣмъ дальше — все быстрѣе. У мѣтки 8/ів необходи-
мая сила равна вѣсу 1 килограмма, у мѣтки 17ів=3 кило-
граммамъ, у мѣтки 17ів=7 и у мѣтки 17ів = 1б килограм-
мамъ *)• Если эти силы представить въ уменьшенномъ раз-
мѣрѣ въ видѣ вертикальныхъ линій, то кривая изобразитъ
намъ ростъ силы, а площадь подъ ней — работу.
Чтобы точно вычислить эту работу, намъ необходимо
знать соотвѣтствующіе методы высшей математики, но при- і)
і) Почему эта сила наростаетъ именно такимъ образомъ» мы можемъ
показать лишь впослѣдствіи.
— 82 —
блиаительно мы можемъ ее вычислить слѣдующимъ обра-
зомъ:
Такъ какъ у О сила = нулю, а при 8/ів она =1, то на
протяженіи отъ О до 8/ів она въ среднемъ = 1/2; если эту
среднюю силу помножить на путь 8/1в, то произведеніе 4/'ів
и будетъ нашей работой. Между 8/ю и *2/ів средняя сила=^
I 3
=—— = 2, путь = 4/ів и, слѣдовательно, работа = 8/ів; та-
кимъ же образомъ мы далѣе получаемъ третью часть =
_ Зч-7 2_10.
— ”2 16—І6;
наконецъ, послѣдняя часть —
7-ь15
2
1
16
. Если теперь сложить эти части работы, мы получимъ
х 4 8 10 11 31
всю работу:
т. е. около 2 тк.
Въ примѣрѣ, представленномъ въ фиг. 64, работа заклю-
чается въ поднятіи тяжести, а преодолѣнная сила есть сила
тяжести. Такую работу мы называемъ работой подъема
На фиг. 65 и 66 работа заключается въ образованіи напря-
женія, а преодолѣнная сила есть упругость пружины или
газовъ. Такую работу мы назовемъ работой напряженія.
Существуютъ еще различные другіе виды работы, но прежде,
чѣмъ перейти къ нимъ, мы остановимся на нѣсколькихъ
примѣрахъ работы подъема.
На землѣ лежитъ желѣзная цѣпь въ одинъ метръ длины
и вѣсомъ въ 10 килограммъ. Мы беремъ ее за одинъ конецъ
и тянемъ ее до тѣхъ поръ, пока второй конецъ не начи-
наетъ отдѣляться отъ земли. Сколько работы необходимо
затратить для такого поднятія? Эта задача похожа на зада-
чу, изображенную на фиг. 65, такъ какъ сила, которая дол-
жна быть преодолѣна, пропорціональна пути отъ о до 10
килограммъ: вѣдь, съ каждымъ разомъ приходится подни-
мать больше звеньевъ цѣпи. Средняя сила равна, очевидно,
вѣсу въ 5 килограммъ и, слѣдовательно, вся работа = 5 тк.
Но такія задачи можно рѣшать еще и иначе, принимая во
вниманіе поднятіе центра тяжести. Когда цѣпь виситъ вер-
тикально, этотъ центръ лежитъ на половинѣ высоты, т. е.
онъ поднятъ лишь на полъ-метра. Если помножить этотъ
путь на вѣсъ всей цѣпи, т. е. на 10 килограммъ, мы вновь
получаемъ работу = 5 тк.
На этой постройкѣ рабочіе, чтобы сдѣлать штукатурку,
тащутъ ведромъ воду изъ колодца глубиной въ 15 метровъ.
Ведро набираетъ 20 литровъ воды и само вѣситъ 5 кило-
граммъ; веревка вѣситъ 4 килограмма. Сколько работы они
затрачиваютъ для поднятія одного кубическаго метра воды?
— 83 —
Отвѣтъ: 1 кубическій метръ = 1000 литровъ = 50 X 20.
Итакъ, необходимо 50 разъ поднять ведро, чтобы достать
1000 литровъ воды; каждый разъ поднимается тяжесть въ
20-4-5 килограммъ на высоту 15 метровъ и, слѣ-
довательно, совершаемая работа = 25.15 = 375 шк. Кромѣ
того, при каждомъ поднятіи центръ тяжести веревки под-
нимается на 7‘/« метровъ; такъ какъ веревка вѣситъ 4 кило-
грамма, то совершаемая работа 4.7/г=30 шк. Такимъ обра-
зомъ, чтобы поднять 20 литровъ воды, совершаемая работа
равна 375 ч- 30 — 405 шк. Такъ какъ всего приходится 50 разъ
поднимать ведро, то вся работа, совершаемая для поднятія
одного кубическаго литра воды, равна 20250 шк.
Если направленіе силы, производящей работу, не совпа-
даетъ съ направленіемъ движенія, то для вычисленія
работы берется въ разсчетъ только та соста-
вляющая сила? направленіе которой совпадаетъ
съ направленіемъ движенія.
Предположимъ, что по наклонной плоскости СВ (фиг. 67.
движется отъ В къ 0 одинъ
килограммъ, при чемъ мы о
покуда принимаемъ, что онъ
движется безъ всякаго тре-
нія. Допустимъ, что основа-
ніе плоскости = 4 метрамъ,
а высота=3 метрамъ; СВ бу- ...
детъ тогда равна 5 метрамъ. Е
Было бы однако же непра- -
вильно считать, что кило- фяг. 67.
граммъ, двигаясь по СВ,
совершаетъ работу въ 5 тк.: килограммъ притягивается
внизъ съ силой 1 только въ вертикальномъ направленіи,
но въ направленіи СВ — эта сила меньше. Построимъ
параллелограммъ силъ СВАЕ\ вертикальное давленіе кило-
грамма вдоль СА относится къ давленію вдоль СВ, какъ
СА: СВ или какъ СВ: СА, т. е., как-ц длина наклонной плос-
кости къ ея высотѣ и, слѣдовательно, въ нашемъ примѣрѣ,
какъ 5:3; отсюда слѣдуетъ, что въ направленіи СВ кило-
граммъ дѣйствуетъ лишь силой = 3Д его вѣса.
Итакъ, чтобы вычислить работу, которая необходима для
поднятія килограмма отъ В къ С, мы должны путь ВС =5
помножить на силу 3Д; работа, слѣдовательно,=5. 3/в=3 тк
Если бы при той же высотѣ 3, длина наклонной плоскости
была равна 6,7,8, . . . метр., мы получили бы ту же работу:
6. 3/в=3; 7. 3/т = 3; 8. 3/з=3 ...... тк.
Мы получили слѣдующее въ высшей степени важное
правило: для поднятія тяжести по наклонной плоскости
(если нѣтъ никакого тренія) требуется затратить всегда
7 Закаі 1038
— 84 —
столько же работы, сколько необходимо затратить для под-
нятія ея на ту же высоту при вертикальномъ поднятіи.
Такимъ образомъ работа вовсе не зависитъ отъ ноклона
пути, а только отъ высоты подъема. Изъ двухъ множите-
лей — силы и пути, — произведеніе которыхъ равно работѣ,
сила на наклонной плоскости становится въ такомъ же
отношеніи меньше, въ которомъ путь становится больше и
поэтому произведеніе не измѣняется.
Итакъ, поднимаемъ ли мы тяжесть отъ А къ С (фиг. 68)
или отъ В‘, или отъ В", или отъ В'" къ С, мы совершаемъ
одинаковую работу; но очевидно, что такую же работу
придется совершить при поднятіи тяжести по ломанному
пути І)ЕС, или В(тНС, или, наконецъ, по какому-нибудь
криволинейному путй ІС. Вѣдь, этотъ послѣдній путь мы
можемъ представлять себѣ сложеннымъ изъ безконечно
многихъ маленькихъ прямыхъ частей.
Намъ могутъ возразить: если нѣтъ никакой экономіи въ
работѣ при подъемѣ по наклонной плоскости, вмѣсто подъ-
ема по вертикальному направленію, то почему рабочіе при
постройкѣ дома тащутъ свои тяжести по этимъ деревян-
нымъ наклоннымъ сходнямъ, зачѣмъ они избираютъ околь-
ный путь и тратятъ время? Точно такъ же можно спросить,
почему мы поднимаемся въ нашу квартиру на 8-емъ этажѣ
не по вертикальной, а по наклонной лѣстницѣ? Но такъ
подниматься намъ удобнѣе, потому что мы предпочитаемъ
дѣлать меньше- напряженія, хотя бы и на большемъ пути.
Если нѣтъ силъ, чтобы поднимать камень въ вертикаль-
номъ направленіи, намъ ничего болѣе не остается, какъ
доставлять его на мѣсто съ той небольшой силой, которая
у насъ есть, но болѣе длиннымъ, окольнымъ путемъ.
Работа не зависитъ отъ времени. Тратимъ ли
мы секунду, или минуту, или цѣлый часъ, чтобы поднять
тяжесть или растянуть пружину, величина работы остается
той же. Другое дѣло — сила, которую мнѣ приходится при
этомъ затратить: чѣмъ короче время, въ которое я долженъ
сдѣлать опредѣленную работу, тѣмъ больше силъ мнѣ при-
ходится затратить.
Работу, совершенную въ одну секунду,
— 85 —
иазываютъобыкновенно эффектомъ или
мощностью. Здоровый рабочій можетъ въ теченіе
довольно долгаго времени совершать въ каждую секунду
10 тк. работы, т. е. его мощность =10 Въ теченіе
сск.
болѣе короткого времени человѣкъ сильный можетъ
при крайнемъ напряженіи своихъ силъ совершать въ
секунду 50 тк. (велосипедистъ или гребецъ во время
гонокъ). Сильная лошадь совершаетъ въ сек. работу въ
75 тк. Работу въ 75 тк. называютъ поэтому лошадиною
мощностью; въ обыденной жизни ее обыкновенно назы-
ваютъ еще лошадиной силой, что неправильно.
Поднимаемъ теперь нашъ килограммъ со стола и пере
несемъ его на полку, которая находится
надъ столомъ на разстояніи 1 метра. Врядъ.......
ли вамъ придетъ въ голову, что соверши- Ж
лось нѣчто, послѣдствія котораго не исчез-
нутъ во вѣки вѣковъ и что нѣтъ той силы
въ мірѣ, которая могла бы совершенно уни-
чтожить слѣды нашего дѣйствія. Мы пере-
несли на килограммъ одну единицу работы.
Эта работа хранится въ поднятой массѣ и
никакой процессъ въ мірѣ не можетъ ее
уничтожить, ни даже малѣйшимъ образомъ
уменьшить.
Человѣкъ несвѣдущій будетъ недовѣр-
чиво качать головой. Онъ подумаетъ, что
стоитъ только килограммъ заставить упасть II 11 СТД|.
обратно на столъ и эта работа будетъ со-
вершенно уничтожена, такъ что никакихъ Фиг. 69.
слѣдовъ отъ нея не останется. Онъ будетъ
ошибаться, потому что килограммъ, падая, сдѣлаетъ углу-
бленіе въ доскѣ стола, кромѣ того на мѣстѣ удара обра-
зуется теплота, которая распространяется дальше и затѣмъ
слышенъ звукъ, распространяющійся волнообразными дви-
женіями по воздуху, да и эти волнообразныя движенія, за-
тихая, превращаются въ теплоту.
„Такъ перенесемъ руками килограммъ на столъ!- Нѣтъ,
наши мышцы мы должны оставить въ покоѣ, потому что,
вѣдь, мы не знаемъ еще, что въ нихъ происходитъ; мы
теперь должны избѣгать всѣ физіологическіе процессы и
изучать только процессы физическіе. Но въ дѣйствитель-
ности есть одинъ физическій процессъ, въ которомъ кило-
граммъ падаетъ очень медленно, не измѣняя стола и не
создавая ни теплоты, ни звука. Привяжемъ къ нашему
килограмму нитку въ одинъ метръ длиной, перебросимъ ее
черезъ очень легкій и легко подвижный блокъ и ко вто-
— 86 —
рому концу привяжемъ другой килограммъ (фиг. 69). Стоитъ
теперь первому килограмму д$іть лишь очень легкій тол-
чекъ и онъ станетъ медленно опускаться внизъ; накоплен-
ная въ немъ единица работы постепенно истрачивается и
когда килограммъ внизу, работа истрачена безъ остатка.
Но зато поднялся на одинъ метръ второй килограммъ. Ра-
бота, слѣдовательно, вовсе не уничтожена, а лишь перене-
сена съ одной массы на другую. На этотъ разъ первый
килограммъ самъ работалъ, поднимая второй.
Но неужели же нѣтъ никакого средства уничтожить эту
работу такъ, чтобы она не появлялась вновь и не превра-
щалась бы ни во что другое?
Защемимъ нитку между двумя пальцами и будемъ та-
кимъ образомъ тормозить треніемъ паденіе килограмма,
такъ чтобы онъ очень медленно продолжалъ свое движеніе
внизъ. Намъ, конечно, это удастся, но между пальцами раз-
вивается опять теплота. Заставимъ килограммъ катиться
внизъ по наклонной плоскости. Его движеніе тоже очень
медленно, но и здѣсь треніе вызываетъ теплоту, правда,
столь незначительную, что присутствіе ея можетъ быть до-
казано только очень хорошими физическими приборами.
Во всѣхъ этихъ случаяхъ сила тратится не на работу
подъема и не на работу напряженія, а на работу тре-
нія. Этотъ процессъ очень часто встрѣчается въ нашей
жизни и мы познакомимся съ нимъ ближе въ слѣдующей
лекціи.
ЛЕКЦІЯ ЧЕТЫРНАДЦАТАЯ.
Работа тренія и коэффиціентъ тренія. Движеніе по наклонной плос-
кости при существованіи тренія.
Когда мы передвигаемъ какую нибудь тяжесть по совер-
шенно гладкой горизонтальной плоскости, намъ не при-
ходится преодолѣвать никакой силы и, слѣдовательно, въ
этомъ случаѣ мы не совершаемъ никакой работы. Но^въ
дѣйстительной жизни такой случай не встрѣчается, и на
ледяномъ каткѣ, гладкомъ какъ зеркало, существуетъ, хотя
и ничтожное, треніе, которое намъ приходится преодолѣвать
и которое намъ точно такъ же противодѣйствуетъ, какъ и
какая нибудь сила. Необходимая для этого работа, поэтому,
и называется работой тренія. Посмотримъ теперь, какъ
вычислить эту работу.
Положимъ на горизонтальную і’ладкую доску стола
(фиг. 70) брусокъ дерева съ гладкой поверхностью, прикрѣ-
пимъ къ нему крѣпкую нить, перебросимъ ее черезъ легко
подвижной блокъ и прикрѣпимъ къ концу ея чашку, на
— 87 —
которую и будемъ накладывать гирьки до тѣхъ поръ, пока
не замѣтимъ, что брусокъ начинаетъ скользить по доскѣ.
Мы можемъ убѣдиться въ томъ, что грузъ, какъ разъ до-
статочный для преодоленія тренія, составляетъ опредѣлен-
ную часть вѣса бруска. Отношеніе между вѣсомъ этого
груза и вѣсомъ бруска мы называемъ коэффиціентомъ
тренія этого сорта дерева. Если напримѣръ, вѣсъ бруска
составляетъ 1000 граммъ, а на чашку положено 300 граммъ,
то отношеніе —— = 0,3 будетъ искомымъ коэффиціен-
томъ тренія. Перемѣнимъ теперь положеніе бруска: до сихъ
поръ онъ лежалъ на столѣ
узкой поверхностью, а те-
перь мы его положимъ
болѣе широкой. Мы тот-
часъ убѣдимся, что грузъ,
а слѣдовательно, и коэф-
фиціентъ тренія остаются
тѣми же самыми: коэф-
фиціентъ тренія не за-
Фііг. 70.
виситъ отъ величины
трущейся поверхности. Конечно, брусокъ вдвое болѣе
длинный, или вдвое болѣе широкій начнетъ скользить подъ
дѣйствіемъ вдвое большаго груза, но отношеніе между вѣ-
сомъ этого груза и вѣсомъ бруска, т. е. коэффиціентъ тре-
нія, останется тѣмъ же самымъ: 20дд- = 0,3. За-то мы полу-
чимъ самые различные коэффиціенты тренія, если будемъ
брать различный матеріалъ. Такъ, напримѣръ, при треніи
кованнаго желѣза о кованное желѣзо онъ равенъ . . .0,14
п п » литое „ „ „ • • 0,20
Въ различныхъ сортахъ дерева коэффиціентъ тренія за-
виситъ еще отъ того, расположены ли въ нихъ волокна
параллельно или они перекрещиваются. Такъ напримѣръ,
коэффиціентъ тренія для дуба
при параллельныхъ волокнахъ = 0,48
„ перекрещивающихся „ = 0,32
Разсчитаемъ теперь, какъ велика работа, совершаемая
при скольженіи куска кованнаго желѣза въ 20 килограммъ
по горизонтальной подставкѣ изъ такого же желѣза на раз-
стояніи 5 метровъ?
Путь = 5 метровъ, сила = 0,14 разъ 20 килограммъ = 2,8
килограмма. Слѣдовательно, работа ==5.20.0,14 = 14 тк.
Съ помощью смазочныхъ веществъ (масло, жиръ для
металловъ, мыло для дерева) коэффиціентъ тренія можетъ
— 88 —
быть значительно пониженъ, а, слѣдовательно, и работа, за-
трачиваемая на передвиженіе, уменьшена.
Часто пользуются еще и другимъ средствомъ для умень-
шенія этой работы: заставляютъ тѣло не скользить, а катиться.
Но въ этомъ случаѣ имѣетъ значеніе и радіусъ катящагося
тѣла: чѣмъ радіусъ больше, тѣмъ треніе меньше.
Для повозокъ, ѣдущихъ по хорошо утрамбованной дорогѣ,
можно принять, что 0,04—0,07 вѣса повозки необходимо для
переодолѣнія тренія. На мягкомъ шоссе коэффиціентъ тре-
нія можетъ доходить до 0,18. На желѣзныхъ дорогахъ этотъ
коэффиціентъ значительно меньше: для болѣе медленныхъ,
товарныхъ и товаро-пассажирскихъ поѣздовъ онъ состав-
ляетъ около 0,0035, а для курьерскихъ—0,004. Вообще въ
случаѣ катанія коэффиціентъ тренія значительно зависитъ
отъ скорости, тогда какъ при скольженіи эта зависимость
ничтожная. За то при скольженіи, далеко не безразлично,
идетъ ли дѣло о томъ, чтобы покоющееся тѣло привести въ
очень медленное движеніе или о томъ, чтобы сохранить
скорость тѣла, которое уже движется. Во второмъ случаѣ
приходится всегда преодолѣвать нѣсколько меньшее со-
противленіе.
Вычислимъ еще нѣсколько поучительныхъ примѣровъ
работы тренія.
Повозка вмѣстѣ со своимъ грузомъ вѣситъ 1000 кило-
граммъ = 1 тоннѣ. Тащутъ ее двѣ лошади по хорошей до-
рогѣ (коэффиціентъ тренія -- 0,05). Какъ велика сила, кото-
рую тратитъ каждая лошадь и какъ велика работа на раз-
стояніи одного километра?
Сила обѣихъ лошадей = 0,05.1000 =• 50 килограммъ.
„ каждой лошади = 25 килограммъ.
Работа обѣихъ лошадей = 50.1000 = 50.000
„ КаЖДОЙ ЛОШаДИ 25.000 тк.
Желѣзнодорожный поѣздъ вѣсить 200.000 килограммъ —
= 200 тоннъ. Коэффиціентъ тренія при медленной ѣздѣ=0,004.
Какъ велика должна быть сила пара, чтобы сохранить дви-
женіе поѣзда? Отвѣтъ: 0,004.200.000 = 800 килограммъ. Какъ
велика работа пара на разстояніи одного километра? Отвѣтъ:
800.000 тк.
Во всѣхъ этихъ вычисленіяхъ мы принимали, что грузъ
движется въ горизонтальномъ направленіи.
Какъ вычислить работу, если грузъ движется по наклон-
ной плоскости вверхъ? Въ этомъ случаѣ совершается двоя-
кая работа: работа подъема и работа тренія. Возьмемъ опять
примѣръ, изображенный на фиг. 67 (фиг. 71). Длина наклон-
ной плоскости ОВ = 5 метровъ, высота ОА = 3 метра и осно-
ваніе АВ = 4 метра. Сила, съ которой килограммъ, находясь
въ С, притягивается къ землѣ въ вертикальномъ направле-
— 89 —
ніи и которая у насъ представлена длиной СА, распадается
на двѣ составляющія. Одну составляющую ОХ> = 3/в кило-
грамъ намъ приходится преодолѣвать при работѣ подъема.
Работа эта вдоль ВС равна поэтому 5. 31б — 3тк. Вторая соста-
вляющая заставляетъ килограммъ давить въ перпендикуляр-
номъ направленіи на СВ и равна килограмъ. Помножимъ
эту силу на коэффиціентъ тренія, который для тренія дерева
о дерево равенъ 3 ю, и- мы получимъ силу тренія, которую
намъ приходится преодолѣть вдоль ВС. Работа тренія, слѣдо-
вательно, равна 4/б. 3/і. 5=1,2 тк. Вся работа при передви-
женіи килограмма отъ В къ С равна:
работа подъемаработа тренія = 3 + 1,2 = 4,2 тк.
Если нашу наклонную плоскость удлинить, сохранивъ ея
высоту, т. е. сдѣлать наклонъ меньше, то работа поднятія
не измѣнится, а работа тренія станетъ больше: не только
путь становится длиннѣе, но и вертикальное давленіе на-
ростаетъ. Итакъ тамъ, гдѣ есть треніе, устройство наклоннаго
подъема обусловливаетъ затрату
большей работы, чѣмъ при верти-
кальномъ подъемѣ и тѣмъ больше
работы, чѣмъ подъемъ менѣе
крутъ. Поэтому, если мы и облег-
чаемъ себѣ работу, устраивая такой
наклонъ—облегчаемъ потому, что
можемъ выполнить ее съ мень-
шимъ напряженіемъ силъ, но за
то мы тратимъ больше работы,
которая становится тѣмъ больше, чѣмъ больше коэффи-
ціентъ тренія.
Существуетъ очень простой методъ опредѣленія коэффи-
ціента тренія, основанный на движеніи' тѣла по наклонной
плоскости. Положимъ тѣло на наклонную плоскость и будемъ
постепенно увеличивать ея высоту до тѣхъ поръ, пока тѣло
не начнетъ скользить или—еще лучше—до тѣхъ поръ, пока
оно при малѣйшемъ толчкѣ не начнетъ скользить съ равно-
мѣрной скоростью, и тогда намъ остается только измѣрить
высоту и основаніе наклонной плоскости. Возьмемъ напри-
мѣръ, наклонную плоскость, на фиг. 71: если СВ есть та,
найденная нами, наклонная плоскость, при которой начи-
нается преодолѣніе тренія, то С представляетъ намъ ту
силу, съ которой скользящее тѣло давитъ на плоскость,
СО <•* ЕА — ту силу, съ которой оно преодолѣваетъ треніе.
, ЕА СА , , .
Отсюда слѣдуетъ что = коэффиціенту тренія.
Выше мы сказали, что въ желѣзнодорожныхъ поѣздахъ
сила пара, достаточная для преодолѣнія тренія, составляетъ
— 90 —
не меньше 0,0035 вѣса поѣзда. Поэтому поѣздъ останетсяна
рельсахъ только въ томъ случаѣ, если на метръ разстоянія
уклонъ не больше, 0,0035 метра или, какъ говорятъ, не
больше 0,35%. На такомъ уклонѣ поѣздъ движется внизъ
съ равномѣрной скоростью безъ силы пара. Когда онъ дви-
гается вверхъ по такому уклону, онъ тратитъ столько же
работы для преодолѣнія тренія, сколько онъ тратить на
поднятіе, т. е. вдвое больше, чѣмъ по пути совершенно-
горизонтальному. Отсюда мы можемъ разсчитать, какъ зна-
чительно возрастаетъ стоимость движенія, когда уклонъ пути
становится больше.
ЛЕКЦІЯ ПЯТНАДЦАТАЯ.
Живая работа и ея вычисленіе. Превращеніе одного вида работы въ
другой. Примѣрные разсчеты работы.
Сегодня у насъ будетъ рѣчь объ очень важномъ пред-
метѣ. Въ лекціи тринадцатой мы сказани, что разъ суще-
ствующая работа никоимъ образомъ не можетъ быть уни-
чтожена. Когда килограммъ, поднятый на высоту одного
метра, падалъ внизъ, онъ поднимаетъ на такую же высоту
другой килограммъ или работа черезъ толчокъ или треніе
превращалась въ теплоту. Но мы можемъ нашъ килограммъ
заставить падать и такъ, чтобы не было ни того, ни другого.
Во-первыхъ, мы можемъ позаботиться о томъ, чтобы кило-
граммъ, падая съ высоты 1 метра, не находилъ поверхности
стола, о который онъ раньше ударялся. Ударится ли онъ о
что либо когда нибудь позже, мы покамѣстъ разбирать не
станемъ. Несомнѣнно то, что послѣ паденія килограмма съ
высоты 1 метра затрачена будетъ единица работы и не бу-
детъ совершена ни работа .подъема, ни работа тренія. Что
сталось въ этотъ моментъ съ затраченной работой? Кило-
граммъ получилъ нѣкоторую скорость движе-
нія.
Какъ велика эта скорость?
Мы вычисляемъ это слѣдующимъ образомъ. Согласно
закону паденія Галилея з = -^- <2, откуда і2 = — и і = \/^$' •
2 д V д
Конечная скорость ѵ — ді\ подставивъ вмѣсто і его значеніе
, мы получаемъ, что ѵ = д= угдѣ д = 9,8
метра. Подставивъ это его значеніе въ нашу формулу и
извлекая корень изъ полученнаго числа (І/2Т9,8 =1/ 19,6 =
4,427), мы получаемъ общую формулу (у = 4,427 Ѵ«), по кото-
— 91 —
рой, зная 5, т. е. путь, пройденный тѣломъ при паденіи,
можно всегда вычислить ѵ, т. е. его скорость.
Если з = 1 метру, то скорость въ концѣ паденія ѵ —
4,427 метра.
Когда килограммъ упалъ съ высоты 1 метра и его еди-
ница работы была истрачена, мы вмѣсто него получили
килограммъ, имѣющій скорость движенія 4,427 метра въ
секунду. Такимъ образомъ его работа скрыта теперь
въ его скорости.
Но при томъ способѣ, которымъ мы выполняемъ нашъ
опытъ, мы, правда, можемъ вычислить эту скорость, но не
можемъ ее наблюдать, такъ какъ сила тяжести не перестаетъ
дѣйствовать на нашъ килограммъ, сообщая ему все большую
и большую скорость. Мы должны, поэтому, устроить нашъ
опытъ такъ, чтобы послѣ паденія килограмма съ высоты
одного метра сила тяжести не могла на него дѣйствовать,
увеличивая его скорость. Приблизительно можно этого до-
стичь уже тѣмъ, что мы заставляемъ килограммъ скользить
по наклонной плоскости съ очень небольшимъ уклономъ,
напримѣръ, по наклонной плоскости СВВ'", изображенной
на фиг. 68. Если эта плоскость имѣетъ высоту одного метра,
то, какъ мы уже знаемъ, будетъ затрачена тоже единица
работы, несмотря на то, что путь длиннѣе, и зато будетъ
получена такая же скорость, именно 4,427 метра въ сек.
Но нѣкоторая ошибка здѣсь еще есть: когда тѣло переходитъ
съ наклоннаго пути на горизонтальный при ВВ"', то полу-
чается толчекъ, вслѣдствіе котораго небольшая часть работы
превращается въ теплоту, что, конечно, отзывается на скоро-
сти. Чтобы избѣжать всякій толчекъ, мы должны сдѣлать
переходъ закругленнымъ. Такой путь изображенъ на фиг.
68 линіей СУ. Но намъ еще остается устранить треніе. По-
этому мы лучше подвѣсимъ нашъ килограммъ на нитку
такъ, чтобы, онъ (фиг. 72) могъ падать на одинъ метръ вдоль
дуги СВ, не превращая часть работы ударомъ или треніемъ
въ теплоту. Достигнувъ точки В, нашъ шаръ имѣетъ ско-
рость 4,427 и, если бы мы въ этотъ моментъ перерѣзали
нитку, онъ покатился бы съ этой скоростью по горизонталь-
ному пути ВА‘. Но если мы нитку не перерѣзываемъ, то
начинается процессъ, обратный тому, который совершался
до сихъ поръ. Шаръ начинаетъ вновь подыматься, пока
онъ въ С не достигаетъ высоты одного метра. Здѣсь про-
павшая было единица работы появилась снова, но зато исчез-
ла скорость. Не прекрасное ли это и прямое доказатель-
ство того, что килограммъ, движущійся со скоростью 4,427
метра въ сек., скрывалъ въ себѣ единицу работы, получен-
ную изъ затраченной работы подъема и могущую вновь въ
нее превратиться? Эти превращенія работы продолжаются и
дальше, такъ какъ шаръ сейчасъ начинаетъ снова падать
— 92 —
и, достигнувъ В, снова имѣетъ прежнюю скорость. Конечно,
съ каждымъ колебаніемъ высота подъема становится меньше
и въ концѣ концовъ шаръ переходитъ въ состояніе покоя.
Но это происходитъ лишь потому, что шаръ долженъ пре-
одолѣвать сопротивленіе воздуха, на что и затрачиваетъ
часть работы.
Работу, которую килограммъ скрываетъ въ себѣ вслѣд-
ствіе своей скорости, мы назовемъ живой работой і).
Что собственно здѣсь происходитъ? Качающійся изъ
стороны въ сторону килограммъ имѣетъ всегда одну еди-
ницу работы. Часть этой единицы есть всегда работа подъ-
ема и другая—живая работа. По обѣимъ сторонамъ дуги,
изображенной на фиг. 72, мы имѣемъ по скалѣ, дѣленія
которыхъ показываютъ, на какія части той или другой работы
Фиг. 72.
распадается въ каждый моментъ наша единица работы. Дѣле-
нія лѣвой скалы показываютъ части работы подъема, а дѣ-
ленія правой скалы—части живой работы. Суммы обѣихъ
частей въ каждый моментъ равны единицѣ.
Но теперь возникаетъ слѣдующій вопросъ: если одинъ
килограммъ со скоростью 4,427 метра имѣетъ одну единицу
живой работы, то половина килограмма съ той же ско-
ростью будетъ несомнѣнно имѣетъ половину такой единицы
работы; какую же скорость долженъ имѣть одинъ кило-
граммъ, чтобы имѣть половину единицы живой работы?
Человѣкъ несвѣдущій, не задумываясь, отвѣтитъ: „поло-
вину прежней скорости, т. е. 4,427 : 2 = 2,2135 метра въ
секунду".
і) До сихъ поръ ее называли (по Лейбницу) живой силой. Но это
названіе неправильно, такъ какъ это не сила, а работа.
— 93 —
Этотъ отвѣть напрашивается самъ собой, но онъ непра-
виленъ. Въ самомъ дѣлѣ, вѣдь, тогда килограммъ долженъ
былъ бы имѣть эту скорость, т. е. 2,2135 метра въ секунду
послѣ того, какъ онъ упалъ на полметра. Въ дѣйствитель-
ности же онъ тогда имѣетъ не 2,2135, а 3,1903 метра въ
секунду.
Конечныя скорости вовсе не относятся другъ къ другу
такъ, какъ пути, которые проходитъ тѣло въ своемъ паде-
ніи. Изъ формулы ѵ 4,427 |/Г слѣдуетъ, что эти скорости
пропорціональны квадратнымъ корнямъ изъ этихъ путей;
отсюда слѣдуетъ, что путямъ пропорціональны квадраты
скоростей.
Чтобы одинъ килограммъ имѣлъ 2, 3, 4 ... . единицы
живой работы, онъ долженъ упасть на 2, 3, 4 .... метра; но
тогда скорость его будетъ: 6,26079, 7,6676, 8,8540.
Четырекратному содержанію живой работы соот-
вѣтствуетъ только двойная скорость.
Какъ теперь вычислить живую работу тѣла вѣсомъ р и
со скоростью I?
Мы воспользуемся для нашего разсчета законами паде-
нія Галилея.
Изъ формулы ѵ ~ ді слѣдуетъ, что <=—, а потому <2 =
9
іЯ . ѵ а
= подставивъ это значеніе і въ формулу мы по“
а я* я»
лучаемъ, что $ -у . —«==—. Но работа есть произведеніе изъ
силы на путь; поэтому, чтобы получить живую работу, мы
должны нашъ путь помножить на силу р. Такимъ образомъ
х рѵ* рѵ2
работаесть живая работа.
Итакъ, чтобы получить живую работу движу-
щагося тѣла, мы должны его вѣсъ помножить
на квадратъ скорости и полученное раздѣлить
на двойное ускореніе, т. е. на 19,6 і).
Мы познакомились до сихъ поръ со слѣдующими видами
работы:
і) Этотъ разсчетъ употребляемся въ техникѣ, при чемъ въ каче-
ствѣ единицы силы берется вѣсъ одного килограмма. Въ физикѣ по
нѣкоторымъ основатѳльныиъ причинамъ предпочитаютъ другой спо-
собъ. Въ качествѣ единицы силы они берутъ ту силу, которая сооб-
щаетъ единицѣ массы не ускореніе д, а ускореніе = 1 Тогда сила =
—р = тд. работа =рз = тд*, а живая работа — ~• Эту систему мѣръ
называютъ абсолютной.
— 94 —
Работа подъема=вѣсъ X высота подъема.
„ напряженія=упру гая сила X путь.
„ тренія = нормальное давленіе коэффиціентъ тре-
нія X путь.
. вѣсъ х квадратъ скорости
Живая работа =------------ - —-—
1 У^О
Эти четыре вида работы не имѣютъ равнаго значенія, а
работа тренія имѣетъ одну важную особенность, которой
она отличается отъ остальныхъ трехъ. Дѣло въ томъ, что
первый, второй и четвертый видъ работы могутъ всегда
превращаться другъ въ друга, что мы и покажемъ скоро на
примѣрахъ, но, когда они истрачиваются, чтобы произвести
работу тренія, большая часть ихъ превращается въ теплоту,
т. е. перестаетъ существовать въ качествѣ работы. Теплота
же можетъ быть обратно превращена въ работу только при
опредѣленныхъ условіяхъ. То
, же самое можно сказать о
работѣ, превращенной въ те-
плоту при ударѣ тѣлъ.
Въ качествѣ примѣра пре-
вращенія работы подъема въ
и работу напряженія и живую
работу, мы разсмотримъ про-
цессъ, который происходитъ
। при натяженіи и стрѣльбѣ изъ
лука.
Поставимъ лукъ такъ, чтобы
Фиг. 73, рукоятка имѣла вертикальное
положеніе, а струна—горизон-
тальное (фиг. 73). Когда дуга натянута, хорда ея пересѣ-
кается съ рукояткой не въ точкѣ т, а въ точкѣ п- разстояніе
тп=а=о,3 метра. Чтобы узнать, какъ велика при этомъ
сила напряженія, мы вызовемъ ее не рукой, а подвѣской
грузовъ. Допустимъ, что для этого требуется 50 килло-
граммъ.
Представимъ себѣ, что эти грузы привѣшиваются не
сразу, а малыми долями, что бы натянуть дугу постепенно,
какъ это происходитъ, когда мы натягиваемъ ее рукой.
Когда подвѣшенный грузъ опускается внизъ, работа подъема
истрачивается и вмѣсто нея развивается работа напряженія.
При вычисленіи потраченной работы подъема, мы должны
имѣть въ виду, что только первый подвѣшенный грузъ
падаетъ на всю длину а—0,3 метра, а послѣдующіе грузы—
только на нѣкоторый остатокъ первоначальной высоты, а
грузъ, подвѣшенный въ послѣдній разъ, почти вовсе не
падаетъ. Поэтому, мы при разсчетѣ должны взять только
среднее паденіе всѣхъ грузовъ, которое равно -^=0,15 метра.
— 95 —
Помноживъ эту длину на 50, мы получаемъ истраченную
работу подъема: 0,15X50=7,5 тк.
Какъ велика работа напряженія? Такъ какъ въ началѣ
сила напряженія = О, а въ концѣ=50 килограммамъ, то сред-
няя сила напряженія=50:2=25. Помноживъ эту величину
на путь а=0,3, мы получимъ работу напряженія=25.
0,3=7,5 тк. Она, естественно, равна по величинѣ потрачен-
ной работѣ подъема.
Наложимъ теперь стрѣлу, вѣсъ, которой р=0,2 кило-
грамма, и пустимъ ее вверхъ по вертикальному направле-
нію. Теперь работа напряженія превращается въ живую
работу, такъ какъ стрѣла получаетъ извѣстную скорость.
Какъ велика эта послѣдняя въ началѣ полета стрѣлы? Мы
можемъ ее получить, приравнивъ работу напряженія къ
получаемой живой работѣ:
ѵ* і 7,5X19,6 147 оое
7,5==РІ9^’ °ТКУДа Ѵ р —0^ = 7355 ѵ = |/ 73о -
=27,111 метра въ секунду.
По мѣрѣ того, какъ стрѣла поднимается вверхъ, живая
работа постепенно вновь превращается въ работу подъема.
Превращеніе закончено, какъ только стрѣла достигаетъ
высшаго пункта. Какъ высокъ этотъ пунктъ (не принимая
во вниманіе сопротивленія воздуха)?
Сила тяжести въ каждую сек. лишаетъ стрѣлу 9,8 метра
ея скорости. Вслѣдствіе этого полетъ ея будетъ продол-
27,111
жаться ’
проходимый
=2,766 сек. Отсюда можно вычислить путь,
, „ , . а*!’ 9,8
стрѣлой, по формулѣ: з= путь з =
Лл 2
(2,766)г=4,9. 7,6508=37,5 метра. Такъ какъ стрѣла вѣситъ
0,2 киллограмма, то полученная имъ работа подъема=рз=
37,5X0,2=7,5 тк.
Вы видите, что при всѣхъ этихъ превращеніяхъ одного
вида работы въ другой, величина ея остается безъ измѣне-
нія, если только ничего изъ нея не теряется вслѣдствіе
удара, тренія или сопротивленія воздуха. Разъ мы все это
знаемъ, мы можемъ такого рода задачи рѣшать гораздо
проще. Если стрѣла вѣсомъ въ 0,2 килограмма должна
летѣть такъ высоко, чтобы работа подъема стала равной
7,5 тк., то эта высота=7,5 : 0,2=37,5 метра.
Возьмемъ другой примѣръ. Маховое колесо въ 5 метровъ
окружности и 1000 килограммъ вѣса дѣлаетъ 4 оборота въ
сек. Скорость его массы равна, слѣдовательно, 20 метрамъ
въ секунду. Накопленная въ немъ живая работа
1000.20’
19,6
— 96 —
изъ двухъ
такая ско-
силъ.
тк.; отсюда
=20408 тк. Сколько требуется времени, чтобы паровая ма-
шина въ 4 лошадиныхъ силы сообщала маховому колесу
такую скорость?
Въ каждую секунду машина производитъработу=4.75 тк =
20408
300 тк. Отсюда слѣдуетъ, что необходимое время •= - =68" =
Оѵѵ
= 1. мин. 8 сек.
Рѣшимъ еще одну задачу Желѣзнодорожный поѣздъ въ
196000 килограммъ вѣсомъ необходимо привести въ движе-
ніе на разстояніи 200 метровъ со скоростью 10 метровъ въ
секунду. Сколько необходимо для этого потратить работы,
если коэффиціентъ тренія Работа состоитъ
частей: работы тренія и живой работы.
ті х • 196000 ЛПЛ
Работа тренія=—.200 =-196000.
аОѵ
Живая работа=——7^-7?—^ юооооо.
Вся работа—І9вооо4-юооооо=іі9бооо.
Черезъ сколько времени будетъ достигнута
ростъ, если локомотивъ имѣетъ 40 лошадиныхъ
Въ одну сек. локомотивъ даетъ 75.40=3000
слѣдуетъ, что искомое время=1 ау^?°--399"=6 мин. 39 сек.
оѵОО
Допустимъ, что въ это время работа пара прекращается.
Какое разстояніе пройдетъ еще поѣздъ, пока онъ самъ не
остановится?
Сопротивленіе тренія= 200~=980 КИЛ0ГРаммъ- Отсюда
, живая работа ЮООООО ....
слѣдуетъ, что путь=-------------=——-— = 1020 ме-
’’ ’ * сила сопротивл. 980
тровъ; это разстояніе пройдетъ еще поѣздъ, пока не оста-
новится.
Тотъ же поѣздъ долженъ быть остановленъ на разстоя-
ніи 50 метровъ: какъ сильно необходимо его тормозить?
Сила сопротивленія должна быть тогда равна ——— =
= 20000 килограммъ. Одна сила сопротивленія, обусловлен-
ная треніемъ, равна 980 килограммъ; слѣдовательно, тор-
моженіе должно дать еще силу въ 20000—980=19020 кило-
граммъ. Если коэфиціентъ тренія тормаза о колеса^/з, то
давленіе на колеса должно быть равно 19020 . 3=57060 ки-
лограммъ.
— 97 —
Если это давленіе распредѣляется на десять осей или
двадцать колесъ, то на каждое колесо получается давленіе
57060 о
въ —-—-=2853 килограмма. Вотъ какъ велика сила, съ
которой тормазъ долженъ давить на колеса, чтобы на ко-
роткомъ разстояніи остановить тяжелый желѣзнодорожный
поѣздъ. Захотимъ мы его остановить на разстояніи въ
нѣсколько метровъ, потребовалось бы такое давленіе, кото-
рое могло бы совершенно изломать колеса.
ЛЕКЦІЯ ШЕСТНАДЦАТАЯ.
Ударъ упругихъ и неупругихъ тѣлъ. Потеря работы. Машина для
вбиванія свай, работа молота. Количество движенія, импулсъ силы.
Примѣры.
Послѣднюю лекцію вы прослушали въ комнатѣ, зани-
маясь теоретическими разсчетами. Сегодня мы вновь отпра-
вимся на прогулку. Вотъ здѣсь строятъ мостъ и это даетъ
намъ возможность наблюдатьработу удара.Чтобы имѣть
основу для столбовъ моста, необходимо вбить въ землю
опредѣленное число свай. Дѣлается это съ помощью ма-
шины для вбиванія свай. Вы видите, что построены лѣса,
на которыхъ нѣсколько рабочихъ тянутъ вверхъ за веревку,
переброшенную черезъ блокъ, большой и тяжелый брусокъ
дерева—такъ называемую бабу. Прибывъ наверхъ, послѣд-
няя освобождается отъ веревки и по желобу падаетъ внизъ
на подставленную сваю. Свая эта внизу оканчивается же-
лѣзнымъ остріемъ, а на верхнемъ концѣ имѣетъ желѣзное
кольцо. Первые удары быстро вгоняютъ сваю въ землю, но
затѣмъ сопротивленіе почвы становится больше и вбиваніе
замедляется. Мы замѣчаемъ также, что съ каждымъ уда-
ромъ верхній конецъ постепенно раскалывается и рабочіе
иногда бываютъ вынуждены отрѣзать этотъ конецъ и снова
насадить кольцо. Затѣмъ мы замѣчаемъ также, что при по-
слѣднихъ ударахъ баба немного подпрыгиваетъ вверхъ. Отъ
инженера, наблюдавшаго за постройкой, мы узнаемъ, что
она вѣситъ 500 килограммъ и въ концѣ падаетъ съ высоты
3-хъ метровъ. Съ каждымъ ударомъ, слѣдовательно, она
сообщаетъ сваѣ работу въ 3.50о~1500 тк. Часть этой ра-
боты вгоняетъ сваю въ землю при каждомъ ударѣ на 0,02
метра глубины. Остатокъ работы тратится, къ сожалѣнію, на
разрушеніе верхней части сваи и образованіе безполезной
теплоты, т. е. для предназначенной цѣли пропадаетъ. Вы-
числимъ теперь эту потерю. Мы придемъ къ очень инте-
— 98 —
реснымъ результатамъ, имѣющимъ на практикѣ очень важ-
ное значеніе.
Заставимъ билліардный піаръ изъ слоновой кости падать
на лежащую на землѣ тяжелую каменную плиту. Шаръ,
ударившись о камень, подпрыгиваетъ вверхъ и достигаетъ
о
-^-первоначальной высоты. Если бы онъ достигалъ всей пер-
воначальной высоты, чего, впрочемъ, никогда не бываетъ,
мы сказали бы, что шаръ обладаетъ совершенною упруго-
стью. Мы имѣли бы тогда сначала превращеніе работы
подъема въ живую работу, а затѣмъ превращеніе этой по-
слѣдней въ работу напряженія; съ потерей скорости при
ударѣ шаръ сплющивается; вслѣдствіе чего его части при-
ходятъ въ состояніе напряженія, подобно спиральной пру-
жинѣ. которую сжимаютъ. Но вслѣдъ затѣмъ шарообразная
форма возстановляется и работа напряженія исчезаетъ;
вмѣсто нея вновь образуется живая работа, при чемъ шаръ
получаетъ прежнюю скорость въ противоположномъ направ-
вленіи и, когда шаръ достигаетъ первоначальной высоты,
живая работа превратилась уже въ работу подъема. Такимъ
образомъ при ударѣ вполнѣ упругихъ тѣлъ ни малѣйшая
часть работы не пропадаетъ.
Теперь представимъ себѣ случай противоположный: шаръ
совершенно не упругъ. Такой случай можетъ быть прибли-
зительно представленъ, если заставить падать шаръ изъ
мягкой глины. И такой шаръ сплющивается, но онъ не по-
лучаетъ уже первоначальной формы, а остается сплющен-
нымъ и обратно не получающимъ ударъ.
Вернемся теперь къ нашему мосту. Чѣмъ легче баба въ
сравненіи со сваей, тѣмъ большая часть потраченной ра-
боты тратится безполезно на разщепленіе и нагрѣваніе сваи
и тѣмъ меньше послѣдняя вбивается въ землю. Полезно
поэтому употреблять очень тяжелыя бабы, приводимыя въ
движеніе паровой силой.
Вычислимъ теперь потерю работы въ нашемъ примѣрѣ:
баба вѣситъ 500 килограммъ, свая вѣситъ 333 килограмма;
5ооТзй = °’4 ми 40°/-
потеря поэтому равна
Теперь мы можемъ также вычислить сопротивленіе, ко-
торое испытываетъ свая при погруженіи въ землю. Мы
выше нашли, что баба сообщаетъ сваѣ 1500 тк работы: вычтя
отсюда 40°/° потери, мы получаемъ 900 п<к; свая подъ дѣй-
ствіемъ этой работы вбивается въ землю на 0,02 метра, от-
куда слѣдуетъ, что
0,02Х сопротивленіе = 900 тк., или
сопротивленіе = 45000 килограммъ.
— 99 —
Это число намъ очень важно знать, такъ какъ оно обоз-
начаетъ кр ѣп ость сваи. Очевидно, что она можетъ вы-
держать грузъ въ 45000 килограммъ, не погружаясь дальше
въ землю. Если одинъ мостовой столбъ лежитъ на 20 та-
кихъ сваяхъ, то вѣсъ его не долженъ превышать 20.45000 =
=900000 килограммъ:
Недалеко отъ моста находится мастерская, въ которой
приготовляются желѣзныя части, необходимыя для его по-
стройки. Войдя въ мастерскую, мы видимъ желѣзный мо-
лотъ, приводимый въ движеніе паровой силой и падающій
на громадную наковальню, на которой лежитъ горячее
желѣзо.
Здѣсь передъ нами противоположная задача: молотъ
долженъ расплющить кусокъ желѣза, оставляя по возмож-
ности наковальню въ покоѣ. На основаніи предыдущаго мы
можемъ сказать, что наковальня должна быть возможно бо-
лѣе тяжелой въ сравненіи съ тяжестью молота. Будь, на-
примѣръ, наковальня въ 99 разъ тяжелѣе молота, то изъ
99
всей затраченной работы на ковку желѣза пошло бы
1 Х99
=99°|0 и только одинъ процентъ работы тратился бы на то,
чтобы вогнать наковальню въ землю.
Изъ полученныхъ результатовъ мы можемъ вывести дал-
нѣйшія полезныя правила. Если мы хотимъ вбить колъ въ
землю или гвоздь въ стѣну, мы выбираемъ для этого тяже-
лый молотъ, такъ какъ слишкомъ легкій раскалываетъ намъ
нашъ колъ или отбиваетъ головку гвоздя. Если же намъ
нужно вбить гвоздь въ легкую вещь, напримѣръ, въ раму
картины, которая не должна потерпѣть значительныхъ со-
трясеній, мы беремъ легкій молотъ. Ударяя кулакомъ объ
орѣхъ, мы можемъ попортить столъ и все же не разбить
орѣха, между тѣмъ какъ быстрый ударъ клинкомъ ножа
раскрываетъ орѣхъ, не портя стола. Если дверь не плотно
притворена, мы безъ труда открываемъ ее легкимъ ударомъ
руки или ноги, но, если мы захотимъ открыть ее писто-
летнымъ выстрѣломъ, послѣдній могъ бы пробить дверь, не
тронувъ ее съ мѣста. Живая работа можетъ быть въ обоихъ
случаяхъ равна, но въ первомъ случаѣ движущаяся масса
велика и скорость мала, а во второмъ случаѣ масса значи-
тельно меньше, но ея скорость велика.
Возьмемъ формулу ѵ ~д.і и. помножимъ обѣ части на
массу іп; мы получаемъ тѵ = тді. Примемъ равной единицѣ
ту силу, которая сообщаетъ массѣ I ускореніе — I; тогда тд
будетъ та сила, которая сообщаетъ массѣ т ускореніе д.
Обозначимъ эту силу черезъ р и мы получимъ, что
т.ѵ. (количество движенія) = р.і. (импульсъ силы).
Это означаетъ слѣдующее. Представимъ себѣ, что на
«Закаі 1038
— 100 —
гладкомъ пути движется безъ тренія масса т. Мы можемъ
тогда силой р, какъ бы она ни была мала, сообщать этой
массѣ постепенно все большую скорость, если ‘только имѣ-
емъ для этого достаточно времени г. Съ другой стороны мы
можемъ того же достичь въ какое угодно короткое время /,
если только сила р достаточно для этого велика. Дѣйствіе
силы или, какъ говорятъ, „импульсъ силы" есть произведе-
ніе изъ р на і; очевидно,
что это произведеніе мо-
жетъ быть велико и въ
томъ случаѣ, если одинъ
изъ множителей малъ: для
этого необходимо лишь
Фиг. 74.
Фиг. 75.
на верхнюю
взять второй множитель
достаточно большимъ. Если такой импульсъ дѣйствуетъ на
массу >и. то, если эта послѣдняя велика, она получитъ не-
большую скорость ѵ; наоборотъ, если эта масса мала, то
скорость будетъ велика. Произведеніе изъ массы на сооб-
щенную ей скорость называется количествомъ движенія.
На столѣ стоитъ маленькая телѣжка(фиг. 74),
которая вмѣстѣ съ грузомъ вѣситъ 1 кило-
граммъ. Мы тянемъ ее за нитку и тѣмъ сооб-
щаемъ ей скорость въ одинъ метръ въ се-
кунду. Если бы мы захотѣли это сдѣлать
въ теченіе короткаго времени, т. е. если бы
мы быстро потянули за нить, мы потратили
бы силу большую той, которую нитка можетъ
выдержать: она оборвалась бы и телѣжка
осталась бы на мѣстѣ. Чтобы сдвинуть ее съ
мѣста, намъ нужно, поэтому, потратить мень-
шую силу, но тогда намъ приходится за-
тратить больше времени, т. е. тянуть за нить
постепенно.
Тяжелый шаръ виситъ на ниткѣ (фиг. 75}
и внизу къ нему прикрѣплена другая нитка
той же крѣпости. Если потянуть эту послѣд-
нюю, то при быстромъ движеніи мы можемъ
ее оторвать, не отрывая верхней нитки, но
если мы будемъ тянуть за нее медленно, то
оторвется верхняя нитка; въ этомъ случаѣ
нитку дѣйствуетъ большая сила, такъ какъ къ
силѣ руки прибавляется вѣсъ шара.
На полу желѣзнодорожнаго вагона, движущагося со ско-
ростью 10 метровъ въ секунду, лежитъ ящякъ вѣса Р. Ма-
шинистъ вдругъ пускаетъ въ машину больше пара и ско-
рость движенія поѣзда увеличивается на протяженіи одного
метра съ 10 на ІО1/» метровъ въ секунду. Вслѣдствіе этого
происходитъ передвиженіе впередъ и спрашивается, какъ
— 101 —
долженъ быть великъ коэффиціентъ тренія ящика о полъ
вагона, чтобы ящикъ не подвинулся назадъ.
Р ІО2
Живая работа ящика была сначала равна —, а по-
Р (10,5)1
томъ она равна —* 7 она возросла слѣдовательно, на
Р№2-= (110,35-100)-^ X хо,«.
1с7,О Х<7,О 1о,Ѵ
Когда на ящикъ переносится такая живая работа на протяже-
ніи одного метра (то дѣйствующая на нее горизонтальная
работа Р 10,25 тг .
сила ---------= —— х —4—- Чтобы ящикъ не сдвинулся
Путь 19,6 1
Р
съ мѣста, силамы получаемъ, что —— X 10,25=Р/, или / =
1 У,О
10,25. т ѵ ѵ .
= —— = 0,522. Такъ какъ коэффиціентъ тренія дерева о
19,0
дерево равенъ приблизительно только 1/а, то ящикъ навѣрное
передвинется назадъ. Очевидно, что машинистъ не дол-
женъ такъ быстро увеличивать скорость. Обозначивъ раз-
стояніе, на которомъ скорость можетъ быть увеличена на */,
эта не должна быть больше его силы тренія. Эта послѣдняя
же Р. при чемъ есть его коэффиціентъ тренія. Отсюда
метра, черезъ х, мы получаемъ слѣдующее уравненіе: ——
10,25 р , „ .
; откуда х —1,57 метра.
Наконецъ, сдѣлаемъ еще одинъ маленькій опытъ.
Беремъ бутылку съ достаточно широкимъ горлышкомъ
(фиг. 76), покрываемъ отверстіе визитной карточкой и на
послѣднюю кладемъ какую-нибудь монету.
Если мы теперь будемъ медленно двигать
впередъ карточку, она будетъ передви-
гаться вмѣстѣ съ монетой, пока не упа-
детъ на столъ. Но дадимъ быстрый щел-
чокъ карточкѣ и она сама отлетитъ въ сто-
рону, а монета упадетъ въ бутылку.
Будемъ ударять тяжелымъ топоромъ по
свободно растущей гибкой вѣтви и она Фцг. 76.
будетъ только уклоняться въ сторону и
отрѣзать ее намъ не удастся; но дѣло будетъ сдѣлано
однимъ быстрымъ ударомъ большимъ пожемъ.
Я надѣюсь, что этихъ примѣровъ будетъ достаточно для
того, чтобы вы могли сами уже объяснить себѣ множество
другихъ сходныхъ съ этими явленій нашей повседневной
жизни, какъ и убѣдиться въ томъ, какъ плодотворно ученіе
о живой работѣ.
102 —
ЛЕКЦІЯ СЕМНАДЦАТАЯ.
Простыя машины: рычагъ, подвижный и неподвижный блокъ, воротъ,
наклонная плоскость, клинъ, винтъ.
Въ лекціи тринадцатой мы узнали, что работа не можетъ
быть ни увеличена, ни уменьшена; только при треніи или
ударѣ часть ея исчезаетъ, превращаясь въ теплоту. Но, если
количество работы не можетъ быть ни увеличено, ни умень-
шено, то работа можетъ быть перенесена съ одного пункта
на другой. Аппараты, посредствомъ которыхъ это дѣлается,
называютъ механическими машинами. Онѣ дѣлятся на
простыя и сложныя машины. Послѣднія образуются
комбинаціей первыхъ. Самыя простыя машины опять таки
дѣлятся на различные виды въ зависимости отъ цѣли ихъ
и устройства.
Съ точки зрѣнія ихъ устройства мы различаемъ три ос-
новныя группы простыхъ машинъ: рычажныя, канатныя и
скользящія. Каждая изъ этихъ машинъ можетъ быть построена
съ двоякой цѣлью: болѣе простой, заключающейся единствен-
но въ измѣненіи направленія работы, и болѣе сложной, за-
ключающейся въ томъ, что, не измѣняя количества работы,
т. е. величины произведенія изъ силы на путь, увеличиваютъ
одинъ изъ этихъ множителей и соотвѣтственно уменьшаютъ
второй. Если это увеличеніе происходитъ во время работы
все въ одномъ и томъ же отношеніи, то такую машину на-
зываютъ машиной съ постояннымъ коэффиціен-
томъ передачи работы; машины же, въ которыхъ это
увеличеніе непостоянно, называются машинами съ пере-
мѣннымъ коэффиціентомъ передачи работы.
Все это станетъ намъ тотчасъ же яснымъ при подроб-
номъ ознакомленіи со всѣми этими машинами. Отправимся
для этого опять на постройку, гдѣ мы можемъ найти мно-
жество машинъ всякаго рода.
Мы подходимъ къ выходнымъ воротамъ. Передъ нами
— 103 —
одна изъ упомянутыхъ машинъ, присутствіе которой мы еле
замѣчаемъ, потому что давнымъ-давно къ ней привыкли.
Разсмотримъ хорошенько этотъ простой замокъ (фиг. 77).
Онъ состоитъ изъ рычага АСВ, вращающагося около оси С.
Я обращаю вниманіе.на то, что одинъ стержень рычага не
есть еще машина: необходима еще ось или точка опоры,
вокругъ которой этотъ стержень вращался бы. Каждая даже
самая простая машина состоитъ по меньшей мѣрѣ, изъ двухъ
подвижно между собою соединенныхъ или соприкасающихся
частей (элементовъ). Вотъ этотъ рычагъ имѣетъ плечи рав-
ной длины и потому онъ служитъ только для измѣненія на-
правленія силъ. Намъ просто удобнѣе давить на ручку В,
чѣмъ поднимать вверхъ тормазный крюкъ А. Что передача
работы здѣсь постоянная, пропорціональная отношенію длинъ
плечъ рычага, намъ нѣтъ надобности здѣсь доказывать
вновь, такъ какъ такой случай былъ разобранъ нами въ лек-
ціи десятой.
Мы пришли на мѣсто постройки. Вотъ рабочій пользуется
неравноплечнымъ рычагомъ (фиг. 78) для того, чтобы под-
нять тяжелый камень. Сила, дѣйствующая въ В, произво-
дитъ работу въ направленіи Р. Эта работа переносится ма-
шиной въ точку А, гдѣ и преодолѣваетъ большую силу 0,
дѣйствующую въ направленіи д А. Иногда рабочій измѣ-
няетъ и положеніе машины. На (фиг. 79) изображенъ одно-
плечный рычагъ. Сила дѣйствуетъ на плечо АВ, а грузъ
на плечо А С. Произведеніе изъ силы Р на путь отъ В равно
произведенію изъ силы ѵ на путь отъ С; пути пропорціо-
нальны плечамъ. Отношеніе передачи равно, слѣдовательно,
АВ ВС
между тѣмъ какъ на фиг. 78 оно равно
Здѣсь не подалеку домикъ для сохраненія инструментовъ.
Войдемъ туда, чтобы испросить разрѣшеніе подняться на лѣса.
Дверь заперта. Но вотъ очень простая машина, дающая
намъ возможность позвонить (фиг. 80). АСВ есть равноплеч-
— 104 —
ный колѣнчатый рычагъ; силу, дѣйствующую въ вертикаль-
номъ направленіи внизъ, онъ, не измѣняя ея величины, пе-
реноситъ въ горизонтальномъ направленіи на звонокъ. Но
колѣнчатый рычагъ не всегда дѣлается подъ прямымъ
угломъ и не всегда съ равными плечами. Вотъ тамъ рабо-
чій съ помощью такъ называемой мотыки собирается под-
нять камень (фиг. 81). Уголъ его рычага вращается въ этотъ
моментъ около точки С, плечи его суть АС и ВС, а коэф-
фиціентъ передачи работы=-^-г Но какъ только камень
немного приподнятъ, точка вращенія переносится изъ С въ
ВС
С' (фиг. 82). Теперь коэффиціентъ передачи работы=
очевидно, что онъ уменьшился. Рабочій въ обоихъ случаяхъ
тратитъ одинаковое количество силъ. Но тѣмъ не менѣе
сила, дѣйствующая въ А, во второмъ случаѣ меньше, чѣмъ
въ первомъ, но за то путь больше. Это и вполнѣ цѣлесо-
образно, такъ какъ для перваго поднятія камня требовалось
больше силы, чѣмъ для дальнѣйшаго поднятія. Здѣсь, слѣ-
довательно, передъ нами примѣръ простой машины съ пе-
ремѣннымъ коэффиціентомъ передачи работы.
На фиг. 83 изображены щипцы, вытаскивающіе гвоздь
изъ доски. И эти щипцы представляютъ собою рычагъ и
даже двоякаго рода рычагъ: во-первыхъ, когда щипцы за-
хватываютъ гвоздь, то мы имѣемъ точку вращенія въ С и
два неравныхъ плеча СВ (СВ') и СА; затѣмъ при этомъ спо-
собѣ употребленія этой машины, когда щипцы начинаютъ
вытаскивать гвоздь изъ доски, С' становится точкой враще-
нія для всего инструмента, а плечами становятся С' ВВ' и С' А.
Въ первомъ случаѣ, когда щипцами мы захватываемъ
только гвоздь, они представляютъ собою неравноплечный
— 105 —
прямой рычагъ съ постояннымъ коэффиціентомъ передачи
работы Во-второмъ случаѣ, когда щипцы вращаются
около точки С', они представляютъ собою, подобно инстру-
менту, изображенному на фиг. 81, неравноплѳчный колѣн-
чатый рычагъ съ перемѣннымъ коэффиціентомъ передачи
работы, потому что точка вращенія С ’ постепенно удаляется
. „ . ВА. .
отъ точки А. Это отношеніе становится тѣмъ меньше,
СА
чѣмъ больше гвоздь вытаскивается изъ доски.
На фиг. 84 изображены щипцы для разбиванія орѣха а
на фиг. 85 - прессъ для пробокъ, лимоновъ и т. д. И здѣсь
передъ нами примѣры одноплечнаго рычага, у котораго коэф-
фиціентъ передачи работы остается постояннымъ до тѣхъ
Фиг. 84. Фиг. 85.
поръ, пока сжимаемое тѣло остается на мѣстѣ, но оно ста-
новится больше, какъ только предметъ приближается къ
точкѣ вращенія.
Мы приближаемся къ лѣсамъ постройки и находимъ здѣсь
всевозможныя машины для поднятія на лѣса всякаго рода
строительнаго матеріала. Самый простой видъ этихъ машинъ
мы имѣемъ въ неподвижномъ блокѣ (фиг. 86); она
служитъ только для измѣненія направленія работы. На
фиг. 87 изображенъ подвижный блокъ; здѣсь коэффи-
ціентъ передачи работы можетъ быть различенъ. Покуда ве-
ревки остаются параллельными, это отношеніе=2, такъ какъ
сила, съ которой грузъ тянетъ блокъ, раздѣляется’ на двѣ
равныя части. Рабочій долженъ поэтому затратить лишь
вдвое меньше силъ, но за то высота, па которую подни-
мается грузъ, вдвое меньше пути, который проходить рука
рабочаго. Этотъ подвижный блокъ становится машиной съ
перемѣннымъ коэффиціентомъ передачи работы, какъ только
уголъ, который образуютъ между собою части веревки, из-
мѣняется.
— 106 —
Эти измѣненія становятся тотчасъ же ясны, если посмо-
трѣть на фиг. 88.
Обозначимъ равныя силы, дѣйствующія на веревки блока
В, черезъ Р, Р, силу груза, дѣйствующую на ось О блока
черезъ О и построимъ параллелограммъ силъ САВІ)\ видно,
что Р’.$—СА :СР = АО:АВ. АО есть радіусъ г блока,
АВ—хорда & дуги блока, охваченной веревкой; отсюда слѣ-
Фиг. 86.
Фиг. 87.
дуетъ, что грузъ 0, который долженъ быть поднятъ вверхъ,
можетъ быть полученъ изъ слѣдующей формулы:
грузъ=сила х
<? = Р X
хорда
радіусъ блока
*
АО ” 7
или
И такъ, отношеніе
хорда,
радіусъ
есть коэффиціентъ передачи
работы. Онъ становится тѣмъ больше, чѣмъ больше хорда.
Когда веревки параллельны, хорда равна діаметру и, слѣ-
довательно, коэффиціентъ передачи=2; когда блокъ подни-
мается вверхъ, хорда становится все меньше, какъ это изо-
бражено на фиг. 88, когда центръ блока перенесенъ изъ О
въ О'; такъ какъ хорда становится меньше, то и коэффи-
— 107 —
Фпг.
88.
ціентъ передачи работы становится меньше. Чтобы тотъ же
грузъ поднять выше, рабочій- долженъ тратить все больше
и больше силъ. Когда дуга блока, охваченная веревкой,
становится равной 60°, хор-
да=радіусу и Р — <2; съ это-
го момента подвижный блокъ
не представляетъ никакой
выгоды.
Если сдѣлать на непо-
движномъ блокѣ два круг-
лыхъ желоба различнаго ра-
діуса или навернуть вторую
веревку на цилиндрическую
ось, мы получаемъ такъ
называемый воротъ (фиг. 89),
машину съ постояннымъ
коэффиціентомъ передачи
работы, равнымъ отношенію
радіусовъ. Къ этому типу
машинъ относятся такъ на-
зываемые передаточные ва-
лы со шкивами, часто встрѣ-
чающіеся
заводахъ.
:нный на
фиг. 90. На мѣсто блока мы здѣсь имѣ-
емъ колѣнчатую рукоятку ЕС и коэффи-
ціентъ передачи работы здѣсь будетъ
пяйрп-к ДЛІІна Рукоятки
г радіусъ вала
Можно эту машину также разсматри-
вать, какъ комбинацію изъ рычага (ру-
коятка) съ блокомъ (валъ).
Поднимемся теперь на лѣса, для че-
го воспользуемся наклонной плоскостью,
устроенной изъ досокъ. Здѣсь передъ на-
ми новый типъ машины. Выгодами наклонной плоскости
мы пользуемся въ двухъ машинахъ: въ машинѣ, которая
такъ и называется наклонной плоскостью и въ
клинѣ. Разница между ними заключается лишь въ томъ,
что въ первомъ случаѣ машина остается въ покоѣ, а подни-
маемое тѣло скользитъ по ней, поднимаясь вверхъ, тогда
какъ въ клинѣ сама машина передвигается и этимъ подни-
маетъ тѣло.
На фиг. 91 изображена наклонная плоскость АВС. Если
представимъ себѣ, что сама плоскость остается въ покоѣ, а
масса М по ней двигается, то передъ нами машина, которая
называется наклонной плоскостью. Если представить себѣ,
другой
видъ ворота,
на фабрикахъ и
Сюда относится
Фпг. 89.
108 —
что масса М остается въ покоѣ, а наклонная плоскость пе-
редвигается влѣво, передъ нами будетъ клинъ. Коэффи-
ціентъ передачи работы здѣсь постоянно равенъ отношенію
Фпг. 90.
АВ основаніе
ВС высота.
Если уголъ наклонной плоскости равенъ 45°
она будетъ измѣнять только направленіе работы, но вели-
чина силы останется безъ
измѣненія. Поэтому, если
хотятъ, чтобы . клинъ при-
велъ къ уменшенію силы,
необходимо уголъ его сдѣ-
лать достаточно острымъ.
Фиг. 92 и 93 представ-
обыкновенную
р
Фиг. 92
Ф“г- эі. ляють намъ
форму клина. Мы можемъ разсматривать
его, какъ сумму
двухъ симметрическихъ
наклонныхъ плоскостей
СВ А и СВА, сложен-
ныхъ основаніями. Въ
этомъ случаѣ сила от-
носится къ сопротивле-
нію (фпг. 93), какъ ос-
нованіе клина къ его
сторонѣ. Коэффиціентъ
передачи работы здѣсь
постояненъ.
Это отношеніе ста-
новится однако пере-
мѣннымъ, еслинаклон-
— 109 —
ная плоскость мѣняетъ свой наклонъ, т. е. если вмѣсто
наклонной, плоскости, мы имѣемъ кривую, какъ это изобра-
жено на фиг. 94.
Особыя формы клина пред-
ставляютъ собой ножъ, долото,
рубанокъ, топоръ и пила. Но-
жницы представляютъ собою
комбинацію изъ клина и ры-
чага.
Особенность и важное зна-
ченіе топора и рубанка заклю- Фиг. 94.
чается въ томъ ,что въ нихъ дѣйствуетъ накопленная
живая работа. Если бы столяръ захотѣлъ разрѣзать
дерево топоромъ только посредствомъ давленія, то въ виду
краткости пути, онъ долженъ былъ бы употребить очень
большую силу, такую большую, которой у него не имѣется.
Но, желая разрѣзать дерево, онъ размахивается топоромъ.
Во время размаха опъ вдоль болѣе длиннаго пути 5 тратитъ
силу р и накопляетъ живую работу 8 р. Когда топоръ уда-
ряется о дерево, произведеніе 8 р разлагается на два мно-
жителя $ и Р (в—меншій путь въ деревѣ, а Р—большая сила,
съ которой дерево разрубается). Въ долотѣ самымъ клиномъ
не размахиваютъ. Живая работа накопляется въ молотѣ и
затѣмъ посредствомъ удара переносится на долото. Прини-
мая во вниманіе сказанное въ лекціи 16-ой, можно сказать,
что выгоднѣе употреблять молотокъ сравнительно съ доло-
томъ болѣе тяжелый: если употреблять болѣе легкій мо-
лотокъ, то при большей скорости можно, пожалуй, накопить
ту же живую работу, но въ такомъ случаѣ на разрушеніе
рукоятки долота мы тратимъ большую часть работы, чѣмъ
въ томъ случаѣ, если молотокъ тяжелѣе долота.
Фиг. 96.
Мы уже знаемъ, что наклонная плоскость даетъ тѣмъ
большій коэффиціентъ передачи работы, т. е. тѣмъ болѣе
увеличиваетъ затрачиваемую силу, чѣмъ длиннѣе ея осно-
ваніе сравнительно съ высотою. Это обстоятельство вызы-
ваетъ желаніе употреблять возможно болѣе длинныя наклон-
ныя плоскости. Но такія машины были бы громоздки и неудобны.
Чтобы сдѣлать ихъ болѣе удобными, наклонную плоскость
наворачиваютъ на цилиндръ (фиг. 95). Отсюда получается
съ одной стороны винтовая лѣстница, а съ другой—винтъ
— 110 —
Послѣдній состоитъ изъ двухъ главныхъ частей: стержня
винта (фиг. 96) и такъ называемой гайки (фиг. 97). Въ
винтѣ коэффиціентъ передачи работы—отношенію между
окружностью винта и высотою винтовой нарѣзки, такъ какъ
это отношеніе соотвѣтствуетъ отношенію между основаніемъ
и высотой навернутой наклонной плоскости.
Фпг. 96.
Фиг. 97.
Примѣненія винта общеизвѣстны. Пользуются имъ почти
всегда для того, чтобы вращательнымъ движеніемъ стержня
или гайки винта произвести съ значительно увеличенной
силой медленное передвиженіе вдоль оси, при чемъ можетъ
передвигаться или гайка или стержень винта (фиг. 98). Иногда
винтъ употребляется и длятого, чтобы, наоборотъ, поступа-
тельнымъ движеніемъ
гайки вызвать враща-
тельное движеніе стер-
Фиг. 98.
Фпг. 99.
жня винта, какъ это
бываетъ въ буравѣ
(фиг. 99). Въ такомъ
— 111 —
винтѣ отношеніе между высотой винтовой нарѣзки и
окружностью винта должно быть больше, что бы часть
работы, затрачиваемая на треніе, не была слишкомъ велика.
Возникаетъ вопросъ, какой изъ трехъ основныхъ типовъ
простыхъ машинъ—рычага, блока и наклонной плоскости—
заслуживаетъ предпочтеніе? Теоретически они всѣ равно-
цѣнны, потому что каждымъ изъ нихъ можетъ быть совер-
шена передача работы, такъ что для одной и той же цѣли
можно пользоваться каждымъ изъ этихъ трехъ типовъ.
Такъ, напримѣръ, мы можемъ колокольчикъ привести
въ движеніе не только посредствомъ рычага (фиг. 80), но и
посредствомъ неподвижнаго блока (фиг. 100) или посред-
ствомъ наклонной плоскости (фиг. 101). Но на практикѣ
существуетъ очень важная разница
между этими тремя типами: въ случаѣ
употребленія паклонной плоскости по-
теря отъ тренія часто бываетъ значитель-
но больше. Кромѣ того при выборѣ то-
го или другого типа машины прихо-
дится руководиться еще и другими прак-
тическими соображеніями, какъ проч-
ность, экономія мѣста и т. д. Такъ,
напримѣрь, изъ этихъ трехъ способовъ
устройства звонка наиболѣе выгоднымъ фпг фИГ
является устройство посредствомъ рычага
и наименѣе выгоднымъ—устройство посредствомъ наклонной
плоскости. Поэтому здѣсь вообще не можетъ быть какихъ-
нибудь общихъ правилъ. Если, напримѣръ, хотятъ посред-
ствомъ рычага значительно увеличить силу, приходится,
брать очень длинное плечо и во избѣжаніе сгибанія его
такое толстое, что онъ былъ бы очень неудобенъ и дорогъ.
Въ этомъ случаѣ гораздо лучше пользоваться винтомъ. По
этой же причинѣ часто бываетъ очень цѣлесообразно
устроить комбинацію изъ нѣсколькихъ простыхъ машинъ.
Мы получаемъ тогда машины сложныя.
Закончимъ сегодняшнюю лекцію шуткой. Мы опишемъ
рычагъ, который самъ приходитъ въ движеніе и это дви-
женіе самъ поддерживаетъ. Машину эту можно устроить
самыми простыми средствами. Нагрѣвъ двѣ иголки, мы
втыкаемъ ихъ въ стеариновую свѣчу по серединѣ и
перпендикулярно къ длинѣ ея, такъ что онѣ образуютъ
одну ось; концы оси помѣщаемъ на краяхъ двухъ стакановъ
(фиг. 102). Затѣмъ мы зажигаемъ свѣчу съ о б ѣ и хъ сто-
ронъ и подставляемъ двѣ чашки, въ которыя стекаетъ
растопленный стеаринъ. То плечо нашего рычага, которое
вслѣдствіе большаго вѣса опускается внизъ, начинаетъ
сильнѣе расплавляться, чѣмъ второе плечо, поднятое вверхъ;
вслѣдствіе этого оно становится легче и потому поднима-
— 112 —
ется вверхъ, а тогда начинаетъ больше расплавляться вто-
рой конецъ свѣчи, опустив-
шійся внизъ. Этотъ процессъ
повторяется и мы получаемъ
машину, которая въ теченіе
довольно долгаго времени не
перестаетъ качаться. Можно
еще насадить на свѣчу нѣ-
сколько бумажныхъ фигуръ,
которыя будутъ качаться вмѣ-
стѣ со свѣчкой и наша иг-
рушка-шутка сдѣлается еще
болѣе интересной.*)
Фиг. 102.
ЛЕКЦІЯ ВОСЕМНАДЦАТАЯ.
Сложныя машины. Ихъ задача и общій прин-
ципъ. Регреіи'ит т о Ъ іі с.
Мы сказали уже, что сложныя машины образуются сло-
женіемъ простыхъ машинъ. При этомъ сложеніи одинъ изъ
элементовъ одной простой машины соединяется неподвижно
съ однимъ изъ элементовъ второй простой машины. Такое
соединеніе называется кинематической цѣпью.
Мы сейчасъ это выяснимъ на отдѣльныхъ примѣрахъ.
Коэффиціентъ передачи работы сложныхъ машинъ равенъ
всегда произведенію тѣхъ же коэффиціентовъ простыхъ
машинъ, изъ которыхъ они состоятъ. Если напримѣръ, соеди-
няютъ три рычага, каждый коэффиціентъ котораго=4, то
общій коэффиціентъ = 4.4.4=64 (фиг. 103).
Фиг. 103.
‘) Мы заимствуемъ этотъ опытъ, и нѣсколько другихъ, изъ фран-
цузской книжки Тоі. Тіі, Ьа зсіепсе атикапіе. Такіе опыты, которые
можно устроить самыми простыми средствами безъ дорогихъ аппа-
ратовъ, очень полезны,- они всѣ основаны на тѣхъ же физическихъ
законахъ, на которыхъ основаны опыты, выполняемые съ помощью
дорогихъ аппаратовъ въ учебныхъ заведеніяхъ.
— 113 —
разскажемъ
Фиг. 104.
Фпг. 105-
пренебречь
Каждый типъ машины можетъ быть соединенъ не толь-
ко съ тѣмъ же типомъ (какъ это было на фиг. 103), но и
со всѣми другими. Вслѣдствіе этого получается множество
возможныхъ комбинацій: комбинируется рычагъ съ рычагомъ,
рычагъ съ блокомъ, рычагъ съ наклонной плоскостью,
блокъ съ блокомъ, блокъ съ наклонпой плоскостью и на-
клонная плоскость съ наклонной плоскостью. Число возмож-
ныхъ комбинацій быстро возрастаетъ еще съ числомъ комби-
нируемыхъ машинъ, вслѣдствіе чего число и многообразіе
сложныхъ машинъ очень велико и мы здѣсь
о нѣсколькихъ болѣе употребительныхъ.
На фиг. 104, 105 изображена-
сложная машина, состоящая изъ
нѣсколькихъ блоковъ. Она на
зывается полиспастомъ.
Два или нѣсколько блоковъ укрѣ-
плены въ одной общей коробкѣ
другъ надъ другомъ (фиг. 104)
или рядомъ другъ съ другомъ
(фиг. 105). Двѣ такія коробки
соединены одной ьеревкой, какъ
это изображено па фигурахъ.
Грузъ подвѣшенъ къ скобѣ ниж-
ней коробки, а скоба верхней ко-
робки укрѣплена на неподвиж-
номъ крюкѣ; сила дѣйствуетъ на
свободномъ концѣ веревки . въ
точкѣ а. Сила груза 0, распре-
дѣляется на столько равныхъ
частей, сколько въ полиспастѣ
блоковъ; на каждую часть верев-
ки, а слѣдовавательно, и на ко-
нецъ ея а дѣйствуетъ тогда си-
ла, равная п-ой части груза <2,
если «=числу блоковъ (въ фиг.
104, п=4). Коэффиціентъ пере-
дачи работы равенъ здѣсь п, чи-
слу блоковъ.
Каждому движенію свободна-
го конца а соотвѣтствуетъ дви-
женіе груза на те-ую часть этого пути. Если
незначительными потерями работы отъ тренія, то произве-
денія изъ силы на путь, т. е. работы равны въ точкахъ при-
ложенія силы и груза.
Еще болѣе выгодна другая сложная машина, образован-
ная изъ блоковъ, такъ называемый полиспастъ 2-го рода
(фиг. 106). Грузъ <2, ноовѣшенный къ скобкѣ нижняго блока,
— 114 —
сначала распредѣляется между двумя частями веревки, изъ
которыхъ одна укрѣплена наверху къ крюку /, а вторая—къ
скобѣ второго блока. Грузъ этого послѣдняго, поэтому, =^
2,
а
грузъ третьяго блока = р грузъ че-
твертаго блока=-^,грузъи т. д.
8
Если число подвижныхъ блоковъ
я, то сила, дѣйствующая на свобод-
ный конецъ веревки послѣдняго
блока =^-и коэффиціентъ передачи
работы — 2й.
Такъ называемыя зубчатыя коле-
са тоже могутъ разсматриваться
какъ сложныя машины. Въ нихъ пе-
редача движенія съ одного вала на
другой совершается не посредствомъ
веревки, или ремня, а посредствомъ
зубцовъ, захватывающихъ другъ дру-
га. На фиг. 107. изображена такая
машина; зубчатое колесо, насажен-
ное на валъ Е, называемое шестер-
ней, захватываетъ своими зубцами
колеса Н. Часто на валѣ этого по-
бываетъ насажена вторая шестерня,
Фиг. 106.
зубцы большого
слѣдняго колеса
захватывающая своими зубцами зубцы второго большо-
го колеса. Если окружность шестерни (или число ея
зубцовъ) = я, окружность связаннаго съ ней зубчата-
го колеса (или число его зубцовъ) = т, то коэффиці-
ентъ передачи работы — — Если въ машинѣ есть нѣ-
сколько шестерней и зубчатыхъ колесъ съ числомъ зубцовъ
п' и т1, и" и іи" и т. д., то коэффиціентъ передачи работы
т т' т* . , . « .
—• т- е. равенъ произведенію отдѣльныхъ коэффиці-
п. п‘
ентовъ.
Когда намъ дана какая-нибудь сложная машина, то до-
статочно знать относительные пути точекъ приложенія силы
и груза, чтобы, взявши обратное отношеніе, получить коэф-
фиціентъ работы. Въ машинѣ, изображенной на фиг. 107,
радіусъ В рукоятки Г — 0,5 метра, радіусъ вала І)г = 0,1
метра, шестерня [ имѣетъ 12, а колесо Н — 72 зубца;
отсюда слѣдуетъ, что коэффиціентъ работы = Х-—=30
— 115 —
легко замѣтить, что путь, описанный рукояткой Е, въ 30 разъ
больше пути, который въ это время описываетъ какая-пи-
будь точка веревки.
Фиг. 107.
Очень хорошую, хотя и очень простую машину предста-
вляетъ собою такъ называемый дифференціальный валъ
(фиг. 108). Онъ состоитъ
изъ двухъ валовъ съ од-
ной осью и различными ра-
діусами гх и г,. При вра-
щеніи рукоятки, одна часть
веревки наматывается на
одинъ валъ, а вторая часть
разматывается съ другого
вала. Соединенные концы
обѣихъ веревокъ носятъ
подвижной блокъ. Радіусъ
рукоятки = В. Если повер-
нуть эту рукоятку влѣво
такъ, чтобы она сдѣлала
путь 5, то на большомъ ва-
лѣ веревка будетъ намо-
Фиг. 108.
тана на длину 8. и
XI
въ то же время на меньшемъ валѣ веревка будетъ раз-
9 Закаі 1048
— 116
мотана на длину 5.-^
Вслѣдствіе этого свободно вися-
щая часть веревки станетъ короче на длину 8 ~ —
л
8 = * (г,—г,) и, слѣдовательно, каждая изъ обѣихъ
л Л
$
частей ея сократится на длину — (г,—г8). Отсюда слѣдуетъ,
что отношеніе путей, проходимыхъ точками приложенія силы
у —2 Л
и груза = 1: -Ър-’ , а потому коэффіціентъ работы =—-----
Шу >, г,.
Если, напримѣръ, -К = 0,5 метра, г, — 0,20, г, = 0,18 метра,
, „ . х 2.0,5 1 Л _
то коэффиціентъ работы = —- = эО. Такимъ
ѵ^іі/ 0^0x2
образомъ силой въ 20 килограммъ можно поднять грузъ въ
20.50 == юоо килограммъ.
Принципъ, на которомъ основанъ дифференціальный валъ,
примѣняется часто и на другихъ машинахъ. Такъ, напри-
мѣръ, частое примѣненіе находитъ такъ называемый диф-
ференціальный винтъ; употребляется онъ часто въ тѣхъ слу-
чаяхъ, когда необходимо значительно увеличить силы или
произвести очень медленныя передвиженія (въ измѣритель-
ныхъ приборахъ).
Наконецъ, на фиг 109 изо-
бражена машина, представляю-
щая собою комбинацію всѣхъ
трехъ типовъ простыхъ машинъ
—такъ называемый безконечный
винтъ. Рукоятку мы можемъ
разсматривать, какъ рычаіт>! она
вращаетъ винтъ, который своей
нарѣзкой не входитъ въ гайку,
а захватываетъ зубцы зубча-
таго колеса. Радіусъ рукоятки
—И, радіусъ винта=г, радіусъ
зубчатого колеса = В', радіусъ
вала = т‘, коэффиціентъ рабо-
7?Я' _
ты =—- Такая сложная машина
гг'.
можетъ состоятъ изъ цѣлаго ря-
да простыхъ машинъ, нонамъ до-
статочно знать пути, одновременно проходимые точками при-
ложенія силъ крайнихъ членовъ, чтобы получить коэффи-
ціентъ работы. Машина можетъ быть скрыта отъ насъ такъ,
чтобы видны были сказанныя точки приложенія силъ и ихъ
соотвѣтствующіе пути и обратное отношеніе этихъ послѣд-
— 117 —
нихъ даетъ намъ отношеніе, въ которомъ увеличивается за-
трачиваемая сила.
Всѣ разсмотрѣнныя нами до сихъ поръ сложныя машины
имѣютъ ту же задачу, которая ставится простой машинѣ,
эта задача—простая передача работы при одновремен-
номъ увеличеніи силы на счетъ пути или пути на счетъ
силы.
Но есть множество сложныхъ машинъ, которыя кромѣ
этой задачи выполняютъ еще другую, не менѣе важную за-
дачу: раздѣленіе работы для осуществленія нѣсколькихъ
цѣлей. Такъ, напримѣръ, одинъ двигатель можетъ вращать
длинный валъ, соединенный посредствомъ безконечныхъ рем-
ней со множествомъ машинъ, и тогда работа двигателя раз-
дѣляется на работы всѣхъ этихъ машинъ. Работа, произво-
димая давленіемъ ноги на подножку швейной машины, не
только приводитъ въ движеніе иглу съ различной скоростью
и силой, но и двигаетъ лодочку и передвигаетъ ткань, ко-
торую шьютъ. Устройство такихъ машинъ въ высшей сте-
пени разнообразно и представляетъ широкое поле для ин-
женера проявить свой умъ въ комбинаціи простыхъ ма-
шинъ.
Но во всѣхъ этихъ случаяхъ остается ненарушимымъ
одинъ принципъ: сумма работъ, если только не принимаютъ
во вниманіе работу тренія и удара, остается всегда постоян-
ной и у насъ нѣтъ никакого средства ее увеличить. Въ те-
ченіе многихъ столѣтій люди пытались построить Регреіиит
тоЫІе, т. е. машину, которая не только остается въ ходу безъ
работы, сообщенной извнѣ, но не перестаетъ создавать ра-
боту и отдавать ее народу; но такую машину создать невоз-
можно. Что же касается той работы, которая тратится на
треніе, ударъ или преодолѣніе сопротивленія воздуха, то о
ней мы подробнѣе поговоримъ впослѣдствіи. Сегодня же мы
скажемъ, что и эта часть работы въ дѣйствительности не
теряется, а принимаетъ лишь другія формы
ЛЕКЦІЯ ДЕВЯТНАДЦАТАЯ.
Свойства жидкостей. Форма ихъ поверхности. Поверхностное натя-
женіе и краевой уголъ. Распространеніе давленія по всѣмъ направле-
ніямъ. Гидравлическій прессъ и его примѣненія.
Обратимся теперь къ изученію физическихъ явленій ка-
пельножидкихъ тѣлъ (жидкостей въ тѣсномъ смыслѣ).
Основное отличіе ихъ отъ твердыхъ тѣлъ заключается въ
томъ, что мельчайшія ихъ частицы могутъ быть перемѣще-
— 118 —
ны при очень незначительномъ усиліи, не вызывая упру-
гихъ силъ, возстановляющихъ происшедшее передвиженіе.
Вслѣдствіе этого жидкости не имѣютъ собственной своей
формы, а принимаютъ форму того сосуда, въ которомъ онѣ
въ данный моментъ находятся. Та же особенность присуща
и газообразнымъ тѣламъ, но отъ этихъ послѣднихъ жид-
кости отличаются тѣмъ, что онѣ имѣютъ постоянный объ-
емъ, чего газы не имѣютъ. Жидкости сжимаемы лишь въ
очень незначительной степени, между тѣмъ какъ газы легко
сжимаются; съ другой Стороны газы заполняютъ также вся-
кое пространство, которое мы имъ представляемъ.
Первымъ слѣдствіемъ легкой подвижности частичекъ
жидкостей является тотъ фактъ, что верхняя свободная по-
верхность жидкости образуетъ въ состояніи покоя поверх-
ность горизонтальную. И это вполнѣ понятно: будь
эта поверхность не горизонтальной, а наклонной, подвиж-
ныя частицы жидкостей сдвигались бы внизъ до тѣхъ поръ,
пока поверхность не стала бы горизонтальной.
Вотъ здѣсь три стеклянныхъ сосуда. Въ первый мы на-
ливаемъ сѣрный эфиръ (или спиртъ), во второй—воду и
въ третій—прованское масло. Сдвинувъ сосуды, намъ не
трудно убѣдиться въ томъ, что подвижность частичекъ жид-
костей не у всѣхъ одинакова: всего больше она у первой
жидкости и всего меньше у третьей. Медъ и сиропъ еще
менѣе подвижны; болѣе того: существуетъ непрерывный и
постоянный переходъ между жидкостями послѣдняго рода
и твердыми тѣлами, такъ что въ сущности невозможно ска-
зать, гдѣ кончается жидкость и гдѣ начинается тѣло твер-
дое. Но существуютъ вещества еще болѣе подвижныя, чѣмъ
эфиръ, какъ напримѣръ, сжатые въ жидкости газы. Это
различіе не совпадаетъ съ удѣльнымъ вѣсомъ тѣлъ; такъ
масло легче воды, а тяжелая ртуть менѣе густа, чѣмъ го-
раздо болѣе легкій медъ. Мы должны принять, что под-
вижность частичекъ неодинаково велика и, чтобы сдѣлать
ихъ подвижными, требуется не одна и та же
сила. При до-статочно большой силѣ можно
сдѣлать подвижными даже частицы свинца
и мѣди.
Если присмотрѣться поближе къ сосуду,
наполненному водой (фиг. 110). мы замѣтимъ,
что поверхность воды близь края
не горизонтальна, а становится все бо-
лѣе и болѣе крутой, не переходя однако-жъ
въ положеніе вертикальное. Итакъ, поверх-
ность здѣсь вогнутая. То же самое мы за-
мѣчаемъ въ большей или меньшей степени у всѣхъ
жидкостей, смачивающихъ стѣнки сосуда такъ, какъ вода;
Фиг. но.
— 119 —
таковы спиртъ, масло и т. д.; наоборотъ у жидкостей не
смачивающихъ стѣнокъ сосуда, какъ напримѣръ, ртуть,
поверхность ихъ имѣетъ выпуклую форму.
Помѣстимъ теперь сосудъ такъ, чтобы края имѣли впол-
нѣ горизонтальное положеніе и наполнимъ его осторожно и
постепенно до этихъ краевъ водой. Оказывается, что и у
краевъ поверхность становится плоской. Если мы будемъ
продолжать приливаніе воды, что при осторожномъ прибав-
леніи по каплямъ легко удается—поверхность ея у краевъ
округлится (станетъ выпуклой) (фиг. 111). Если теперь по-
Фиг. ш.
Фиг. 112.
мѣстить сосудъ въ положеніи, изображенномъ на фиг. 112,
то вытекающая изъ него вода не будетъ падать отъ краевъ
сосуда, въ вертикальномъ направленіи на землю, какъ это
сдѣлали бы твердыя тѣла и жидкости, не смачивающія со-
суда, а будетъ стекать изъ сосуда въ косомъ направленіи.
Во время паденія капли имѣютъ форму почти правильнаго
маленькаго шарика.
Всѣ эти явленія мы объясняемъ себѣ силой сцѣпле-
нія, существующей между частицами жидкостей, и силой
притяженія, существующей между частицами жидкостей и
тѣломъ, которое эта жидкость смачиваетъ.
Опустимъ въ сосудъ съ водой чистый кусокъ стекла;
когда мы затѣмъ вытащимъ его изъ воды, онъ окажется,
какъ извѣстно, смоченнымъ, т. е. покрытъ водяпой оболоч-
кой; изъ этого факта мы должны вывести то заключеніе, что
притяженіе, существующее между стекломъ и водой, больше
сцѣпленія между частичками самой воды. Если стекло, прежде
чѣмъ опустить его въ воду, покрыть слоемъ жира, слой воды къ
нему не пристанетъ. Очень слаба сравнительно также сила
притяженія между стекломъ и ртутью. Этимъ и объясняются
явленія, которыя мы наблюдали при выливаніи воды, какъ
и тотъ фактъ, что, покрывая края жиромъ, можно избѣг-
нуть часто непріятное стеканіе воды изъ сосуда. Форма, ко-
торую принимаетъ жидкость у края сосуда, объясняется
слѣдующимъ образомъ: фиг. 113 изображаетъ намъ верти-
кальный разрѣзъ черезъ сосудъ съ жидкостью; тп есть
— 120 —
край стѣнки сосуда, (1 есть матеріалъ его стѣнки, .Г—жид-
кость, оо'—поверхность ея, которую мы сначала представля-
емъ себѣ горизонтальной. Частичка жидкости, лежащая у
точки о, притягивается силой сцѣпленія въ одну сторону,
п
Фиг. 114.
силой притяженія стекла—въ другую и силой тяжести—въ
третью; пусть линія ос изображаетъ величину и направле-
ніе первой силы, линія оа—величину и направленіе второй
силы и о?—величину и направленіе "третьей силы; линія оЬ
будетъ тогда равнодѣйствующая между силой сцѣпленія и
силой тяжести, а линія о /—равнодѣйствующая всѣхъ трехъ
силъ. Очевидно, что поверхность жидкости должна быть нор-
мальной (перпендикулярной) къ направленію силы. Если про-
вести линію ое перпендикулярно къ линіи осі, мы получимъ
положеніе поверхности жидкости у самой стѣнки сосуда
(фиг. 114).
Чѣмъ частичка поверхности жидкости дальше отъ стѣн-
ки сосуда, тѣмъ больше равнодѣйствующая всѣхъ силъ
приближается къ вертикальной линіи и потому тѣмъ менѣе
вогнута сама поверхность жидкости. Поэтому форма поверх-
ности жидкости должна быть вогнутой у стѣнки сосуда и
постепенно переходить въ плоскость по мѣрѣ удаленія отъ
этихъ стѣнокъ, какъ это изображено на фиг. 114. Уголъ (2
между прямыми, перпендикулярными къ направленіямъ
равнодѣйствующей всѣхъ трехъ силъ, и стѣнкой сосуда на-
зывается краевымъ угломъ; для одной и той же жид-
кости и сосуда одного и того же матеріала, уголъ этотъ ос-
тается почти постояннымъ. На фиг. 115 изображена поверх-
ность жидкости, не смачивающей сосуда, напримѣръ, ртуть
въ стаканѣ. Такъ какъ сила притяженія частицъ жидкости
твердымъ тѣломъ здѣсь отпадаетъ, то равнодѣйствующая
изъ силы сцѣпленія и силы тяжести получаетъ направленіе
ов внутри жидкости. Перпендикулярное къ этому направле-
нію направленіе ое тоже образуетъ опредѣленный уголъ со
стѣнкой сосуда. Поверхность жидкости получаетъ здѣсь
выпуклую форму (фиг. 116). И здѣсь краевой уголъ есть (і
и онъ здѣсь очень малъ.
— 121 —
Возьмемъ теперь опять стаканъ, наполненный водой, и по-
ложимъ осторожно на поверхность ея иголку, покрытую
тонкимъ слоемъ жира, или опустимъ на ея поверхность съ
нѣкоторой высоты желѣзныя опилки. Оказывается, что же-
лѣзо не падаетъ на дно, а плаваетъ по поверхности воды,
хотя желѣзо болѣе чѣмъ въ 7 разъ тяжелѣе воды. Опилки
Фиг. 115.
Фпг. 116.
падаютъ на дно только послѣ того, какъ онѣ смачиваются
со всѣхъ сторонъ. Дѣло обстоитъ такъ, какъ будто-бы жид-
кость покрыта тонкой пленкой, которая и должна быть прор-
вана для того, чтобы опилки падали на дно.
Эти явленія объясняются слѣдующимъ представленіемъ.
Каждая мельчайшая частичка жидкости дѣйствуетъ притя-
гивающимъ образомъ по всѣмъ направленіямъ на сосѣднія
частицы; это дѣйствіе распространяется на извѣстное раз-
стояніе, которое и называется радіусомъ сферы дѣйствія.
Точно также эта частица въ свою очередь притягивается
всѣми другими частицами внутри этой сферы. Пока раз-
сматриваемая частица на столько опустилась подъ поверх-
ностью жидкости, что сфера ея дѣйствія не прорываетъ еще
этой поверхности, т. е., пока она находится на глубинѣ,
равной или большей радіуса* сферы дѣйствія, силы притяже-
нія распредѣляются поровну вокругъ частицы и взаимно
Фиг. 117.
уничтожаются. Но, если взять частичку »і (фиг. 117 1), ко-
торая находится на разстояніи отъ поверхности, меньшемъ
радіуса сферы дѣйствія, то частички жидкости, находящіяся
въ заштрихованной части, будутъ ее притягивать внизъ и
— 122
это притяженіе уже не уравновѣсится притяженіемъ вверхъ.
Такимъ образомъ, чѣмъ частичка т ближе къ поверхности,
тѣмъ больше должно быть давленіе, направленное внизъ.
Это давленіе разсматривается какъ причина изложенныхъ
выше явленій и называется поверхностнымъ натяженіемъ
жидкости.
Изъ фиг. 117 I, Ни III ясно, что это давленіе при вы-
пуклой поверхности жидкости должно быть больше, а прп
вогнутой—меньше, чѣмъ при горизонтальной поверхности!
вѣдь объемъ заштрихованной части жидкости, изъ которой
исходитъ давленіе, въ случаѣ 117, II больше, а въ случаѣ
117, III меньше, чѣмъ въ случаѣ 117,1.
Если выдуть мыльный пузырь и оставить отверстіе пу-
зыря свободнымъ такъ, чтобы воздухъ пузыря не былъ от-
рѣзанъ отъ всей атмосферы, мы тотчасъ же замѣчаемъ,
что нашъ пузырь становится все меньше и меньше. Чтобы
величина пузыря не измѣнялась, воздухъ внутри его дол-
женъ находиться подъ нѣсколько большимъ давленіемъ,
чѣмъ давленіе атмосферы. Причина этого основана па вы-
веденномъ рапыпе положеніи, что при выпуклой поверх-
ности давленіе больше, чѣмъ прп вогнутой. Пленка мыль-
наго пузыря съ наружной стороны выпукла, а съ внутрен-
ней стороны—вогнута. Вслѣдствіе этого давленіе снаружи
больше, чѣмъ внутри и потому пузырь становится все
меньше и меньше. Это же явленіе имѣетъ еще другія важ-
ныя послѣдствія, съ кбторымп мы познакомимся ниже, при
обсужденіи закона сообщающихся сосудовъ.
Легкая подвижность частичекъ жидкости имѣетъ еще
одно важное слѣдствіе, а именно то, что давленіе, про-
изводимое на одну часть поверхности жидкости,
распространяется съ равной силой не только
въ направленіи давленія, но по всѣмъ направле-
ніямъ. У тѣлъ твердыхъ этого явленія пѣтъ. Если, напри-
мѣръ, мы вдвигаемъ обратно выдвижной ящикъ комода, то
при значительной затратѣ силъ, мы можемъ повредить зад-
нюю стѣнку комода, по не можемъ повредить его боковыхъ
стѣнокъ. Если же наполнить бутылку какой-нибудь жид-
костью и закрыть ее пробкой, то при достаточно сильномъ
ударѣ или давленіи на пробку не только образуется отвер-
стіе въ днѣ бутылки, но послѣдняя лопнетъ по всѣмъ на-
правленіямъ. -Отсюда выводится практическое правило: на-
полняя бутылку какой-нибудь жидкостью, необходимо ос-
тавлять между жидкостью и пробкой нѣкоторое простран-
ство, наполненное воздухомъ, который при давленіи сжи-
мается и тѣмъ предупреждаетъ разрывъ бутылки.
Тотъ же принципъ лежитъ въ основѣ очень цѣлесообраз-
ной машины, употребляемой всегда, когда приходится на
короткомъ разстояніи произвести очень сильное давленіе.
— 123 —
Мы имѣемъ въ виду, изобрѣтенный въ'^1796 г. англичани-
номъ Брама, гидравлическій прессъ. Для лучшаго
объясненія этой машины мы остановимся раньше на болѣе
простомъ устройствѣ его, изображенномъ схематически на
фиг. 118. Сосудъ д, наполненный водой, имѣетъ у а отвер-
стіе величиной въ одинъ квадрат-
ный дециметръ; къ отверстію примы- I •’- Ь
каетъ трубка такого же размѣра, а въ Д, Д
этой трубкѣ двигается безъ тренія
вверхъ и внизъ поршень, который ее
плотно закрываетъ. У Ь и с нахо- і
дятся еще двѣ такія же трубки съа (>а
поршнями. Въ началѣ поршень а
находится въ положеніи, отмѣченномъ
точками па высотѣ двухъ дециме- фпг- 118
тровъ, а поршни бис находятся на нижнихъ концахъ
трубокъ въ положеніяхъ, отмѣченныхъ точками. Если те-
перь давить внизъ на поршень а съ силой одного килограм-
ма, то это давленіе распространяется не только внизъ, на
плоскость а/у, но и направо и налѣво къ а' и а1", какъ и
наверхъ къ би с; каждая плоскость въ одинъ квад-
ратный дециметръ находится подъ давленіемъ
равнымъ вѣсу одного килограмма. Вслѣдствіе этого
на поршни бис производится давленіе вверхъ съ силой
одного килограмма. Будь на мѣсто этпхъ двухъ поршней
одинъ поршень вдвое большей величины, давленіе на него
было бы равно вѣсу двухъ килограммъ. Такимъ образомъ
мы могли бы однимъ килограммомъ, дѣйствующимъ на пор-
шень а, уравновѣсить два килограмма, дѣйствующихъ на
поршни Ь, с. Если поршень а сдвинуть внизъ на высоту въ
два дециметра, онъ вытѣснитъ два кубическихъ дециметра
или два литра воды; для нихъ должно быть освобождено мѣ-
сто, и поэтому двойной поршень іс поднимется на одинъ
дециметръ. На правой сторонѣ мы затратили бы тогда ра-
боту въ 1.0,2 = 0,2 тк, но за то на лѣвой сторонѣ получили
бы работу въ 2.0,1 = 0,2 тк. т. е. мы удвоили бы силу на
счетъ пути. Вы видите, что дѣло обстоитъ здѣсь такъ, какъ
въ машинѣ, напримѣръ, въ двухплечпомъ рычагѣ, правое
плечо котораго вдвое длиннѣе лѣваго.
Если съ точки зрѣнія теоретеческой физики наша ги-
дравлическая машина не представляетъ собою никакихъ вы-
годъ въ сравненіи съ обычными твердыми машинами, то съ
точки зрѣнія практической техники опа при нѣкоторыхъ
условіяхъ можетъ представлять большія выгоды: не занимая
большого пространства, она даетъ возможность получить
значительную передачу работы и при томъ треніе въ ней
весьма незначительное.
— 124 —
На фиг. 119 изображенъ обыкновенный гидравлическій
прессъ. Онъ состоитъ изъ цилиндца <1 съ поршнемъ и дру-
гого большого цилиндра В съ поршнемъ цилиндры со-
единены трубкой г; другія не менѣе важныя части машины
суть: два клапана ѵ и ѵ’ и водохранилище В. Меньшій пор-
шень бываютъ большею частью еще снабженъ одноплечнымъ
рычагомъ Н. Вся правая часть машины похожа па насосъ.
Ф.іг. 119.
Работой этого насоса
вода вгоняется въ
большой цилиндръ и
заставляетъ п о д н и-
маться вверхъ боль-
шой поршень, который
посредствомъ кусковъ
кожи I и / плотно при-
стаетъ къ стѣнкамъ
большого цилиндра.Ве-
щи, подлежащія сжа-
тію, кладутся на доску
Р и придавливаются
доской Р'. Чтобы опу-
стить цилиндръ вмѣ-
стѣ съ доской Р внизъ,
открываютъкранъ к и
вода изъ большого ци-
линдра вытекаетъ че-
резъ трубку г' въ водохранилище В. Нетрудно вычислить
коэффиціентъ передачи работы. Если діаметры обоихъ пор-
шней суть & и В, то пеперечные ихъ разрѣзы относятся
какъ Р: В», и въ томъ же отношеніи увеличивается и сила.
Сюда необходимо еще прибавить дѣйствіе рычага Н. Вычи-
слимъ одинъ примѣръ. Допустимъ, что діаметръ меньшаго
поршня = 1 сантиметру, діаметръ поршня пресса =10 сан-
тиметрамъ и отношеніе плечъ рычага = 1:10. Такъ какъ
площади поперечныхъ разрѣзовъ относятся, какъ квадраты
діаметровъ, то это отношеніе будетъ у насъ = 1:100, а, если
прибавить дѣйствіе рычага Н, то мы получимъ, что весь
коэффиціентъ передачи работы — 1:1000. Такимъ образомъ
человѣкъ, дѣйствующій на рычагъ съ силой въ 50 кило-
граммъ, можетъ поднять доску пресса съ силой въ 50.1000=
50.00о килограммъ. Вы видите, какую значительную силу
можно получить посредствомъ гидравлическаго пресса. Та-
кой прессъ можетъ служить не только для сжатія различ-
ныхъ вещей, но и для поднятія значительныхъ тяжестей,
напримѣръ, для поднятія орудій на военные корабли, для
переноса кораблей въ сухіе доки, для поднятія и передви-
женія мостовъ и даже цѣлыхъ домовъ. Такъ, напримѣръ,
недалеко отъ Берлина находится памятникъ, который съ по-
— 125 —
мощью 12 гидравлическихъ прессовъ былъ поднятъ на
8 метровъ и въ то же время повернутъ на уголъ въ 24°. У
входа въ магдебургскую гавань находится мостъ, который
при проходѣ кораблей поднимается съ помощью двухъ ги-
дравлическихъ машинъ. Въ городахъ, гдѣ устроенъ водо-
проводъ, можно упростить аппаратъ, заставляя воду непо-
средственно дѣйствовать на цилиндръ пресса. На этомъ
принципѣ основаны гидравлическія подъемныя машины,
устроенныя во мпогихъ домахъ для поднятія людей на верх-
ніе этажи.
ЛЕКЦІЯ ДВАДЦАТАЯ.
Законъ сообщающихся сосудовъ.—Исключеніе изъ этого закона въ слу-
чаѣ узкихъ сосудовъ. - Явленіе капиллярности.—Распространеніе одной
жидкости на поверхности другой.—Законъ давленія жидкости на дно
сосуда.—Гидростатическіе парадоксы.—Прессъ Реаля.—Давленіе жид-
кости на боновыя стѣнки сосуда.
Представимъ себѣ, что въ какомъ-нибудь сосудѣ (фиг. 120),
наполненномъ водой до линіи аІ>, часть жидкости вытеснепа
кускомъ дерева Н. Ясно, что высота жидкости не станетъ
изъ-за этого у а и у Ь различной. Не менѣе ясно, что дѣло
не измѣняется, если мы дерево сдѣлаемъ полымъ. Такимъ
образомъ мы получаемъ два сосуда (фиг. 120), соединен-
ныхъ внизу каналомъ. Такіе два сосуда называются сооб-
щающимся сосудами (или трубками). Очевидно, что въ та-
кихъ сосудахъ жидкость, какъ только
она находится въ покоѣ, должна вездѣ
имѣть одинаковую высоту. Ясно
также, что при этомъ совершенно безраз-
лично, имѣютъ ли эти сообщающіеся со-
суды вертикальный, пли наклонныя, или
изогнутыя стѣнки, широки ли сосуды или
узки: вѣдь, мы съ самаго начала могли
придать сосуду и куску дерева различныя
формы.
Законъ сообщающихся сосудовъ нахо-
дитъ всевозможныя примѣненія. Примѣ-
няется онъ въ устарѣвшихъ уже нынѣ
Фвг. 120.
водяныхъ вѣсахъ, въ машинахъ, въ которыхъ свѣтильня со-
общается съ сосудомъ, хранящимъ масло или спиртъ и т. д.
Прежде чѣмъ изучать далѣе этотъ законъ, мы разсмотримъ
одно исключеніе изъ него—исключеніе, которое наблюдается
тогда, когда сосуды очень узки.
126 —
Фиг. 121. Фиг. 122.
больше, чѣмъ уже трубка;
Возьмемъ стеклянную трубку въ нѣсколько миллиметровъ
діаметромъ и опустимъ ее сначала въ воду (фиг. 121), а за-
тѣмъ въ ртуть (фиг. 122). Мы тотчасъ же замѣтимъ, что въ
первомъ случаѣ жидкость поднимается въ узенькой тру-
бочкѣ выше поверхности жидкости, а во второмъ случаѣ,
наоборотъ, опускается ниже ея. Явленіе это станетъ намъ
вполнѣ понятнымъ, если вспомнимъ сказанное въ предыду-
щей лекціи. Въ трубочкѣ, вставленной въ воду, жидкость
образуетъ вогнутую поверхность, тогда какъ въ широкомъ
сосудѣ поверхность эта гори-
зонтальная. Давленіе, обусло-
вленное силой сцѣпленія, вну-
три трубки меньше, чѣмъ сна-
ружи и потому жидкость под-
нимается въ ней вверхъ. Во
второмъ случаѣ мы наблюда-
емъ обратное, потому что вну-
три образуется выпуклая по-
верхность. Жидкость подни-
мается или опускается тѣмъ
поэтому, разница особенно
велика въ трубкахъ не толще волоса; отсюда и названіе
всѣхъ этихъ явленій явленіями капиллярности или воло-
стности. Ученіе о капиллярности представляетъ со-
бою очень сложную и трудную часть молекулярной фи-
зики, къ которой относится и ученіе о поверхностномъ
натяженіи, краевомъ углѣ, образованіи мыльныхъ пузырей
и т. д.
Мы очень часто дѣлаемъ весьма полезныя примѣненія
изъ явленій капиллярности: на этихъ явленіяхъ основаны,
напримѣръ, всасываніе жидкостей промокательной бумагой,
губкой, примѣненіе фитиля въ лампахъ, употребленіе ки-
сточки для рисованія и т. д. На этихъ же явленіяхъ съ дру-
гой стороны основаны и нѣкоторыя непріятныя явленія, какъ
напримѣръ, сырость стѣнъ, стоящихъ на влажной почвѣ, не
точность нѣкоторыхъ барометровъ со слишкомъ узкими тру-
бочками и т. д.
Разскажемъ здѣсь объ одномъ своеобразномъ явленіи ка-
пиллярности. Если на поверхность воды опустить каплю
масла, она быстро распространяется по всей поверхности
воды, образуя на ней очень тонкую пленку, играющую
всѣми цвѣтами радуги. Еще Аристотелю былъ извѣстенъ тотъ
фактъ, и въ новое время доказанный въ сотняхъ случаевъ,
что бурное море тотчасъ успокаивается, если налить на волны
немного масла: мелкая рябь тотчасъ же исчезаетъ, вслѣд-
ствіе чего вѣтеръ не можетъ поднимать волнъ и гнать ихъ
дальше. Впрочемъ, это явленіе вполнѣ еще не выяснено.
Такое же явленіе наблюдается и при употребленіи дру-
127 —
гикъ жидкостей, напримѣръ, если вылить спиртъ на масло;
какъ доказалъ ученый Квинке, причина этого явленія за-
ключается въ томъ, ’іто поверхностное натяженіе нижней
жидкости больше равнодѣйствующей поверхностныхъ натя-
женій верхней и нижней стороны верхней жидкости. Въ за-
висимости отъ рода жидкости здѣсь могутъ быть получены
самыя разнообразныя фигуры и сочетанія цвѣтовъ.
Особенно красивыя фигуры получилъ Томлинсонъ, нали-
вая спиртъ съ растворомъ камфоры на прованское масло,
древесный спиртъ—на рицинное масло и лавандное масле-
на воду. Быстро распространяется въ водѣ растворъ мыла.
Докажемъ это нѣсколькими опытами. Вотъ здѣсь большая
чашка, наполненная чистой водой. На поверхность воды мы
кладемъ по серединѣ нѣсколько спичекъ, у которыхъ пред-
варительно отламываемъ головки. Если теперь опустить въ
самую середину кусочекъ мыла съ острымъ концомъ, спички
быстро раздвинутся (фиг. 123): то небольшое количество
мыльной воды, которое тот-
часъ образуется, быстро рас-
пространяется по всей поверх-
ности воды, увлекая и спич-
ки. Какъ только вся вода по-
крылась мыльной водой, опытъ
уже не удается. Если же взять
свѣжую воду, опытъ вновь
удается. Покроемъ одинъ ко-
нецъ пробки слоемъ мыла и
помѣстимъ ее въ чистую
воду; образующаяся мыльная
вода будетъ быстро распро-
страняться отъ конца пробки,
покрытаго мыломъ, и этимъ
вызоветъ обратное дѣйствіе,
которое заставитъ двигаться пробку въ противоположномъ
направленіи. Если покрыть пробку мыломъ въ мѣстахъ « и «•
(фиг. 124), а остальныя мѣста оставить совершенно
чистыми, пробка, помѣщенная въ воду, начнетъ
быстро вращаться около своей вертикальной оси
въ направленіи стрѣлки. На фиг. 125 изображенъ
другой опытъ: на пробкѣ укрѣплены на крестѣ
4 иголки, на концахъ которыхъ насажено по проб-
кѣ; на одной сторонѣ этихъ пробокъ укрѣплено по фНГ 124.
кусочку камфоры. Если помѣстить весь приборъ въ
воду, онъ можетъ часами быстро вращаться. Наконецъ,
можно еще устроить слѣдующій опытъ. На фиг. 126 изобра-
жена плоская пружина изъ тонкой проволоки; если нате-
реть ее масломъ и осторожно помѣстить въ воду такъ, чтобы
она не упала на дно, и затѣмъ помѣстить въ серединѣ ку-
— 128 —
сочекъ мыла, -пружина начнетъ быстро вращаться до
тѣхъ поръ, пока вся поверхность воды не покроется мыломъ.
Фиг. 125.
Приборъ этотъ можно назвать капиллярной турбиной.
Вернемся теперь къ сообщающимся со-
судамъ. Представимъ себѣ такое устройство
ихъ, которое изображено на фиг. 127,1. Стѣнки
въ обоихъ сосудахъ вертикальныя, но по пе-
речный разрѣзъ ихъ различенъ и наполнены
они водой до равной высоты Л и к'. Устрой-
ство это можно сравнить со схемой гидрав-
лическаго пресса, изображенной на фиг. 118.
Если тамъ мы имѣли давленіе килограммовъ
на поршни, то здѣсь мы имѣемъ давленіе
массъ воды въ мѣстахъ аЬ и сй—давленіе вза-
имно уравновѣшивающееся. Давленіе, произ-
водимое сверху на <<і, становится больше,
когда оно распространяется до большого по-
перечнаго разрѣза с Ь и потому здѣсь тре-
буется соотвѣтственно большая масса воды,
которая, давя сверху, уравновѣсила бы это
Фиг. 127. давленіе. Покуда здѣсь все ясно и не тре-
буетъ особыхъ объясненій. Но далѣе мы ви-
димъ уже нѣчто странное. Присмотримся ближе къ со-
общающимся сосудамъ, изображеннымъ на фиг. 127, II и
127, III. Согласно закону сообщающихся сосудовъ необ-
ходимо, чтобы и здѣсь поверхность воды имѣла равную
высоту, и изъ опыта мы знаемъ, что въ дѣйствительности
оно такъ и бываетъ. Съ другой стороны очевидно, что давле-
ніе, производимое снизу на слой сіі, во всѣхъ трехъ слу-
чаяхъ (фиг. 127), равно велико, такъ какъ отъ Л до сЛ
аппаратъ одинаково устроенъ и, слѣдовательно, это давле-
ніе производится во всѣхъ трехъ случаяхъ столбомъ воды
равной величины; это же равное давленіе въ каждомъ изъ
этихъ трехъ случаевъ уравновѣшивается столбомъ воды
неравной величины. Мы вынуждены, поэтому, допустить, что
вода сосуда, расширяющагося кверху, оказываетъ такое же
129
давленіе внизъ на ссі, какое оказываетъ вода суживающагося
кверху сосуда или вода сосуда съ вертикальными стѣнками.
Это давленіе должно оставаться равно великимъ, какую бы
форму не имѣлъ сосудъ, если только основаніе с<1 и высота к
сохраняютъ ту же величину.
Съ перваго взгляда этотъ фактъ кажется намъ очень
страннымъ, но стоитъ только принять въ соображеніе, что
вѣсъ воды и давленіе ея на дно сосуда не одно
и то же, и все это становится вполнѣ понятнымъ. Чтобы
ясно понять различіе между этими двумя понятіями, мы пред-
ставимъ себѣ, что мы выполняемъ нижеслѣдующій опытъ.
На лѣвую чашку обыкновенныхъ вѣсовъ (фиг. 128) мы
помѣщаемъ сосудъ съ дномъ=™/ и вертикальными стѣн-
ками и уравновѣшиваемъ его тарой. На правую чашку мы
помѣщаемъ сосудъ безъ дна съ нижнимъ отверстіемъ
с'Л'=с<і; съ помощью крѣпкаго штатива мы устанавливаемъ
сосудъ на чашкѣ такъ, что онъ плотно пристаетъ къ ней
такъ, что -чашка служитъ дномъ для сосуда. Теперь мы
наполняемъ водой сосудъ слѣва до А, а затѣмъ начинаемъ
постепенно наливать воду въ сосудъ справа. Оказывается,
что покуда вода въ правомъ сосудѣ не достигаетъ высоты
л'я, она не выливается изъ сосуда, но какъ только мы при
бавляемъ еще воды, чашка опускается внизъ и вода начи
наетъ вытекать. На лѣвую
чашку дѣйствуетъ вѣсъ
воды, а на правую чашку
только давленіе воды на дно.
Если бы мы на лѣвую чашку
помѣстили вмѣсто сосуда
съ вертикальными стѣнками
сосудъ съ наклонными стѣн-
ками, а воду налили бы до
той же высоты, то въ вѣсѣ фиг 128
получиласьбы значительная
разница. Не то мы видимъ на правой чашкѣ: здѣсь нѣтъ
никакой разницы, какой бы сосудъ ни взять, если только
отверстіе дна и высота воды не мѣняются. Въ физическихъ
кабинетахъ этотъ фактъ доказываетя посредствомъ еще бо-
лѣе цѣлесообразно устроеннаго, но менѣе нагляднаго аппа-
рата—такъ называемаго аппарата Паскаля. Къ тому же ре-
зультату приводятъ, впрочемъ, и теоретическія соображенія.
Если въ сосудѣ съ вертикальными стѣнками вѣсъ воды
и давленіе ея на дно сосуда совпадаетъ, то въ этомъ нѣтъ
ничего удивительнаго. Но возьмемъ сосудъ съ расширяю-
щимися кверху стѣнками (фиг. 129). Всю массу воды мы
можемъ раздѣлить на 2 части: одна часть ея, занимающая
пространство аЬссі, давитъ прямо на дно, а остальная часть
давитъ лишь на боковыя стѣнки. Въ каждомъ изъ боковыхъ
— 130 —
столбовъ воды давленіе, конечно, распространяется и въ
горизонтальномъ направленіи, но, какъ это ясно изъ фиг.,
эти давленія, будучи равно великими, взаимно уничтожа-
ются. Что они равно велики и взаимно уничтожаются,
вполнѣ ясно: будь давленіе на ЪЛ съ одной стороны больше,
вода не могла бы быть въ покоѣ, а непрестанно вращалась
бы. Если вода въ покоѣ, то это доказываетъ, что всѣ давле-
нія внутри взаимно уравновѣшены. Такимъ образомъ на
сЛ давитъ только столбъ воды аЬсЛ и, слѣдовательно, давле-
ніе на дно равно вѣсу столба воды аЪс<1.
Возьмемъ теперь сосудъ, стѣнки котораго сверху сужены
(фиг. 130). Часть дна между д и А находится подъ прямымъ
вертикальнымъ давленіемъ всей высоты воды. Можно было
бы подумать, что отъ д къ с и отъ к къ Л давленіе посте-
пенно становится меньше, потому что столбы воды стано-
вятся все короче и въ Л и с равны О На точку к., напри-
авить столбъ воды высоты кі.
Но необходимо принять во вни-
маніе, что этотъ столбъ воды
находится еще подъ боковымъ
давленіемъ, соотвѣтствующимъ
высотѣ И и присоединящим-
ся къ давленію столба кі. Та-
кимъ образомъ всѣ части дна
находятся подъ равнымъ да-
вленіемъ и это давленіе равно
вѣсу столба воды съ основа-
но чему же это давленіе не
обнаруживается на вѣсахъ, когда мы такой сосудъ помѣ-
щаемъ на одну изъ чашекъ его? Потому что боковое давле-
ніе распространяется и кверху въ направленіи гі, вслѣдствіе
чего оно на вѣсахъ и не можетъ быть обнаружено. Дальше
намъ все это станетъ еще яснѣе, когда мы познакомимся съ
закономъ Архимеда.
Итакъ, мы получили слѣдующее важное правило: давле-
ніе жидкости на дно сосуда (если не принимать во внима-
ніе ея удѣльнаго вѣса) зависитъ только отъ площади дна
сосуда и высоты жидкости и не зависитъ отъ формы сосуда.
Это правило находитъ многочисленныя примѣненія въ нашей
повседневной жизни. Упомянемъ, напримѣръ, основанный
на этомъ правилѣ такъ называемый прессъ Реаля (фиг. 131).
Онъ служитъ для выварки экстрактовъ изъ порошковъ.
Нижняя его часть напоминаетъ обыкновенную машинку для
варки кофе. Главная его часть предсттвляетъ собою оловян-
ную цилиндрическую жестянку, снабженную на обоихъ
днахъ ситочками. Нижнее дно переходитъ въ воронку съ
краномъ, а верхнее кончается длинной трубкой, снабженной
въ концѣ маленькой воронкой. Надъ жестянкой находится
ніемъ сй и высотой аЬ. Но
— 131 —
въ трубкѣ кранъ, отдѣляющій верхнюю часть ея отъ ниж-
ней. Вещество изъ котораго долженъ быть полученъ эк-
страктъ (вытяжка), растирается въ порошокъ и помѣщается
на нижнее ситко, покрытое фильтровальной бумагой, сжи-
мается и сверху покрывается фильтровальной
бумагой и верхнимъ ситкомъ. Затѣмъ укрѣпляютъ г г
трубку и, закрывъ краны, начинаютъ наливать въ
верхнюю воронку вытяжную жидкость (воду, спиртъ,
эфиръ и т. д.). Потомъ открываютъ краны, вытяж-
ная жидкость подъ дѣйствіемъ собственнаго своего
давленія, просачивается черезъ порошокъ и черезъ
нижній кранъ стекаетъ въ подставленный сосудъ
Выгода этого аппарата заключается въ томъ, что
вытяжной жидкости требуется сравнительно мало,
такъ какъ объемъ трубки не великъ. Благодаря
высокому давленію, можно помѣстить порошекъ
въ видѣ высокаго и не толстаго слоя, что дѣлаетъ
вытяжку экономной и насколько возможно совер-
шенной.
Если давленіе распространяется въ жидкости
во всѣ стороны, то отсюда слѣдуетъ, что и боковыя
стѣнки и верхняя крышка сосуда должны выдер-
жать нѣкоторое давленіе. ф
Представимъ себѣ теперь, что сосудъ, изобра- фиг’ 3 ’
женный на фиг. 132, наполненъ водой до А. Мы здѣсь имѣемъ
не только давленіе на дно—давленіе, соотвѣтствующее высо-
тѣ Л, а, но и давленіе на вертикальныя, боковыя стѣнки: у Ь‘
и Ь" давленіе соотвѣтствуетъ высотѣ Ьк, у с‘ и оно соот-
вѣтствуетъ высотѣ сЛ у е, е и е оно
соотвѣтствуетъ высотѣ ек и у/'—высотѣ
/А; всѣ эти давленія имѣютъ направле-
ніе горизонтальное. Затѣмъ и гори-
зонтальныя стѣнки испытываютъ вер-
тикальное давленіе вверхъ — давленіе
соотвѣтствующее у с‘“ высотѣ сА, а у —
высотѣ /"к; наконецъ, и косая стѣнка ис-
пытываетъ у й перпердикулярное къ
стѣнѣ давленіе, соотвѣтствующее высотѣ
Лк. И здѣсь давленіе тѣмъ больше, чѣмъ ,
больше площадь, на которую давленіе про- е
изводится. Но въ сосудахъ, въ которыхъ и
стѣнки не горизонтальны, различныя ча-
сти ихъ испытываютъ различное давленіе;
такъ, напр., давленія у //, гі', и /' стано-
вятся кверху все меньше. Поэтому можно брать въ разсчетъ
ихъ среднюю высоту только въ томъ случаѣ, когда эти площа-
ди не велики, но при болѣе или менѣе значительныхъ площа-
дяхъ это обстоятельство необходимо принимать во вниманіе.
ЮЗакаі 1048
— 132 —
ЛЕКЦІЯ ДВАДЦАТЬ ПЕРВАЯ.
Законъ Архимеда.—Плаваніе и пареніе.—Картезіанскій водолазъ.—
Устойчивое, неустойчивое и безразличное плаваніе.—Условія устойчи-
ваго плаванія.—Метацентръ.—Грузоподъемная способность кораблей.
Второе правило ученія о жидкостяхъ есть такъ называ-
емый законъ Архимеда, открытый этимъ греческимъ
ученымъ въ III столѣтіи до Р. X. Законъ этотъ гласитъ такъ:
всякое тѣло, погруженное въ какую-нибудь
жидкость, испытываетъ на себѣ дѣйствіе под-
нимающей его вверхъ силы, равной вѣсу вы-
тѣсняемой имъ жидкости. Его выражаютъ еще такъ:
Фпг. 133.
„тѣло, погруженное въ жидкость, теряетъ въ своемъ вѣсѣ
столько, сколько вѣситъ вытѣсняемая имъ жидкость", но та-
кое опредѣленіе неправильно.
Докажемъ сначала вѣрность этого закона на опытѣ. Мы
снимаемъ съ вѣсовъ одну чашку съ навѣской и замѣняемъ
ее другой чашкой съ другой, болѣе короткой навѣской
(фиг. 133); подъ этой чашкой мы подвѣшиваемъ цилиндри-
ческое ведро Е, а подъ нимъ—массивный цилиндръ С, объ-
емъ котораго равенъ внутреннему объему ведра, какъ это
изображено на фиг. 134. Накладывая гирьки на вторую
чашку, мы устанавливаемъ на вѣсахъ равновѣсіе. Если те-
перь подставить подъ сплошной цилиндръ сосудъ съ водой
или другой жидкостью такъ, чтобы цилиндръ былъ вполнѣ
— 133 —
Фиг, 134.
погруженъ въ жидкости, равновѣсіе на вѣсахъ нарушится
и, чтобы вновь его возстановить, намъ придется наклады-
вать гирьки на чашку, находящуюся надъ цилиндрами.
Вѣсъ этихъ гирекъ и покажетъ намъ -„потерю въ вѣсѣ" по-
груженнаго тѣла. Теперь намъ нужно показать, что этотъ
вѣсъ равенъ вѣсу вытѣсненной нашимъ цилиндромъ жид-
кости; для этого мы снимаемъ съ чашки гирь-
ки и вмѣсто нихъ наполняемъ ведро той же
жидкостью. Какъ только ведро наполняется
жидкостью, на вѣсахъ опять устанавливается
равновѣсіе. Нетрудно понять, что иначе оно
и быть не можетъ. Представимъ себѣ нѣкото-
рую массу воды въ полномъ покоѣ (фиг. 135).
Выдѣлимъ въ ней мысленно часть въ формѣ
призмы съ вертикальными стѣнками. Мы уже
знаемъ, что эта часть не будетъ испытывать
давленія ни сверху, ни снизу. Но, вѣдь, на
эту массу воды дѣйствуетъ же, какъ и па
всякое другое тѣло, сила притяженія земли;
чтобы эта масса воды осталась въ покоѣ здѣсь,
должна быть, очевидно, другая сила той же
величины, какъ вѣсъ воды, и противополож-
наго направленія. Силу же эту мы должны
искать только въ окружающей эту массу воды средѣ. Пред-
ставимъ себѣ теперь, что на мѣстѣ выдѣленной нами мы-
сленно массы воды находится другое тѣло равной формы,
напримѣръ, металлическая призма. Такъ какъ въ окружаю-
щей средѣ не измѣнилось ничего, то сила, дѣйствующая
въ направленіи, обратномъ дѣйствію силы тяжести, не должна
была исчезнуть, а потому и
металлическая призма будетъ
находиться подъ дѣйствіемъ
двухъ силъ: одной, дѣйствую-
щей внизъ въ направленіи
силы тяжести, и другой, обрат-
наго направленія. Итакъ, наша
призма испытываетъ давленіе
вверхъ(потерю въ вѣсѣ), равное
вѣсу массы воды равнаго съ ней
объема. Но мы все еще не эна-
Фиг. 135.
Фиг. 136.
емъ, откуда же явилась эта сила, дѣйствующая на нашу призму
въ направленіи, обратномъ силѣ тяжести. Источникъ этой
силы не трудно найти. Наша призма испытываетъ на верхней
своей поверхности давленіе столба воды высоты А,а въ ниж-
ней своей поверхности она испытываетъ давленіе, вызванное
распространеніемъ давленія во всѣ стороны; это давленіе
идетъ снизу вверхъ и равно давленію столба высоты (Г.
Если вычесть первое давленіе изъ второго, мы найдемъ, что
10*
— 134 —
наша призма находится подъ давленіемъ снизу вверхъ—
давленіемъ, соотвѣтствующемъ давленію столба воды вы-
соты А'—А и основанію, равному площади основанія призмы.
Это же давленіе именно и равно вѣсу призмы воды съ объ-
емомъ, равнымъ объему металлической призмы. Къ тому же
выводу мы должны прійти въ случаѣ комбинаціи призмъ
(фиг. 136) и какой угодно формы тѣла.
Сдѣлаемъ теперь другой поучительный опытъ.
Помѣщаемъ на одну чашку обыкновенныхъ вѣсовъ
(фиг. 137) сосудъ, наполненный отчасти водой. Накладывая
гирьки на другую чашку, устанавливаемъ на вѣсахъ равно-
вѣсіе. Спрашивается: замѣтимъ ли мы это на вѣсахъ, если
опустимъ въ воду палецъ? Очень часто на этотъ вопросъ по-
лучается такой отвѣтъ: „нѣтъ, потому что этотъ палецъ под-
держивается не вѣсами, а нами“. Но этотъ отвѣтъ неправи-
ленъ, какъ это нетрудно доказать на опытѣ. Какъ только
мы опустимъ въ воду нашъ палецъ или какой-нибудь дру-
гой предметъ, какъ на-
примѣръ, укрѣпленный
на проволокѣ кусокъ де-
рева, чашка вѣсовъ, на
которой сосудъ стоитъ,
тотчасъ опустится. Изслѣ-
дуемъ на опытѣ съ какой
силой чашка опускается.
Съ этой цѣлью мы до по-
груженія тѣла дѣлаемъ
на сосудѣ отмѣтку а, ука-
зывающую на высоту
Фиг. 137. жидкости, затѣмъ погру-
жаемъ наше тѣло и дѣ-
лаемъ на сосудѣ отмѣтку Ь, указывающую на новую высэту
жидкости. Погруженное тѣло мы укрѣпляемъ на штативѣ и за-
тѣмъ накладываемъ ва вторую чашку гирьки до тѣхъ поръ,
пока на вѣсахъ не устанавливается равновѣсіе. Вѣсъ этихъ
гирекъ указываетъ на ту силу, съ которой погруженное тѣло
заставляетъ чашку съ сосудомъ опускаться внизъ. Если те-
перь вынуть изъ воды погруженное тѣло, но за то прилить
столько воды, чтобы она заполнила промежутокъ между
обѣими мѣтками, на вѣсахъ вновь установится равновѣсіе.
Очевидно, что давленіе, производимое погруженнымъ тѣ-
ломъ, было равно вѣсу вытѣсненной жидкости.
Вся разница между этимъ опытомъ и опытомъ, изобра-
женнымъ на фиг. 133, заключается въ томъ, что тамъ сосудъ
съ жидкостью былъ неподвиженъ, а погруженное тѣло было
подвижно, а здѣсь наоборотъ—погруженное тѣло неподви-
жно, а подвиженъ сосудъ съ водой. Отсюда ясно, что
давленіе можетъ итти, какъ снизу вверхъ, такъ и сверху
135 -
внизъ, смотря потому, какая часть подвижна. Вообще все
дѣло здѣсь въ силѣ, дѣйствующей, подобно спиральной
пружинѣ, въ обѣ стороны, т. е. вверхъ и внизъ.
Во многихъ учебникахъ сказано, что точка приложенія
этой силы лежитъ въ центрѣ тяжести вытѣсненной жидко-
сти. Собственно говоря, это выраженіе неправильно. Прежде
всего здѣсь необходимо, во избѣжаніе превратныхъ толкованій
прибавить слова „до вытѣсненія ея“. Затѣмъ необходимо
принять въ соображеніе, что понятіе центра тяжести выве-
дено изъ наблюденія твердыхъ тѣлъ и не можетъ быть при-
мѣнено безъ соотвѣтствующихъ оговорокъ къ жидкостямъ.
Далѣе сила эта въ дѣйствительности дѣйствуетъ только на
нижнюю сторону погруженнаго тѣла. Если ни одна часть
этой стороны не соприкасается съ жидкостью, то нѣтъ и дѣй-
ствія этой силы. Если помѣстить кусокъ дерева съ плоскимъ
основаніемъ и вертикальными стѣнками на плоское дно на-
полненнаго водой сосуда, онъ, конечно, будетъ подниматься
вверхъ, потому что подъ нимъ все еще будетъ слой воды,
черезъ который и будетъ распространяться давленіе. Но
сдѣлаемъ тотъ же опытъ съ сосудомъ,
наполненнымъ ртутью и поставимъ на
дно его стеклянное тѣло, которое своимъ
основаніемъ плотно пристаетъ ко дну
сосуда, какъ это изображено на фиг. 138.
Здѣсь погруженное тѣло не будетъ под-
ниматься вверхъ; чтобъ оно стало под-
ниматься, мы должны его раньше поднять
на столько, чтобы подъ нимъ помѣ-
стился нѣкоторый слой ртути. Правильнѣе понимать это
дѣло слѣдующимъ образомъ:
Вмѣсто погруженной части тѣла представимъ себѣ твердую
массу равномѣрной плотности. Тамъ, гдѣ будетъ находиться
центръ тяжести этой массы, находится точка, которую мы
назовемъ точкой пр иложенія силы давленія. Эта
сила дѣйствуетъ на нижнюю сторону тѣла такъ, какъ будто
бы на эту точку производила бы вертикальное давленіе
вверхъ сила, равная вѣсу вытѣсненной жидкости.
Когда мы бросаемъ въ воду твердое тѣло, возможны три
случая. Если его вѣсъ больше силы давленія, тѣло пада-
етъ внизъ, пока не достигаетъ дна. Если его вѣсъ
меньше этой силы, тѣло поднимается вверхъ до тѣхъ поръ
пока часть, находящаяся подъ поверхностью воды не будетъ
находится подъ давленіемъ, равнымъ вѣсу всего тѣла: тогда
тѣло'плаваетъ. Наконецъ сила давленія можетъ быть со-
вершенно равно вѣсу тѣла: тогда тѣло остается подъ водой
на какой угодно высотѣ: оно п а р и т ъ. Третій случай встрѣ-
чается очѣнь рѣдко.
Чтобы показать всѣ эти три случая на опытѣ, мы вос-
Фиг. 138.
— 136 —
пользуемся маленькимъ аппаратомъ, извѣстнымъ подъ име-
немъ картезіанскаговодол а за.Ъеремъ возможно болѣе
высокій стеклянный цилиндръ (фиг." 139), наполняемъ его
водой и опускаемъ полое стеклянное тѣло туда, напримѣръ,
маленкую стклянку отверстіемъ внизъ; стклянка наполнена
водой настолько, что она едва можетъ подняться вверхъ. От-
верстіе цилиндра мы плотно завязываемъ упругой оболочкой
изъ животнаго пузыря или каучука. Если теперъ давить
на эту оболочку, то это давленіе черезъ воздухъ и воду рас-
пространяется и на воздухъ содержащійся въ плавающей
стклянкѣ; вслѣдствіе этого объемъ того воздуха уменьшается
и потому въ стклянку попадаетъ извѣстное количество воды.
Стклянка изъ-за этого становится тяжелѣй и начинаетъ
опускаться внизъ, пока не дойдетъ до дна. Когда мы пере-
________ стаемъ давить на оболочку, воздухъ въ
стклянкѣ расширяется и выгоняетъ воду,
вслѣдствіе чего стклянка становится
легче и поднимается вверхъ. Но можно
давленіе это регулировать такъ, чтобы
плавающая стклянка оставалась бы на
какой угодно высотѣ. Этотъ аппаратъ
былъ изобрѣтенъ въ такое время, когда
пользовались, гдѣ это было возможно,
физическими опытами для устройства
дѣтскихъ игрушекъ. Вотъ почему пла-
вающему тѣлу придали форму чертенка;
на концѣ хвоста его сдѣлано было отвер-
стіе, черезъ которое вода могла входить
и выходить. Кромѣ того хвостъ еще
изгибаютъ въ сторону, всѣдствіе чего
Вм| чертенокъ, двигаясь вверхъ и внизъ, вра-
щается еще около своей оси, что соотвѣт-
Фиг. 139. ствуетъ принципу сегнерова колеса, о
которомъ у насъ рѣчь будетъ еще впе-
реди. Болѣе интересенъ для насъ тотъ фактъ, что у рыбъ
имѣется плавательный пузырь, устроенный по-
добнымъ же образомъ; сжимая и растирая этотъ пузырь,
онѣ могутъ подниматься и спускаться въ водѣ.
У тѣлъ плавающихъ мы опять должны различить три
случая: плаваніе ихъ можетъ быть устойчивое,
неустойчивоеибезразличное. Мы здѣсь имѣемъ,
слѣдовательно, тѣ же три случая, съ которыми мы уже
познакомилисъ у тѣлъ подвѣшенныхъ (10 лекція). Съ пер-
ваго взгляда можетъ, поэтому, показаться, что условія этихъ
явленій одни и тѣ же, т. е., что плавающее тѣло, подобно
подвѣшенному, стремится занять то положеніе, при которомъ
его центръ тяжести находится всего ниже. Но такое пред-
ставленіе было бы очень ошибочно. Сдѣлаемъ- сначала одинъ
— 137 —
опытъ. Беремъ призматическій кусокъ дерева, три стороны
котораго имѣютъ разную длину и помѣщаемъ его въ воду
меньшей площадью внизъ (фиг. 140, 1); дерево тотчасъ же
переворачивается, какъ и въ томъ случаѣ, если помѣ-
стить его въ положеніи 140, 2, и только тогда плаваетъ устой-
чиво, когдамы его кладемъ самой широкой стороной внизъ,
какъ это изображено на фиг. 140, 3. (Затѣмъ мы приготовляемъ
три схематическихъ рисунка, изображающихъ вертикальный
разрѣзъ дерева въ тѣхъ трехъ случаяхъ, когда его удѣльный
вѣсъ меньше, равенъ или больше половины, и отыскиваемъ
положеніе центра тяжести въ двухъ крайнихъ положеніяхъ
тѣла. Въ первомъ случаѣ (фиг. 141) погруженная часть
меньше половины всего объема дерева. Центръ тяжести з
находится въ случаѣ лежачаго положенія тѣла ниже, чѣмъ
въ стоячемъ. Здѣсь, слѣдовательно, правило, что плавающее
тѣло стремится къ положенію, въ которомъ центръ тяжести
его всего ниже, оказывается вполнѣ примѣнимымъ. Во вто-
ромъ случаѣ (фиг. 142) центръ тяжести остается во всѣхъ
положеніяхъ на равной высотѣ, именно на уровнѣ поверх-
Фиг. 140.
ности воды. Если бы все дѣло было въ высотѣ центра тя-
жести тѣла, то въ этомъ положеніи оно должно было бы
плавать въ состояніи безразличномъ и не переворачиваться.
Но въ дѣйствительности тѣло переворачивается. Въ третьемъ
случаѣ (фиг. 143) центръ тяжести тѣла даже поднимается,
когда тѣло переворачивается, что прямо противорѣчитъ даже
упомянутому правилу. Если построить положеніе, въ кото-
ромъ былъ центръ тяжести вытѣсненной жидкости, мы най-
демъ, что эта точка а во всѣхъ трехъ случаяхъ была выше,
когда тѣло находилось въ лежачемъ положеніи, а не въ
стоячемъ. Въ такомъ случаѣ можетъ быть вѣрно то, что
все дѣло только въ этомъ, т. е., что плавающее тѣло стре-
мится всегда занять такое положеніе, въ которомъ точка
приложенія силы давленія находится всего выше? Но и такое
предположеніе было бы ошибочно: стоитъ намъ только ис-
кусственно помѣстить центръ тяжести 8 подъ точкой а,
когда тѣло находится въ стоячемъ положеніи, и оно будетъ
плавать въ этомъ положеніи вполнѣ устойчиво. Но тогда
можетъ быть вѣрно правило, что для- того, чтобы тѣло пла-
— 138 —
вало устойчиво, центръ тяжести его «долженъ находиться
подъ точкой приложенія силы давленія а? Нѣтъ, и это пра-
вило не вѣрно: вѣрно, конечно, то, что въ этомъ случаѣ тѣло
плаваетъ устойчиво, но возможенъ и такой случай, чтобы
точка к лежала выше точки а и чтобы тѣло все же плавало
устойчиво. Дѣло очевидно не такъ просто, какъ это кажется
съ перваго взгляда.
Дѣло не только въ одномъ центрѣ тяжести тѣла и не
только въ центрѣ тяжести вытѣсненной жидкости, а въ
центрѣ тяжести всей системы, т. е. и тѣла и жидкости.
Этотъ общій центръ тяжести при всѣхъ условіяхъ занимаетъ
возможно болѣе низкое положеніе. При какихъ же условіяхъ
такой случай наступаетъ? Въ общемъ это условіе не такъ
просто и легко отыскать. Мы можемъ указать лишь правило,
Фиг. 141.
Фиг. 142.
Фиг. 143.
Фиг. 144.
какъ отыскать его, напримѣръ въ корабляхъ, имѣющихъ
вертикальную плоскость симметріи. На фиг. 144 изображенъ
поперечный разрѣзъ корабля: в есть его центръ тяжести и
а—точка приложенія силы давленія. Если тѣло наклоняется
(фиг. 144, 2), то центръ тяжести остается на томъ же мѣстѣ,
а точка приложенія силы давленія передвигается изъ сре-
дней линіи въ сторону въ точку а’. Если провести верти-
кальную линію черезъ эту точку, она пересѣчетъ среднюю
линію въ точкѣ ш, которая называется метацентромъ.
Когда этотъ метацентръ лежитъ выше центра тяжести, тѣло
плаваетъ устойчиво въ полошеніи I Итакъ, все дѣло въ
томъ, чтобы центръ тяжести з лежалъ ниже точки ш; онъ
можетъ лежать выше а въ точкѣ з и ниже а въ точкѣ з’ и
устойчивое плаваніе отъ этого не мѣняется.
Конечно, чтобы повысить устойчивость плавающаго
— 139 —
тѣла, напримѣръ корабля, необходимо позаботиться о томъ,
чтобы центръ тяжести его лежалъ возможно ниже, т. е.
необходимо положить всего больше груза на нижнія части,
на дно корабля. Въ лодкѣ, легко переворачивающейся, люди
не должны стоять, а должны садиться возможно ниже. Лодки
съ плоскимъ дномъ не такъ легко переворачиваюся, какъ
лодки съ высокимъ килемъ. Къ сожалѣнію, первыми труднѣе
маневрировать и какъ парусныя лодки онѣ совершенно не
годятся.
Вмѣстимость грузовыхъ судовъ зависитъ прежде всего
отъ объема вытѣсняемой имъ воды. Когда говорятъ, что
корабль имѣетъ „водоизмѣщеніе" въ 1.000 тоннъ, то это
значитъ, что при самой большой нагрузкѣ онъ вытѣсняетъ,
1.000 тоннъ —1.000.000 килограммъ или литровъ воды; отсюда
слѣдуетъ, что собственный его вѣсъ вмѣстѣ съ грузомъ
достигаетъ 1.000 тоннъ.
ЛЕКЦІЯ ДВАДЦАТЬ ВТОРАЯ.
Опредѣленіе удѣльнаго вѣса съ помощью гидростатическихъ вѣ-
совъ. Ареометры, денсиметръ, спиртомѣръ, лактоденсиметръ.
Одно изъ важнѣйшихъ примѣненій закона Архимеда
есть опредѣленіе удѣльнаго вѣса твердыхъ и жидкихъ
тѣлъ. Изъ третьей лекціи мы уже знаемъ, что для всякаго
такого опредѣленія требуется измѣреніе двухъ величинъ:
вѣса и объема тѣла. Частное изъ этихъ двухъ величинъ
даетъ удѣльный вѣсъ
тѣла. Первую .величи-
ну мы получаемъ про-
сто взвѣшиваніемъ, а
вторую можно полу-
чить различными пу-
тями: геометрическимъ
измѣреніемъ, взвѣши-
ваніемъ вытѣсненной
жидкости или опредѣ-
леніемъ силй давленія.
Такъ какъ въ водѣ объ-
емъ и вѣсъ выража-
ются черезъ одно и то
же число, то всякое из- Фиг. 145.
мѣреніе силы давленія
есть въ то же время опредѣленіе объема. Всего удобнѣе пользо-
ваться для этого вѣсами, у которыхъ одна чашка подвѣшена
подъ самымъ коромысломъ (фиг. 145) (гидростатическіе
— 140 —
вѣсы). Если хотятъ опредѣлить удѣльный вѣсъ твердаго
тѣла К, его подвѣшиваютъ очень тонкой ниткой или про-
волокой подъ этой чашкой и, накладывая гирьки на вторую
чашку, устанавливаютъ на вѣсахъ равновѣсіе. Затѣмъ,
подставивъ чашку съ водой, погружаютъ въ нее это тѣло
и, когда равновѣсіе вслѣдствіе этого нарушается, наклады-
ваютъ гирьки на находящуюся надъ тѣломъ чашку (или
снимаютъ гирьки съ другой чашки) до тѣхъ поръ, пока
вновь не устанавливается на вѣсахъ равновѣсіе. Найденная
такимъ образомъ разница въ вѣсѣ и есть искомый объемъ,
на который и дѣлятъ абсолютный вѣсъ тѣла.
Если, напримѣръ, кусокъ стекла вѣсилъ внѣ воды
] 3 граммъ, а въ водѣ онъ получилъ давленіе вверхъ силой
въ 5 граммъ, то удѣльный вѣсъ его =-у-= 2, в. Еслп тѣло
слишкомъ легкое и въ водѣ не тонетъ, то его связываютъ
Фиг. 146.
съ болѣе тяжелымъ тѣтомъ и, опредѣливъ ихъ общую
потерю въ вѣсѣ и потерю одного тяжелаго тѣла, вычитываютъ
одно изъ другого и получаютъ потерю въ вѣсѣ одного легкаго
тѣла. Если данное тѣло растворяется въ водѣ, то при-
ходится вмѣсто воды брать другую жидкость, удѣльный
вѣсъ которой извѣстенъ, какъ напримѣръ керосинъ, ски-
пидарѣ и т. д. Если выбранная жидкость легче воды, то и
сила давленія меньше, а въ противномъ случаѣ она больше,
чѣмъ въ водѣ; поэтому, чтобы получить искомый объемъ,
необходимо найденное давленіе раздѣлить на удѣльный
вѣсъ жидкости.
Какъ опредѣлить удѣльный вѣсъ жидкихъ тѣлъ? И
здѣсь пользуются гидростатическими вѣсами и, погружая
одно и тоже тѣло въ испытуемой жидкости, а затѣмъ въ
141 —
водѣ, находятъ потерю въ вѣсѣ этого тѣла въ той и другой,
а, слѣдовательно, вѣса равныхъ объемовъ ихъ. Раздѣливъ
одинъ на другой, мы получаемъ искомый удѣльный вѣсъ
жидкости.
Вычислимъ одинъ примѣръ. На половину наполненная
ртутью стклянка А, (фиг. 146), погруженная въ воду
теряетъ въ вѣсѣ 10 граммъ, а въ винномъ спиртѣ—8 граммъ,
поэтому удѣльный вѣсъ виннаго спирта = 0,8. Если поль-
зоваться для опредѣленія удѣльнаго вѣса жидкости однимъ
и тѣмъ же погружаемымъ тѣломъ и разъ
навсегда опредѣлить его потерю въ вѣсѣ " п
при погруженіи въ воду и эту потерю сдѣ-
лать равной 10, то расчетъ значительно
упрощается. Если не требуется особой точ-
ности, можно обойтись и безъ взвѣшива-
ній, пользуясь такъ называемыми вѣсами
Мора. Какъ это видно изъ фиг. 146, глав-
ными особенностями этихъ вѣсовъ являются
дѣленія на коромыслѣ и крюкъ Р (рей-
теръ); если подвѣсить послѣдній у Ь, онъ
уравновѣшиваетъ силу давленія воды. Если
погружаемое тѣло помѣщается въ винный
спиртъ, то для полученія равновѣсія не- " г»
обходимо крюкъ повѣситъ на мѣткѣ 8, ко- I
торая и указываетъ прямо удѣльный вѣсъ „
О, 8. Если жидкость тяжелѣе воды, прихо- 1,
дится брать еще одинъ рейтеръ, который И, :-
подвѣшивается у 1і.
Для опредѣленія удѣльнаго вѣса или /Ж /ж
процентнаго раствора жидкости чаще всего
употребляются особые приборы—ареометры.
Ихъ устройство тоже основано на законѣ
Архимеда.
Различаютъ вѣсовые ареометры и арео-
метры со скалой. На первыхъ мы останав-
ливаться не будемъ; вторые дѣлаются боль- Мр ф
шею частью изъ стекла въ формѣ изображен- фиг 147 фиг 148
ной на фиг. 147, 148 и нижній конецъ ихъ
дѣлается на столько тяжелымъ,что,погруженные въ жидкость,
они сохраняютъ устойчивое положеніе. Верхняя часть состоитъ
изъ тонкой правильной цилиндрической стеклянной трубки,
наверху закрытой и снабженной скалой. Если помѣстить
такой инструментъ вь воду, то силой своей тяжести онъ
будетъ опускаться внизъ, а силой давленія жидкости будетъ
подниматься вверхъ. Очевидно, что онъ получитъ устойчивое
положеніе тогда, когда вѣсъ вытѣсненной имъ воды будетъ
равенъ его вѣсу. Мѣсто, до котораго инструментъ погру-
142
жается въ воду, мы отмѣтимъ цифрой 1. Мы знаемъ тогда,
что всякая жидкость въ которой инструментъ опустится до
этой мѣтки, должна имѣть тотъ же удѣльный вѣсъ, что и
вода, т. е. 1.
Если теперь погрузить нашъ инструментъ въ другую
жидкость, которая легче воды, напримѣръ, въ винный
спиртъ, удѣльный вѣсъ котораго =0, 8, онъ долженъ
опуститься ниже: вѣдь, для того, чтобы сила давленія
этой жидкости была равна вѣсу нашего инструмента,
послѣдній долженъ вытѣснить на 4- большій объемъ вин-
4
наго спирта; 1 ’/<. 0,8 =1.
Если погрузить инструментъ въ концентрированную сѣр-
ную кислоту, удѣльный вѣсъ которой=1,85, онъ долженъ
меньше погрузиться, объемъ вытѣсненной жидкости будетъ
тогда составлять =0, 55 объема вытѣсненной воды
Посредствомъ вычисленія или прямыми опытами можно
установить такія дѣленія на скалѣ ареометра, чтобы при
погруженіи въ ту или другую жидкость, мѣтки прямо ука-
зывали ея удѣльный вѣсъ .(плотность). Такіе ареометры
называются денсиметрами.
Чтобы эти инструменты были вполнѣ точны, трубки ихъ
должны быть очень тонки. Если сдѣлать ихъ слишкомъ
длинными, будетъ неудобно ими пользоваться и поэтому эти
инструменты готовятся въ нѣсколькихъ экземплярахъ. Одни
изъ нихъ служатъ лишь для жидкостей, которыя легче воды
(фиг. 147), а другія—для жидкостей, которыя тяжелѣе воды
(фиг. 148); часто употребляются еще и большія подраздѣ-
ленія (до 20).
Единственный недостатокъ этихъ инструментовъ заклю-
чается въ томъ, что мѣтки на скалѣ не могутъ находиться
на равномъ разстояніи другъ отъ друга, разъ онѣ должны
обозначать плотности жидкостей по десятичной системѣ.
Ученый Гей-Люссакъ приготовилъ ареометръ (такъ назы-
ваемый волюметръ), въ которомъ мѣтки находились въ
равномъ разстояніи, потому что онѣ показывали не плот-
ность, а относительныя величины объемовъ погруженныхъ
тѣлъ. Такой сортъ ареометра не нашелъ широкаго примѣ-
ненія потому, что при этомъ требовался нѣкоторый расчетъ.
Зато нашли широкое распространеніе (о чемъ нельзя не по-
жалѣть) инструменты, извѣстные подъ названіемъ ареометровъ
Бомэ, Рихтера, Бека и т. д.; въ нихъ скала раздѣлена на
равныя, но совершенно произвольныя части—„градусы",
но связь между этими частями и плотностями тѣлъ далеко
не проста. Обыкновенный денсиметръ все еще лучше этихъ
инструментовъ. Для практическаго употребленія очень удобны
и вполнѣ правильны тѣ спеціальные ареометры,
— 143 —
посредствомъ которыхъ опредѣляются не плотности жидкостей,
а процентный растворъ ихъ. Изъ этихъ инструментовъ мы
познакомимся съ двумя очень полезными въ нашей повсе-
дневной жизни, въ домашнемъ хозяйствѣ. Одинъ изъ
нихъ спиртомѣръ Траллеса. Допустимъ, что мы купили
немного спирта, который намъ былъ проданъ какъ 95°
спиртъ, и мы хотимъ провѣрить, не обманули ли насъ.
Содержаніе продажнаго спирта опредѣляется въ процентахъ
чистаго алькоголя, содержащагося въ немъ; такъ, если мы
купили 95° спиртъ, то въ 100 объемахъ этой жидкости
должно быть 95 объемовъ чистаго алькоголя. Удѣльный
вѣсъ послѣдняго при 15° Ц =0,794. Можно было бы по-
думать, что изъ этого числа можно вычислить удѣльный
вѣсъ всякой смѣси изъ спирта и воды, но въ дѣйствитель-
ности оно не такъ.
Будь наше предположеніе вѣрно, мы должны были бы
сдѣлать слѣдующій расчетъ:
»5Х адм + 5. = 0,8043;
*
Но этому удѣльному вѣсу соотвѣтствуетъ спиртъ въ
96,6°.
Очевидно, было бы несправедливо требовать отъ
чтобы его 95° спиртъ имѣлъ плотность, получающуюся
изъ нашего расчета. Происходить же эта разница
отъ того, что при смѣшеніи чистаго спирта съ водой
объемъ смѣси уменьшается, такъ что она становится
плотнѣе, чѣмъ она должна быть, согтасно расчету.
Все это доказать не трудно. Мы наполняемъ стклян-
ку до половины водой, а затѣмъ осторожно доливаемъ
чистый спиртъ, пока стклянка не наполняется. Если
теперь закрыть стклянку и взболтать, она полной
уже не будетъ: 3,7°/0 ея обьема останется пустымъ.
Процентное содержаніе спирта можно, пожалуй, по-
лучить изъ таблицы плотностей, полученныхъ съ
помощью денсиметра. Проще одпако это сдѣлать съ
помощью спиртомѣра, который даетъ возможность
вмѣсто плотности прямо отсчитать содержаніе спирта
въ процентахъ объема.
Такой спиртомѣръ изображенъ на фиг. 149. Съ
внѣшней стороны онъ похожъ на денсиметръ; внутри
него еще находится термометръ, нижній шарикъ
котораго служитъ для нагрузки инструмента. Дѣло
въ томъ, что плотности спиртныхъ смѣсей очень
рѣзко измѣняются съ измѣненіемъ температуры, ф
и поэтому послѣдняя тоже должна быть принята Фиг‘
во вниманіе. Нашъ инструментъ показываетъ правильно
содержаніе спирта при температурѣ въ 15°. Если испыту-
купца,
144
емый спиртъ теплѣе 15°, онъ расширяется и потому ука-
зываетъ на меньшій удѣльный вѣсъ; если не принять во
вниманіе дѣйствія температуры, то мы могли бы ошибиться,
считая эту смѣсь болѣе богатой спиртомъ, чѣмъ она есть
на самомъ дѣлѣ. Наоборотъ при температурѣ спирта ниже
15°, мы сдѣлали бы противоположную ошибку. Высчитано,
что каждому уклоненію отъ температуры въ 15° на 1° со-
отвѣтствуетъ ошибка приблизительно въ */<—г/з % объема
смѣси.
Нашъ инструментъ устроенъ такъ, что термометръ на
одной сторонѣ скалы указываетъ температуру, а на дру-
гой—ту поправку, которую мы должны внести въ процент-
ное содержаніе спирта, отсчитываемое на верхней скалѣ.
Если температура испытуемаго спирта ниже 15°, то число,
отсчитываемое на скалѣ термометра, должно быть прибавлено
къ числу верхней скалы, а если эта температура выше 15°,
то оно должно быть вычтено изъ него.
Опредѣлимъ теперь процентное содержаніе купленнаго
Інами спирта. Наливаемъ этотъ спиртъ въ со-
судъ, изображенный на фиг. 150, и, обмывъ
нашъ спиртомѣръ спиртомъ для очистки отъ
жира и пыли и высушивъ его, опускаемъ осто-
рожно въ сосудъ. Если не опускать спиртомѣръ
осторожно и медленно, онъ могъ бы опуститься
внизъ больше, чѣмъ слѣдуетъ, и затѣмъ под-
няться вверхъ, вслѣдствіе чего онъ сверху смо-
чился бы спиртомъ и потому сталъ бы тяжелѣе.
Затѣмъ необходимо позаботиться, чтобы онъ
вполнѣ свободно плавалъ въ спиртѣ и не терся
Фиг. 150. бы о стѣнки. Теперь можно отсчитать числа
на верхней и нижней скалѣ: на верху мы от-
считываемъ 95,0%. а внизу термометръ .показываетъ 17* Ц.
и поправку — 0,6, откуда слѣдуетъ, что содержаніе спир-
та — 95,0, — 0,6 = 94,4%.
Разскажемъ еще о другомъ инструментѣ этого рода,
служащемъ для опредѣленія процентнаго содержанія мо-
лока—такъ называемомъ лякто денсиметрѣ.
Удѣльный вѣсъ нормальнаго молока, полученнаго отъ
здоровыхъ коровъ, равенъ отъ 1,029 до 1,033. Если смѣшать
молоко съ‘водой, его удѣльный вѣсъ становится меньше,
приближаясь къ удѣльному вѣсу воды. Если снять сливки
съ молока, то его удѣльный вѣсъ повысится, потому что
сливки легче остальной части молока. Ясно, что эти два
рода ухудшенія молока вліяютъ на плотность ея въ проти-
воположномъ направленіи. Это обстоятельство въ высшей
степени затрудняетъ изслѣдованіе, потому что продавецъ
можетъ снять немного сливокъ, прилить соотвѣтствующее
количество воды и такимъ образомъ получить удѣльный
— 145 —
вѣсъ нормальнаго молока. Инструментъ поэтому можетъ,
строго говоря, только показать намъ, не существуетъ ли
здѣсь та или другая фальшь. На практикѣ дѣло обстоитъ не
такъ уже плохо, потому что опытная хозяйка тотчасъ же по
молоку узнаетъ, чистое ли оно. Во всякомъ случаѣ, инстру-
ментъ все жъ приноситъ свою пользу, въ особенности, когда
приходится установить фальсификацію, которая чаще всего
практикуется —подливку воды.
Числа скалы инструмента показываютъ не плотность мо-
лока, а градусы, въ которыхъ выражено въ тысячныхъ доляхъ
содержаніе жировыхъ веществъ при температурѣ въ 15° Ц.
Высшій пунктъ скалы обозначенъ цифрой 20, а низшій—
цифрой 40.
Если наше молоко показываетъ меньше 29 градусовъ
ляктоденсиметра, мы можемъ съ полной вѣроятностью ска-
зать, что къ молоку подмѣшана вода; если оно показываетъ
болѣе 34,5 градуса, то она болѣе или менѣе лишена сливокъ.
Если оно показываетъ 30—83 градуса, то оно или хорошо,
или лишено сливокъ и подмѣшано водой, что обыкновенно
можно узнать по виду и по вкусу. Чтобы рѣшить это съ
полною увѣренностью, необходимо изслѣдовать содержаніе
въ немъ жировыхъ веществъ. Если температура молока
ниже 15°, то показанія инструмента должны быть испра-
влены отсчитываніемъ 0,2—0,3 градуса на каждый градусъ
температуры; если температура молока выше 15°, то со-
отвѣтствующія части должны быть прибавлены къ показа-
ніямъ инструмента. На инструментѣ имѣется и термометръ
и къ нему же прибавляется таблица, по которой и могутъ
быть сдѣланы поправки.
Существуютъ еще спеціальные ареометры для эфира,
амміака, пивного сусла, растворовъ сахара, винограднаго
сусла, вина, уксуса, раствора соли, щелока, минеральныхъ
кислотъ, маселъ, мочи и т. д. Эти инструменты имѣютъ
очень важное значеніе въ соотвѣтствующихъ отрасляхъ про-
мышленности, но въ обыденной жизни употребляются рѣдко.
ЛЕКЦІЯ ДВАДЦАТЬ ТРЕТЬЯ —
Фонтаны. Артезіанскіе колодцы. Водяные двигатели: подливное колесо,
колесо Понселэ, полуналивное и наливное колесо, Пельтоново колесо;
тангенціальныя колеса: Сегнера, Альтанса, Уитлоу; турбины: Фурнѳйро-
на и Геншеля—Жонваля; водомѣръ. Давленіе воды въ водопроводахъ.
Гидравлическій таранъ.
Мы слишкомъ долго оставались въ комнатѣ и на этотъ разъ
отправимся гулять. Намъ необходимо изучить движеніе воды
и узнать, какъ человѣкъ этимъ движеніемъ пользуется.
Нашъ путь лежитъ черезъ городской паркъ, мимо его
— 146 —
красиваго фонтана. Ясный и прозрачный столбъ воды взле-
таетъ вверхъ, дѣлится на безчисленное множество брызгъ*
которые относятся нѣсколько въ сторону порывомъ вѣтра.
Какая сила гонитъ воду вверхъ? На вершинѣ сосѣдняго
холма находится большое водохранилище, отъ котораго
проведена подъ землей труба въ середину пруда, гдѣ она
изгибается вверхъ и кончается отверстіемъ фонтана.
Вслѣдствіе этото вода въ фонтанѣ находится подъ давленіемъ
столба воды, высота котораго равна разности высотъ поверх-
ности воды въ водохранилищѣ и въ фонтанѣ. Когда вода
вытекаетъ изъ отверстія какого-нибудь сосуда, то скорость
ея теоретически такъ велика, какъ будто она свободно па-
дала бы съ высоты, равной высотѣ давящаго на нее столба
воды (Торричелли); отсюда слѣдуетъ, что, когда вода, выхо-
дя изъ отверстія сосуда, имѣетъ направленіе вертикальное,
то она должна поднятая вверхъ на такую же высоту. Ко-
нечно, вслѣдствіе тренія, сопротивленія воздуха и нѣко-
торыхъ другихъ обстоятельствъ, вода въ дѣйствительности
такой высоты не достигаетъ. При самыхъ благопріятныхъ
обстоятельствахъ высота воды въ фонтанѣ составляетъ
около 0,9 теоретической
Фиг. 151.
высоты.
Бросимъ на этотъ столбъ воды
легкій шарикъ или яичную скор-
лупу. Къ нашему удивленію ша-
рикъ не падаетъ внизъ, а остается
на вершинѣ столба. Объясненіе
этого интереснаго явленія далеко
не просто, вслѣдствіе чего мы его
здѣсь дать не можемъ. Часто еще
отверстіе фонтана бываетъ покры-
то проволочной сѣткой и тогда
шарикъ, если онъ случайно и падаетъ внизъ, то, задержан-
ный сѣткой, онъ вновь подхватывается водянымъ столбомъ
и возносится на самый верхъ.
О формахъ, которыя получаетъ столбъ воды, имѣющій
горизонтальное или наклонное направленіе, мы говорили
уже въ лекціи 9-ой. Что капли, на которыя распадается
водяная масса во время паденія, получаютъ шарообразную
форму, мы, конечно, прямо наблюдать не можемъ, такъ
какъ движеніе ихъ слишкомъ быстро. Но къ такому заклю-
ченію насъ приводятъ наблюденія надъ каплями расплавлен-
наго олова: если заставить эти капли падать съ высокой
башни, онѣ по дорогѣ застываютъ, сохраняя форму шарика;
такимъ образомъ приготовляютъ дробь.
На нѣкоторой глубинѣ внутри земной коры плотные, не
пропускающіе воду слои ея часто образуютъ пустоты, на-
наполненныя водою приблизительно въ формѣ, изображен-
ной на фиг. 151 ав. Въ мѣстѣ а вода находится подъ
— 147 —
давленіемъ выше лежащаго столба воды, поэтому, если въ
такомъ мѣстѣ пробуравить вертикальное отверстіе, то вода
съ силой этого давленія будетъ выталкиваться изъ него и,
поднимаясь вверхъ, образуетъ фонтанъ. Такіе фонтаны на
зываются артезіанскими колодцами і). Какъ про-
исходитъ буреніе такого колодца? Пробуравивъ часть кана-
ла, вставляютъ въ него желѣзную трубу, и продолжаютъ
буреніе дальше; когда пробуравлена вторая часть, вставля-
ютъ вторую трубу, которая скрѣпляется затѣмъ винтами съ
первой; такъ продолжается работа все дальше и дальше,
пока не достигаютъ водохранилища. Послѣдняя труба
снабжена стальнымъ остріемъ, упирающимся въ дно водохра-
нилища, а выше и сбоку его въ трубѣ имѣются отверстія.
Само собой разумѣется, что прежде, чѣмъ приступить къ
буренію колодца, необходимо поручить человѣку свѣдущему
геологическое изслѣдованіе всей мѣстности. Часто давленіе
воды не такъ сильно, чтобъ она могла подняться надъ по-
верхностю земли, и тогда ее приходится поднимать съ по-
мощью насоса.
Мы продолжаемъ нашу прогулку и приходимъ въ доли-
ну, въ которой цѣлый рядъ ма-
шинъ приводится въ дѣйствіе си-
лой паденія воды.
Когда какая-нибудь масса во-
ды падаетъ съ болѣе высокаго
мѣста на болѣе низкое, затрачи-
вается нѣкоторое количество ра- фиг 152
боты, величина которой измѣ-
ряется произведеніемъ изъ количества воды на высоту паде-
нія. Эта работа истрачивается, отчасти превращаясь въ те-
плоту, отчасти, служа для размыванія земной поверхности.
Сдѣлать эту работу полезной для человѣка есть задача такъ
называемыхъ водяныхъ двигателей.
Въ этой кузницѣ работаетъ одинъ изъ наиболѣе простыхъ
двигателей этого рода—такъ называемое подливное во-
дяное колесо (фиг. 152).
Такой двигатель употребляется въ тѣхъ случаяхъ, когда
затраты должны быть возможно меньше, и нѣтъ надобности
заботиться о полномъ использованіи силы воды, которая
имѣется въ изобиліи. Вода, ударяясь о лопатки колеса, от-
даетъ имъ часть своей живой работы.. Такъ какъ вода послѣ
удара должна течь дальше, чтобъ не задерживать слѣдующей
лопатки колеса, то она и не должна лишиться всей своей
скорости. Опыты доказываютъ, что въ самомъ благопріятномъ
9 Имя это происходитъ отъ стариннаго графства Артуа въ Франціи,
гдѣ въ 1126 г. былъ, какъ разсказываютъ, впервые устроенъ такой ко-
лодезь.
1 1 Зака)1ОЗК
— 148 —
Пойдемъ немного
Фиг. 163.
случаѣ, вода отдаетъ только половину своей живой работы,
а такъ какъ часть еще теряется на треніе и т. д., то съ по-
мощью такихъ колесъ можно использовать не больше 30%
живой работы падающей воды.
Пойдемъ немного дальше и придемъ къ лѣсопильнѣ,
водяное колесо которой устроено
уже нѣсколько лучше (фиг. 153).
Здѣсь лопатки изогнуты и съ обѣ-
ихъ сторонъ закрыты. Такія колеса
называются по имени ихъ изобрѣта-
теля колесами Понселэ. Вода, по-
падая въ эти изогнутыя лопатки,
поднимается вверхъ почти безъ
толчка и при этомъ гораздо полнѣе
сообщаетъ колесу свою скорость, а
слѣдовательно, и свою живую ра-
боту. При правильномъ устройствѣ такого колеса, для
чего существуютъ вполнѣ точныя правила, коэффиціентъ
полезной работы,
Фиг. 154.
т. е. живой работы, использованной для
цѣлей человѣка, равенъ здѣсь 60—70%,
т. е. вдвое больше, чѣмъ въ предыду^
щемъ случаѣ.
Для водяныхъ двигателей, въ кото-
рыхъ вода быстро мѣняется, очень удоб-
но такъ называемое полунлливное
колесо (фиг. 154), устройство котораго
сходно съ устройствомъ колеса Понселэ.
Здѣсь вода дѣйствуетъ почти исключи-
тельно своимъ вѣсомъ.
Вода притекаетъ выше оси по такъ
направляющимъ лопаткамъ, изъ которыхъ
называемымъ
можно по желанію* нѣкоторыя закрыть, и проводится въ ко-
рытца, помѣщенныя на окружности колеса;
корытца, наполненныя водой, опускаются
внизъ, увлекая колесо, и внизу освобож-
даются отъ воды. Хорошо устроенныя ко-
леса этого рода тоже даютъ эффектъ по-
лезной работы въ 60—70%.
Нѣсколько поотдаль стоитъ мукомольня,
въ которой, въ цѣляхъ лучшаго исполь-
зованія живой работы падающей воды, ра-
ботаетъ наливное колесо (фиг. 155).
Здѣсь вода падаетъ въ желоба съ самаго
высокаго мѣста и, наполнивъ корытца, за-
ставляетъ ихъ своимъ вѣсомъ опустить-
ся внизъ, гдѣ они постепенно освобож-
Фиг. 155.
даются отъ воды.
Эти колеса даютъ самый полезный коэффиціентъ живой
— 149 —
раооты: онъ можетъ доходить до 80%. Но ихъ выгодно при-
мѣнять въ тѣхъ случаяхъ, когда скорость колеса не должна
быть очень велика. Во всѣхъ этихъ колесахъ теченіе падаю-
щей на колесо воды регулируется особыми затворами, такъ
называемыми „винтилями"; опуская и поднимая винтиль,
можно не только регулировать теченіе воды, но совершенно
его прекратить. Фигуры 152—155 суть лишь схематическіе
рисунки, выполненные безъ соблюденія какой нибудь точ-
ности.
Въ послѣднее время стали примѣнять для высокихъ да-
вленій такъ называемое Пельтоново колесо, изобрѣ-
тенное въ Америкѣ. Особенности этого колеса составляютъ
его выпукловогнутыя лопатки, на которыя водяной столбъ
дѣйствуетъ въ направленіи касательной. На фиг. 156а изо-
браженъ схематическій видъ такого колеса. Столбъ воды по-
падаетъ на среднюю грань лопатки 1566,. гдѣ онъ дѣлится
на двѣ части, изъ которыхъ каждая должна течь дальше
вдоль направленія лопатки и ее поворачивать. Лопатки сдѣ-
ланы изъ твердой бронзы и
внутри очень гладкія, а грани
очень остры. Вслѣдствіе этого
вода отдаетъ колесу свою ско-
рость, а слѣдовательно, свою
живую работу безъ толчковъ
и почти безъ тренія. Они ра-
ботаютъ при высотѣ давленія
выше 10 метровъ и эффектъ
полезной работы ихъ доходитъ
до 80—85%. Въ Америкѣ поль-
зовались давленіемъ воды вы-
сотой болѣе 500 метровъ и
при этомъ получали 88% по-
лезной работы.
Разсмотрѣнныя до сихъ норъ водяныя колеса находятся
въ вертикальномъ положеніи и вращаются около горизон-
тальной оси. Есть, однако, и горизонтальныя колеса, вращаю-
щіяся около вертикальной оси. Наиболѣе простыя формы
ихъ употребляются уже въ теченіе столѣтій въ маленькихъ
мукомольняхъ въ гористыхъ странахъ: на. Пиренеяхъ, въ
Скандинавіи, Босніи и рѣже въ странахъ Альпійскихъ. Здѣсь
вода попадаетъ въ лопатки, имѣющія большею частью форму
ложекъ; вода попадаетъ въ нихъ, гонимая по желобамъ въ
направленіи касательной къ колесу. Жернова въ мельницѣ
прямо укрѣплены на вертикально стоящей оси, такъ что нѣтъ
надобности во всѣхъ промежуточныхъ механизмахъ. Усовер-
шенствованіемъ этой системы были получены всевозможныя
формы тангенціальнаго колеса.
До сихъ поръ мы говорили о водяныхъ колесахъ въ тѣс-
— 150 —
номъ смыслѣ. Отъ нихъ отличается одна группа водяныхъ
двигателей, извѣстная подъ названіемъ турбинъ. Рѣдко
представляется случай видѣть эти колеса въ отдѣльныхъ
частяхъ, а во время работы устройство ихъ разобрать трудно.
Намъ остается поэтому пользоваться
рисунками. Чтобы понять работу
турбины, мы должны вернуться къ
ученію о боковомъ давленіи.
Укрѣпимъ пробирную трубку въ
вертикальномъ положеніи на пло-
скомъ кускѣ пробки и помѣстимъ
все въ воду такъ, чтобы пробка
вмѣстѣ съ трубкой свободно плавала
(фиг. 157). Если наполнить трубку
Фиг, 157.
водой, то этотъ столбикъ воды будетъ оказывать равное давле-
ніе на всѣ мѣста стѣнокъ трубки, имѣющія одну и ту же высо-
ту. Такъ какъ два давленія, имѣющія противоположныя напра-
вленія, взаимно уничтожаются, то въ на-
шемъ плавающемъ приборѣ не будетъ ни-
какого движенія. Но если взять пробир-
ную трубку, имѣющую у Ь маленькое бо-
ковое отверстіе, то въ этомъ мѣстѣ не бу •
детъ никакой стѣнки, на которую могло
бы быть произведено давленіе. Вмѣсто этого
вода подъ давленіемъ станетъ вытекать.
Давленіе, производимое на противополож-
ную стѣнку у а, здѣсь не будетъ уничто-
жаться и вызоветъ поступательное движе-
ніе всего прибора въ направленіе стрѣлки.
Это явленіе называется реакціей вытекающей воды.
” ’ ’ ' | цилиндрическій сосудъ, который могъ
вертикальной оси, и на нижнемъ его
концѣ придѣлаемъ нѣсколько гори-
зонтальныхъ боковыхъ трубокъ, въ
концѣ замкнутыхъ, но сбоку снаб-
женныхъ отверстіями въ горизон-
тальномъ направленіи (фиг. 158).
Если принять во вниманіе сказан-
ное выше, намъ станетъ ясно, что
нашъ аппаратъ долженъ вращаться
около вертикальной оси въ напра-
вленіи указанномъ стрѣлками. Это
колесо называется по имени его
изобрѣтателя Сегнеровымъ ко-
устранить значительное треніе у нижняго
конца оси, Альтансъ устроилъ аппаратъ такъ, что вода при-
текаетъ снизу (фиг. 159). Вращающаяся часть покоится
остріемъ регулируемой высоты на поперечной палочкѣ ко-
Возьмемъ большой
бы вращаться около
л е с о м ъ. Чтобы
— 151 —
нической трубки, на которую насаженъ полый конусъ, за-
крывающій трубку. Это колесо Альтанса было усовершен-
ствовано ученымъ Уитлау, построившимъ такъ называемую
шотландскую турбину. На фиг. 160 изображенъ пе-
редній видъ ея, а на фиг. 161 общій ея видъ. Округленіе
трубки, изъ которой вода вытекаетъ, предупреждаетъ по-
терю живой работы вслѣдствіе удара
и тренія воды объ углы аппарата.
Ясно, что съ увеличеніемъ числа
каналовъ, черезъ которые вода выте- ймііг
каетъ, работа аппарата должна стано-
виться лучше. Это соображеніе навело
на мысль француза Фурнейрона снаб-
дить этотъ аппаратъ множествомъ та-
кихъ каналовъ. На 'фиг. 162 -изобра-
жены въ перспективѣ главныя части
турбины Фурнейрона. Ось с соединена | 'Ц
неподвижно съ основной пластинкой
т, имѣющей форму тарелки. На окруж-
ности этой тарелки укрѣплены въ вер-
тикальномъ положеніи изогнутыя же- $Иг. іво.
стяныя стѣнки а, а, которыя сверху
покрыты плоскимъ кольцомъ М; отсюда получаются изо-
гнутые каналы, черезъ которые вода должна вытекать.
На ось надѣта гильзообразная трубка, укрѣпленная такъ,
что она не можетъ вращаться. Она соединена съ другой
пластинкой, на которой укрѣплены стѣнки, изогнутыя въ
противоположномъ направленіи; пространства между этими
стѣнками образуютъ проводящіе каналы. Вода, при-
текая сверху, попадаетъ въ проводящіе ка-
налы и оттуда въ нижніе изогнутые каналы,
черезъ наружныя отверстія которыхъ она вы-
текаетъ.
Турбины эти самымъ разнообразнымъ обра- //л\
зомъ измѣнялись и улучшались, но мы на / н _ ѵ \
этомъ подробнѣе останавливаться не можемъ, у ч ® )) )
Во всѣхъ этихъ двигателяхъ вода течетъ
отъ центра къ окружности и потому они
называются радіальными турбинами. Нако- фиг іеі
нецъ, упомянемъ еще объ аксіальныхъ (осе-
выхъ) турбинахъ Геншеля или Геншеля-Жонваля; осо-
бенность этихъ турбинъ заключается въ томъ, что они при-
водятся въ движеніе дѣйствіемъ винта. Нѣкоторое предста-
вленіе объ ихъ устройствѣ даетъ фиг. 163. Вертикальная ось
этой турбины соединена радіально поставленными изогну-
тыми лопатками съ цилиндрическимъ кольцомъ, вращаю-
щимся въ окружающемъ его неподвижномъ цилиндрическомъ
сосудѣ. Надъ этой вращающейся частью находится такая же
152 —
часть (не изображенная на фиг.), но неподвижная и съ ло-
патками, изогнутыми въ противоположную сторону, такъ что
вода падаетъ на вращающіяся лопатки вертикально. Здѣсь,
слѣдовательно, вода, течетъ не извнутри наружу, а парал-
лельно оси сверху внизъ, почему эти турбины и названы
осевыми турбинами.
Въ послѣднее время стали строить турбины также съ го-
ризонтальными осями. Онѣ даютъ въ общемъ очень высокій
коэффиціентѣ полезной работы, прочно построены изъ металла
и могутъ-быть легко регулированы, что даетъ имъ значи-
тельное преимущество передъ турбинами съ деревянными
колесами.
Такъ называемые водомѣры, указывающіе на количе-
ство потребленной воды въ хозяйствѣ, представляютъ собой
Фиг. 162.
Фиг. 163.
въ сущности маленькія турбины, снабженныя указателемъ,
который показываетъ на циферблатѣ число оборотовъ колеса
турбины, а слѣдовательно, количество протекшей черезъ нее
воды въ кубическихъ метрахъ.
Возвращаясь съ прогулки домой, мы опять проходимъ
мимо фонтана. Насъ удивляетъ то обстоятельство, что вблизи
него мы не видимъ водохранилища на такой высотѣ, которую
достигаетъ вода фонтана. Онъ снабжается водой открытымъ
каналомъ, уровень воды котораго лежитъ лишь немного выше
отверстія фонтана. Но вотъ наше вниманіе привлекаетъ не-
прерывный шумъ и стукъ и мы начинаемъ догадываться,
какой остроумный механизмъ лежитъ въ основѣ этого стран-
наго явленія. Это такъ называемый гидравлическій
таранъ—изобрѣтеніе Монгольфьера. Прежде чѣмъ перейти
къ описанію и объясненію этого аппарата, мы разсмотримъ
153 —
общія условія, при которыхъ вода передается на значитель-
ное разстояніе. Соединимъ водохранилище В (фиг. 164),
въ которомъ мы тѣмъ или другимъ способомъ сохраняемъ
воду на • одной и той же высотѣ к, съ длинной водопро-
водной трубой ао. Допустимъ, что эта послѣдняя внутри
вездѣ одинаково гладка и имѣетъ одну и ту же ширину
Если отверстіе о закрыто, то на протяженіи всей трубы у
насъ будетъ одинаковое давленіе, соотвѣтствующее давле-
нію к. Поэтому, если мы помѣстили вертикальныя трубки
въ мѣстахъ Ьсйе, вода во всѣхъ нихъ, поднялась бы до вы-
соты Л. Но дѣло мѣняется, разъ мы открываемъ отверстіе о
такъ, чтобы вода могла свободно вытекать. У самаго отвер-
стія о давленіе воды становится ничтожно малымъ, а у а оно
искусственно поддерживается (непрестаннымъ приливаніемъ
воды) на одной и той же высотѣ к. У с въ срединѣ трубы
давленіе вдвое меньше, чѣмъ у а, т. е. с&=Члак, у Ъ давле-
ніе ак и у А давленіе ок. Само собой разу-
мѣется, что таково положеніе дѣла лишь въ томъ случаѣ,
если труба «о имѣетъ вездѣ одинаковый поперечный раз-
рѣзъ и потому оказываетъ движенію воды равное сопроти-
вленіе; въ противномъ случаѣ распредѣленіе давленія по-
лучается другое. Теперь сдѣлаемъ слѣдующій опытъ. Въ то
время, когда вода вытекаетъ изъ отверстія о, мы внезапно
это отверстіе закрываемъ. Въ этотъ моментъ получается
толчокъ, и вода въ нашихъ вертикальныхъ трубкахъ под-
нимается не только до высоты Л, но даже еще выше; всего
выше она поднимается въ трубкѣ е. Теперь представимъ
себѣ, что наши вертикальныя трубки удалены, такъ что мы
имѣемъ сосудъ В, трубу ао и у е маленькое отверстіе. Вода,
находящаяся въ трубѣ ао, вѣсить Р килограммъ и дви-
жется со скоростью ѵ, вслѣдствіе чего ея живая работа—
^ ’Когда мы внезапно закрываемъ отверстіе у о, эта жи-
вая работа не можетъ быть уничтожена; какъ всякое дви-
жущееся тѣло, вода ударяется въ препятствія, мѣшающія
ея движенію, т. е. о стѣнки трубы. Если масса и скорость
воды очень велики, то этотъ ударъ можетъ разорвать трубу,
вслѣдствіе чего въ такихъ . трубахъ нельзя употреблять
быстро замыкающихся крановъ и вообще необходимо поза-
— 154 —
ботиться о томъ, чтобы обезвредить силу удара. Въ на-
шемъ случаѣ живая работа всей массы воды въ значитель-
ной своей части переносится на то маленькое количество
воды р, которое можетъ черезъ верхнее отверстіе е‘ вытечь
наружу. Поэтому, если мы обозначимъ скорость истеченія
Рѵ2 рѵ'3, ѵ‘ Р . Л
черезъ ѵ', то откуда—=— Отсюда ясно, что при
е1 долженъ подняться водяной столбъ на высоту гораздо
большую, чѣмъ ак. Эта высота сохраняется однако лишь до
тѣхъ поръ, пока скорость у е', т. е. ѵ‘ больше, чѣмъ у а, т. е.
скорости ѵ. Но эта скорость начинаетъ уменьшаться и когда
она становится равною ѵ, т. е. постоянною, высота на-
шего столба воды опускается ниже к. Если поперемѣнно от-
крывать и закрывать отверстіе о, можно получить фонтанъ,
дѣйствующій съ перерывами, но достигающій высоты го-
раздо большей той, на которой находится уровень воды въ
водохранилищѣ.
Теперь предстоять еще двѣ задачи: во-первыхъ необхо-
димо устроить такъ, чтобы отверстіе о закрывалось и отры-
(Фиг. 165)
валось автоматически самой водой и, во-вторыхъ, необхо-
димо сдѣлать дѣйствіе фонтана непрерывнымъ.
Эти двѣ задачи и выполняетъ гидравлическій таранъ. На
На фиг. 165 изображенъ его вертикальный разрѣзъ. В есть
водохранилище съ постояннымъ уровнемъ воды, В—водо-
проводная труба; вмѣсто отверстія о мы имѣемъ верхнее
отверстіе съ заслонкой ѵ, которая закрываетъ отверстіе, когда
скорость истеченія воды велика, и вслѣдствіе собственнаго
своего вѣса падаетъ внизъ, когда движеніе воды прекра-
щается; вмѣсто отверстія е мы имѣемъ другое верхнее от-
верстіе, снабженное заслонкой ѵ‘ и ведущее внутрь такъ
называемаго геронова шара (регуляторъ) С, изъ котораго
трубка г ведетъ къ отверстію фонтана. Аппаратъ работаетъ
слѣдующимъ образомъ: какъ, только мы открыли клапанъ у
В, вода быстро течетъ по трубѣ В и черезъ отверстіе у за-
слонки ѵ вытекаетъ наружу; заслонка ѵ1 своимъ вѣсомъ за-
крываетъ второе отверстіе; вскорѣ заслонка ѵ подхваты-
— 155 —
вается силой теченія воды и вдругъ закрываетъ отверстіе,
черезъ которое вода вытекаетъ; ударъ воды поднимаетъ
тогда заслонку ѵ' и вталкиваетъ нѣкоторое количество воды
въ регуляторъ С; вслѣдъ затѣмъ заслонка ѵ' падаетъ внизъ,
но такъ какъ теченіе воды прекратилось, то падаетъ внизъ
и заслонка ѵ вслѣдствіе чего вода вновь начинаетъ выте-
кать черезъ второе отверстіе; сила теченія вновь подни-
маетъ заслонку ѵ, закрывающую отверстіе, вслѣдствіе чего
вода вновь поднимаетъ заслонку ѵ ' и т. д.; вода, попавшая
въ регуляторъ, сжимаетъ находящійся въ немъ воздухъ, а
этотъ давитъ на уровень воды и гонитъ воду черезъ трубку
г вверхъ. Аппаратъ тѣмъ лучше дѣйствуетъ, чѣмъ трубка
В длиннѣе. При достаточной дотинѣ ея не трудно получить
высоту фонтана въ 10 разъ больше высоты уровня воды въ
водохранилищѣ. Если достаточно удлинить трубку г, можно
пользоваться аппаратомъ для поднятія воды на опредѣлен-
ную высоту. Во Франціи часто пользуются этимъ аппара-
томъ для орошенія полей, лежащихъ на извѣстной высотѣ,
водой каналовъ, лежащихъ гораздо ниже.
Противорѣчитъ ли- это явленіе закону сохраненія работы?
Ясно, что оно этому закону не противорѣчитъ: вѣдь подня-
тіе воды на большую высоту происходитъ на счетъ той ра-
боты, которая тратится, когда значительно большее количе-
ство воды падаетъ отъ уровня воды въ В до отверстія у ѵ.
ЛЕКЦІЯ ДВАДЦАТЬ ЧЕТВЕРТАЯ.
Морскія волны, Подводныя волны. Приливы и отливы.
Очень интересное явленіе нашей обыденной жизни пред-
ставляютъ собою морскія волны. Разскажемъ въ крат-
кихъ чертахъ о наиболѣе важныхъ сторонахъ этого явленія.
Если бросить на спокойную поверхность воды камень, то на
мѣстѣ его паденія сначала образуется маленькое углубленіе,
окруженное невысокимъ валомъ воды. Вслѣдъ затѣмъ вода
этого вала—падаетъ въ углубленіе, сначала заполняетъ его
но потомъ, вслѣдствіе силы инерціи на этомъ мѣстѣ про-
должаетъ накопляться вода, такъ что образуется маленкій
водяной холмикъ, окруженный рвомъ. Въ то время какъ
вода продолжаетъ подниматься вверхъ и падать внизъ, дви-
женіе это распространяется кругообразно во всѣ стороны съ
равной скоростью, пока движущаяся вода не ударяется гдѣ-
нибудь о берегъ. Намъ кажется, что вмѣстѣ съ волнами
движется сама вода въ прямомъ направленіи. Но это намъ
— 156 —
только такъ кажется: если бросить въ воду пробку, то она
станетъ лишь прыгать вверхъ и внизъ, не удалясь на зна-
чительное разстояніе; она будетъ описывать лить верти-
кальныя кривыя, а водяныя горы и долины будутъ, не пе-
реставая, отъ нея удаляться. Итакъ двигается впередъ не
сама вода, а только фигура ея волнъ. Разстояніе между
двумя возвышеніями волнъ называется длиной волны,
а высота ея надъ спокойнымъ сначала уровнемъ воды на-
зывается высотой волны (часто называютъ также высо-
той волны, разстояніе между самой высокой и самой низ-
кой точкой волны, т. е. высоту вдвое бблыпую прежней).
Время между появленіемъ на одномъ и томъ же мѣстѣ
двухъ возвышеній волны называется продолжитель-
ностью колебанія, а путь, проходимый волной въ одну
секунду, называтеся скоростью распространенія
волны. Чаще всего волнообразное движеніе вызывается
вѣтромъ. Онъ трется о поверхность воды, вызывая первыя
маленькія волны, которыя, скопляясь и увеличиваясь, все
болѣе и болѣе разростаются. Морякъ называетъ это явленіе
волненіемъ моря. Очень спокойное состояніе моря назы-
вается штилемъ, въ противоположность бурному состоя-
нію моря, кода гребни волнъ высоко поднимаются вверхъ,
покрытыя пѣной. Часто волны перекрещиваются по всѣмъ
направленіямъ или, ударившись о берегъ, двигаются въ на-
правленіи противоположномъ дуновенію вѣтра, и когда
столкновеніе такихъ волнъ очень сильно, такое состояніе
моря называется зурфомъ. Интернаціональный конгресъ
метеорологовъ предложилъ слѣдующія дѣленія и обозначе-
нія волнъ.
Высота волнъ въ метрахъ. Обозначеніе.
0 п п 0 99 99 Очень гладкое море.
1 м „ 0— 1 99 Очень спокойное море.
2 п „ 1- 2 99 99 Спокойное море.
3 п „2—3 99 99 Легко волнующееся море.
4 п „ 3— 4 99 99 Умѣренно волнующееся море.
5 99 „ 4— 6 99 99 Значительно волнующееся море.
6 99 П 6— 8 99 99 Безпокойное море.
7 п „ 8—10 99 99 Высокое море.
8 99 „ 10—16 99 99 Очень высокое море.
9 п „ выше 16 99 99 Очень бурное море.
Человѣкъ неопытный часто слишкомъ переоцѣниваетъ
высоту волнъ. Обыкновенныя волны во время бури дости-
гаютъ высоты 5 — 7 метровъ, разстояніе между ними
(длина) = 70—140 метровъ и слѣдуютъ другъ за другомъ съ
промежутками въ 6—9 сек. По словамъ людей опытныхъ
— 157 —
самыя большія волны достигаютъ высоты двадцати метровъ,
длины въ 800 метровъ и продолжительности колебанія рав-
ной 24 сек. Таковыми бываютъ волны въ открытомъ морѣ.
У береговъ и около утесовъ вода часто поднимается го-
раздо выше.
На Женевскомъ озерѣ и на нѣкоторыхъ другихъ озерахъ
наблюдали своеобразныя движенія воды, называемыя иногда
„подводными волнами". Движенія эти выражаются
въ томъ, что поверхность воды дѣлится на 2 части, изъ.
которыхъ одна опускается въ то время, какъ другая под-
нимается, и наоборотъ.
Если въ чашку съ водой дуть сверху внизъ на поло-
вину поверхности воды и дуть съ перерывами, то вода при-
детъ въ колебательное движеніе и обѣ половины будутъ
поперемѣнно подниматься и опускаться (стоячія волны).
Такимъ же образомъ объясняютъ происхожденіе описан-
ныхъ здѣсь движеній воды въ озерахъ, такъ какъ другія
объясненія (сотрясенія почвы и т. д.) не подтвердились.
Намъ остается еще описать и объяснить самое велико-
лѣпное движеніе воды—явленія прилива и отлива. Чтобы
лучше объяснить эти явленія, мы сначала опишемъ, какъ
происходили бы они, если бы вся поверхность земного
шара была покрыта водой. Представимъ себѣ значительное
количество воды, сжатое въ широкое плоское кольцо, кото-
рое охватываетъ земной шаръ въ направленіи меридіана,
т. е. отъ сѣвернаго полюса къ южному и обратно отъ южнаго
къ сѣверному. Вдоль меридіана, находящагося отъ этого ме-
ридіана на разстояніи 90°, представимъ себѣ за то такой же
величины углубленіе въ водѣ. Теперь представимъ себѣ,
что вся эта масса воды движется ежедневно по землѣ отъ
востока къ западу въ формѣ двухъ громадныхъ волнъ, от-
стоящихъ другъ отъ друга на 180° длины. Тогда каждая
точка земной поверхности имѣла бы дважды въ день при-
ливъ, т. е. повышеніе, и дважды въ день отливъ, т. е. по-
ниженіе воды. Теперь представимъ себѣ, что это движеніе
ежедневно запаздываетъ на 50 мин.; тогда приливы слѣ-
дуютъ другъ за другомъ черезъ 12 часовъ безъ 25 мин.
Наконецъ, представимъ себѣ, что эта поверхность воды пре-
рывается твердой землей 5—ти частей свѣта, вслѣдствіе
чего явленіе усложняется и нѣсколько мѣняется. Берега
мѣшаютъ приливу проникнуть во внутреннія моря, вслѣд-
ствіе чего въ такихъ моряхъ, какъ Средиземное, Адріатиче-
ское или Черное море, явленія прилива и отлива наблю-
даются въ очень слабой степени.
Эти явленія объясняются дѣйствіемъ притяженія, которое
массы луны и въ меньшей степени солнца оказываютъ на
массы воды и центръ земли. Пусть У (фиг. 166) изображаетъ
сѣверный полюсъ, кругъ—экваторъ, а кругъ, проведенный
— 158 —
пунктиромъ^—поверхность воды въ томъ случаѣ, если бы не
было явленій прилива и отлива. Луна 2И дѣйствуетъ притя-
гивающимъ образомъ на массы воды, при чемъ всего сильнѣе
дѣйствуетъ на ближайшія массы воды Р, слабѣе на центръ
земли и еще слабѣе на самыя отдаленныя массы воды Р\
Если бы луна не имѣла скорости по касательной, она па
дала бы на землю, а та въ свою очередь вмѣстѣ со своей
водой падала бы на неё. Но при этомъ масса воды Р па-
дала бы скорѣе, а масса воды Р' медленнѣе. Вслѣдствіе
этого должно и у Р и у Р' образоваться скопленіе воды.
Это движеніе однако складывается съ движеніемъ луны по
касательной, въ результатѣ, чего получается круговое дви-
женіе луны около общаго
Фиг. 166.
центра тяжести земли и лу-
ны и эти два міровыхъ тѣла
не сталкиваются. Но эти два
скопленія воды остаются и
вмѣстѣ съ луной ежеднев-
но обходятъ землю, а такъ
какъ луна ежедневно опаз-
дываетъ на &0' въ своей
кульминаціи, то то же самое дѣлаютъ и явленія прили-
ва и отлива. Сюда присоединяются еще дѣйствія солнца;
хотя солнце гораздо больше луны, дѣйствіе его приблизи-
тельно вдвое слабѣе дѣйствія притяженія луны, потому что
солнце гораздо болѣе удалено отъ земли. Очевидно, что
въ тѣ моменты, когда солнце и луна находятся на одной и
той же сторонѣ земли или на противоположныхъ сторонахъ,
Т. е., когда всѣ три міровыхъ тѣла находятся почти на одной
прямой,—чтё бываетъ во время новолунія и полнолунія—
дѣйствія притяженія луны и солнца должны складываться
и обусловить очень сильные приливы, а въ періоды первой
и послѣдней четверти луннаго мѣсяца эти дѣйствія должны
вычитываться и обусловить болѣе слабые приливы.
ЛЕКЦІЯ ДВАДЦАТЬ ПЯТАЯ.
Особыя свойства воды. Составъ воды. Вода осадковъ, ключей и источ-
никовъ и подземная вода. Качества хорошей питьевой воды, ея очи-
щеніе и охлажденіе. Жесткая, минеральная, рѣчная и морская вода.
До сихъ поръ мы изучали воду, какъ одну изъ жидко-
стей вообще, т. е. изучали тѣ ея свойства, которыя ей при-
сущи какъ жидкости. Въ настоящей лекціи мы дополнимъ
наши свѣдѣнія о ней изученіемъ тѣхъ особыхъ ея свойствъ,
— 159 —
которыя ей присущи не какъ жидкости вообще, а именно
какъ водѣ.
Химія насъ учитъ, что чистая вода есть химическое сое-
диненіе двухъ газообразныхъ элементовъ—кислорода и водо*
рода, при чемъ соединены по объему одна часть кислорода
и двѣ части водорода, а по вѣсу—восемь частей кислорода
и одна часть водорода. Измѣненія, которыя происходятъ
въ водѣ, когда мы сообщаемъ ей теплоту или когда отни-
маемъ ее, мы обсудимъ въ ученіи о теплотѣ. Чистая вода
совершенно прозрачна, но не безцвѣтна, а слабо синеватаго
цвѣта, чтд впрочемъ, замѣчается лишь въ большихъ слояхъ
воды. Она не имѣетъ ни запаха, ни вкуса. Кромѣ химически
чистой воды, получаемой многократной дистиляціей съ со-
блюденіемъ вполнѣ опредѣленныхъ научныхъ пріемовъ, въ
природѣ встрѣчаются различные виды воды, содержащей
большее или меньшее количество примѣсей. Главные виды
воды суть: метеорная (дождь, снѣгъ), ключевая, подземная,
рѣчная, минеральная, озерная и морская вода.
Многіе полагаютъ, что метеорная вода, попада'ющая
на землю въ видѣ дождя, снѣга, града или инея, очень чи-
ста. Но такое мнѣніе ошибочно. Если взять дождевую воду,
въ особенности собранную въ началѣ дождя, мы въ ней най-
демъ кромѣ кислорода и азота, ёще не только небольшія коли-
чества углекислоты, амміака, азотной кислоты,но часто значи-
тельныя количества минеральныхъ и органическихъ веще-
ствъ; часть ихъ оказывается даже въ твердомъ состояніи, увле-
ченная дождемъ изъ пыли воздуха. Изъ нихъ въ особенности
вредны органическія вещества: они начинаютъ гнить и тогда
сообщаютъ водѣ ея дурной вкусъ. Въ большихъ городахъ
именно въ тѣхъ, въ которыхъ имѣются химическіе заводы,
вода загрязняется еще и другими химическими веществами.
Часто въ дождевой водѣ содержится цвѣтная пыль и тогда
она окрашена въ желтый цвѣтъ (такъ называемый сѣрный
дождь), а иногда въ ней оказывается красная пыль или мно-
жество красныхъ инфузорій и она тогда кажется смѣшан-
ной съ кровью.
Въ мѣстахъ, гдѣ нѣтъ лучшей питьевой воды, дождевая
вода, стекающая съ крышъ, собирается въ цистернахъ, гдѣ
она и фильтруется. Цистерны этого рода устроены слѣдую-
щимъ образомъ (фиг. 167): въ землѣ вырытъ водоемъ, выло-
женъ сначала непропускающей воду глиной і, і и затѣмъ
наполненъ мелкимъ чистымъ пескомъ в, «. По серединѣ
устроенъ колодезь В съ двойными стѣнками, снабженными
отверстіями, отъ которыхъ отходятъ трубы въ водоемъ; кромѣ
того, колодезь снабженъ насосомъ или ведрами; вокругъ
колодца устроенъ въ видѣ круга каналъ сс безъ дна и от-
крытый кверху; весь водоемъ покрытъ каменной крышей.
Дождевая вода попадаетъ въ круглый каналъ и оттуда въ
160 —
водоемъ, наполненный пескомъ, гдѣ она очищается и очи-
щенная черезъ трубы попадаетъ въ колодезь.
Песокъ однако не можетъ совершенно очистить воду;
лучше это дѣлаетъ глина, а еще лучше уголь и всего лучше
животный уголь. Послѣдній, впрочемъ, въ виду своей доро-
говизны не можетъ быть употребленъ въ широкихъ размѣ-
рахъ. Употребляются часто въ качествѣ фильтровъ нѣкото-
рые сорта пористаго песчанника.
Ключевая вода тоже имѣетъ своимъ первоначаль-
нымъ источникомъ дождь и снѣгъ; упавъ на землю, вода
эта проникла внутрь, профильтровалась черезъ пористые ея
слои, была задержана другимъ непористымъ слоемъ, вдоль
него опустилась еще ниже и въ какомъ нибудь мѣстѣ вы-
билась на поверхность земли въ качествѣ естественнаго
источника или въ качествѣ подземной воды, полу-
чаемой насосами или ведрами изъ колодцевъ. Подземная
вода скорѣе, конечно, можетъ быть загрязнена примѣсью
всякаго рода постороннихъ веществъ, чѣмъ ключевая вода,
Фиг. 167.
и потому послѣдняя въ общемъ заслуживаетъ пред-
почтенія.
Доброкачественность питьевой воды можетъ быть вполнѣ
установлена только химическимъ и микроскопическимъ из-
слѣдованіемъ знающихъ свое дѣло спеціалистовъ. Въ слу-
чаѣ невозможности такого изслѣдованія, даютъ достаточную
гарантію чистоты воды слѣдующія предписанія.
Вода должна быть прозрачна и безцвѣтна. Чтобы
опредѣлить это качество ея, достаточно наполнить ею высо-
кій сосудъ со стекляннымъ дномъ и смотрѣть черезъ этотъ
сосудъ вдоль длины его; при этомъ полезно сравнить эту
воду съ чистой водой, напримѣръ, дистиллированной. За-
тѣмъ при долгомъ стояніи ея не должно появиться осадка.
Если вода имѣетъ нѣкоторую окраску и эта послѣдняя не
исчезаетъ, образовавъ осадокъ, при долгомъ стояніи воды,
то это указываетъ на содержаніе въ ней значительнаго ко-
— 161 —
личества органическихъ веществъ и такую воду слѣдуетъ
признать для питья негодной;
Вода также не должна имѣть никакого запаха. Это
качество всего лучше провѣряется легкимъ нагрѣваніемъ
воды до 40—50° Ц. въ бутылкѣ съ широкимъ горлышкомъ.
Если въ водѣ содержится свѣтильный газъ, попадающій
иногда въ колодцы изъ недостаточно закрытыхъ газопровод-
ныхъ трубъ, то присутствіе его въ водѣ этимъ способомъ
доказывается лучше, чѣмъ химическимъ анализомъ. За-
пахъ амміака указываетъ на присутствіе органическихъ
веществъ.
Вода не должна имѣть плохого вкуса и это ея каче-
ство всего лучше наблюдать при температурѣ въ 15—20° Ц.
При достаточномъ упражненіи не трудно различить слиш-
комъ богатое содержаніе извести (жесткая вода) или слиш-
комъ бѣдное содержаніе ея (мягкая вода); при этомъ боль-
шей частью можно также распознать ея вредныя примѣси.
При взбалтываніи или нагрѣваніи въ водѣ должны обра-
зоваться пузырьки газа, указывающіе на присутствіе
въ ней углекислоты и воздуха, которые сообщаютъ ей хо-
рошій вкусъ.
Наконецъ, температура источника должна быть прибли-
зительно равна средней годовой температурѣ даннаго мѣста,
т. е. не должна быть ниже 6° и выше 12° Ц. Болѣе теплая
вода противна человѣку и вызываетъ даже рвоту; болѣе хо-
лодная вода вызываетъ боль въ зубахъ и простуживаетъ
желудокъ. Кромѣ того о доброкачественности ключевой воды
можно судить потому, остается ли температура источника
въ различные періоды года и дня или послѣ сильнаго дождя
постоянной или сильно мѣняется. Постоянная температура
указываетъ на то, что въ ключевой водѣ нѣтъ никакихъ
примѣсей изъ водъ, текущихъ на поверхности почвы, которыя
почти всегда грязны. Поэтому всего лучше изслѣдовать
ключевую воду до и послѣ обильнаго дождя.
Послѣ выпариванія одного литра питьевой воды не должно
остаться болѣе 0,5 грамма твердыхъ веществъ, а содержаніе
извести не должно превышать 0,1 грамма на литръ воды.
Часто бываетъ и такъ, что ключевая вода, сама по себѣ
вполнѣ хорошая, портится трубами, черезъ которыя она про-
водится: часто эти трубы деревянныя и онѣ начинаютъ гнить,
или вообще ослабѣли скрѣпленія ихъ, такъ что въ нихъ
стала попадать грязная вода изъ лужъ, конюшенъ и т. д.,
или, наконецъ, отъ самихъ трубъ отдѣляются частицы ихъ
матеріала и, растворившись въ водѣ, загрязняютъ ее. Же-
лѣзныя трубы при этомъ совершенно не опасны, а очень
опасны трубы свинцовыя. Доказано, правда, что вода, содер-
жащая нѣкоторое количество углекислоты, незамѣтно раство-
ряетъ свинецъ, чтд происходитъ только въ случаѣ чистой
— 162 —
воды. Но свинецъ—слишкомъ опасный ядъ, и потому нельзя
признать безопасными длинныя свинцовыя трубы. Въ осо-
бенности необходимо обратить вниманіе на то, чтобы вода
не находилась въ такихъ трубахъ въ покоѣ. Поэтому прежде,
чѣмъ употреблять эту воду для питья или варки, полезно
первыя количества выливать, не употребляя.
Получить изъ плохой питьевой воды хорошую удается
рѣдко ‘). Примѣси твердыхъ минераловъ, мелкаго песку,
охры и т. д., какъ и органическихъ остатковъ могутъ быть
удалены хорошими фильтрами и въ особенности углемъ.
Бактеріи и тому подобные болѣзне-творныя примѣси всего
лучше обезвредить долгимъ кипяченіемъ (еще лучше въПапи-
новомъ котлѣ при высокомъ давленіи) и послѣдующимъ охла-
жденіемъ воды. Но такъ какъ кипяченая вода безвкусна,
то рекомендуется примѣшивать потомъ къ водѣ содовый
(шипучій) порошокъ, т. н. сельтерскую воду или какое нибудь
другое безвредное кислое вещество. Рекомендуется особенно
примѣшивать лимонную кислоту (лимонадъ), убивающую бак-
теріи. Если нѣтъ льда, то теплую воду можно охладить, помѣ-
стивъ сосудъ ея во влажный песокъ въ погребѣ. Не слѣ-
дуетъ для охлажденія ея прямо бросать въ нее куски льда,
такъ какъ вода этихъ послѣднихъ не всегда чиста. Лучше
ограничиться охлажденіемъ сосудовъ, въ которыхъ вода
хранится, обложивъ ихъ кусками льда. Въ странахъ жаркихъ,
какъ напримѣръ, Испанія или Египетъ, холодную воду по-
лучаютъ слѣдующимъ образомъ: воду помѣщаютъ въ сосуды
изъ пористой глины, сосуды вѣшаютъ въ тѣни деревьевъ и
заставляютъ ихъ качаться; воздухъ, приведенный въ дви-
женіе, вызываетъ испареніе на влажной поверхности сосу-
довъ, а это, какъ мы увидимъ позже, приводитъ къ охла-
жденію воды.
На корабляхъ, совершающихъ продолжительныя путеше-
ствія по морю, вода для питья забирается или съ мѣста въ
бочкахъ, или получается на самомъ кораблѣ дистиляціей
морской воды съ помощью особыхъ аппаратовъ.
Мы сказали уже выше, что вода съ большимъ содержа-
ніемъ извести называется жесткой водой. Въ Германіи
однимъ градусомъ жесткости считаютъ содержаніе
одной вѣсовой части извести (окиси кальція) въ 100000 вѣ-
совыхъ частяхъ воды (англійскій градусъ жесткости въ %
раза больше, а французскій въ 100/66 раза больше герман-
скаго). Вода съ содержаніемъ 0,18 грамма извести въ литрѣ,
имѣетъ, слѣдовательно 18 градусовъ жесткости, чтб мы на-
зываемъ уже очень жесткой водой; воду, имѣющую не ме-
нѣе 10гр. жесткости, мы называемъ уже жесткой, а воду,
имѣющую не болѣе 5 гр., мы называемъ мягкой.
*) Въ послѣднее время стали употреблять для этого озонъ.
— 163 —
Жесткая вода (т. е. вода, имѣющая не менѣе 10 гр.
жесткости) не годится для мытья мыломъ и для варки струч-
ковыхъ плодовъ. Она разлагаетъ мыло, что можно узнать
изъ того, что мыло не даетъ пѣны. Она начинаетъ давать
пѣну только послѣ того, какъ вся известь, соединившись съ
мыломъ, исчезаетъ. Вслѣдствіе этого трата мыла тѣмъ боль-
ше, чѣмъ жестче вода. Было высчитано, напримѣръ, что во
франціи, гдѣ употребляется ежегодно на 50 милліоновъ
франковъ мыла, уменьшеніе жесткости воды на 1 гр. сбе-
регло бы ежегодно одинъ милліонъ франковъ.
Наши хозяйки охотно берутъ, поэтому, для мойки дожде-
вую воду, которая не содержитъ извести. Не годится также
жесткая вода для варки стручковыхъ плодовъ, мяса и чая.
Плоды эти въ такой водѣ не размягчаются, а мясо варится
въ ней дольше, чѣмъ въ мягкой водѣ. Чай съ водой въ 3 гр.
жесткости даетъ прекрасный напитокъ, а съ водой въ 12—
13 гр. мутный, противный напитокъ; затѣмъ, чѣмъ вода
жестче, тѣмъ больше тратится чаю.
Жесткую воду можно сдѣлать немного мягче. Для этого
ее необходимо до употребленія кипятить, причемъ часть из-
вести, которая была растворена въ водѣ въ видѣ двууглеки-
слой соли, выдѣляется. Этимъ, однако, жесткость устраняется
лишь отчасти. Остальная часть можетъ быть устранена (что мо-
жетъ показаться страннымъ) прибавленіемъ опредѣленнаго
количества ѣдкой извести. Правильно это сдѣлать можетъ,
впрочемъ, только химикъ. При варки стручковыхъ плодовъ,
хозяйки обыкновенно прибавляютъ на кончикѣ ножа немно-
го соды или поташа.
Кромѣ извести ключевая вода всегда содержитъ еще не-
постоянное количество щелочей и щелочныхъ земель, а ча-
сто и желѣзо въ соединеніи съ минеральными кислотами—
сѣрной, азотной, фосфорной, соляной, углекислой—и др. вещ.
Этимъ солямъ и свободной, растворенной въ водѣ, угле-
кислотѣ ключевая вода обязана своимъ пріятнымъ вкусомъ;
химически чистая вода совершенно безвкусна. Если содер-
жаніе этихъ веществъ въ водѣ становится выше обыкновен-
наго, то такая вода уже называется минеральной во-
дой. Если температура источника выше средней температу-
ры воздуха, то онъ называется „теплымъ источникомъ^
Источники, температура воды которыхъ выше 24°, называ-
ются горячими источниками или термами.
Минеральные источники съ очень большимъ содержа-
ніемъ углекислоты называются кислыми минеральными во-
дами; въ однѣхъ изъ нихъ главную составную часть соста-
вляетъ углекислый натръ, въ другихъ-другія легко раство-
римыя щелочныя соли безъ углекислаго натра, третьи очень
богаты поваренной солью, четвертыя—сѣрнокислымъ натрі-
емъ и т. д.
1 2 Закаі 1038
— 164 —
Минеральные источники съ богатымъ содержаніемъ сѣ-
роводорода называются сѣрными минеральными во-
дами. Источники, богатые содержаніемъ магнезіальныхъ со-
лей, называются горькими водами. Желѣзныя воды со-
держатъ много углекислой закиси желѣза, соляныя воды
содержатъ много поваренной соли, а часто и іодистыя соли,
имѣющія весьма важное значеніе.
Наконецъ, существуютъ еще индиферентныя воды, какъ
напримѣръ, термы. Гаштейна, Теплица и т. д. съ очень
малымъ содержаніемъ солей, тоже имѣющія цѣлебныя
свойства. По мнѣнію однихъ, онѣ обязаны этими цѣлебными
свойствами своей высокой температурѣ, а по мнѣнію дру-
гихъ причины этихъ свойствъ еще не доказаны.
Нѣкоторыя воды очень богаты углекислотой и угле-
кислой известью. Съ появленіемъ ихъ на поверхности земли
часть углекислоты изъ нихъ улетучивается, вслѣдствіи чего
часть углекислой извести выдѣляется въ твердомъ состо-
яніи; покрывая мохъ и другія растенія эти выдѣленія обра-
зуютъ известковые камни разнообразной формы; столбы та-
кой извести, въ пещерахъ называются сталактитами и ста-
лагмитами.
Рѣчная вода, текущая по граниту, гнейсу, но не по
известковому камню, бываетъ сначала довольно чиста и бѣд-
на солями. Вблизи деревень и городовъ она, однако, часто
загрязняется отводными каналами и фабричными отбросами.
Тамъ, гдѣ этого нѣтъ, она въ среднемъ содержитъ 10—20
частей твердыхъ веществъ на 100,000 частей воды.
Вода озеръ бываетъ чрезвычайно разнообразна по сво-
ему содержанію растворенныхъ веществъ. Многія горныя
озера содержатъ такихъ веществъ очень мало. Штарен-
бергское озеро, напримѣръ, содержитъ въ 100,000 частяхъ
водъ 5 частей растворенныхъ веществъ, Цюрихское—14, Же-
невское—15. Кромѣ того въ водѣ часто плаваетъ большее или
меньшее количество твердыхъ нерастворенныхъ частичекъ.
Отъ этихъ, какъ и отъ другихъ еще условій, зависитъ столь
различная прозрачность, какъ и цвѣтъ озеръ, о чемъ мы
впослѣдствіи поговоримъ еще подробнѣе.
Особый классъ образуютъ соляныя озера. Они пред-
ставляютъ собою замкнутые бассейны, дно, которыхъ покры-
то солью или которые сообщаются съ соляными источни-
ками.
Самымъ извѣстнымъ изъ этихъ озеръ является такъ на-
зываемое Мертвое море въ Палестинѣ, наиболѣе богатое со-
держаніемъ соли. Сто частей этой воды содержатъ по Гме-
лину 24,5 частей нѣсколькихъ солей, среди которыхъ глав-
ныя составныя части составляютъ хлористая магнезія (11,8)
и хлористый натрій (7,1).
Морская вода тоже содержитъ большія количества
— 165 —
поваренной соли, горькой соли и хлористаго магнія; поэто-
му она имѣетъ горкій вкусъ и для питья не годится. Въ от-
личіе отъ нея вода источниковъ и рѣкъ называется прѣс-
ной водой. Вода устьевъ рѣкъ бываетъ смѣшана изъ соля-
ной и прѣсной воды и потому называется соляно-прѣсной
водой.
Морская вода содержитъ растворенныхъ веществъ отъ
3,32% (Баффиновъ заливъ) до 3,65% (Антлантическій океанъ
отъ 0° до 30° южной широты) и въ среднемъ—3,43%. Ея
удѣльный вѣсъ бываетъ не ниже 1,027 и не выше 1,030, и
въ среднемъ—1,029.
Цвѣтъ водяныхъ массъ въ высшей степени различенъ. Въ
особенности различенъ цвѣтъ озеръ. Прежде всего этотъ
цвѣтъ зависитъ отъ цвѣта самой воды. Чѣмъ чище
она, тѣмъ болѣе красивый синеватый цвѣтъ она имѣетъ,
если только она имѣетъдостаточную глубину. Примѣрами
такихъ озеръ является- Женевское озеро, Ахенское озеро и
многія др. Имѣетъ красивый синій цвѣтъ и Адріатическое
море.
Плавающія въ водѣ м инерал ьныя частицы при-
даютъ ей болѣе или менѣе сѣроватый или бѣловатый цвѣтъ
и уменьшаютъ ея прозрачность. Сюда относятся большин-
ство рѣкъ, а также и тѣ озера, въ которыя впадаютъ шумно
несущіеся потоки. Бѣлое озеро въ Каринтіи обязано этимъ
своимъ названіемъ своему цвѣту. Растворенныя органи-
ческія вещества, встрѣчающіяся особенно часто въ озерахъ,
берега которыхъ покрыты болотами или торфомъ, придаютъ
водѣ, въ зависимости отъ цвѣта и количества растворенна-
го вещества, желтоватый или темно-бурый цвѣтъ. Отъ смѣ-
шенія этого цвѣта съ цвѣтомъ самой воды получаются са-
мыя разнообразныя смѣси отъ свѣтлаго желтовато-зеленаго
цвѣта до синевато-зеленаго и буро-чернаго цвѣта. Такъ
напримѣръ, Тегеренское озеро—свѣтло-зеленаго цвѣта, Ко-
ролевское озеро—синевато-зеленаго цвѣта и Черное озеро въ
Тироли—буро-чернаго цвѣта.
Цвѣта эти измѣняются еще отчасти въ зависимости отъ
отражающихся въ водѣ береговъ и неба и отчасти въ зависи-
мости отъ цвѣта дна или находящихся на немъ растеній.
Само отраженіе тоже бываетъ различнымъ въ зависи-
мости отъ того, находится ли поверхность воды совершенно
въ покоѣ или она слегка волнуется или покрыта значитель-
ными волнами. Отраженіе тѣмъ болѣе вліяетъ на цвѣтъ
воды, чѣмъ поверхность воды болѣе гладка. Такъ, озеро ка-
жется бѣлымъ, когда въ немъ отражаются бѣлыя облака
или снѣжныя поля, чернымъ—когда въ немъ отражаются
темные, тѣнистые лѣса, синимъ,—когда въ немъ отражается
синее небо, краснымъ, оранжевымъ, желтымъ—когда въ немъ
отражается утренняя или вечерняя заря.
— 166 —
Эти отраженные цвѣта смѣшиваются съ собственнымъ
цвѣтомъ воды или дна и отсюда получаются тѣ непрестанно
смѣняющіеся переливы цвѣтовъ, которые такъ восхищаютъ
глазъ наблюдателя. Цвѣтъ дна дѣлается болѣе замѣтнымъ у
берега, гдѣ глубина наименѣе велика; благодаря ему озеро
получаетъ красивыя цвѣтныя каймы, цвѣтъ которыхъ посте-
пенно переходитъ въ цвѣтъ болѣе глубокихъ мѣстъ озера.
Какое вліяніе имѣетъ на цвѣтъ воды легкая муть, мы
разсмотримъ ниже въ оптикѣ (въ концѣ 70 лекціи).
ЛЕКЦІЯ ДВАДЦАТЬ ШЕСТАЯ.
Вѣсъ воздуха и другихъ газовъ.
Намъ очень легко убѣдиться, что мы окружены очень
тонкимъ веществомъ, которое мы называемъ воздухомъ.
Правда, мы не можемъ его осязать или взять въ руки, какъ
какое нибудь твердое тѣло или жидкость, но зато мы тот-
часъ чувствуемъ его, когда онъ движется. Очень сильный
вѣтеръ мѣшаетъ намъ ходить и даже въ состояніи иногда
перевернуть насъ. Когда мы быстро двигаемъ кусокъ бумаги
или вѣеръ, мы чувствуемъ нѣкоторое сопротивленіе, полу-
чающееся отъ того, что мы массу воздуха приводимъ въ
движеніе. Мы вдыхаемъ и выдыхаемъ воздухъ и можемъ
привести его въ быстрое движеніе дуновеніемъ. На основа-
ніи всего этого можно заключить, что воздухъ, подобно
всѣмъ другимъ массамъ, имѣетъ опредѣленный вѣсъ, т. е.,
что онъ притягивается къ землѣ; но непосредственно мы
этого не замѣчаемъ. Попытаемся, поэтому, прямо взвѣсить воз-
духътакъ, какъ это впервые попытался сдѣлать, какъ разска-
зываютъ, Аристотель. Беремъ животный пузырь, сжимаемъ
его, чтобы вытѣснить совершенно воздухъ, и затѣмъ взвѣ-
шиваемъ на хорошихъ вѣсахъ вмѣстѣ съ ниткой. Оставивъ
на вѣсахъ, положенныя для взвѣшиванія, гирьки, мы сни-
маемъ съ другихъ чашекъ нашъ пузырь, наполняемъ его
съ помощью мѣховъ *) воздухомъ, завязываемъ его ниткой
и вновь кладемъ на чашку вѣсовъ. На вѣсахъ вновь уста-
навливается равновѣсіе. Отсюда какъ будто слѣдуетъ, что
воздухъ не имѣетъ вѣса. Такое заключеніе было бы однако
неправильно.
*) Если вдувать воздухъ ртомъ, то туда можетъ легко попасть нѣко-
торая влага, что можетъ вызвать нѣкоторую хотя и незначительную
ошибку.
— 167 —
Физики устраиваютъ этотъ опытъ инымъ образомъ. Они
взвѣшиваютъ стеклянный балонъ, снабженный краномъ, сна-
чала съ воздухомъ, потомъ безъ воздуха; для выкачиванія
воздуха они пользуются воздушнымъ насосомъ. Они полу-
чаютъ очень значительную разницу въ вѣсѣ, и именно для
литра воздуха (при 0° Ц. и нормальномъ давленіи) 1,293
грамма.
Чѣмъ же объяснить то, что нашъ опытъ съ животнымъ
пузыремъ не даетъ никакихъ результатовъ? Объяснимъ это
сейчасъ, хотя, собственно говоря, этотъ вопросъ долженъ
былъ бы быть обсужденъ въ другомъ мѣстѣ.
Когда мы говорили о капельно-жидкихъ тѣлахъ, мы по-
казали, что всякое тѣло теряетъ въ нихъ какъ будто такую
часть своего вѣса, сколько вѣситъ вытѣсняемая имъ жид-
кость. То же можно сказать о воздухѣ: и въ немъ всякое
тѣло какъ будто теряетъ такую часть своего вѣса, сколько
вѣситъ вытѣсняемый имъ воздухъ. Поэтому, когда мы на-
полняемъ воздухомъ пузырь въ одинъ литръ емкости, по-
слѣдній, конечно, становится тяжелѣе на 1,293 грамма, но
такъ какъ онъ въ этомъ случаѣ вытѣсняетъ одинъ литръ
воздуха, то онъ и теряетъ какъ будто въ вѣсѣ 1,293 грамма,
т. е. теряетъ столько, сколько вѣситъ воздухъ, находящійся
въ пузырѣ. Когда же берутъ стеклянный балонъ, дѣло об-
стоитъ иначе: такъ какъ стекло—твердое вещество, то нашъ
сосудъ при обоихъ взвѣшиваніяхъ вытѣсняетъ одинаковое
количество воздуха и потому теряетъ равную часть своего
вѣса, такъ что эта разница не имѣетъ значенія для опре-
дѣленія разницы въ вѣсѣ.
Мы выше сказали, что одинъ литръ воздуха вѣситъ
1,293 грамма. Отсюда видно, что воздухъ вовсе не такъ
легокъ, какъ мы обыкновенно себѣ это представляемъ.
Одинъ кубическій метръ воздуха вѣситъ, слѣдовательно, 1,293
килограмма, а воздухъ комнаты въ 5X6 метровъ площади
и 4 метра высоты вѣситъ 4X5X6X1,293=120X1,293=155,16
килограмма, т. е. приблизитлеьно столько, сколько вѣсятъ
два взрослыхъ человѣка. Если этотъ воздухъ не опускается
на полъ комнаты, какъ это дѣлаетъ пыль, то причина этого
заключается въ особомъ свойствѣ частицъ воздуха. Имъ, по
этому, приписывается то свойство, что онѣ взаимно отталки-
ваются. По этой же причинѣ воздухъ, какъ и всѣ другіе
газы, занимаетъ всякое доступное ему пространство и рав-
номѣрно наполняетъ его, тогда какъ капельно-жидкія тѣла
занимаютъ лишь нижнюю часть, ограничиваясь сверху го-
ризонтальной плоскостью.
Вѣсъ воздуха не всегда однако одинаковъ. Есть воздухъ
болѣе легкій, чѣмъ тотъ, который насъ окружаетъ, какъ и
воздухъ болѣе тяжелый. Докажемъ это парой очень про-
стыхъ опытовъ.
— 168
Беремъ изъ кухни бутылку съ уксусомъ и пригоршню
соды, употребляющейся часто въ качествѣ примѣси къ водѣ
при мойкѣ половъ и т. д. Можно вмѣсто соды ваять нѣ-
сколько кусковъ мѣла, такъ какъ и тутъ и тамъ содержится
то вещество, которое химики называютъ двуокисью угле-
рода или углекислотой. Вещество это въ содѣ соединено
съ натріемъ, а въ мѣлѣ—съ окисью кальція; чтобы полу-
чить его изъ этихъ соединеній, мы дѣйствуемъ на эти ве-
щества болѣе крѣпкой кислотой—уксусной, которая и вы-
тѣсняетъ углекислоту х).
Мы помѣщаемъ легкій стеклянный сосудъ на одну чашку
вѣсовъ и, накладывая гирьки на другую чашку, устанавли-
ваемъ на вѣсахъ равновѣсіе. Затѣмъ мы всыпаемъ соду
(или мѣлъ) въ другой сосудъ, наливаемъ сверху уксусную
кислоту и, когда въ немъ начинаетъ съ шипѣніемъ выдѣ-
Фиг. 168.
ляться углекислота, мы держимъ нашъ второй сосудъ надъ
первымъ (фиг. 168) такъ, какъ будто мы хотимъ что нибудь
слить изъ перваго во второй; это нужно сдѣлать очень
осторожно, чтобы уксусная кислота тоже не попала изъ пер-
ваго во второй сосудъ. Къ нашему удивленію, чашка съ со-
судомъ начинаетъ опускаться, какъ будто мы въ него вли-
ваемъ невидимую жидкость, которая болѣе тяжела, чѣмъ
находящійся въ немъ до этого воздухъ. Чтобы доказать, что
въ сосудѣ находится углекислота, мы пользуемся ея свой-
ствомъ препятствовать горѣнію и, слѣдовательно, тушить
*) Вмѣсто уксусной еіце цѣлесообразнѣе брать соляную кислоту. Если
выдѣленіе газа происходитъ слишкомъ бурно, то можно кислоту пред-
варительно развести въ водѣ.
— 169 —
огонь. На изогнутой проволокѣ или толстой иголкѣ мы укрѣ-
пляемъ свѣчку, зажигаемъ послѣднюю и опускаемъ въ
нашъ сосудъ Какъ только свѣчка опускается
на опредѣленную глубину (фиг. 169), она
сейчасъ же тухнетъ. Если въ нашемъ сосудѣ
собрано достаточно углекислоты, мы можемъ
ее переливать изъ одного сосуда въ другой
и, опуская въ каждый горящую свѣчку,
убѣждаться въ присутствіи ея. Если помѣ-
стить въ сосудъ нѣсколько свѣчекъ различ-
ной величины (фиг. 170), то раньше потух-
нетъ самая меньшая свѣчка, т. е. та, пламя
которой находится всего ниже.
Обыкновенный МЫЛЬНЫЙ Пузырь, НаПОЛНеН- Фиг. 169.
ный воздухомъ, легче такого же объема угле-
кислоты и поэтому онъ долженъ на ней плавать, какъ де
ревянный шарикъ плаваетъ
Мы беремъ большую
стеклянную чашку и, что-
бы получить въ ней угле-
кислоту, высыпаемъ на
дно нѣсколько ложекъ со-
ды и обливаемъ ихъ раз-
веденной въ водѣ уксус-
ной кислотой. Опуская въ
сосудъ горящую свѣчку
и замѣчая, на какой вы-
сотѣ она начинаетъ тух-
въ водѣ.
Фиг 170.
путь, мы узнаемъ, на ка-
кой глубинѣ находится
углекислота. Наконецъ, сосудъ почти полонъ ею; мы тогда
начинаемъ въ него вдувать съ по-
мощью соломиники мыльные пузы-
ри, діаметромъ въ 5—10 сант. Для
этого необходимо нѣкоторое умѣнье
и терпѣніе, такъ какъ пузыри не
должны коснутся края сосуда, чтобы
не разбиться (фиг. 171). Попавъ на
поверхность углекислоты, пузырь
немного подпрыгиваетъ, какъ упру-
гое тѣло, а затѣмъ плаваетъ на по-
верхности, пока не лопнетъ.
Точныя взвѣшиванія показали,
что углекислота, при прочихъ рав- фиг. 171.
ныхъ условіяхъ (температуры и да-
вленія), въ 1,52 раза тяжелѣе воздуха. Это выражаютъ такъ:
„удѣльный вѣсъ углекислоты, отнесенный къ воздуху,=1,52“.
Относительно воды ея удѣльный вѣсъ=0,002.
170 —
Въ глубокихъ колодцахъ, какъ и въ погребахъ, въ ко-
торыхъ бродитъ вийо, часто накопляются значительныя ко-
личества углекислоты: попавъ въ такія мѣста, человѣкъ за-
дыхается, такъ какъ ему нечѣмъ дышать. Извѣстна также
такъ называемая собачья пещера у Неаполя, наполненная
этимъ газомъ до извѣстной высоты. Этотъ уровень гораздо
ниже роста человѣка и потому послѣдній, попавъ въ пеще-
ру, можетъ свободно дышать, тогда какъ собака, попавъ въ
нее, начинаетъ задыхаться.
Описанные опыты происходятъ такъ, какъ будто углеки-
слота есть жидкость, но только болѣе легкая, чѣмъ вода.
Въ дѣйствительности это не такъ. Правда, углекислота можетъ
быть превращена въ жидкость, но въ томъ состояніи, въ кото-
ромъ мы съ ней познакомились, она—не жидкость, а газъ. Если
мы вливаемъ въ сосудъ воду или масло, то жидкости эти не
смѣшиваются, а, когда мы, взболтавъ сосудъ, смѣшиваемъ
ихъ, онѣ постепенно вновь раздѣляются, причемъ болѣелегкое
масло всплываетъ вверхъ, а болѣе тяжелая вода опускается
на дно сосуда. Если мы наливаемъ слой спирта на слой
воды, эти двѣ жидкости постепенно (въ теченіе нѣсколькихъ
часовъ) смѣшиваются и, разъ смѣшанныя, болѣе не раздѣ-
ляются. Если мы помѣщаемъ въ сосудъ слой воздуха надъ
слоемъ углекислоты, эти два газа въ нѣсколько минутъ
смѣшиваются и не раздѣляются больше. Этотъ процессъ на-
зывается диффузіей. Но вода со спиртомъ образуетъ хими-
ческое соединеніе, тогда какъ воздухъ съ углекислотой не
образуетъ такого соединенія: мельчайшія частицы (молеку-
лы) обоихъ газовъ размѣщаются независимо другъ отъ друга
въ общемъ пространствѣ.
Познакомимся теперь еще съ какимъ нибудь газомъ, но
уже болѣе легкимъ, чѣмъ воздухъ. Если въ нашемъ распо-
ряженіи имѣется свѣтильный газъ, можно воспользоваться
и имъ, а въ противномъ случаѣ мы пользуемся водоро-
домъ.
Чтобы получить этотъ газъ, обливаютъ цинковыя опилки
разведенной сѣрной или соляной кислотой. Если нѣтъ подъ
рукой этихъ веществъ,, можно вмѣсто цинка брать желѣзо
(гвозди), а вмѣсто сѣрной кислоты — крѣпкую уксусную
кислоту.
Какъ опредѣлить удѣльный вѣсъ свѣтильнаго газа или
водорода? Для этого необходимо ихъ взвѣсить, но если по-
мѣстить ихъ въ сосудъ съ отверстіемъ вверхъ, какъ мы это
дѣлали при опредѣленіи удѣльнаго вѣса углекислоты, газы
эти тотчасъ же улетучатся, такъ какъ они легче воздуха.
Намъ необходимо, поэтому, повернуть сосудъ отверстіемъ
внизъ на чашку вѣсовъ и установивъ, какъ мы это дѣлали
раньше, равновѣсіе или, какъ говорятъ, старировавъ сосудъ,
мы передвигаемъ его въ краю чашки вѣсовъ такъ, чтобы
_ 171 —
образовалась щель шириной около одного сантиметра и, под-
ставивъ къ этой щели бутылку съ газомъ, заставляемъ его,
какъ болѣе легкій, подниматься въ сосудъ. Если у насъ
подъ рукой трубка съ свѣтильнымъ газомъ мы приставляемъ
къ щели трубку и, открывъ кранъ, вводимъ газъ въ сосудъ.
Если опытъ устраивается съ водородомъ, мы наполняемъ
склянку на одну треть цинковыми или желѣзными опилка-
ми и разведенной кислотой и подставляемъ отверстіе склян-
ки къ щели (фиг. 172). По истеченіи нѣкотораго времени
мы отнимаемъ аппаратъ, наполняющій нашъ сосудъ газомъ,
передвигаемъ этотъ сосудъ на чашкѣ, чтобы совершенно
закрыть щель и тотчасъ же убѣждаемся въ томъ, что рав-
новѣсіе нарушено: чашка съ сосудомъ стала легче '). Если
теперь перевернуть сосудъ отверстіемъ вверхъ, нашъ газъ,
какъ болѣе легкій, тотчасъ же улетучится, сосудъ напол-
нится воздухомъ и прежнее равновѣсіе возстановится.
И свѣтильный газъ и водородъ не
поддерживаютъ горѣнія, но сами го-
рятъ и, смѣшанные съ воздухомъ,
даютъ взрывчатыя газовыя смѣси. Д
Когда сосудъ, наполненный однимъ
изъ этихъ двухъ газовъ, передвинутъ /
еще къ краю чашки, образуя съ нимъ
упомянутую щель, намъ не трудно
убѣдиться въ томъ, что газъ самъ го-
рючъ, но не поддерживаетъ горѣнія: Н^Иі
если внести въ эту щель горящую
свѣчку, она тотчасъ же потухнетъ,
но самъ газъ загорается и съ легкимъ
трескомъ вырывается наружу. Зажечь
водородъ у отверстія стклянки не
трудно, но при этомъ необходимо пред-
варительно провѣрить, вытѣсненъ ли фиг 172
изъ нея весь воздухъ, такъ какъ
иначе можетъ произойти довольно сильный взрывъ. Впро-
чемъ, весь этотъ опытъ относится къ химіи и мы по-
этому не будемъ останавливаться дальше на его подробно-
стяхъ. Мы пользуемся здѣсь горючестью водорода только
для того, чтобы показать присутствіе его въ сосудѣ послѣ
того, какъ мы его сняли съ вѣсовъ.
Съ помощью водорода или свѣтильнаго газа легко обра-
зовать мыльные пузыри, которые будутъ быстро взлетать
вверхъ на довольно значительную высоту. Для этого стоитъ
*) Въ учебныхъ заведеніяхъ пользуются для зтого высоко подвѣ-
щенноА чашкой вѣсовъ съ отверстіемъ по серединѣ; сосудъ подстав-
ляютъ подъ это отверстіе и тогда легче провести въ него соотвѣт-
ствующій газъ.
— 172 —
прикрѣпить къ склянкѣ, въ которой образуется водородъ,
каучуковую трубку, а второй конецъ ея помѣстить въ мыль-
ную воду. И это обстоятельство доказываетъ, что эти газы
легче воздуха. Эти мыльные пузыри можно и зажигать.
Точныя изслѣдованія показали, что чистый водородъ въ
14 разъ легче воздуха, т. е., что его удѣльный вѣсъ отно-
сительно воздуха=0,069.
Въ заключеніе даемъ таблицу удѣльнаго вѣса нѣкото-
рыхъ важныхъ газовъ.
Удѣльный вѣсъ относительно:
Названіе газа: Воды: Воздуха:
Воздухъ 0,001293 1
Азотъ 0,001251 0,9672
Кислородъ .... 0,001429 1,1052
Водородъ 0,000090 0,0692
Хлоръ...... 0,003190 2,450
Амміакъ . ’ . . . . 0,000762 0,589
Хлороводородъ . . 0,001613 1,247
Окись углерода . . 0,001251 0,967
Углекислота. . . . 0,001965 1,520
ЛЕКЦІЯ ДВАДЦАТЬ СЕДЬМАЯ.
Опытъ Торичелли. Воздушное давленіе. Барометры различныхъ системъ.
Анероиды. Пользованіе барометромъ для опредѣленія высоты мѣста
и предсказыванія погоды.
Всѣ тѣла, какъ мы узнали въ предыдущей лекціи, имѣ-
ютъ вѣсъ, т. е. притягиваются землей. Нашъ воздухъ есть
тоже физическое тѣло и, слѣдовательно, имѣетъ вѣсъ. Этимъ
объясняется тотъ фактъ, что воздухъ не разсѣевается въ
міровомъ пространствѣ, а остается близъ поверхности земли.
Высоту атмосферы считаютъ равной приблизительно 75—80
километрамъ (километръ имѣетъ немного менѣе версты).
По этой же причинѣ воздухъ, какъ и всѣ другія тѣла, про-
изводитъ давленіе на другія тѣла. Благодаря подвижности
его частичекъ, давленіе воздуха равномѣрно распростра-
няется во всѣ стороны, подобно давленію капельно-жидкихъ
тѣлъ. Является вопросъ: какъ велико это давленіе? чему
равно давленіе воздуха на квадратный сантиметръ поверх-
ности? Чтобы отвѣтить на этотъ вопросъ, попробуемъ найти
высоту столба какой нибудь жидкости, вѣсъ • котораго мо-
жетъ уравновѣсить искомое давленіе воздуха. Отыскивая
— 173 —
эту высоту, мы повторяемъ знаменитый опытъ, который впер-
вые произвелъ Вивіани по совѣту Торичелли въ 1643 году
во Флоренціи. Беремъ стекляную трубку приблизительно въ
90 сантиметровъ длины, 10—20 милиметровъ ширины, съ
однимъ концомъ запаяннымъ, а другимъ—открытымъ. На-
полнивъ ее чистой ртутью и закрывъ отверстіе пальцемъ,
мы переворачиваемъ трубку отверстіемъ внизъ и опускаемъ
ее въ чашку съ ртутью. Поставивъ трубку въ вертикаль-
номъ положеніи, мы отымаемъ палецъ, послѣ чего ртуть тот-
часѣ же опускается въ ней до высоты приблизительно въ
76 сантиметровъ (фиг. 173). Высота эта совершенно не за-
Фиг. 173.
Фиг. 174.
виситъ отъ ширины или длины трубки, но измѣняется съ
измѣненіемъ мѣста и, въ особенности, въ зависимости отъ
высоты мѣста надъ уровнемъ моря, а также съ измѣненіемъ
погоды. Такой приборъ называется торичелліевой труб-
кой. Если къ нему прикрѣпитъ масштабъ и сдѣлать его
удобнымъ для переноски, мы получимъ приборъ, который
называется барометромъ (фиг. 174).
Пространство въ трубкѣ надъ ртутью совершенно ничѣмъ
не наполнено (торичелліева пустота). Да и что тамъ можетъ
быть? Вѣдь трубка была раньше вся наполнена ртутью, а,
— 174 —
когда послѣдняя опустилась, на ее мѣсто не могло же про-
никнуть въ трубку какое нибудь другое вещество. Разъ же
тамъ нѣтъ никакого вещества, то вершина ртутнаго столба
трубки не испытываетъ никакого давленія, между тѣмъ какъ
на поверхность ртути въ чашкѣ давитъ воздухъ. Только
этимъ давленіемъ можно объяснить тотъ фактъ, что не вся
ртуть внутри трубки опускается внизъ въ чашку. Отсюда
слѣдуетъ, что давленіе этого ртутнаго столба равно давле-
этого ртутнаго столба равно давле-
нію воздуха. Мы сказали уже, что
высота этого столба приблизительно
равна 76 сантиметрамъ. Если бы
поперечный разрѣзъ стеклянной
трубки былъ равенъ одному квад-
ратному сантиметру, количество
ртути въ ртутномъ столбѣ состав-
ляло бы 76 куб. сантиметровъ, а
такъ какъ каждый кубическій сан-
тиметръ ртути вѣситъ 13,596 гр., то
вѣсъ всего ртутнаго столба былъ
бы равенъ 13,596 гр.Х76=1,О334
килогр. Такимъ образомъ мы мо-
жемъ сказать, что давленіе' воздуха
на одинъ квадратный сантиметръ
составляетъ немного болѣе одного
килограмма, а такъ какъ въ одномъ
квадратномъ метрѣ 10000 квадрат-
ныхъ сантиметровъ, то давленіе
воздуха на-квадратный метръ со-
ставляетъ свыше 10000 килограммъ
или десяти тоннъ (тонна приблизи-
тельно=61 пуду). Крышѣ дома сред-
ней величины, не болѣе 200 квад-
ратныхъ метровъ, приходится вы-
держать давленіе въ 2000 тоннъ.
Съ перваго взгляда это можетъ по-
казаться невозможнымъ, но дѣло-
слѣдуетъ, что
то въ томъ, что воздухъ подъ
<>иг’ крышей, какъ и во всемъ домѣ,
производитъ то же давленіе, такъ что одно давленіе урав-
новѣшивается другимъ, имѣющимъ противоположное на-
правленіе. И въ порахъ твердыхъ тѣлъ, какъ и въ поло-
стяхъ тѣла человѣка, животныхъ и растеній находится воз-
духъ съ тѣмъ же давленіемъ, которое и уравновѣшиваетъ
давленіе наружнаго воздуха и тѣмъ предупреждаетъ' сжатіе
тѣлъ. Этимъ объясняется также тотъ фактъ, что высота ртути
въ барометрѣ одна и та же въ комнатѣ и подъ открытымъ
небомъ, не смотря на то, что высота воздушнаго столба въ
комнатѣ не превышаетъ нѣсколькихъ метровъ.
— 175 —
Барометръ есть очень важный инструментъ. Есть мно-
жество формъ устройства барометра, но мы здѣсь разскажемъ
только о нѣсколькихъ наиболѣе употребительныхъ его фор-
махъ. Мы разскажемъ, какъ они устроены и какъ съ ними
надо обращаться. Барометръ на фиг. 174 называется баро-
метромъ съ чашечкой. Онъ не совсѣмъ удобенъ для пере-
носки. Болѣе удобны для переноски:
барометръ Фортеня, сифонный и груше-
видный барометръ. Въ первомъ (фиг. 175)
стеклянная трубка помѣщена въ латун-
ной трубкѣ, на которой укрѣплена и
шкала а. Нижняя часть трубки примы-
каетъ къ сосуду съ ртутью. Дно этого
сосуда сдѣлано изъ замши е и винтомъ
« можетъ быть приподнято вверхъ и
опущено внизъ. Начальный пунктъ шка-
лы составляетъ остріе г, спускающееся
съ верхней части сосуда. Чтобы начать
отсчитываніе необходимо раньше, вра-
щая винтъ з внизъ, опустить замшевое
дно то тѣхъ поръ, пока поверхность рту-
ти только будетъ касаться острія г. Когда
же хотятъ перенести барометръ съ одного
мѣста на другое, необходимо, повора-
чивая винтъ, поднять замшевое дно до
тѣхъ поръ, пока сосудъ не наполнится
весь ртутью. Чтобы воздухъ могъ про-
изводить свое давленіе на ртуть, зам-
шевое дно должно быть опущено до
соприкосновенія поверхности ртути съ
остріемъ г и въ сосудѣ должно быть
еще отверстіе о. Когда это отверстіе за-
крыто, инструментъ можно положить въ
горизонтальномъ положеніи и даже пе-
ревернуть. Когда этого приспособленія
нѣтъ, барометра нельзя никогда поло-
жить въ горизонтальномъ положеніи,
чтобъ въ него не проникъ воздухъ. Уже
не одинъ барометръ былъ испорченъ не-
свѣдущими служанками во время убор-
ки. Въ такомъ случаѣ приходится напол-
нить барометръ ртутью* сызнова; но чтобы
Фиг. 176. Фиг. 177.
совершенно удалить воздухъ и влагу, приходится нагрѣвать
ртуть въ самой трубкѣ и потому исправленіе барометра
представляетъ собой дѣло далеко нелегкое.
Проще и нагляднѣе устройство сифоннаго баро-
метра. На фиг. 176 изображена болѣе простая его форма,
а на фиг. 177 болѣе усовершенствованная. Роль наружнаго
— 176 —
сосуда въ барометрѣ Фортеня здѣсь исполняетъ открытое
колѣно. Нуль шкалы, отъ которой здѣсь обыкновенно
бываетъ только часть, находится у «. Если воздушное да-
вленіе повышается или понижается, то понижается или
подымается и ртуть въ короткомъ колѣнѣ и необходимо
передвинуть или шкалу съ нулемъ, или трубку такъ, чтобы
уровень ртути вновь совпалъ съ нулемъ. Въ барометрѣ,
изображенномъ на фиг. 176, трубка можетъ быть припод-
нята или опущена съ помощью винта 5. Въ барометрѣ,
изображенномъ на фиг. 177, такого приспособленія нѣтъ.
Дѣленія нанесены на стеклянной трубкѣ, а нуль находится
ниже нижняго ртутнаго мениска. Всякій разъ приходится
отсчитать вершины обоихъ менисковъ и изъ большаго вы-
честь меньшее. Какъ видно изъ рисунка, трубка такъ изо-
гнута, что нижнее и верхнее колѣно находятся
на одной вертикальной линіи, а средняя часть
трубки сужена. Спрашивается, не можетъ ли это
привести къ ошибкѣ? Очевидно нѣтъ, такъ какъ
давленіе жидкости не зависитъ отъ формы сосуда,
а отъ высоты и дна его. А между тѣмъ суженіемъ
сосуда мы дѣлаемъ инструментъ легче и эко-
номимъ на ртути. Съ другой стороны тамъ, гдѣ
должна быть отсчитана высота менисковъ, трубка
должна имѣть въ діаметрѣ не меньше 12 мил-
лиметровъ, такъ какъ иначе легко можетъ воз-
никнуть ошибка изъ - за капллярности трубки. Въ
случаѣ же сифоннаго барометра этой ошибки всего
меньше слѣдуетъ опасаться: ошибка наверху и
внизу почти равна, такъ что одна ошибка компен-
сируется другой. И сифонный барометръ можетъ
быть устроенъ такъ, чтобы было удобно его пе-
реносить. На фиг. 177 мы видимъ рядомъ съ тру-
бой барометра и термометръ. Какъ мы это пока-
жемъ въ ученіи о теплотѣ, этотъ термометръ необхо-
димъ для точности измѣренія воздушнаго давленія.
Фиг. 178. Грушевидный барометръ (фиг. 178) не
употребляется при научныхъ изслѣдованіяхъ; онъ служитъ
лишь для случайныхъ наблюденій колебаній воздушнаго
давленія и для предсказанія погоды. Колебаніями мениска
въ грушевидномъ наружномъ колѣнѣ пренебрегаютъ. Чтобы
довести возникающую отсюда ошибку до ‘ минимума, ста-
раются брать возможно болѣе узкую трубку, что кромѣ того
также удешевляетъ инструментъ, но за то возможность
ошибки отъ капиллярности трубки увеличивается.
Ртутные барометры очень ломки и вслѣдствіе своей зна-
чительной длины неудобны. Это обстоятельство побудило
строить и такіе приборы для измѣренія воздушнаго давле-
нія, которые не содержатъ ртути. Приборы эти извѣстны
— 177 —
подъ именемъ анероидовъ, металлическихъ барометровъ.
Инструменты эти бываютъ двухъ родовъ. Наиболѣе просто
устройство барометра, изображеннаго на фиг. 179 (система
Бурдона). Въ основаніи этого устройства барометра лежитъ
тотъ фактъ, что въ изо-
гнутой трубкѣ (фиг. 180)
концы еще болѣе сходят-
ся, когда внѣшнее давле-
ніе усиливается, и расхо-
дятся, когда это давле-
ніе уменьшается. Трубка
АВо укрѣплена въ точкѣ
В; концы Ли С закрыты
и соединены съ системой
рычаговъ АЕВС.
Когда давленіе возду-
ха возрастаетъ, то концы
А и С сближаются и дви-
гаютъ рычагъ ЕВ вмѣстѣ
съ сегментомъ ік влѣво,
вслѣдствіе чего стрѣлка
поворачивается вправо.
Чтобы измѣненія въ тем-
пературѣ воздуха, нахо-
дящагося въ трубкѣ, не
вліяли на результатъ, его хорошенько выкачиваютъ и трубку
закрываютъ такъ, чтобы воздухъ въ нее не проникъ. При
ослабленіи давленія стрѣлка дѣйствіемъ спиральной пру-
жины кк возвращается напреж-
нее мѣсто. На кругѣ имѣется
шкала, части которой соотвѣт-
ствуютъ опредѣленному, уста-
новленному заранѣе числу
миллиметровъ обыкновеннаго
барометра.
Нѣсколько сложнѣе устрой-
ство, но зато точнѣе показа-
нія металлическаго барометра
Види (фиг. 181). Его устрой-
ство основано на томъ фактѣ,
что упругая крышка плоской
коробки К, изъ которой выка-
чанъ воздухъ, давленіемъ воз-
духа вдавливается внутрь коробки. Этому давленію про-
тиводѣйствуетъ изогнутая стальная пружина Р, прикрѣплен-
ная съ одной стороны къ подставкѣ В, а съ другой стороны
къ серединѣ крышки коробки 2И. Дѣло сводится къ равно-
вѣсію между этими двумя силами. Когда воздушное давле-
— 178 —
ніе усиливается, равновѣсіе нарушается, крышка больше
вдавливается, пока болѣе напряженная пружина вновь не
возстановляетъ равновѣсія. Это движеніе внутрь рычагами
т и У переносится на ось г, а затѣмъ рычагомъ і на свобод-
ную цѣпочку 8, навернутую на ось стрѣлки. Дѣйствіемъ
спиральной пружины, связанной съ этой осью, стрѣлка
двигается вправо, насколько возможно. При уменьшеніи
воздушнаго давленія цѣпочка натягивается и стрѣлка дви-
гается влѣво.
Къ сожалѣнію эти, инструменты, и въ особенности деше-
вые сорта ихъ, не такъ точны и надежны, какъ хорошій
барометръ.
Для чего служитъ барометръ?
Фиг. 181.
Мы можемъ сдѣлать изъ него главнымъ образомъ троякое
примѣненіе:
Во-первыхъ, барометръ нуженъ физику при многочислен-
ныхъ опытахъ и измѣреніяхъ, находящихся въ связи съ
давленіемъ воздуха.
Во-вторыхъ, мы съ помощью барометра измѣряемъ высоту
мѣста. Чѣмъ выше мы подымаемся надъ уровнемъ моря,
тѣмъ меньше становится столбъ воздуха, находящійся
надъ нами, а потому и тѣмъ меньше давленіе воздуха. Не
слѣдуетъ однако думать, что давленіе воздуха уменьшается
равномѣрно. Начиная съ берега моря, барометръ падаетъ на
одинъ миллиметръ при поднятіи на 10 метровъ, но, когда
мы достигаемъ высоты въ 4300 метровъ надъ уровнемъ моря,
барометръ падаетъ на одийъ миллиметръ при поднятіи на
179 —
16,8 метровъ. Дѣло въ томъ, что верхніе слои воздуха
давятъ на нижніе, вслѣдствіе чего послѣдніе гуще и потому
тяжелѣе. Такимъ образомъ вычисленіе мѣста по положенію
барометра вовсе не такъ просто. Кромѣ того дѣйствуетъ на
плотность воздуха и, слѣдовательно, на его давленіе тем-
пература воздуха. Наконецъ, на одномъ и томъ же мѣстѣ
положеніе барометра измѣняется еще въ зависимости отъ
метеорологическихъ условій. Вслѣдствіе всего этого измѣ-
ренія разности высотъ двухъ мѣстъ только тогда до нѣко-
торой степени точны, когда барометръ наблюдается одновре-
менно на обоихъ мѣстахъ, напримѣръ у подошвы и на вер-
шинѣ какой нибудь горы. Если положеніе барометра на
верхней станціи обозначить буквой Ъо, положеніе его на
нижней станціи—буквой Ьи, среднюю температуру воздуха
между обѣими станціями—буквой Ь (подъ которой подразу-
мѣвается число градусовъ Ц.), то до высоты въ 1000 мет-
ровъ надъ уровнемъ моря можно пользоваться для вычис-
ленія высоты слѣдующей формулой:
Разность высотъ=16000 (14-0,004 0 метровъ *).
Для этихъ вычисленій пользуются обыкновенно заранѣе
составленными таблицами.
Въ - третьихъ, наконецъ, барометромъ пользуются для
предсказанія погоды.
Изъ опыта извѣстно, что значительное паденіе высоты
барометра очень часто является предвѣстникомъ бурной и
дождливой погоды, а зимой и предвѣстникомъ снѣга, тогда
какъ относительно высокое положеніе барометра указываетъ
на ясную погоду. Чтобы предсказаніе это было болѣе или
менѣе точно, должны быть приняты во вниманіе и осталь-
ныя метеорологическія явленія, какъ направленіе вѣтра,
степень влажности воздуха и его температура. Внезапное и
быстрое паденіе ртутнаго столба предвѣщаетъ большей
частью бурю и служитъ морякамъ предостереженіемъ; Болѣе
подробныя указанія относительно этого можно найти въ со-
чиненіяхъ по метеорологіи.
Вслѣдствіе этихъ примѣненій барометра на его скалѣ
часто бываютъ написаны слова: ясно, перемѣнно, дождь,
буря и т. д.
х) Для большихъ высотъ служитъ болѣе сложная формула:
Разность высотъ=18.450 (Іод Ъи —Іод Ъо ) (1+0,004 і).
— 180 —
ЛЕКЦІЯ ДВАДЦАТЬ ВОСЬМАЯ.
Законъ Бойль-Маріотта. — Манометръ, ливеръ и сходные съ нимъ
аппараты.—Сосудъ Маріотта.—Перемежающіеся фонтаны.
Сегодня мы познакомимся съ чрезвычайно важнымъ, но
очень простымъ закономъ, открытымъ въ 1649 г. англичани-
номъ Бойлемъ, и впослѣдствіи вновь открытымъ францу-
зомъ Маріоттомъ въ 1679 г. Законъ этотъ большею частью
называется именемъ этого послѣдняго физика—закономъ
Маріотта. Мы давно уже знаемъ, что воздухъ, какъ и вообще
всѣ газы, очень : _
Фиг. 182.
сжимаемъ, тогда какъ капельно-жидкія
тѣла, и среди нихъ въ особенности
вода, сжимаемы въ очень слабой сте-
пени. Намъ необходимо узнать, на какую
часть своего объема газъ сжимается,
когда давленіе, подъ которымъ онъ нахо-
дится, удваивается, утраивается и т. д.
Правда, у насъ нѣтъ средствъ самимъ
устроить соотвѣтствующій опытъ, но мы
можемъ, по крайней мѣрѣ, узнать, какъ
онъ устраивается.
Берется Г—образно-изогнутая, длин-
ная стеклянная трубка съ однимъ колѣ-
номъ короткимъ и замкнутымъ и дру-
гимъ—болѣе длиннымъ и открытымъ
(фиг. 182). Въ эту трубку вливается
немного ртути, которая, попавъ въ ко-
роткое колѣно, отдѣляетъ въ немъ не-
большое пространство, наполненное воз-
духомъ. Объемъ этого воздуха можетъ
быть измѣренъ съ помощью скалы, ко-
торая имѣется на трубкѣ. Предполо-
жимъ, что этотъ объемъ = 24 куб. сант.
Тутъ же наблюдается на барометрѣ высо-
та воздушнаго давленія. Предположимъ,
что она равна 73 сант. Затѣмъ допустимъ,
что высота ртути въ открытомъ колѣнѣ трубки на 2 сант.
больше, чѣмъ въ закрытомъ. Тогда нашъ воздухъ въ закры-
томъ колѣнѣ находится подъ общимъ давленіемъ 73 2 =
= 75 сант.
Теперь мы вливаемъ въ открытое колѣно столько ртути,
что воздухъ въ закрытомъ колѣнѣ занимаетъ только 12 куб.
сант., и вновь наблюдаемъ разницу высотъ ртути въ обоихъ
колѣнахъ.
Если опытъ произведенъ вполнѣ правильно, то эта раз-
ница въ высотѣ теперь должна быть равна 77 сант. При-
— 181 —
бавивъ сюда давленіе воздуха = 73, мы получимъ общее
давленіе = 77 -ь 73 — 150 сант., т. е. давленіе вдвое большее,
чѣмъ раньше. Итакъ, при увеличеніи давленія а ь
чѣмъ раньше. Итакъ, при увеличеніи давленія
вдвое, объемъ воздуха уменьшается вдвое. Тѣмъ
же способомъ можно установить, что при увели-
ченіи давленія втрое, вчетверо и т. д., объемъ
уменьшается втрое, вчетверо и т. д. Затѣмъ, тѣмъ
же способомъ можетъ быть доказано, что при
уменьшеніи давленія вдвое объемъ увеличивается
вдвое и т. д. Однимъ словомъ, давленіе обрат-
но пропорціонально объему или про-
изведеніе изъ давленія на объемъ есть
величина постоянная, если только темпе-
ратура воздуха не мѣняется и каждый разъ бе-
рутся одинаковыя количества его. Такъ какъ при
сжатіи воедухъ немного нагрѣвается, то во время
а
опытовъ необходимо всегда подождать, пока вновь
не установится прежняя температура. фиг- 183-
Примѣненія закона Маріотта безчисленны и мы
здѣсь разскажемъ. лишь о нѣкоторыхъ изъ нихъ.
Существуютъ особые приборы для измѣренія давленія
газа или пара, находящагося въ какомъ нибудь
закрытомъ сосудѣ. Эти приборы называютъ
манометрами. Различаютъ закрытые и от-
крытые манометры. На фиг. 183 изображенъ от-
крытый, а на фиг. 184 изображенъ закрытый
манометръ. Первый есть просто 17— образная
стеклянная труба, наполненная ртутью (для сла-
быхъ давленій ртуть замѣняетсяводой или мас-
ломъ). Если разница высотъ ртути въ обоихъ
колѣнахъ равна, напримѣръ, 40 сантиметрамъ,
а воздушное давленіе, отсчитанное на баромет-
Фиг. 184.
рѣ = 74 сантиметрамъ, то измѣренное давле-
ніе = 40 74 = 114 сантиметрамъ ртутнаго стол-
ба. Такъ какъ давленіе ртутнаго столба въ 76
сантиметровъ называется нормальнымъ давле-
ніемъ или „одной атмосферой", то 114
сантиметровъ ртутнаго столба = 1г/г атмосферъ.
Если вмѣсто ртути манометръ наполненъ водой,
то полученную разность высотъ необходимо еще
раздѣлить на 13,6, чтобы выразить ее въ высотѣ
ртути въ барометрѣ Часто желаютъ только узнать
излишекъ давленія въ сосудѣ сравни-
тельно съ давленіемъ наружнаго воздуха. Тогда
нѣтъ надобности наблюдать высоту ртути въ ба-
рометрѣ. Если жидкость манометра во внутреннемъ (корот-
комъ) колѣнѣ стоитъ выше, чѣмъ въ открытомъ, то при-
ходится эту высоту вычитывать изъ атмосфернаго давленія.
— 182 —
Для высокихъ давленій открытый манометръ становится
неудобнымъ, потому что приходится брать слишкомъ длин-
ную трубку. Болѣе удобенъ тогда закрытый манометръ
(фиг. 184), хотя онъ и менѣе точенъ. Здѣсь надъ замкну-
тымъ воздушнымъ пространствомъ имѣются дѣленія, пока-
зывающія, на какую свою часть уменьшился тотъ объемъ
находящагося въ немъ воздуха, который былъ при нормаль-
номъ давленіи, т. е. одной атмосферы. Если этотъ объемъ
уменьшился на 1/8, '/а, */«, давленіе равно 2,3,4 атмосферамъ.
Сюда слѣдуетъ еще прибавить давленіе ртутнаго столба,
Фиг. 185.
Фиг. 186.
если имъ не хотятъ пренебречь, что вполнѣ позволительно
при очень высокихъ давленіяхъ. Очевидно, что и здѣсь на-
ходитъ примѣненіе закона Маріотта.
Фиг. 185 изображаетъ открытый манометръ, часто встрѣ-
чающійся на неподвижныхъ паровыхъ котлахъ. Труба его
сЛе/ сдѣлана изъ желѣза и, слѣдовательно, непрозрачна,
такъ что прямо наблюдать высоту ртутнаго столба невоз-
можно. На поверхности ртутнаго столба болѣе длиннаго
открытаго колѣна трубки плаваетъ легкій грузъ; отъ него
— 183 —
отходитъ нитка, переброшенная черезъ роликъ д\ ко второму
концу нитки привязанъ маленькій грузъ со стрѣлкой, по-
казывающей на ска-
лѣ давленіе. Такъ
какъ ширина обоихъ
колѣнъ трубки, оди-
накова, то ртуть въ
открытомъ колѣнѣ
настолько же под-
нимается, насколько
она въ закрытомъ па-
даетъ, что и приня-
то во вниманіе при
установленіи дѣле-
ній скалы. Чаще
употребляются при
Фиг. 187.
паровыхъ котлахъ
манометры безъ рту-
Фиг. 188.
ти, устроенные по системѣ барометровъ-анероидовъ (фиг. 186).
Давленіе воздуха образуетъ основу множества явленій,
опытовъ и аппаратовъ.
Разскажемъ о нѣкото-
рыхъ изъ нихъ, болѣе
важныхъ.
Беремъ стаканъ съ
гладкими краями, напол-
няемъ его до верху водой,
покрываемъ сверху бу-
магой такъ, чтобы не оста-
валось ни одного пузырь-
ка воздуха, и, взявъ его
въ руку быстро и ловко
опрокидываемъ его (фиг.
187). Къ нашему изумле
нію вода не вытекать. Но
въ этомъ нѣтъ ничего уди-
вительнаго, если вспом-
нить, что воздушное дав-
леніе равно давленію
ртутнаго столба длиной
въ 76 сантиметровъ. Но
такому столбу соотвѣт-
ствуетъ столбъ воды,
длина котораго въ 13,6
раза больше, т. е. воз- Фиг. 189.
душное давленіе можетъ
выдержать давленіе водяного столба длиной около 10 метровъ,
а водяной столбъ въ нашемъ стаканѣ имѣетъ всего нѣ-
— 184 —
сколько сантиметровъ въ длину. Если при отсутствіи листа
бумаги вода вытекаетъ, то это происходитъ потому, что
вода и воздухъ могутъ, проникать другъ въ друга, мѣняться
мѣстами, а этому бумага мѣшаетъ. При нѣкоторой осторож-
ности опытъ удается даже въ томъ случаѣ, если вмѣсто бу-
маги взять кусокъ прозрачной сѣтчатой матеріи подъ име-
немъ тюля (фиг. 188). Можно этотъ опытъ соединить съ
другимъ, относящимся къ ученію о жидкостяхъ. Если ста-
канъ, наполненный водой, перевернуть надъ другимъ ста-
каномъ, наполненнымъ краснымъ виномъ такъ, чтобы жид-
кости соприкасались, то не пройдетъ и десяти минутъ, какъ
онѣ помѣняются мѣстами: вино, удѣльный вѣсъ котораго
меньше (такъ какъ оно содержитъ спиртъ) поднимается на-
верхъ и уступитъ свое мѣсто водѣ (фиг. 189).
Для слѣдующаго опыта мы должны отправиться въ вин-
ный погребъ. Чтобы получить изъ бочекъ пробы, мы поль-
зуемся, изображеннымъ на
фиг. 190 аппаратомъ, кото-
рый называется ливеромъ.
Если опустить этотъ аппа-
ратъ въ жидкость, закрыть
верхнее отверстіе пальцемъ
и затѣмъ вытащить, то на-
бравшаяся въ немъ жид-
кость не вытечетъ. Она на-
чинаетъ вытекать, когда мы
х отнимаемъ палецъ, такъ
I какъ тогда она находится
подъ давленіемъ не только
нижняго, но и верхняго
столба воздуха.
Если закрыть верхнее
былъ весь погруженъ въ жид-
Фиг. 190. Фиг. 191.
отверстіе раньше, чѣмъ ливеръ
кость, то еще до оставленія уровня жидкости часть ея вытека-
етъ изъ него. Это происходитъпотому, что оставшійся въ ливе-
рѣ воздухъ, давитъ на жидкость, вытѣсняя ее, но когда часть
жидкости вытекаетъ, воздухъ въ ливерѣ расширяется и его
давленіе уменьшается; когда это давленіе вмѣстѣ съ давле-
ніемъ столба жидкости становится равнымъ атмосферному дав-
ленію, жидкость перестаетъ вытекать. Другая форма того же
инструмента называется пипеткой. Пипеткой пользуются для
того, чтобы взять изъ сосуда нѣкоторое количество жидкости,
не нагибая его. Всякая хозяйка знаетъ, что вино изъ бочки
только тогда течетъ изъ открытаго крана, когда втулка, на-
ходящаяся на верхней сторонѣ бочки, немного пріоткрыта.
Въ случаѣ шипящихъ напитковъ, напримѣръ, пива, въ этомъ
нѣтъ надобности (по крайней мѣрѣ въ началѣ), потому что
на жидкость давитъ образующаяся углекислота. Но когда
— 185 —
бочка немного опорожняется, полезно все таки открыть,
чтобы изъ пива не выдѣлилось слишкомъ много углекисло-
ты и само пиво могло свободно вытекать иэъ бочки.
Сосудъ Маріотта (фиг. 191) есть простая стклянка Г съ
отверстіемъ о сбоку и недалеко отъ дна; верхнее отверстіе
стклянки плотно закрыто пробкой, черезъ которую проходитъ
открытая съ обоихъ концовъ трубка В.
Назначеніе сосуда—получить постоянное истеченіе
воды изъ отверстія о, причемъ истеченіе это можно сдѣлать
и болѣе сильнымъ и болѣе слабымъ. Будь стклянка наполнена
водой и не будь трубки Я, вода въ началѣ гораздо скорѣе
вытекала бы изъ отверстія о, чѣмъ къ концу, такъ какъ дав-
леніе водяного столба становилось бы все меньше. Иначе
обстоитъ дѣло, когда эта трубка вставлена. Тогда намъ при-
ходится отдѣльно разсматривать два различныхъ слоя воды:
слой надъ плоскостью, проходящей черезъ точку о', и дру-
гой слой отъ о' до о. Подъ какимъ давленіемъ находится
первый слой? Черезъ трубку И на него давитъ наружный
воздухъ, но ему противодѣйствуетъ давленіе водяного столба
о'п и воздуха, замкнутаго въ пространствѣ I. Отъ о' вверхъ
аппаратъ образуетъ,* поэтому нѣкоторый родъ ливера, въ
которомъ вода удерживается воздушнымъ давленіемъ про-
никающимъ черезъ трубку В у о'. Вслѣдствіе этого этотъ
слой воды не давитъ на слой между о’ и о. Послѣдній вы-
текаетъ поэтому только съ тою постоянной скоростью, ко-
торой соотвѣтствуетъ давленіе столба оо'. Поднимая и опуская
трубку Я, можно это давленіе увеличивать и уменьшать;
давленіе это равно нулю, когда о' находится на высотѣ о или
еще ниже. Такимъ образомъ мы можемъ истеченіе воды
сдѣлать и больше, и меньше или совершенно прекратить.
Когда водяной столбъ становится меньше, его мѣсто за-
нимаетъ воздухъ и пузырьками поднимается вверхъ; слой
воды о п становится меньше и зато воздушное давленіе въ I
становится больше, но сумма обоихъ давленій остается рав-
ной атмосферному давленію. Истеченіе воды продолжаетъ
оставаться постояннымъ до тѣхъ поръ, пока уровень п
остается выше о‘. Если пользоваться этимъ постояннымъ
истеченіемъ воды для того, чтобы изъ другой закрытой
стклянки вытѣснять воздухъ, мы можемъ получить постоян-
ный токъ воздуха. Затѣмъ у верхняго отверстія трубки В
мы можемъ получить постоянное насасывающее дѣйствіе.
Такимъ образомъ ясно, что сосудъ Маріотта при всей его
простотѣ есть аппаратъ въ высшей степени важный для
физика, который можетъ пользоваться имъ въ очень разно-
образныхъ случаяхъ.
На принципѣ ливера основано также приспособленіе, слу-
жащее для того, чтобы удерживать уровень постоянно выте-
кающей жидкости на одной и той же высотѣ. Очень про-
— 186 —
стой примѣръ этого приспособленія представляетъ собой
фильтровальный аппаратъ (фиг. 192). Пока воронка напол-
нена жидкостью, жидкость изъ перевернутаго надъ ней сосуда
вытекать не можетъ: ея давленіе вмѣстѣ съ давленіемъ замк-
нутаго надъ ней воздуха уравновѣшивается атмосфернымъ
давленіемъ. Но какъ только изъ воронки вытекаетъ черезъ
фильтръ столько жидкости, что отверстіе верхней стклянки
становится свободнымъ, воздухъ проникаетъ въ эту послѣд-
нюю. Этотъ воздухъ вытѣсняетъ изъ стклянки нѣкоторое ко-
личество жидкости, которое тотчасъ же закрываетъ отвер-
стіе. Воронка остается наполненной до этого уровня до тѣхъ
поръ, пока вся стклянка не опорожнится.
Фиг. 192.
Фиг. 193.
На томъ же принципѣ основано устройство лампы
фиг. 193). Сосудъ а, наполненный масломъ, играетъ роль
склянки. Пока уровень масла вв находится на высотѣ свѣ-
тильни ее, масло вытекать не можетъ; оно вытекаетъ лишь
тогда, когда этотъ уровень падаетъ ниже. Металлическій
клапанъ позволяетъ сосудъ съ масломъ установить такъ,
чтобы масло не вытекало. Когда сосудъ установленъ, кла-
панъ поднимается, освобождая проходъ. На этомъ же принци-
пѣ основаны такъ называемыя „масленки" въ машинахъ.
— 187 —
Разсмотримъ теперь какими соображеніями руководство-
вался изобрѣтатель чернильницы (фиг. 194а). Въ наклонной
боковой трубкѣ уровень чернилъ остается всегда на одной
высотѣ; когда уровень ихъ опускается на столько, что въ
сосудъ можетъ попасть воздухъ, послѣдній вытѣсняетъ изъ
сосуда столько чер-
нилъ, что доступъ воз-
духа прекращается и
между давленіемъ воз-
духа, находящагося въ
сосудѣ, и давленіемъ
его въ боковой труб-
Фиг. 194а.
чернильницѣ,
Фиг. 1946.
изображенной на
кѣ, устанавливается
равновѣсіе. То же са-
мое происходитъ и въ
фиг. 1946. Преимущество обѣихъ чернильницъ заключается
въ томъ, что уровень чернилъ остается въ нихъ по-
стояннымъ и лишь небольшая поверхность ихъ можетъ
высыхать и окисляться. На томъ же принципѣ основанъ
приборъ, изображенный на фиг. 195. Давленіе воздуха въ
Фиг. 195.
бутылкѣ уравновѣшивается давленіемъ на поверхность воды
въ чашкѣ; когда уровень воды въ этой чашкѣ понижается
на столько, что въ бутылку можетъ проникнуть воздухъ,
послѣдній вытѣсняетъ немного воды, уровень воды въ
чашкѣ поднимается на столько, что доступъ воздуха пре-
кращается и равновѣсіе давленій воэстановляется. Такимъ
— 188
образомъ обитатели птичьяго двора обезпечены водой на
довольно продолжительное время.
Наконецъ, на томъ же принципѣ основано устройство
перемежающихся фонтановъ. На фиг. 196 изобра-
женъ вертикальный разрѣзъ такого фонтана. Стклянка Е об-
разуетъ нѣкоторый родъ ливера; находящаяся въ ней вода
начинаетъ вытекать изъ отверстій оо
лишь тогда, когда черезъ отверстіе
о' можетъ по трубкѣ попасть воздухъ
въ пространство і. Этому мѣшаетъ
вода, собирающаяся въ чашкѣ Т, когда
уровень ея достигаетъ извѣстной вы-
соты. Но эта вода постепенно выте-
каетъ черезъ отверстіе о“ въ сосудъ
Р. Какъ только вслѣдствіе этого отвер-
стіе о' освобождается, черезъ него
вдоль по трубкѣ проникаетъ въ со-
судъ Е воздухъ и подъ его давле-
ніемъ вода изъ отверстія о о вновь
начинаетъ вытекать, но тогда опять
поднимается уровень воды въ чашкѣ Т,
отверстіе о1 закрываетя для возду-
ха и т. д. Увеличивая или умень-
шая оверстіе о/у можно увеличивать
и уменьшать промежутокъ времени
между истеченіями воды.
Чтобы вновь пустить въ ходъ аппаратъ, когда вода изъ
сосуда Е вытекаетъ, нужно сосудъ О опорожнить, сосудъ Е
перевернуть отверстіемъ вверхъ и наполнитъ водой и затѣмъ
все опять поставить въ прежнее положеніе. Относительно
перемежающихся фонтановъ,, встрѣчающихся въ природѣ,
мы поговоримъ еще ниже.
ЛЕКЦІЯ ДВАДЦАТЬ ДЕВЯТАЯ.
Сифонъ, сифонъ для ядовъ, уравновѣшивающій сифонъ, автоматиче-
чскій сифонъ, бокалъ умѣренности,танталовъ бокалъ; періодическіе исто-
ники; шприцъ, героновъ шаръ и героновъ фонтанъ; круговой сифонъ.
Аппараты, съ которыми мы познакомились въ предыду-
щей лекціи, устроены всѣ на основаніи того же принципа,
который лежитъ въ основѣ ливера. Сегодня мы прежде
всего познакомимся съ „изогнутымъ ливеромъ" или сифо-
номъ.
Сифономъ можно назвать всякую изогнутую трубку, откры-
тую съ обѣихъ сторонъ. Обыкновенно онъ имѣетъ форму, изо-
— 189 —
Фиг. 197.
брашенную на фиг. 197. Если такую трубку погрузить со-
всѣмъ въ воду такъ, чтобы вода, наполнивъ ее, совершенно
вытѣснила воздухъ и затѣмъ поднять ее на столько надъ во-
дой, чтобы оба отверстія ея остались еще подъ ея уровнемъ,
(фиг. 197»), трубка останется наполненной водой. Причину
этого понять не трудно: оба колѣна трубки образуютъ въ
сущности два соединенныхъ между собой ливера, въ кото-
рыхъ вода удерживается давленіемъ наружнаго воздуха.
Если совсѣмъ вынуть трубку изъ воды, вода можетъ все-
таки не вытекать еще, если отверстія не очень далеки другъ
отъ друга и лежатъ въ одной горизонтальной
плоскости (фиг. 1976). Если же трубку наклонить такъ,
чтобы одно отверстіе оказалось выше другого, вся вода
начнетъ вытекать изъ послѣдняго (фиг. 197й). Опустимъ те-
перь нашу трубку, наполненную водой, каждымъ отвер-
стіемъ въ другой сосудъ
съ водой. Если уровень
воды въ обоихъ сосудахъ
находится на одной и той
же высотѣ, все остается
въ покоѣ; если же уро-
вень воды въ одномъ со-
судѣ выше, чѣмъ въ дру-
гомъ, вода начинаетъ пе-
реходить изъ сосуда съ
болѣе высокимъ уровнемъ
воды въ сосудъ съ ме-
нѣе высокимъ уровнемъ
и это продолжается до
тѣхъ поръ, пока уровень
воды въ обоихъ сосу-
дахъ не оказывается на
одной и той же высотѣ
(фиг. 197е). Наконецъ, если помѣстить трубку, наполненную
водой, только однимъ колѣномъ въ сосудъ съ водой, вода
начинаетъ вытекать наружу, если отверстіе второго колѣна
находится ниже уровня воды въ сосудѣ (фиг. 197/) или те-
четъ въ сосудъ, если это отверстіе находится выше упомя-
нутаго уровня. Длина колѣнъ трубки не имѣетъ
при этомъ никакого значенія; вода можетъ вы-
текать и изъ болѣе короткаго колѣна, если только его от-
верстіе находится ниже уровня въ сосудѣ (фиг. 197/).
Описанныя явленія понять не трудно. Разберемъ подроб-
нѣе случай, изображенный на фиг. 197е. На лѣвой сторонѣ
воздухъ давитъ на поверхность воды и это давленіе распро-
страняется по трубкѣ вверхъ: допустимъ, что оно равно
столбу воды въ Ь сантиметровъ длины; въ противополож-
номъ направленіи дѣйствуетъ давленіе воднаго столба та.
— 190 -
Вслѣдствіе этого давленіе вверхъ=і—та. Въ правомъ ко-
лѣнѣ тоже есть давленіе вверхъ равное і—тЪ; это давленіе
меньше давленія лѣваго колѣна, потому что тЪ больше та.
Ели изъ перваго давленія вычесть второе, то і и Ь уни-
чтожаются и остается давленіе=»п6—та=аЬ: это давленіе
гонитъ воду изъ лѣваго колѣна въ правое. Ясно, что давле-
ніе, вызывающее теченіе воды, должно быть всегда равно
разности высотъ воды въ сосудахъ, въ которыхъ опущены
колѣна сифона. Въ случаѣ, изображенномъ на фиг. 197/'
истеченіе воды обусловливается разностью высотъ между
уровнемъ воды въ сосудѣ и отверстіемъ наружнаго колѣна,
а въ случаяхъ с и Л—разностью высотъ обоихъ отверстій.
Поэтому неправильно сказать, что въ сифонѣ вода приво-
дится въ движеніе давленіемъ воздуха: именно воздушное
давленіе Ь въ обоихъ колѣнахъ уравновѣшивается, а дви-
жущей силой является столбъ воды аіЬ. Воздушное давле-
ніе обусловливаетъ только то, что водяные столбы въ обо-
ихъ колѣнахъ наверху не раздѣляются и не падаютъ внизъ.
Движеніе воды вызывается гидростатическимъ давленіемъ.
Будь высота та больше высоты водяного столба, уравновѣ-
шивающаго давленіе воздуха, т. е. больше приблизительно
10 метровъ, сифонъ не могъ бы дѣйствовать, потому что
онъ не наполнился бы до точки т, а вода поднялась бы въ
обоихъ колѣнахъ на 10 метровъ выше уровня воды въ со-
судахъ и остановилась бы *).
Такимъ образомъ былъ бы напрасный трудъ, если захо-
тѣть съ помощью сифона опорожнить озеро, берега кото-
раго находятся на 10 или больше метровъ выше уровня
воды въ бзерѣ... Сифонъ можно наполнить не только по-
груженіемъ въ воду, но и насасываніемъ воды черезъ его
свободное отверстіе. Но во многихъ жидкостяхъ это не-
пріятно или даже опасно, и поэтому для нихъ пользуются
сифонами особаго устройства (фиг. 198). Закрываютъ отвер-
стіе а и сосутъ у отверстія Ь до тѣхъ поръ, пока жидкость
не наполняетъ сифона ниже уровня жидкости въ стклянкѣ,
а затѣмъ тотчасъ открываютъ отверстіе а.
Употребляется иногда сифонъ не съ двумя, а съ нѣ-
сколькими колѣнами; онъ можетъ служить для того, чтобы
удерживать уровень жидкости въ нѣсколькихъ сосудахъ на
*) Во многихъ учебникахъ сказано, что подъ колоколомъ воздуш-
наго насоса сифонъ перестаетъ работать, какъ только выкачено столько
воздуха, что его давленіе стало меньше давленія водяного столба та.
Это невѣрно, потому что оба столба воды силой сцѣпленія удержи-
ваются вмѣстѣ гораздо дольше, пока давленіе не становится гораздо
меньше. Но тогда вода начинаетъ кипѣть и у т образуются водяные
пары. Вслѣдствіе этого устраиваютъ обыкновенно этотъ опытъ подъ ко-
локоломъ воздушнаго насоса не съ водой, а съ ртутью. Впрочемъ, и
здѣсь еще имѣетъ немаловажное значеніе сила сцѣпленія.
— 191 —
одной высотѣ и потому называется уравновѣшиваю-
щимъ сифономъ. На фиг. 199 изображенъ такой си-
фонъ съ тремя колѣнами. Чтобы наполнить сифонъ, пово-
рачиваютъ кранъ трубки г такъ, чтобы часть послѣдней
была соединена съ сифономъ и затѣмъ сосутъ у отверстія о
до тѣхъ поръ, пока сифонъ не наполнится до крана. На-
полнивъ сифонъ, закрываютъ кранъ и сифонъ можетъ рабо-
тать. Если теперь у а и Ь открыть краны, черезъ которые
вытекаютъ неравныя количества жидкости, то высота уровня
ея въ сосудахъ на короткое время станетъ различной, но си-
фонъ скоро сдѣлаетъ эту высоту равной. Если прилить
воду въ одинъ сосудъ, то сифонъ вновь сослужитъ свою
службу, т. е. уравнитъ высоты уровней жидкости во всѣхъ
сосудахъ.
Въ описанныхъ до сихъ поръ опытахъ сифонъ служилъ
только для опорожненія сосуда при содѣйствіи человѣка.
Фиг. 198.
Фиг. 199.
Но можно воспользоваться имъ также для того, чтобы опо-
рожненіе сосуда наступало безъ содѣйствія человѣка, какъ
только сосудъ наполняется жидкостью выше извѣстной вы-
соты (автоматическій сифонъ). Если же сосудъ продолжаетъ
постепенно наполняться слабымъ притокомъ жидкости, можно
съ помощью такого сифона получить періодическія обильныя
опорожненія сосуда. Покажемъ это сначала на нѣсколькихъ
игрушечныхъ аппаратахъ, которые часто встрѣчаются въ
физическихъ кабинетахъ и которые не трудно устроить и
самому.
На фиг. 200 изображенъ такъ называемый „бокалъ
умѣренности", а на фиг. 201—„Танталовъ бокалъ".
Если бокалъ наполненъ только до высоты Ъ, жидкость
остается въ немъ совершенно спокойной. Но, если бокалъ
наполняется выше точки а, жидкость начинаетъ вытекать
— 192
черезъ сифонъ саЛ и опорожняетъ сосудъ до уровня Л.
Танталовъ бокалъ мы получаемъ, если помѣстить тотъ же
бокалъ подъ очень слабую струю воды, до того слабую,
чтобы въ бокалъ втекало
воды меньше, чѣмъ изъ бо-
кала можетъ вытечь. Мы
тогда имѣемъ превращеніе
непрерывнаго, слабаго тока
воды въ болѣе сильный токъ
ея, но наступающаго періо-
дически.
Если отверстіе сифона у
с слишкомъ узко, то аппа-
ратъ не можетъ служить въ
качествѣ Танталова бокала:
когда уровень жидкости опу-
скается до с, то въ сифонъ
вмѣстѣ съ водой начинаютъ
Фиг. 200.
Фиг. 201.
Фиг. 202.
попадать пузырьки воздуха, вслѣдствіе чего перерывъ въ
работѣ сифона не наступаетъ. Отверстіе у с должно быть,
поэтому, довольно широко. Труб-
ка же у а не должна быть слиш-
комъ широкой, такъ какъ, если
она не наполнена вся жидко-
стью, то послѣдняя переливается
черезъ колѣно и вытекаетъ.
Фиг. 202 изображаетъ другую
форму автоматическаго сифона,
которую опытный малый безъ
труда можетъ устроить изъ сто-
ловыхъ приборовъ ‘).
Яичная скорлупа прикрѣп-
ляется сургучомъ къ пробкѣ.
Вдоль пробки и черезъ дно скор-
лупы пробуравливается отвер-
стіе, въ которое плотно встав-
ляется соломинка; надъ послѣд-
ней помѣщается наперстокъ от-
верстіемъ внизъ. Три вилки, во-
ткнутыя концами въ пробку, обра-
зуютъ ножки нашего аппарата.
Если теперь медленно наливать
воды въ скорлупу, послѣдняя сна-
чала наполнится до высоты дна
наперстка, а затѣмъ быстро опорожнится до основанія по-
слѣдняго. Нетрудно замѣтить, что роль короткаго колѣна
’) Опытъ и фиг. заимствованы изъ „Тот Тіі*, серія 2.
— 193
сифона выполняетъ пространство между соломинкой и на-
персткомъ. Сходныя съ этимъ приспособленія устраиваются
въ водосточныхъ трубахъ.
На томъ же принципѣ основаны и нѣкоторыя другія
приспособленія, какъ напримѣръ, въ садахъ для образованія
маленькихъ періодическихъ водопадовъ тамъ, гдѣ нѣтъ до-
статочно воды для постояннаго ихъ орошенія, затѣмъ для
удаленія отбросовъ въ каналы и т. д. Наконецъ, этимъ же
принципомъ объясняются встрѣчающіеся въ природѣ періо-
дическіе источники.
На фиг. 203 изображенъ вертикальный разрѣзъ горы; А
есть слой, пропускающій воду, В—слой, не пропускающій
воды; между ними находится углубленіе п съ отводящимъ
каналомъ, отверстіе котораго находится у д. Собирающаяся
въ котловинѣ т дождевая вода, проникая мало-по-малу че-
резъ слой А въ п, накопляется здѣсь, пока не достигаетъ
уровня а и тогда наполняетъ ливеръ Ьщ. Тогда вода начи-
наетъ вытекать до тѣхъ поръ, пока уровень воды въ п не
Фиг. 203.
опустится до Ъ. Когда вода въ п опускается до этого у ровня
истеченіе ея прекращается и возстановляется снова, когда
вода вновь достигаетъ уровня а. Такъ получается періоди-
ческій источникъ у д.
Обратимся теперь къ другимъ опытамъ, въ которыхъ
движущей силой является не атмосферное давленіе, а искус-
ственное давленіе замкнутаго въ сосудахъ и сгущеннаго
воздуха. Сюда относится прежде всего такъ называемый
шприцъ, столь часто употребляемый химиками (фиг. 204).
Рисунокъ не нуждается въ подробныхъ объясненіяхъ. Если
дуть въ трубку черезъ отверстіе а, то сжатый въ склянкѣ
воздухъ давитъ на воду и вытѣсняетъ ее изъ склянки тон-
кой струей черезъ вторую трубку и отверстіе Ь. Если замѣ-
нить обѣ изогнутыя трубки одной прямой, можно получить
Героновъ шаръ *) (фиг. 205). Если черезъ отверстіе Ъ
*) Изобрѣтатель этого аппарата, Геронъ, эдилъ въ концѣ II столѣтія
до Р. X.
— 194 —
дуть въ склянку, то сжатый воздухъ въ ней начинаетъ да-
вить на воду и если затѣмъ оставить отверстіе Ъ свобод-
нымъ, вода станетъ вытекать струей до тѣхъ поръ, пока
давленіе воздуха въ склянкѣ, вслѣдствіе увеличенія его
объема, не станетъ равнымъ давленію наружнаго воздуха.
На фиг. 206 изображенъ тотъ же аппаратъ, сдѣланный изъ
болѣе крѣпкаго матеріала и снабженный краномъ. Если от-
винтить верхній острый конецъ, можно къ аппарату при-
винтить нагнетательный насосъ, который мы опишемъ ниже.
Той же цѣли можно достичь давленіемъ водяного столба и
на этомъ основанъ очень удобный аппаратъ, часто упо-
требляемый для образованія фонтана въ акваріумахъ и т. д.
и носящій названіе Геронова фонтана.
Устроимъ сначала себѣ сами такой аппаратъ. Склянка А
(фиг. 207) представляетъ собою Героновъ шаръ или скорѣе
шприцъ. Короткое колѣно изогнутой трубки г вставлено
съ помощью пробки въ ту же склянку А, а конецъ болѣе
Фиг. 204.
Фиг. 205. Фиг. 206.
длиннаго колѣна ея вставленъ также съ помощью пробки
въ склянку В, стоящую гораздо ниже склянки А. Въ ту же
склянку В опущена до дна черезъ другое отверстіе пробки
длинная прямая трубка г', второй конецъ которой вставленъ
въ воронку С. Въ самомъ началѣ наполняется водой склян-
ка Я и воронка С. Изъ С вода течетъ по трубкѣ г' въ склян-
ку В, оттуда она вытѣсняетъ находящійся тамъ воздухъ,
который отчасти и переходитъ въ склянку А. Попавъ сюда,
воздухъ вытѣсняетъ воду черезъ трубку Л. Такъ дѣло про-
должается до тѣхъ поръ, пока воронка С не опорожняется,
а наполняется водой склянка В, или пока не опорожняется
склянка А. Не будь ни тренія, ни сопротивленія воздуха,
вода, выходящая изъ А, могла бы подняться на высоту,
равную разности высотъ уровня воды въ С и уровня воды
въ В.
Не трудно замѣтить, что аппаратъ можетъ быть еще
— 195 —
устроенъ такъ, чтобы вода, выходящая струей изъ трубки к,
сама наполняла воронку С. Аппаратъ устраивается тогда
обыкновенно изъ жести. Фиг. 208 представляетъ намъ вер-
тикальный разрѣзъ такого аппарата. Части, сходныя съ ча-
стями фиг. 207, обозначены тѣми же буквами. А и Б суть
два цилиндрическихъ сосуда, С—плоская чашка, г и г'—
прямыя трубки. Черезъ отверстіе о‘ наполняютъ сосудъ А
водой и затѣмъ закрываютъ отверстіе пробкой. Послѣ этого
открываютъ отверстіе о и наполняютъ чашку С водой. Эта
Фиг. 207. Фиг. 208.
вода черезъ отверстіе
о трубки г течетъ въ
сосудъ В и вытѣсняетъ
изъ него воздухъ по
трубкѣ г' въ сосудъ А;
здѣсь этотъ воздухъ
вытѣсняетъ воду че-
резъ трубку к на из-
вѣстную высоту, откуда
она и попадаетъ фон-
таномъ обратно въ чаш-
ку 0. Черезъ отверстіе
о вода впослѣдствіи
можетъ быть выпущена
изъ В. Очевидно, что
высота фонтана тѣмъ
больше, чѣмъ уровень
воды въ А выше уро-
вня воды въ В. Можно
эту высоту увеличить
(теоретически вдвое),
если скомбинировать
два водяныхъ столба
такъ, чтобы ихъ давле-
нія складывались. Мы
получаемъ тогда двой-
ной Г ер о новъ фон-
танъ. На фиг. 209 такой
фонтанъ изображенъ
схематически, а на фиг.
210 —въ перспективѣ.
Вода течетъ изъ С черезъ гвъБ, вытѣсняетъ оттуда воздухъ
черезъ гг въ А', гдѣ и производитъ извѣстное давленіе на
находящуюся тамъ воду. Послѣдняя черезъ г, течетъ въ В'
и оттуда по трубкѣ г, вытѣсняетъ воздухъ въ А. Здѣсь воз-
духъ производитъ вдвое болѣе сильное давленіе на воду и
поэтому струя ея, выходящая черезъ к, могла бы (теорети-
чески) достичь вдвое большей высоты, не будь тренія, со-
противленія воздуха и т. д.
— 196 —
Оба сосуда соединены вертикальными стѣнками, поста-
вленными такъ,
что плоскости,
Фиг. 210.
черезъ нихъ проведенныя,
образуютъ между собой
уголъ. Устройство трубъ
ясно изъ фигуръ. Этимъ
же способомъ можно, ра-
зумѣется, получить нѣ-
сколько водяныхъ стол-
бовъ. Нѣкоторые Геро-
новы фонтаны устроены
такъ, что, когда верхній
цилиндръ опорожняется,
а нижній наполняется,
можно перемѣнить ихъ
мѣста, такъ что работа
фонтана болѣе продолжи-
тельна. Трубки, соединяю-
щія оба сосуда, могутъ
въ такихъ случаяхъ вра-
щаться около горизон-
тальной оси, представ-
ляющей собой трубку съ
краномъ, съ помощью котораго устанавливается необходимое
Фиг. 209.
Фдг. 211.
соединеніе.
Въ описанныхъ здѣсь приборахъ вода соб-
ственной своей тяжестью поднимается отъ
даннаго уровня вверхъ, но эта задача разрѣ-
шается тѣмъ, что въ то же время нѣкоторая
часть воды опускается съ того же уровня
внизъ; иначе и быть не можетъ, потому что,
какъ мы уже знаемъ, чтобы получить извѣ-
стное количество работы, такое же количество
должно быть потрачено: работа не можетъ
быть получена изъ ничего. Но кромѣ Героно-
выхъ фонтановъ ту же работу разрѣшаютъ и
нѣкоторые другіе приборы. Одинъ изъ этихъ
аппаратовъ извѣстенъ подъ именемъ круго-
вого сифона и часто бываетъ выстав-
ленъ въ окнѣ торговца стекломъ. Но этотъ
аппаратъ съ сифономъ ничего общаго не
имѣетъ, а имѣетъ нѣчто общее съ Героно-
вымъ фонтаномъ, вслѣдствіе чего мы и опи-
шемъ его здѣсь.
Отъ стеклянного шара А (фиг. 211) ве-
детъ довольно широкая, изогнутая стеклянная
трубка С въ стеклянный шаръВ, гдѣ кон-
чается острымъ концомъ и отверстіемъ $. Надъ
самымъ этимъ отверстіемъ поднимается отъ шара В очень
— 197
тонкая (1—3 миллиметра въ діаметрѣ) стеклянная трубка,
которая, изгибаясь по всевозможнымъ направленіямъ, обра-
зуя всевозможныя фигуры, въ концѣ концовъ поднимается
вертикально вверхъ и, изогнувшись, открывается въ отвер-
стіе шара А. Весь аппаратъ наполненъ спиртомъ, окрашен-
нымъ въ красный цвѣтъ. Когда аппаратъ подвѣшенъ въ
перевернутомъ положеніи, вся жидкость скопляется въ шарѣ
А. Если затѣмъ обратно перевернуть аппаратъ, т. е. привести
въ положеніе, изображенное на фиг. 211, жидкость начи-
наетъ вытекать изъ отверстія я и изливаться въ нижнюю-
часть шара В. Вслѣдствіе этого воздухъ въ В сжимается и
вытѣсняется въ узкую трубку Ь, но онъ увлекаетъ съ собой
отдѣльныя капли жидкости, вытекающія изъ отверстія я.
Вся трубка //наполняется токомъ, состоящимъ изъ чере-
дующихся пузырьковъ воздуха и краснаго виннаго спирта,
что представляетъ собою красивую картину. Токъ этотъ про-
должается до шара .4, гдѣ капли спирта соединяются съ на-
ходящимся въ немъ спиртомъ. Такъ дѣло продолжается до
тѣхъ поръ, пока жидкость не вытѣсняетъ изъ В всего воз-
духа. Особенно поражаетъ здѣсь при первомъ взглядѣ тотъ
фактъ, что жидкость въ узенькой трубкѣ поднимается выше
уровня ея въ широкой трубкѣ С, что находится какъ будто
въ противорѣчіи съ закономъ сообщающихся сосудовъ. Но
объяснить это странное явленіе не трудно. Законъ сообщаю-
щихся сосудовъ относится только къ непрерывнымъ стол-
бамъ жидкости. Столбъ жидкости, состоящій изъ ряда ма-
ленькихъ столбиковъ ея, прерванныхъ маленькими столби-
ками воздуха, можетъ произвести только такое гидростати-
ческое давленіе, которое соотвѣтствуетъ суммѣ высотъ этихъ
столбиковъ жидкости. Въ данномъ случаѣ эта сумма меньше
высоты столба жидкости въ С.
Конечно, этотъ аппаратъ можетъ служить въ качествѣ
игрушки, но онъ не лишенъ и научнаго интереса. Принци-
помъ его устройства воспользовались недавно для устройства
новаго нагнетательнаго насоса.
ЛЕКЦІЯ ТРИДЦАТАЯ.
Водяные всасывающіе и нагнетательные насосы. Пожарная труба. Меди-
цинскій шприцъ. Воздушный насосъ, нагнетательный насосъ. Цилиндри-
ческіе, раздувальные, каучуковые и водяные мѣхи. Центробѣжный мѣхъ
и центробѣжный насосъ.
Сегодня мы познакомимся съ насосами всякаго рода.
Главную часть этихъ аппаратовъ составляетъ поршень,
движущійся въ цилиндрѣ и вытѣсняющій изъ него воздухъ
или воду, результатомъ чего является дѣйствіе насоса.
— 198 —
Есть насосы и безъ поршня, но мы съ ними познакомимся
позже.
Сначала мы раздѣлимъ насосы на воздушные и во-
дяные. Первые въ свою очередь распадаются на выкачи-
вающіе и нагнетательные насосы, а вторые на вса-
сывающіе, нагнетальные насосы, пожарныя тру-
бы и т. д.
На фиг. 212 изображенъ
вертикальный разрѣзъ вса-
сываю ща г о насоса, часто
употребляющагося для под-
нятія воды изъ глубокихъ
колодцевъ. Въ выложенной
камнемъ глубокой шахтѣ,
стоитъ погруженная ниж-
нимъ концомъ въ воду, вса-
сывающая труба аа. Боковое
отверстіе въ нижнемъ ея
концѣ закрыто металличе-
скимъ рѣшетомъ, а верхнее
отверстіе — клапаномъ, от-
крывающимся кверху. Къ
этой трубкѣ примыкаетъ вто-
рая, нѣсколько болѣе ши-
рокая труба ЬЬ, въ которой
двигается плотно входящій
въ нее поршень, приводи-
мый въ движеніе вверхъ и
внизъ съ помощью стержня
и рычага; самъ поршень
внутри полый и наверху
закрытъ клапаномъ, откры-
вающимся вверхъ. Къ этой
трубѣ примыкаетъ болѣе
узкая трубка, а на нѣкото-
рой высотѣ къ этой послѣд-
ней примыкаетъ боковая
трубка г, черезъ которую
вода вытекаетъ.
Когда мы съ помощью
рычага поднимаемъ пор-
Фиг. 212.
шень вверхъ, каналъ поршня остается закрытымъ клапаномъ,
пространство подъ поршнемъ увеличивается и давленіе
воздуха надъ клапаномъ всасывающей трубы уменьшается;
такъ какъ подъ этимъ клапаномъ давленіе воздуха стано-
вится больше, чѣмъ надъ нимъ, то этотъ клапанъ подни-
мается вверхъ и воздухъ разрѣжается и во всасывающей
трубкѣ, а при уменьшеніи его давленія, уровень воды въ
— 199 —
трубкѣ поднимается вверхъ. Когда поршень опускается
внизъ, клапанъ всасывающей трубы закрывается, а клапанъ
поршня открывается и находящійся подъ нимъ воздухъ
поднимается вверхъ. Послѣ нѣсколькихъ поднятій поршня
водяной столбъ поднимается выше клапана всасывающей
трубы и при слѣдующемъ опусканіи поршня проникаетъ
черезъ каналъ поршня внутрь и, поднявъ его клапанъ, на-
чинаетъ наполнять трубу ЬЬ. Еще два или три движенія
поршня вверхъ и внизъ и вода поднимается до боковой
трубы г, черезъ которую и изливается наружу, между тѣмъ
какъ въ нижнихъ частяхъ трубы начинаютъ накопляться
новыя массы воды. Та-
кимъ образомъ устрой-
ство всасывающаго насо-
са основано на томъ же
принципѣ, на которомъ
основано устройство ба-
рометра или ливера.
Мы уже знаемъ, что
давленіе воздуха равно
давленію водяного столба
высотой приблизительно
въ десять метровъ. Отсюда
ясно, что выкачивать воду
изъ колодца, уровень во-
ды котораго на десять
метровъ ниже клапана
поршня, н е в о з м ожн о.
Впрочемъ, на практикѣ
не достигается и эта вы-
сота, такъ какъ трудно
устроить такъ, чтобы пор-
шень вполнѣ плотно вхо-
дилъ въ трубу.
Этотъ фактъ былъ уста-
новленъ въ 1643 г. ко-
лодезными мастерами во
Флоренціи, что привело
Торричели къ открытію
Фиг. 213.
закона воздушнаго давленія и изобрѣтенію барометра.
Какъ же поднимать выше воду, поднятую вверхъ съ по-
мощью воздушнаго давленія? Очевидно, что для этого при-
ходится воспользоваться какъ нибудь другимъ давленіемъ.
Фиг. 213 изображаетъ намъ вертикальный разрѣзъ болѣе
совершеннаго всасывающаго и нагнетательнаго
насоса: к есть прежняя всасывающая трубка, а—клапанъ
ея, г—труба, въ которой движется поршень, к—поршень;
этотъ поршень не имѣетъ клапана, но за то здѣсь есть кла-
— 200 —
панъ Ь на пути къ трубѣ з, по которой вода поднимается
вверхъ; кромѣ того, трубы снабжены кранами с и Л; когда
поршень поднимается вверхъ, то черезъ открытый кранъ с
поднимается вверхъ сначала воздухъ, а потомъ вода; они
поднимаютъ клапанъ « и наполняютъ пространство, въ ко-
торомъ поднятіе поршня уменьшило давленіе воздуха. Когда
поршень опускается внизъ, воздухъ и вода поднимаютъ кла-
панъ 1> и черезъ открытый кранъ Л поднимаются въ трубу з.
Высота, до которой можетъ подняться въ трубѣ з вода, за-
виситъ при этомъ только отъ той силы, съ которой поршень
опускается внизъ. У / находится, снабженный спиральной
пружиной, предохранительный клапанъ, который и откры-
вается, если давленіе превышаетъ требуемую высоту. Этимъ
же клапаномъ пользуются для чистки насоса. Поднявъ кла-
панъ, не трудно проникнуть въ насосъ.
Фиг. 214.
Пожарная труба (фиг. 214) представляетъ собою
соединеніе двухъ описанныхъ выше всасывающихъ и нагне-
тательныхъ насосовъ съ героновымъ шаромъ. Вода насасы-
вается поперемѣнно, то на правой, то на лѣвой сторонѣ,
открывъ клапаны Л (подъ давленіемъ наружнаго воздуха),
а затѣмъ тоже поперемѣнно накачивается черезъ отверстія
у клапановъ с въ резервуаръ а. Содержащійся въ этомъ ре-
зервуарѣ воздухъ вслѣдствіе этого сжимается и давитъ об-
ратно на воду, вытѣсняя ее черезъ трубу Л непрерывной
струей; если къ отверстію д этой трубы привинтить каучуко-
вую трубу, можно струю воды направлять, куда угодно. Въ
болѣе современныхъ пожарныхъ трубахъ вода не собирается
въ резервуаръ, а прямо накачивается трубами, которыя мо-
гутъ быть прикрѣплены у отверстій подъ клапанами Лй.
— 201 —
Ручныя пожарныя трубы (садовыя шприцы) имѣютъ боль-
шею частью одинъ цилиндръ. Онѣ даютъ непрерывную струю
и безъ резервуара; когда есть резервуаръ, струя воды, правда,
болѣе продолжительна, но не равной силы.
Самый простой всасывающій и нагнетательный насосъ
представляетъ собой шприцъ, который готовятъ себѣ дѣти
изъ тростника. Тростникъ прочищается внутри и превра-
щается въ трубку; палка, обернутая на одномъ концѣ па-
клей и нитками, образуетъ поршень со стержнемъ; переднее
отверстіе немного суживается.
Фиг. 215а.
Опустимъ переднее ответстіе въ воду и втягивая ^пор-
шень, мы наполняемъ трубку водой (всасывающій насосъ);
повернувъ трубку отверстіемъ вверхъ и двигая вверхъ пор-
шень, мы вытѣсняемъ воду изъ трубки (нагнетательный на-
сосъ). Здѣсь, слѣдовательно, трубка поршня служитъ попе-
ремѣнно то въ качествѣ всасывающей, то въ качествѣ наг-
нетательной трубки, вслѣдствіе чего клапаны становятся из-
лишними. Медицинскій шприцъ для вспрыскиванія имѣетъ
подобное устройство, но сдѣланъ изъ стекла. Нѣтъ ника-
кого сомнѣнія, что этотъ простой аппаратъ навелъ на мысль
о всасывающемъ и нагнетательномъ насосѣ.
— 202 —
Обратимся теперь къ воздушнымъ насосамъ. Почти около
того же времени, какъ Торричели открылъ законъ давленія
воздуха и изобрѣлъ барометръ, въ Магдебургѣ бургоми-
стеръ Отто фонъГерикке, не зная совершенно объ от-
крытіи Торричели, занимался изученіемъ тѣхъ же явленій и
изобрѣлъ при этомъ одинъ изъ важнѣйшихъ физическихъ
аппаратовъ—в оздушныйнасосъ. Фиг. 215а изображаетъ
намъ вертикальный разрѣзъ простого воздушнаго насоса.
Мы видимъ здѣсь цилиндрическую трубку С, поршень К съ
открывающимся вверхъ клапаномъ у Ь, второй клапанъ—у
основанія трубки С, отъ котораго отходитъ закрываемая
краномъ г трубка, соединяющая насосъ съ помѣщеніемъ,
откуда долженъ быть выкачанъ воздухъ.
На нашей фиг. такимъ помѣщеніемъ является стеклян-
ный колоколъ д, стоящій на тарелкѣ къ которой онъ
плотно пристаетъ. Этотъ колоколъ называютъ обыкновенно
„пріемникомъ". Кромѣ того здѣсь, имѣется еще барометръ Ъ,
показывающій степень разрѣженія возду-
ха. Когда поршень опускается внизъ,
клапанъ у С закрывается, а у Ь откры-
вается. Воздухъ, находящійся между О и
Ь, переходитъ поэтому въ часть цилиндра
надъ поршнемъ и оттуда черезъ верхнее
отверстіе выходитъ наружу. Когда пор-
шень поднимается вверхъ, подъ нимъ
образуется сначала пустое пространство.
Наружный воздухъ закрываетъ поэтому
тотчасъ клапанъ Ь, а воздухъ пріем-
ника проникаетъ черезъ клапанъ С
въ цилиндръ подъ поршнемъ до тѣхъ
Фиг. 2ібЪ. поръ, пока едѣсь не возстанавливается
такое же давленіе, какъ подъ колоко-
ломъ. это давленіе меньше атмосфернаго давленія, что по-
казываетъ и барометръ 5. Съ каждымъ поднятіемъ и опу-
сканіемъ поршня воздухъ изъ пріемника переходитъ въ
цилиндръ подъ поршнемъ и оттуда во вторую часть надъ
поршнемъ и затѣмъ наружу. Теоретически должна была бы
быть возможность доводить разрѣженіе воздуха до какой
угодно степени. Но на практикѣ это невозможно, вслѣдствіе
нѣкоторыхъ несовершенствъ аппарата; въ хорошихъ насо-
сахъ воздухъ выкачивается до тѣхъ поръ, пока не остается
немного болѣе г/100 части первоначальнаго количества воз-
духа или когда давленіе оставшагося воздуха прибли-
зительно равно давленію одного миллиметра ртутнаго
столба. На фиг. 2156 изображенъ клапанъ насоса; онъ
состоитъ ивъ закрывающей отверстіе навощенной дощеч-
ки съ двумя параллельными разрѣзами. Въ лучшихъ на-
сосахъ примѣняются конусообразные клапаны или краны,
- - 203 —
почему и различаютъ насосы съ клапанами и насосы съ
кранами.
Вернемся еще разъ къ фиг. 215а, чтобы познакомиться
съ очень поучительнымъ опытомъ. Изъ предыдущихъ лек-
цій мы уже знаемъ, что всѣ тѣла въ воздухѣ испытываютъ
давленіе вверхъ, уменьшающее какъ будто ихъ вѣсъ, и это
давленіе тѣмъ больше, чѣмъ больше пространства эти тѣла
занимаютъ. Подвѣсимъ къ коромыслу съ одной стороны по-
лый и замкнутый стеклянный шаръ, а съ другой стороны
латунный грузъ, уравновѣшивающійся съ шаромъ внѣ ко-
локола; если теперь поставить все подъ колоколъ и выка-
чать воздухъ, равновѣсіе нарушится: стеклянный шаръ опу-
стится внизъ, потому что давленіе, производимое на него
воздухомъ, было больше.
Съ воздушнымъ насосомъ производится множество опы-
товъ. Изъ всѣхъ этихъ опытовъ мы ради историческаго инте-
реса опишемъ опытъ съ такъ называемыми магдебургскими
полушаріями. Этотъ опытъ былъ впервые устроенъ, какъ
извѣстно, магдебургскимъ бургомистромъ Отто фонъ-Герикке
въ 1659 г. на имперскомъ' сеймѣ въ Регенсбургѣ и на-
Фиг. 216.
глядно представляетъ дѣйствіе воздушнаго давленія. Если
взять два металлическихъ полушарія (фиг. 216), плотно при-
стающія другъ къ другу своими отшлифованными краями,
и черезъ имѣющійся въ нихъ кранъ выкачать возможно
больше изъ нихъ воздухъ, полушарія будутъ крѣпко дер-
жаться вмѣстѣ, такъ что потребуется очень большая сила,
чтобы оторвать ихъ другъ отъ друга.
Сила эта равна приблизительно одному килограмму на
одинъ квадратный сантиметръ площади поперечнаго разрѣза
шара и, слѣдовательно, при діаметрѣ его въ двадцать сан-
тиметровъ она равна 314 килограммамъ. Полушарія Герикке
имѣли въ діаметрѣ */» локтя; если считать эту величину
равной 50 сантиметрамъ, то сила воздушнаго давленія была
равна 1.962 килограммамъ. Поэтому, хотя воздухъ не могъ
быть выкачанъ весь, потребовалось 16 лошадей, чтобы отор-
вать полушарія другъ отъ друга, между тѣмъ какъ они
тотчасъ же отдѣлялись», какъ только въ нихъ накачивали
воздухъ обратно.
Перейдемъ теперь къ другому воздушному насосу, сгу-
щающему воздухъ, т. е. къ насосу нагнетательному. Мы мо-
— 204 —
а
Фиг. 217.
жемъ получить еі'о изъ выкачивающаго насоса, если
устроить клапаны такъ, чтобы они открывались въ обратную
сторону. Въ то время, какъ выкачивающій насосъ употре-
бляется главнымъ образомъ въ физической лабораторіи,
нагнетательный насосъ употребляется въ промышленности
и главнымъ образомъ въ качествѣ мѣховъ, т. е. для того,
чтобы образовать болѣе или
менѣе сильный воздушный
токъ; этимъ токомъ пользу-
ются для усиленія огня, для
приведенія въ движеніе раз-
личныхъ двигателей и т. д.
Въ доменной печи, въ
которой желѣзо выдѣляется
изъ руды, главную часть со-
ставляютъ цилиндриче-
скіе мѣхи. Это ничто
иное, какъ двойной нагнета-
тельный насосъ. Въ громад-
номъ цилиндрѣ (фиг. 217)
движется вверхъ и внизъ
силой воды или пара пор-
шень С. Когда поршень под-
нимается вверхъ, воздухъ у
Л всасывается въ цилиндръ
подъ поршень, и у д вытѣ-
сняется изъ цилиндра А въ
пріемникъ Е; когда поршень
опускается внизъ, воздухъ
насасывается въ цилиндръ
У я У Г вытѣсняется изъ цилиндра въ пріемникъ. Черезъ
трубу г сжатый воздухъ направляется по назначенію. Обы-
кновенно соединяютъ два или три такихъ аппарата, въ ко-
торыхъ поршни не одновременно выполняютъ свое движеніе,
такъ что токъ сжатаго воздуха бываетъ непрерывный.
Фйг. 218.
Для обыкновеннаго кованнаго желѣза очень сильно сжа-
тый воздухъ не требуется; для него оказываются уже до-
статочными древніе и широко распространенные разду-
вальные мѣхи; сходны съ ними такъ называемые орган-
ные мѣхи.
На фиг. 218 изображены простые раздувальные
— 205 —
мѣхи, которые можно найти въ всякой кухнѣ. Когда
приподнимаютъ верхнюю доску, вращающуюся около шар-
нира, воздухъ приподнимаетъ клапанъ к и наполняетъ
образующееся пустое пространство. Когда же доска опу-
скается внизъ, воздухъ сжимается, закрываетъ клапанъ
к и выходитъ черезъ трубку Л. Но здѣсь воздухъ пре-
рывенъ. Чтобы сдѣлать его непрерывнымъ, пользуются
сложными раздувальными мѣхами,которые можно
встрѣтить въ каждой кузницѣ (фиг. 219). Когда опускается
нижняя доска этихъ мѣховъ, воздухъ черезъ клапанъ вхо-
дитъ въ образующееся пустое пространство, а когда эта
доска поднимается вверхъ, этотъ воздухъ сжимается и че-
резъ второй клапанъ к вытѣсняется въ пріемникъ А, от-
куда онъ давленіемъ груза вытѣсняется черезъ отверстіе о
наружу. Вторая часть процесса продолжается еще въ то
время, какъ нижній мѣхъ вновь наполняется воздухомъ и
такимъ образомъ воздушный токъ становится непрерывнымъ.
Фиг. 219.
Всякій человѣкъ носитъ съ собою превос-
ходные мѣхи, часто употребляющіеся въ каче-
ствѣ всасывающаго насоса; они могутъ служить
также въ качествѣ сложныхъ мѣховъ и тогда дать непре-
рывный воздушный токъ. Если плотно приставить губы къ
отверстію какой-нибудь трубки, напримѣръ, къ полому ключу,
мы можемъ разрѣдить въ немъ воздухъ какъ будто бы съ
помощью насоса. Можно это сдѣлать двоякимъ способомъ:
или съ помощью дыхательныхъ мышцъ, расширяющихъ
грудную коробку, а потому и легкія, или же съ помощью
мышцъ щекъ, расширяющихъ полость рта. Этимъ объемъ
воздуха увеличивается и, слѣдовательно, давленіе его умень-
шается, вслѣдствіе чего онъ и разрѣжается въ трубкѣ и выса-
сывается изъ нея. Дѣйствуя соотвѣтственнымъ образомъ язы-
комъ и отодвигая часть всосаннаго воздуха назадъ, откуда
онъ черезъ отверстіе носа можетъ выйти наружу, можно
продолжать высасываніе воздуха довольно долго. Если же
мы хотимъ сгущать воздухъ, т. е. замѣнить высасывающіе
— 206 —
Фиг. 220.
Очень сходны съ этими
мѣхи нагнетательными,то мы тоже это можемъ сдѣлать или
легкими, или—что и лучше и здоровѣй—ртомъ. Въ послѣд-
немъ случаѣ щеки дѣйствуютъ,
подобно сложнымъ раздуваль-
нымъ мѣхамъ. Въ то время,
какъ онѣ силой мышцъ вытѣ-
сняютъ воздухъ (вдувая его, на-
примѣръ, въ паяльную трубку),
мы можемъ черезъ носъ вды-
хать свѣжій воздухъ. При нѣ
которомъ упражненіи мы можемъ
такимъ образомъ получить по-
стоянный воздушный токъ,
мѣхами каучуковые мѣхи
Фиг. 221.
Ьиг. 220), въ которыхъ соединены два каучуковыхъ шара,
іродолговатый и болѣе упругій шаръ, зачерпывающій воз-
— 207 —
духъ, снабженъ у обоихъ концовъ клапанами, открывающи-
мися въ направленіи воздушнаго тока. Когда этотъ шаръ
сжимается, воздухъ переходитъ изъ него во второй шаръ
съ болѣе тонкими стѣнками. Этотъ шаръ бываетъ большею
частью заключенъ въ сѣтку, чтобы предохранить его отъ
разрыва. Этотъ шаръ дѣйствуетъ въ качествѣ пріемника и
хранителя запаса; токъ воздуха здѣсь непрерывный, такъ
какъ первый шаръ вслѣдствіе своей упругости быстро при-
нимаетъ свою прежнюю форму, зачерпывая свѣжій воздухъ
и наполняя имъ пріемникъ. Такіе каучуковые мѣхи находятъ
очень широкое примѣненіе въ различныхъ аппаратахъ, въ ко-
торыхъ требуется не очень большой токъ воздуха, но сравни-
тельно довольно сильный. Напряженіе тока здѣсь приблизи-
тельно равно г/.і атмосферы, чего ртомъ достичь нельзя.
Кромѣ описанныхъ здѣсь прибо-
ровъ для сгущенія и разрѣженія воз-
духа, встрѣчается еще множество
другихъ аппаратовъ, употребляемыхъ
для той же цѣли. Такъ, напримѣръ,
можно въ Альпахъ во многихъ куз-
ницахъ встрѣтить такъ называемый
водяной мѣхъ. На фиг. 221 изобра-
женъ его вертикальный разрѣзъ.
Изъ бассейна Е, находящагося на
извѣстной высотѣ, вода, открывъ кла-
панъ 2, течетъ черезъ воронку въ
трубку АВ, а оттуда въ „барабанъ"
В, откуда она черезъ отверстіе, на-
ходящееся у Е, можетъ вытечь наружу.
Черезъ боковыя отверстія у А вътру-
бу АВ попадаетъ воздухъ, который и
увлекается падающей водой и такимъ
образомъ попадаетъ въ барабанъ В,
надъ водой и черезъ отверстіе выходитъ наружу, образуя
довольно сильный токъ.
„Языкъ" мѣшаетъ водѣ увлечь воздухъ у Е наружу.
Тотъ же принципъ лежитъ въ основѣ насоса, изобрѣтен-
наго Бунзеномъ и часто употребляющагося въ химическихъ
лабораторіяхъ; разница только та, что этимъ приборомъ
пользуются не въ качествѣ раздувальнаго мѣха, а въ каче-
ствѣ всасывающаго насоса; всасываніе воздуха происходитъ
у А. Тѣ же главныя части можно узнать въ насосѣ Кер-
тинга (фиг. 222). Когда имѣется значительное давленіе
воды (до 4 атмосферъ), насосъ этотъ даетъ такой сильный
воздушный токъ, что съ его помощью можно устроить не-
прерывную передачу измельченныхъ веществъ, какъ напри-
мѣръ, хлѣбныхъ зеренъ и т. д. изъ нижнихъ помѣщеній
какой-нибудь фабрики въ верхнія.
гдѣ
онъ скопляется
— 208 —
Наконецъ, пользуются еще при устройствѣ насосовъ и
мѣховъ центробѣжной силой, о которой мы говорили уже
въ лекціи 12. Въ центробѣжномъ мѣхѣ (фиг. 223)
вращается въ цилиндрическомъ корпусѣ колесо съ лопат-
ками. Воздухъ, попадающій въ
цилиндръ черезъ отверстія не-
далеко отъ оси, увлекается ло-
патками къ своду цилиндра,
гдѣ онъ и попадаетъ въ трубу,
примыкающую къ цилиндру
въ направленіи касательной
фиг 223 и изъ нея образуетъ непре-
рывный воздушный токъ.
Устройство центробѣжныхъ насосовъ еще проще
(фиг. 224). Два большихъ круглыхъ металлическихъ диска
укрѣплены на горизонтальной оси такъ, что они образуютъ
между собою узенькое пространство, раздѣленное на части
радіальными стѣнками.
Сама ось полая и откры-
вается съ одной стороны
въ эти промежутки между
двумя дисками, а съ дру-
гой стороны въ то мѣсто,
откуда долженъ быть вы-
качанъ воздухъ. При бы-
стромъ вращеніи пары
дисковъ находящійся
между ними воздухъ от-
расывается съ большой
силой къ краямъ, вслѣд-
ствіе чего черезъ полую
ось выкачивается воз-
духъ. Такіе насосы очень
удобны потому, что въ
нихъ нѣтъ ни клапановъ,
Фиг. 224. ни поршней, т. е. частей,
которыя часто портятся,
и они могутъ работать постоянно и равномѣрно. Правда,
съ ихъ помощью нельзя получить сильной степени разрѣ-
женія, но за то они выкачиваютъ очень большія массы
воздуха. Они употребляются, между прочимъ, въ Лондонѣ
на пневматической почтѣ.
— 209 —
ЛЕКЦІЯ ТРИДЦАТЬ ПЕРВАЯ.
Духовая труба. Духовое ружье. Пневматическая почта. Атмосферная
желѣзная дорога. Сверлильныя машины. Водолазный колоколъ. Газо-
метръ. Газовые часы. Аэростатическіе парадоксы. Пульверизаторъ.
Инжекторъ.
Сегодня мы разсмотримъ нѣкоторыя примѣненія сжатаго
воздуха. На улицахъ большихъ городовъ, какъ Вѣна, Бер-
линъ, Парижъ и т. д., мы можемъ часто встрѣтить рядомъ
съ обыкновенными почтовыми ящиками ящики особыхъ
формъ и цвѣта, надъ которыми красуется надпись: „пнев-
матическая почта". Письмо, вложенное въ спеціальный кон-
вертъ и опущенное въ такой ящикъ, доставляется гораздо
раньше, чѣмъ обыкновенныя письма. Эта почта была изо-
брѣтена еще лѣтъ двѣсти тому назадъ Папиномъ, а за-
тѣмъ была вновь изобрѣтена въ 1852 г. Адоромъ. Прин-
ципъ, лежащій въ основѣ ея устройства, напоминаетъ ду-
ховыя трубки, составляющія игрушки дѣтей. Если вста-
вить въ трубку довольно плотно входящій въ нее поршень,
который можетъ въ ней двигаться съ ничтожнымъ тре-
ніемъ, затѣмъ съ одной стороны вдувать воздухъ, или съ
другой стороны выкачивать его, то нашъ поршень будетъ
двигаться вдоль трубки съ довольно значительной быстро-
той. Если сжатый воздухъ попадаетъ въ трубку изъ соеди-
неннаго съ ней пріемника черезъ открытый клапанъ, мы
имѣемъ всѣмъ извѣстное духовое ружье. Поршень трубы
пневматической почты дѣлается полымъ и такой величины,
чтобы въ немъ могли быть помѣщены письма и такимъ об-
разомъ послѣднія пересылаются съ довольно значительной
скоростью.
Познакомимся подробнѣе съ устройствомъ такой почты.
Разсмотримъ поэтому не полное изображеніе, а гораздо бо-
лѣе понятный схематическій чертежъ (фиг. 225) всего устрой-
ства. Въ центрѣ города находится центральная станція,
соединенная съ главнымъ почтамтомъ. Въ погребѣ этой
станціи стоятъ два большихъ цилиндра V и С и воздуш-
ный насосъ, приводимый въ движеніе паровой силой; этотъ
насосъ постоянно выкачиваетъ воздухъ изъ одного ци-
линдра и накачиваетъ его въ другой. Отъ этой станціи про-
ведены подъ землей трубки въ 61/, сантиметровъ діаметра
ко всѣмъ конечнымъ станціямъ, гдѣ имѣются почтовыя от-
дѣленія. Каждая изъ этихъ трубъ соединена на централь-
ной станціи двумя трубками съ обоими цилиндрами. На
фиг. 225 изображены двѣ такія трубы. Трубки, соединяю-
щія цилиндры съ трубами отдѣльныхъ станцій, снабжены
— 210 —
кранами ѵ и с. Въ трубахъ, соединяющихъ центральную
станцію съ ея отдѣленіями, имѣются на обоихъ ихъ кон-
цахъ плотно замыкающіяся дверцы к, к', а по обѣимъ сто-
ронамъ дверецъ к' по крану Н, к. Открывъ дверцы какой
нибудь трубы, можно вложить въ нее нѣсколько обтяну,
тыхъ кожей цилиндриковъ В, В, которые почти плотно вхо-
дятъ въ трубу и могутъ вмѣстить каждый около 20 писемъ-
Когда такая посылка должна быть доставлена изъ цен-
тральной станціи въ одно изъ ея отдѣленій, чиновникъ цен-
тральной станціи даетъ сначала по телеграфу знакъ въ это
отдѣленіе; вложивъ цилиндрики въ трубу и закрывъ дверцу
к, онъ открываетъ кранъ с и сжатый воздухъ, ворвавшись
въ эту трубу, гонитъ эти цилиндры со скоростью 500 ме-
тровъ въ минуту подъ улицами, погребами, каналами го-
рода до конечной станціи. Здѣсь чиновникъ, получивъ по
телеграфу знакъ, тотчасъ же открываетъ краны Н и Л, а,
когда цилиндры прибываютъ на станцію, онъ закрываетъ
Фиг. 225.
кранъ Н, открываетъ дверцу к'іл получаетъ посылку. Если
ему нужно отправить письма въ центральную станцію, онъ
наполняетъ ими цилиндры, вкладываетъ ихъ въ трубу, за-
крываетъ дверцу А', открываетъ краны к, П и даетъ знакъ
по телеграфу въ центральную станцію. Получивъ этотъ
знакъ, чиновникъ этой послѣдней закрываетъ кранъ с и от-
крываетъ кранъ ѵ, вслѣдствіе чего атмосферный воздухъ
гонитъ цилиндры въ центральную станцію; здѣсь чинов-
никъ, закрывъ предварительно кранъ ѵ, получаетъ ихъ и
въ случаѣ надобности можетъ переслать ихъ въ другія от-
дѣленія. Такимъ образомъ письма получаются съ довольно
большой скоростью изъ какого угодно одного отдѣленія въ
Другое.
Въ сороковые годы прошлаго столѣтія были предприняты
въ Англіи и во Франціи попытки воспользоваться воздуш-
нымъ давленіемъ для движенія желѣзнодорожныхъ поѣз-
— 211 —
довъ, т. е. для устройства такъ называемой атмосфер-
ной желѣзной дороги. Попытки эти были вскорѣ оста-
влены, вслѣдствіе нѣкоторыхъ помѣхъ техническаго и фи-
нансоваго характера.
Важное примѣненіе нашелъ сильно сжатый воздухъ для
передачи силы. Особенно широкое примѣненіе этотъ спо-
собъ передачи силы нашелъ при постройкѣ туннелей. Еще
очень недавно требовалось много лѣтъ для прорытія не-
большого туннеля, потому что въ этой работѣ могли при-
нимать участіе лишь нѣсколько рабочихъ. Съ тѣхъ -поръ,
какъ были изобрѣтены для этого сверлильныя машины, при-
водимыя въ движеніе сжатымъ воздухомъ, туннели въ 10 и
болѣе километровъ длины устраиваются въ теченіе немно-
гихъ лѣтъ. Дѣлается это слѣдующимъ образомъ. Воздухъ
внѣ туннеля сгущается обыкновенно силой воды—до 12
атмосферъ и болѣе, и оттуда черезъ трубы проводится обык-
новенно „на мѣсто", т. е. до крайняго пункта туннеля, гдѣ
онъ и приводитъ въ движеніе съ дюжины одновременно
работающихъ сверлильныхъ машинъ, стоящихъ всѣ на пе-
редвижной подставкѣ. Сами эти машины состоятъ изъ трубъ
въ нѣсколько сантиметровъ толщины и замкнутыхъ у кон-
цовъ; въ трубахъ двигается взадъ и впередъ поршень со
стержнемъ, приводимый въ это движеніе воздухомъ, попадаю-
щимъ въ трубы поперемѣнно то впереди, то позади поршня,
какъ это происходитъ въ паровой машинѣ. Конецъ стержня
поршня снабженъ буравомъ, который нѣсколько разъ въ
секунду ударяется о камень, не переставая вращаться около
своей оси. Кто разъ смотрѣлъ на эту работу вблизи, ни-
когда этого впечатлѣнія не забудетъ, Удары всѣхъ бура-
вовъ, хлопанье клапановъ и шипѣніе освобождающагося
воздуха—все это производитъ такой оглушительный шумъ,
что невозможно понять ни одного слова собесѣдника. Что-
бы буравы не накалились отъ ударовъ и для удаленія из-
мельченнаго камня, въ образовавшіяся отверстія течетъ не-
прерывно вода. Когда отверстія достаточно глубоки, всѣ
машины удаляются, въ отверстія кладется динамитъ и они
взрываются. Освобождающійся воздухъ служитъ также для
удаленія газовъ, образующихся при взрывѣ, и для вентиля-
ціи туннеля.
Пользуются при своей работѣ сжатымъ воздухомъ и во-
долазы. На фиг. 226 изображенъ водолазный коло-
колъ, построенный изъ металлическихъ плитъ. Его опу-
скаютъ на цѣпи въ воду. Находящійся въ немъ воздухъ
сжимается подъ напоромъ воды, но тогда давленіе его ста-
новится больше; вслѣдствіе этого вода поднимается въ ко-
локолѣ только до опредѣленной высоты и сидящіе выше на
скамьяхъ рабочіе могутъ свободно заниматься своей рабо-
той. Чтобы кислородъ воздуха, находящагося въ колоколѣ,
1 5 іакаі 10'8
— 212 —
Фиг. 226.
не былъ скоро истраченъ дыханіемъ рабочихъ, въ колоколъ
макачивается черезъ трубу М съ помощью воздушнаго на-
соса свѣжій воздухъ, а воздухъ, испорченный дыханіемъ,
удаляется черезъ нижнее отверстіе колокола На той же
226 фиг. изображено еще другое приспособленіе. Непропу-
скающій воду колпакъ К соединенъ трубкой съ колоколомъ.
Колпакъ имѣетъ два отверстія для глазъ съ плотно вста-
вленными стеклами; онъ надѣвается рабочему на голову и
у шеи завязывается. Въ этомъ колпакѣ рабочій можетъ
оставить колоколъ и работать неподалеку отъ него. Въ по-
слѣднее время колоколъ совершенно оставленъ и замѣненъ
платьемъ изъ непромокаемаго матеріала, соединеннымъ съ
металлическимъ шлемомъ, который замѣняетъ колпакъ К.
Шлемъ соединенъ труб-
кой съ нагнетательнымъ
насосомъ, находящимся
надъ водой, а у рта нахо-
дится клапанъ для ды-
ханія. На ногахъ водо-
лазъ, носитъ сапоги съ
тяжелыми свинцовыми
подошвами, чтобы бы-
стрѣе достичь дна и дви-
гаться на немъ съ боль-
шею устойчивостью. Какъ
только водолазъ надѣва-
етъ это платье—что онъ
дѣлаетъ еще надъ водой—
воздушный насосъ тот-
часъ же начинаетъ ра-
ботать.
Были предприняты
также попытки восполь-
зоваться сжатымъ возду-
хомъ для приведенія въ
движеніе небольшихъ двигателей и для другихъ цѣлей. Эти
попытки увѣнчались успѣхомъ техническимъ, но не финан-
совымъ. Зато во многихъ городахъ воспользовались съ
большимъ успѣхомъ сжатымъ воздухомъ въ качествѣ дви-
жущей силы при устройствѣ желѣзнодорожнаго сообщенія
внутри города. На’ локомотивахъ возятъ цилиндры съ воз-
духомъ, сжатымъ до 50—80 атмосферъ. Этимъ устраняются
столь непріятные дымъ и копоть парового движенія.
Кромѣ атмосфернаго воздуха подвергаются сжатію еще
и другіе газы и въ особенности кислородъ, закись азота
(для наркоза), свѣтильный газъ, углекислота (послѣдняя
при этомъ превращается въ жидкость). Они сжимаются въ
стальныхъ цилиндрахъ до 100 атмосферъ. Кислородъ слу-
— 213 —
житъ для медицинскихъ цѣлей, а въ смѣси съ водородомъ
или свѣтильнымъ газомъ—для освѣщенія и т. д.; углеки-
слота служитъ для охлажденія, для фабрикаціи содовой
воды и т. д. Вы видите, что воздушный насосъ есть машина
очень полезная.
Здѣсь же будетъ умѣстно описать нѣкоторые приборы,
служащіе для храненія и измѣренія газовъ. Аппараты для
храненія газовъ называются газометрами (что не со-
всѣмъ правильно, такъ какъ газометръ значитъ въ сущно-
сти измѣритель газовъ), а приборы, служащіе дѣйствительно
для измѣренія газовъ, называются обыкновенно газовыми
часами. Эти приборы употребляются большею частью для
свѣтильнаго газа. Чтобы осмотрѣть ихъ, мы можемъ отпра-
виться на какой нибудь газовый заводъ. Фиг 227 изобра-
жаетъ намъ вертикальный разрѣзъ черезъ большой газо-
метръ свѣтильнаго газа. Передъ нами выложенный камнемъ
круглый водяной бассейнъ, въ которомъ на особыхъ стол-
бахъ, служащихъ въ то же время трубами для наполненія
бассейна газомъ, виситъ цилиндрическій, сшитый изъ же-
стяныхъ плитъ, колоколъ А. Черезъ трубы В и 5, поднимаю-
щихся вертикально надъ уровнемъ воды, проводится въ бас-
сейнъ и отводится изъ него газъ. Въ очень большихъ газо-
метрахъ этого рода вода наполняетъ только круглый каналъ,
въ которомъ колоколъ можетъ быть погруженъ такъ, чтобы
весь воздухъ былъ вытѣсненъ изъ него. Черезъ трубку <5
газъ изъ газометра проводится въ мѣсто потребленія его, а
черезъ трубу В газъ изъ фабрики проводится въ газометръ.
Чтобы наполнить газометръ газомъ, запираютъ краномъ
трубу 8 и проводятъ газъ изъ фабрики черезъ трубу В;
такъ какъ давленіе свѣтильнаго газа немного больше атмо-
сфернаго давленія, то колоколъ подъ давленіемъ газа при-
— 214 —
поднимается вверхъ. Когда газъ истрачивается, колоколъ
опускается. На колоколъ накладывается еще нѣкоторый
грузъ; при увеличеніи этого груза давленіе этого газа ста-
Фиг. 228.
новится больше, а при
уменыпніи его—меньше.
Зимой въ каналахъ про-
водится нагрѣтая вода,
чтобы вода не замерзала.
На фиг. 228 изображенъ
маленькій газометръ,
часто употребляемый въ
лабораторіяхъ. Для измѣ-
ренія газовъ и въ осо-
бенности свѣтильнаго га-
за служатъ всѣмъ извѣ-
стные газовые часы.
На фиг. 229 изображены
схематически лишь глав-
ныя части этого прибора.
Цилиндрическій жестя-
ный сосудъ съ горизон-
тальной осью наполненъ
болѣе чѣмъ на половину
водой. Около оси можетъ
вращаться колесо, образованное изъ четырехъ своеобразно
изогнутыхъ лопатообразныхъ сосудовъ аЬс. Газъ, подлежащій
измѣренію, проводится къ оси и черезъ короткую трубку
попадаетъ у о въ помѣщеніе а,
отдѣленное отъ уровня воды
лопаткой аЬс. Давленіемъ газа
эта лопатка поднимается и все
колесо начинаетъ вращаться въ
направленіе стрѣлки. Когда ко-
лесо поворачивается на четверть
круга, лопатка аЬс приходитъ
въ положеніе а'. Съ этого мо-
мента находящійся въ ней газъ
можетъ попасть въ помѣщеніе
й и съ открытіемъ крана Л мо-
жетъ быть проведенъ въ мѣсто
его потребленія. Въ это же вре-
мя вторая лопатка а'" занимаетъ
мѣсто лопатки аЬс и тоже на-
Фиг. 229. полняется газомъ. Такимъ обра-
зомъ при одномъ поворотѣ ко-
леса черезъ часы проходитъ опредѣленное количество
газа, напримѣръ, 10 литровъ. Этотъ поворотъ отмѣчается
на циферблатѣ, снабженномъ стрѣлками и поставленномъ
— 215 —
впереди часовъ. На этомъ циферблатѣ мы можемъ от-
считать, сколько оборотовъ сдѣлало колесо и, слѣдователь-
но, сколько литровъ газа прошло черезъ часы. Чтобы
вода не замерзала, въ нее подливаютъ спиртъ или глице-
ринъ. Уровень воды можетъ опускаться вслѣдствіе испа-
ренія и подниматься черезъ сгущеніе ея. Первый случай
убыточенъ для газового общества, второй для потреби-
теля. Существуютъ поэтому приспособленія, чтобы прилива-
ніемъ или отливаніемъ воды держать уровень ея на опре-
дѣленной высотѣ.
При истеченіи сгущенныхъ газовъ изъ отверстій наблю-
даются иногда нѣкоторыя странныя явленія. Они называются
„аэростатическими парадоксами". Разскажемъ о нихъ.
Беремъ какую нибудь трубку приблизительно въ 1—2
сантиметра въ діаметрѣ и 20—30 сантиметровъ длины и съ
Фиг. 230.
помощью пробки прикрѣпляемъ круглый картонъ къ край-
нему ея концу такъ, чтобы отверстіе трубки совпадало съ
плоскостью картона (фиг. 230). Затѣмъ мы подвѣшиваемъ
вертикально на ниткѣ листъ легкаго картона и можемъ
приступить къ нашему опыту.
Поставивъ трубку съ круглымъ картономъ такъ, чтобы
послѣдній находился противъ листа на разстояніи нѣсколь
кихъ сантиметровъ, мы начинаемъ дуть въ трубку. Какъ и
слѣдовало ожидать, листъ отклоняется въ сторону.
Приблизимъ теперь трубку съ картономъ очень близко къ
листу и опять начнемъ дуть въ трубку. Къ нашему удивле-
нію листъ не только не отклоняется въ сторону отъ круг-
лаго картона но, наоборотъ, притягивается къ нему и даже
не отстаетъ, а слѣдуетъ за нимъ, когда мы трубку съ кар-
тономъ отодвигаемъ. Если отодвинуть трубку назадъ и
— 216 —
вверхъ, листъ послѣдуетъ за нимъ и будетъ свободно ка-
чаться въ воздухѣ.
Еще проще опытъ съ книгой. Мы открываемъ книгу и
поднимаемъ два листа ея такъ, какъ это изображено на
фиг. 231. Если теперь дуть въ направленіи стрѣлки, чтобы
отдѣлить оба листа другъ отъ друга, они не отдѣлятся, а
будутъ совершать колебанія вмѣстѣ. Прежде чѣмъ объяс-
Фяг. 231.
нить эти явленія, мы опишемъ еще одинъ опытъ, который
облегчитъ намъ само объясненіе.
Къ конусообразно-расширяющейся трубкѣ аЬ (фиг. 232)
мы прикрѣпляемъ маленькій манометръ сЛ, который напол-
няемъ какой нибудь окрашенной жидкостью. Если теперь
дуть въ широкое отверстіе, жидкость поднимается въ ко-
лѣнѣ А манометра, что указываетъ на болѣе высокое давле-
ніе внутри^трубки. Въ этомъ нѣтъ ничего неожиданнаго.
Фиг. 232.
Если же дуть въ болѣе узкое отверстіе трубки, жидкость
поднимается въ колѣнѣ с, что доказываетъ, что внутри
трубки произошло разрѣженіе воздуха. Объясняемъ мы эти
явленія слѣдующимъ образомъ: представимъ себѣ воздухъ,
находящійся внутри трубки, раздѣленнымъ на цѣлый рядъ
круглыхъ и плоскихъ слоевъ; каждый слой, двигаясь слѣва
направо, наталкивается на сосѣдній слой и пытается сооб-
щить ему собственную свою скорость; такъ какъ при пере-
— 217 —
движеніи слоевъ пространство, занимаемое ими, становится
больше, то объемъ ихъ увеличивается, и, слѣдовательно,
плотность и давленіе уменьшается. Вернемся теперь къ
опыту, изображенному на фиг. 230. Воздухъ, выходящій изъ
отверстія трубки, попадаетъ въ болѣе обширное простран-
ство, расширяется, вслѣдствіе чего его плотность и давленіе
уменьшается. Такъ какъ его давленіе становится меньше
давленія наружнаго воздуха, то послѣдній прижимаетъ
Фиг. 233.
подвижной листъ къ круглому картону. Затѣмъ разрѣженіе
прекращается, листъ отскакиваетъ, чтобы вслѣдъ затѣмъ
опять быть прижатымъ къ круглому картону, чѣмъ и объяс-
няются колебательныя движенія листа. Для полнаго объяс-
ненія этого удивительнаго явленія требуется довольно
сложное математическое и физичеекое изслѣдованіе, кото-
рымъ мы здѣсь, конечно, заняться не можемъ. Удовлетво-
римся, поэтому, даннымъ объ-
ясненіемъ и перейдемъ къ из-
ложенію еще нѣкоторыхъ по-
лезныхъ примѣненій сжатаго
воздуха.
Если черезъ внутреннюю
трубку а аппарата, изображен-
наго на фиг. 233, пропустить
сильный токъ воздуха или
пара по направленію къ сб,
то съ этого мѣста этотъ токъ
станетъ разрѣжаться. Вслѣд-
ствіе этого воздухъ изъ трубки
А будетъ сильно всасываться
въ большую трубку, что вызо-
ветъ поднятіе жидкости въ д. Фиг. 234.
Жидкость эта будетъ увле-
чена токомъ воздуха (или пара) и у отверстія п будетъ
выталкиваться съ такой силой, что она вся разобьется на
мельчайшія капельки. Еще проще устройство подобнаго же
прибора, изображеннаго на фиг. 234, но его дѣйствіе не
такъ сильно. И здѣсь токъ воздуха (или пара), выходя изъ
трубки В, вызываетъ у отверстія т разрѣженіе воздуха,
вслѣдствіе чего жидкость всасывается въ А и у отверстія т
— 218 —
распадается на мельчайшія капельки. Такіе приборы назы-
ваются пульверизаторами и употребляются часто для того,
чтобы сдѣлать воздухъ болѣе влажнымъ, пропитать его
тѣмъ или другимъ медицинскимъ веществомъ, дезинфици-
ровать его, укрѣплять рисунки углемъ (обрызгивая ихъ
тонкимъ растворомъ аравійской смолы) и т. д. Аппаратъ,
изображенный, на фиг. 233 („гриффиновъ инжекторъ"), слу-
житъ для того чтобы наполнять паровой котелъ водой. Вы
видите, что приборы, устройство которыхъ основано на при-
мѣненіи сжатаго воздуха, очень разнообразны. Дѣйствіемъ
внезапно расширяющагося сжатаго воздуха пользуются еще
для охлажденія различныхъ веществъ, но объ этомъ мы
поговоримъ въ ученіи о теплотѣ.
ЛЕКЦІЯ ТРИДЦАТЬ ВТОРАЯ.
Движущая сила вѣтра. Нѣмецкія, голландскія вѣтряныя мельницы.
Направленіе, сила и скорость вѣтра. Флюгеръ Вильда. Робинзоновы
крестовины. Анемометръ.
Въ предыдущей лекціи мы познакомились съ движущей
силой искусственно сжатаго воздуха, движущагося въ труб-
кахъ. Еще болѣе важную роль въ качествѣ движущей силы
играетъ свободно движущійся воздухъ—вѣтеръ.
_ Самое древнее, вѣроятно,
Фиг. 235..
да и въ настоящее время
еще наиболѣе важное при-
мѣненіе движущей силы
вѣтра мы имѣемъ въ парус-
ной лодкѣ. Мы разсмотрѣли
еще въ восьмой лекціи всѣ
существенныя условія, при
которыхъ можно двигаться
въ этой лодкѣ не только
при неблагопріятномъ, но
даже при противополож-
номъ направленіи вѣтра.
Слѣдующее важное примѣ-
неніе движущая сила вѣт-
ра находитъ на вѣтряныхъ
мельницахъ. Въ странахъ
низменныхъ, какъ, напримѣръ, въ сѣверной Германіи, Гол-
ландіи и т. д., движущая сила вѣтра вполнѣ замѣняетъ
движущую силу воды. Удивителенъ тотъ фактъ, что ни
на востокѣ, ни въ эпоху классической древности вѣтряныя
— 219 —
мельницы не были извѣстны, а онѣ были, вѣроятно, изобрѣ-
тены въ Германіи около Хі-го столѣтія.
Мы можемъ устроить себѣ сами колесо вѣтряной мель-
ницы въ теченіе пяти минутъ. Начертимъ для этого на
твердой бумагѣ- два концентрическихъ круга .(фиг. 235) въ
12 и 36 миллиметровъ радіусомъ, раздѣлимъ окружность на
12 частей и разрѣжемъ большій кругъ и радіусы, проведен-
ные до меньшаго круга (по вычерченнымъ линіямъ). За-
штрихованныя части отогнемъ вверхъ на уголъ приблизи-
тельно въ 45°, а центръ малаго круга проткнемъ булавкой
до головки и остріе булавки воткнемъ въ заостренный ку-
сокъ пробки (фиг. 236). Если теперь дуть на этотъ приборъ
или быстро двигаться съ нимъ, бумага начнетъ быстро вра-
щаться. Такіе приборы составляютъ любимую игрушку дѣтей.
Послѣ сказаннаго нами въ лекціи восьмой о разложеніи
силъ, работа этого прибора врядъ ли нуждается еще въ
объясненіи.
Наше колесо можетъ быть приведено въ движеніе и то-
комъ воздуха, поднимаю-
щимся отъ пламени или
теплаго очага. Такія же
колеса часто приготовля-
ются изъ жести и встав-
ляются на мѣсто одного
изъ верхнихъ стеколъ
окна въ комнатахъ. Если
воздухъ въ комнатѣ теп-
лѣе наружнаго воздуха,
то начинается токъ возду-
ха извнутри наружу и ко-
Фпг. 236.
лесо начинаетъ вращаться. Многіе полагаютъ, что вращеніе
этого колеса содѣйствуетъ вентиляціи комнаты. Но это мнѣ-
ніе ошибочно. Причина принимается здѣсь за слѣдствіе:
вентиляція комнаты вызываетъ вращеніе колеса, а не на-
оборотъ. Ниже мы познакомимся съ приспособленіемъ, имѣю-
щимъ обратное значеніе.
Если взять нѣсколько большее вѣтряное колесо (діаме-
тромъ около 73 метра), сдѣланное изъ жести, и заставить
его вращаться около вертикальной оси на 17а—2 метра надъ
свободнымъ костромъ, мы получимъ двигатель достаточно
сильный для того, чтобы съ помощью зубчатыхъ колесъ
вращать вертелъ. Такіе автоматическіе вертелы составляли
не рѣдкость въ тѣ времена, когда употреблялись еще откры-
тые очаги. Въ настоящее время они замѣнены часами, при-
водимыми въ движеніе грузомъ или пружиной. Въ послѣд-
нее время стали употреблять такія колеса съ крыльями изъ
слюды въ химическихъ и физическихъ лабораторіяхъ въ
качествѣ автоматическихъ мѣшалокъ.
— 220 —
Въ вѣтрен ыхъ мельницахъ горизонтальная ось
колеса мельницы соединена коническими колесами съ вер-
тикальной осью, вращающей жерновъ. Такъ какъ на-
правленіе вѣтра часто
мѣняется, то въ мель-
ницахъ устроено еще
особое приспособленіе,
посредствомъ котораго
ось колеса мельницы
устанавливается въ на-
правленіи вѣтра. Въ бо-
лѣе старыхъ герман-
скихъ вѣтряныхъ мель-
ницахъ все зданіе мель-
ницы поворачивается
для этого съ помощью
длиннаго рычага около
вертикальной оси; въ
голландскихъ мельни-
цахъ поворачивается
только крыша, въ ко-
торой укрѣплена ось
колеса мельницы. Въ
новѣйшихъ в ѣ т р я-
Фиг. 237. ныхъ мельницахъ ко-
л е с о поворачивается
самимъ вѣтромъ съ помощью направляющихъ крыль-
евъ, устроенныхъ на подобіе флюгера на противополож-
номъ концѣ оси мельничнаго
колеса. Нѣкоторое понятіе объ
этихъ мельницахъ можетъ
дать изображеніе передвиж-
ного, приводимаго въ дѣйствіе
вѣтромъ, насоса, устроеннаго
по американскому образцу Фр.
Филлеромъ въ Гамбургѣ (фиг.
237). Само колесо мельницы со-
стоитъ изъ множества радіаль-
но расположенныхъ узенькихъ
дощечекъ, поставленныхъ подъ
угломъ къ плоскости колеса.
Всѣ эти дощечки раздѣлены на
8 группъ такъ, что кажцая
группа можетъ опрокидывать-
Фиг. 238. ся назадъ около одной стороны
восьмиугольнаго остова коле-
са. Этому опрокидыванію противодѣйствуетъ грузъ, подвѣ-
шенный къ рычагу. Когда вѣтеръ становится слишкомъ
— 221 —
сильнымъ, онъ опрокидываетъ группы дощечекъ болѣе или
менѣе отъ наружной стороны колеса назадъ, вслѣдствіе
чего дѣйствіе его регулируется. На фиг. 238 изображенъ пе-
редній видъ неперевернутаго колеса, а на фиг. 239—боковой
видъ перевернутаго колеса. Вращательное движеніе оси ко-
леса передается черезъ эксцентрикъ стержню поршня, кото-
рый движется взадъ и впередъ въ насосѣ, стоящемъ на ко-
лесахъ.
Съ помощью колесъ, приводимыхъ въ движеніе вѣтромъ,
мы не только пользуемся силой вѣтра, но и можемъ измѣ-
рять эту силу. Сообщимъ, поэтому, относительно этого нѣ-
которыя свѣдѣнія, относящіяся къ метеорологіи.
Первоначальной причиной образованія вѣтра является
нагрѣваніе воздуха. Нагрѣтый воздухъ расширяется, подни-
мается вверхъ, а, охладившись въ болѣе холодныхъ мѣстахъ,
Фиг. 239.
спускается внизъ. Эти теченія самымъ сложнымъ образомъ
видоизмѣняются вслѣдствіе вращенія земли вокругъ ея оси
и нѣкоторыхъ другихъ условій. Направленіе вѣтра
узнается съ помощью флюгера или наблюденіемъ движенія
дыма или облаковъ. Вѣтеръ, дующій съ сѣвера, называется
сѣвернымъ вѣтромъ. Сила вѣтра измѣняется или по дѣй-
ствію его на деревья и дома или съ помощью особыхъ при-
боровъ, называемыхъ анемометрами. Различаютъ 10 сте-
пеней силы вѣтра, а мѣриломъ служить скорость движенія
массъ воздуха, т. е. пути (въ метрахъ), пройденные ими
въ секунду.
Въ прилагаемой таблицѣ приведены установленныя об-
щимъ соглашеніемъ степени силы вѣтра и соотвѣтствующія
имъ скорости.
— 222 —
Степени Скорость въ
Наблюдаемыя явленія. силы метрахъ и
вѣтра, въ секунду.
Тихое или едва замѣтное дуновеніе . О 1
Слабый вѣтерокъ, вызывающій лишь
шелестъ листьевъ................. 1 3
Умѣренный вѣтеръ, приводящій въ
движеніе слабыя вѣтви............ 2 5
Умѣренный вѣтеръ, приводящій въ
движеніе болѣе сильныя вѣтви. . 3 8
Довольно сильный вѣтеръ, приводя-
щій въ движеніе еще болѣе силь-
ныя вѣтви............................ 4 11
Довольно сильный вѣтеръ, приводя-
щій въ движеніе сильнѣйшія вѣтви . 5 15
Сильный вѣтеръ, приводящій въ дви-
женіе все дерево..................... 6 19
Очень сильный вѣтеръ, ломающій
вѣтви................................ 7 24
Сильнѣйшій вѣтеръ, ломающій вѣтви
и слабыя деревья и затрудняющій
ходьбу............................... 8 29
Буря, ломающая или вырывающая съ
корнемъ крѣпкія деревья и опро-
кидывающая людей..................... 9 34
Ураганъ, срывающій крыши домовъ,
дымовыя трубы, уносящій далеко
тяжелыя массы....................... 10 40
Болѣе точно измѣряется сила вѣтра (если она не превы-
шаетъ болѣе 30 метровъ въ сек.) съ помощью флюгера
Вильда, изображеннаго на фиг. 240. Часть Ъа служитъ для
того, чтобы поворачивать аппаратъ въ направленіе вѣтра.
Жестяная доска с&е/ вращается вѣтромъ около шарнира сі\
тамъ, гдѣ останавливается нижняя сторона ея, устроена
дуга д съ штифтами.
Доска имѣетъ 30 сант. въ длину, 15 сант. въ ширину и
вѣситъ 200 граммъ. При такихъ условіяхъ штифтамъ соот-
вѣтствуютъ слѣдующіе углы поднятія доски и скорости
вѣтра:
№ штифта: 1 2 3 4 5 6 7
Уголъ поднятія: 0° 4° 15,5° 31° 45,5° 58° 72° 80,5»
Скорость вѣтра: 0 2 3 6 8 10 14 20
Еще болѣе точныя измѣренія производятся на метеоро-
логическихъ станціяхъ съ помощью особаго аппарата, нося-
щаго названіе крестовина Робинзона или анемо-
метра. Аппаратъ этотъ изображенъ на фиг. 241 и состоитъ
— 223 —
изъ вращающагося около вертикальной оси металлическаго
креста, на концахъ котораго прикрѣплены полушарныя ча-
шечки. Если вѣтеръ попадаетъ на выпуклую сторону ча-
шечки, дѣйствіе его не велико, такъ какъ онъ большей
частью скользитъ въ сторону; наоборотъ, если онъ попадаетъ
въ вогнутую сторону, онъ можетъ съ полной силой двигать
чашечку. Отсюда слѣдуетъ, что вѣтеръ, каково бы ни было
его направленіе, приводитъ всегда въ движеніе крестовину.
Опытъ показалъ, что скорость вѣтра въ три раза (въ очень
большихъ аппаратахъ въ 2*/г раза) больше скорости движе-
нія серединъ чашечекъ по окружности. Съ помощью винта
вращеніе оси переносится на зубчатое колесо со стрѣлкой,
Фиг. 240.
Фиг. 241.
которая и показываетъ, сколько метровъ прошелъ вѣтеръ
въ своемъ движеніи въ теченіе опредѣленнаго времени, на-
примѣръ, одного дня. Если раздѣлить это число на 86400,
т. е. на число секундъ въ день, можно получить среднюю
скорость вѣтра. Допустимъ, что въ 12 час. дня мы отсчи-
тали на циферблатѣ число 555124; наканунѣ мы въ это же
время отсчитали число 123124; вычтя одно число изъ дру-
гого, мы получаемъ: 555124—123124=432000. Раздѣливши
это число на 86400, мы получаемъ 5. Итакъ, скорость вѣтра
была равна 5 метрамъ, а, слѣдовательно, сила вѣтра=сте-
пени 2.
— 224 —
Въ этомъ разсчетѣ предполагается, что отсчитываемыя
на циферблатѣ числа прямо
даютъ путь вѣтра въ метрахъ;
еслибы этого не было, намъ
пришлось бы этотъ путь вы-
считать изъ числа оборотовъ.
На фиг. 242 изображенъ
удобно переносимый анемо-
метръ Р. Фюсса въ Берлинѣ,
служащій для провѣрки вен-
тиляціи. Помѣщаютъ инстру-
ментъ въ область вентилиру-
емаго воздуха и наблюдаютъ
показанія стрѣлки въ началѣ
и концѣ опредѣленнаго числа
минутъ. Такіе инструменты въ
особенности важны въ рудни-
кахъ, гдѣ отъ правильности
вентиляціи зависитъ безопас-
Фмг. 242. ность рудокоповъ. Какъ это
видно изъ фигуры, здѣсь при-
мѣнено обыкновенное вѣтряное колесо.
ЛЕКЦІЯ ТРИДЦАТЬ ТРЕТЬЯ.
Вентиляторы, волчки, летающіе змѣи, метательные машины, полетъ
птицъ. Шутихи, огненный колеса и ракеты.
Сегодня мы отправляемся на прогулку и по дорогѣ из-
учимъ нѣкоторыя явленія повседневной жизни, выясняющія
и дополняющія сказанное нами въ предыдущей лекціи.
Въ этой лекціи я вамъ разсказывалъ, какъ движущійся
воздухъ приводитъ въ движеніе вѣтряныя колеса. Но въ фи-
зикѣ почти всегда существуетъ такое взаимное воздѣйствіе,
что причина и слѣдствіе могутъ мѣняться мѣстами; поэтому
можно и въ нашемъ случаѣ допустить обратное, а именно,
что движущееся вѣтряное колесо можетъ привести въ дви-
женіе воздухъ. Въ дѣйствительности именно этотъ принципъ
лежитъ въ основѣ многимъ вентиляторовъ. Это—помѣ-
щенныя въ трубахъ вѣтряныя колеса, приводимыя въ дви-
женіе какимъ нибудь двигателемъ (всего удобнѣе электри-
ческимъ). Мы можемъ такой вентиляторъ разсматривать
такъ же какъ винтъ, а окружающій его воздухъ какъ гайку.
Затѣмъ винтъ, какъ намъ уже извѣстно, можетъ быть све-
— 225 —
денъ къ наклонной плоскости; поэтому эта послѣдняя должна,
наоборотъ, употребляться въ качествѣ вентилятора. Дама,
обмахивающаяся вѣеромъ, пользуется въ сущности такой
наклонной плоскостью; вѣеръ есть простѣйшая форма вен-
тилятора. Если вращаютъ винтъ, не давая ему передвигаться
въ направленіи оси, то начинаетъ передвигаться гайка. Въ
вентиляторѣ именно это и происходитъ. Если же гайка
остается неподвижной
прй вращеніи винта, то
передвигается послѣдній.
Именно это происходитъ
въ маленькомъ игрушеч-
номъ аппаратѣ, извѣст-
номъ подъ названіемъ
волчка (фиг. 243). Онъ
имѣетъ форму вѣтряна-
го колеса съ четырьмя
Фиг. 243.
косо-поставленными крыльями; вставивъ колесо въ под-
ставку (фиг. 244) и натянувъ нить, приводятъ колесо въ
быстрое вращеніе; колесо какъ будто ввинчивается въ воз-
духъ, поднимаясь вверхъ, пока вся скорость его вращенія
не истрачивается. Въ другой игрушкѣ—искусственной ле-
тучей мыши—принципъ устройства тотъ же, но вращеніе
получается вытягиваніемъ крѣпко свернутой каучуковой
нити.
Вотъ тамъ дѣти пускаютъ бумажные - ...
змѣи. Этотъ аппаратъ есть не только игрушка;
имъ пользовался великій Франклинъ для л
своихъ изслѣдованій воздушнаго электричества,
да и теперь еще имъ пользуются для подоб-
ныхъ же цѣлей. Удалось, вѣдь, поднять такіе йй
змѣи на высоту. 3000 метровъ.
И бумажный змѣй есть въ сущности на-
клонная плоскость, но здѣсь эта наклонная
плоскость приводится въ движеніе воздухомъ,
между тѣмъ какъ въ вѣерѣ дѣло происходитъ
наоборотъ.
Сдѣлаемъ себѣ такой змѣй самой простой иИ
формы. Скрѣпимъ для этого двѣ палочки на
крестъ, какъ это изображено на фиг. 245, свя- 244
жемъ концы ихъ ниткой и наклеимъ на этотъ иг’
остовъ крѣпкую бумагу. Къ центру и концамъ креста
привяжемъ нитки, которыя потЬмъ соединимъ въ одинъ
узелъ; къ этому узлу мы привяжемъ длинную нитку, кото-
рая должна быть возможно болѣе крѣпка, но и возможно
болѣе легка. Чтобы дать аппарату возможность подняться
вверхъ, мы держимъ его тупымъ (переднимъ) концомъ
вверхъ противъ вѣтра и, по мѣрѣ того, какъ вѣтеръ по дни-
— 226 —
маетъ его вверхъ, мы мало-по-малу освобождаемъ нитку
изъ рукъ такъ, чтобъ она все время оставалась натянутой
(фиг. 246).
Форма змѣя очень часто измѣнялась. Хвостъ, который
часто придѣлывается къ нему, не имѣетъ существеннаго
значенія. Змѣи, выгнутые выпуклой стороной вверхъ, ока-
зываютъ большее сопротивленіе воздуху, а выгнутые въ про-
тивоположную сторону,—какъ это изображено на нашей
фигурѣ, представляющей маленькаго змѣя,—бываютъ болѣе
устойчивы, такъ что змѣй не такъ легко переворачивается.
Въ большихъ змѣяхъ вмѣсто нитки берутъ проволоку. Часто
соединяютъ нѣсколько змѣй вмѣстѣ, помѣщая ихъ одинъ
надъ другимъ на извѣстномъ разстояніи и тогда нижніе
змѣи носятъ грузъ верхнихъ змѣй.
Фиг. 245—248.
Можно заставить змѣя подняться и при отсутствіи вѣтра;
для этого приходится быстро бѣгать съ концами нитки въ
рукахъ (фиг. 247), какъ это часто и дѣлаютъ наши дѣти.
Почему змѣй вообще поднимается вверхъ? Объясненіе этого
явленія очень просто. Пусть Ъ Ь' (фиг. 248) представляетъ
плоскость змѣя, а ра—направленіе вѣтра; сила вѣтра разло-
жится тогда на составляющія рЬ и рс, изъ которыхъ первая
не будетъ оказывать никакого дѣйствія, а вторая будетъ
поднимать змѣя.
Болѣе новую, очень удивительную, форму имѣетъ змѣй
Харграва (фиг. 249). Онъ представляетъ собою соединеніе
двухъ ящичковъ, не имѣющихъ ни крышки, ни дна. Этотъ
змѣй сохраняетъ свою устойчивость и при сильномъ и не-
правильномъ вѣтрѣ.
— 227 —
На фиг. 250 изображенъ метательный снарядъ, которымъ
пользуются дикіе австралійцы. Онъ называется бумерангомъ.
Если взять древко за одинъ конецъ и взмахнуть имъ такъ,
чтобы дать ему одновременно вращательное движеніе въ на-
правленіи стрѣлки и поступательное въ горизонтальномъ
направленіи, оно полетитъ на нѣ-
которое разстояніе вверхъ, затѣмъ
станетъ двигаться въ горизонталь-
номъ направленіи, потомъ опустится
вертикально внизъ и опять станетъ
двигаться въ горизонтальномъ на-
правленіи обратно, такъ что, при
удачномъ метаніи, бумерангъ ле-
титъ къ ногамъ метальщика. Попе-
речный разрѣзъ древка съ одной
стороны ограниченъ прямой линіей,
а съ другой—плоской дугой. Полная
теорія бумеранга очень сложна и
для ея пониманія необходимы по-
знанія изъ высшей математики и по-
Фиг. 249.
тому мы здѣсь подробнѣе на ней останавливаться не можемъ.
Въ то время, какъ мы здѣсь опытнымъ путемъ стараемся
изучить явленія полета, надъ нами въ воздухѣ летаютъ все-
возможныя птицы, которыя, безъ вся-
каго знанія математики далеко пре-
восходятъ все то, чего мы не въ со-
стояніи достичь нашими искусствен- Ч \
ными летательными аппаратами. Изу-
чить полетъ птицъ, чтобы, если
возможно будетъ, ему подражать—
надъ этой задачей люди работаютъ »
уже въ теченіе многихъ столѣтій. я ЧЧ\
Если внимательно наблюдать этотъ ;
полетъ, можно замѣтить двѣ главныя '
формы его: пареніе и порханіе.
Въ первомъ случаѣ птица очень рѣдко
или совершенно не двигаетъ крылья- ф 250
ми. Ея положеніе напоминаетъ тогда иг’
положеніе бумажнаго змѣя: расправивъ свои крылья, она
пользуется ими, какъ наклонной плоскостью и поднимается
вверхъ съ помощью
вѣтра или постепен-
но опускается,поль- а''у
зуясь сопротивлені- " 6
емъ спокойнаго воз- Фиг. 251.
духа. Другое дѣло—порханіе. Присмотримся внимательнѣе
къ фиг. 251, въ которой плоскость крыльевъ, простоты ради,
изображена линіями. Какъ мы уже показали на крестовинѣ
— 228 —
Робинзона, выпуклая поверхность испытаваетъ меньшее со-
противленіе, чѣмъ вогнутая. Уже вслѣдствіе одного этого
птица при повторномъ взмахиваніи крыльевъ, должна под-
ниматься вверхъ, даже если бы крылья были совершенно не
упруги и имѣли бы форму Ь&; при всякомъ взмахѣ внизъ
птица должна была бы подняться на большую высоту, чѣмъ
при взмахѣ вверхъ, она опускается. Но сюда присоединяется
еще одно явленіе: при взмахѣ внизъ крылья еще болѣе рас-
правляются, какъ это изображаетъ линія аа', между тѣмъ
какъ при взмахѣ вверхъ, упругіе концы крыльевъ изгибаются
внизъ, какъ это изображаетъ ЬЬ‘. Вслѣдствіе этого излишекъ
поднятія вверхъ становится еще больше: вѣдь, сила сопро-
тивленія вверхъ уменьшается, а сила сопротивленія внизъ
увеличивается. Съ помощью же перьевъ хвоста эти два рода
движенія—порханіе и пареніе—могутъ складываться въ раз-
личныхъ комбинаціяхъ. Птица взмахиваетъ тогда крыльями
спереди назадъ, вслѣдствіе чего она получаетъ почти гори-
зонтальный толчекъ; дѣйствуя въ то же время хвостомъ,
какъ наклонной плоскостью, она вѣтромъ несется вверхъ.
Мы не будемъ здѣсь разсказывать о безчисленныхъ
попыткахъ построить летательныя машины.
[Способъ летать еще не найденъ. Онъ будетъ най-
денъ, но, безъ сомнѣнія, не тѣми фантазерами-
изобрѣтателями, которые дѣйствуютъ наудачу безъ
основательныхъ знаній механики и математики. Для
этого изобрѣтенія требуются серьезныя научныя зна-
нія и систематически устроенные опыты.
Стемнѣло. Пернатое царство отправилось на покой,
Ф 252 и только ночныя совы и летучія мыши, беззвучно
иг’ ныряя, прорѣзываютъ воздухъ. Но смотри! Какая-то
огненная птица съ шипѣніемъ поднимается вверхъ и высоко
въ воздухѣ съ трескомъ лопается или разбивается въ дождь
ярко свѣтящихся звѣздъ. Это—ракета. Вслѣдъ затѣмъ съ трес-
комъ взлетаетъ вверхъ цѣлый снопъ шутихъ, которыя, кру-
жась и лопаясь, смѣшиваются въ одну кучу, между тѣмъ какъ
внизу огненное колесо разбрасываетъ блестящія искры
во всѣ стороны. Движущій механизмъ этихъ летучихъ огней
основанъ на совершенно другомъ принципѣ. Это именно
тотъ принципъ, съ которымъ мы познакомились уже въ. уче-
ніи о боковомъ давленіи, при изученіи Сегнерова колеса и
турбинъ, — принципъ реакціи. Познакомимся ближе съ
основными формами этихъ искусственныхъ огней.
Приготовимъ шутиху. Скатавъ изъ бумаги длинную и
узкую трубку (фиг. 252) и склеивъ конецъ ея, насыпаемъ
въ трубку немного пороху (наполняя имъ только часть
трубки, обозначенную буквой р), завязываемъ съ другой
стороны, оставляя небольшой каналъ, и остатокъ трубки
(часть трубки, обозначенную буквой е) наполняемъ смѣсью
— 229 —
і
К
угля и тертаго пороха; для большаго блеска мы приба-
вляемъ стальныя опилки или порошокъ магнія. Завязавъ
второй конецъ, мы сбоку дѣлаемъ отверстіе о, вставляемъ
въ него зажигательный шнурокъ и замазываемъ его замаз-
кой, содержащей порохъ. Если выстрѣлить изъ мортирки
нѣсколько десятковъ такихъ цилиндриковъ, смѣсь въ нихъ
воспламенится, разовьетъ много газовъ, которые будутъ съ
силой вырываться изъ отверстія, что приведетъ трубку,
вслѣдствіе реакціи, во вращательное движеніе,
пока огонь не достигнетъ камеры, наполненной
порохомъ; какъ только огонь достигнетъ этой ка-
меры, произойдетъ сильный взрывъ.
Приготовимъ теперь ракету. Бумажная труб-
ка должна быть для этого болѣе крѣпка и напол-
нять ее нужно иначе (фиг. 253).
Конусообразное пространство 3 остается пу-
стымъ; оно называется душой ракеты. Про-
странство Ъ наполняется плотно сбитой-смѣсью изъ
мелко истолченнаго угля и пороху; что касается
пространства Р, то оно наполняется или зернами
пороха, если ракета должна кончаться взрывомъ,
или—если она должна кончаться яркими звѣз-
дами—шариками, приготовленными изъ пороха,
хлорновато-кислаго калія и такихъ солей, которыя
окрашиваютъ огонь въ тотъ или другой цвѣтъ
(соли стронція даютъ красный цвѣтъ, соли барія
или мѣди—зеленый цвѣтъ и т. д.).
Чтобы наполнить ракету, гильзу надѣваютъ
на стальной конусъ, соотвѣтствующій по формѣ
пространству 3, и затѣмъ набиваютъ пространство
Ь смѣсью пороха и угля. Нижнее отверстіе су-
живается и снабжается зажигательнымъ шнуркомъ,
а верхнее совершенно закрывается. Сбоку къ ра-
кетѣ привязывается тонкая палочка, гораздо болѣе
длинная, чѣмъ сама ракета. Назначеніе простран-
ства 3—увеличить горящую поверхность и тѣмъ
увеличить количество образующихся сразу газовъ,
что усиливаетъ реакцію, а, слѣдовательно, и силу
поднятія ракетъ. Палочка служитъ для того, чтобъ
удерживать ракету въ вертикальномъ положеніи,
дѣйствуя вслѣдствіе сопротивленія воздуха такъ,
какъ перья въ нижнемъ концѣ хвоста птицы. При пусканіи
ракеты, ее помѣщаютъ въ вертикальномъ положеніи и
нижнимъ концомъ на выступающее остріе гвоздя.
Огненное колесо состоитъ изъ легкаго деревяннаго
диска 3, на окружности котораго укрѣплено, въ направленіи
касательной къ кругу, нѣсколько гильзъ, наполненныхъ
частью порохомъ, а частью смѣсью изъ угля и пороха; къ
Фиг.
— 230 —
послѣдней смѣси часто примѣшиваются стальныя опилки и
т. д. (фиг. 254). Образующіеся газы, выходя изъ отверстія,
силой реакціи вращаютъ дискъ въ направленіи противопо-
ложномъ истеченію газовъ. Дискъ насаживается на остріе
гвоздя, служащаго ему осью.
Гильы военныхъ ракетъ сдѣланы изъ стали; вмѣсто на-
правляющей палки онѣ имѣютъ на нижнемъ концѣ, кромѣ
центральнаго отверстія, нѣсколько меньшихъ отверстій по
окружности. Образующіеся газы, выходя изъ
ге- этихъ отверстій, приводятъ ракету въ вра-
щательное движеніе около ея оси, подобно
Сегнерову колесу, вслѣдствіе чего вся ракета
сохраняетъ направленіе, данное ей выстрѣ-
ломъ. Самый выстрѣлъ происходитъ изъ болѣе
широкой, открытой съ обѣихъ сторонъ и стоя-
ф щей на подставкѣ, трубки, дающей опредѣлен-
иг‘ ‘ ное направленіе полету ракеты. Военныя раке-
ты въ настоящее время не употребляются болѣе; на войнѣ
1866 г. авторъ видѣлъ ихъ еще въ дѣйствіи. Въ настоящее
время такой ракетѣ предоставляется выполнить болѣе достой-
ную задачу: вмѣсто того, чтобы губить людей, опа ихъ спа-
саетъ. Допустимъ, что корабль настигнутъ бурею недалеко отъ
берега. Съ берега хотятъ бросить спасательную веревку, но
рукой такъ далеко бросить веревку очень трудно. Вотъ
тутъ-то приходитъ на помощь наша ракета: одинъ конецъ
крѣпкой веревки укрѣп-
ляютъ на берегу, а дру-
гой конецъ привязываютъ
, къ ракетѣ, которую и на-
правляютъ на корабль,
гдѣ матросы и подхваты-
ваютъ ее.
Воздухъ также можетъ
задерживать движеніе со-
противленіемъ, которое
онъ оказываетъ. Этимъ
пользуются смѣлые воз-
духоплаватели, чтобы ме-
дленно спуститься на зем-
фиг 255 лю. Они устраиваютъ такъ
называемые парашюты,
очень напоминающіе обыкновенный зонтикъ. На фиг. 255 изо-
браженъ такой парашютъ въ сложеномъ и раскрытомъ видѣ.
Въ первый разъ спустился на землю на такомъ парашютѣ,
имѣвшемъ 7, 8 метровъ въ діаметрѣ, воздухоплаватель Г а р-
н е р и н ъ; его жена впослѣдствіи не разъ повторяла этотъ
смѣлый полетъ. Воздухоплаватель Леру не разъ подни-
мался на шарѣ и сверху прыгалъ съ парашютомъ въ ру-
— 231 —
кахъ внизъ и во время быстраго паденія самъ открывалъ
его. Привязывали парашютъ и къ ракетамъ; когда ракета
сгораетъ, парашютъ медленно спускается
внизъ вмѣстѣ съ горящимъ шаромъ,
далеко освѣщающимъ окрестность.
Наконецъ, сопротивленіемъ воздуха
пользуются еще въ качествѣ тормаза,
чтобы придать равномѣрное движеніе
аппарату, приводимому въ движеніе гру-
зомъ или пружиной, для чего на оси
этого аппарата укрѣпляютъ диски, дѣй-
ствующіе на подобіе крыльевъ вѣтряной
мельницы (фиг. 256). Грузъ, дѣйствую-
щій на ось, какъ сила постоянная, при-
водитъ аппаратъ въ равномѣрно уско-
ренное движеніе. Но вмѣстѣ со скоро
стью и почти пропорціонально квадрату
ея, возростаетъ п сопротивленіе, а, слѣ-
довательно, и потеря скорости. Поэто-
му долженъ наступить моментъ, когда
уменьшеніе и увеличеніе скорости урав-
новѣшиваются и съ тѣхъ поръ аппаратъ
стоянной скоростью.
Фиг. 256.
движется съ по-
ЛЕКЦІЯ ТРИДЦАТЬ ЧЕТВЕРТАЯ.
Воздушные шары. Системы ихъ устройства. Монгольфьеры и Шарль.
Несвободные воздушные шары. Опасности воздухоплаванія. Примѣне-
нія воздухоплаванія.
Воздушный шаръ устраивается совершенно иначе, чѣмъ
летательные снаряды, описанные въ предыдущей лекціи.
Онъ поднимается вверхъ потому, что весь онъ съ напол-
няющимъ его газомъ вѣситъ меньше, чѣмъ вытѣсняемый
имъ воздухъ. Вслѣдствіе этого онъ получаетъ толчекъ
вверхъ, преодолѣвающій его вѣсъ, и долженъ подниматься
вверхъ.
Воздушный шаръ былъ изобрѣтенъ въ 1782 году братьями
Монгольфьерами въ городѣ Анонэ. Первый ихъ шаръ былъ
сдѣланъ изъ полотна и, чтобы наполнить его горячими га-
зами, они развели подъ нимъ костеръ изъ соломы. Первое
удачное поднятіе произошло 5 іюня 1783 года. Первыми
счастливыми воздухоплавателями были овца, пѣтухъ и утка;
19 сентября того же года воздушный шаръ поднялся съ
— 232 —
фиг. 257а.
ними въ Версалѣ въ присутствіи короля Людовика XVI го.
Послѣ этого предполагалось съ разрѣшенія короля поднять
въ воздушномъ шарѣ двухъ приговоренныхъ къ смерти пре-
ступниковъ. Но этой славѣ перваго воздушнаго путешествія
позавидовали два смѣльчака—Пилятръ-де-Розье и маркизъ-
д-Арланъ и 21 ноября того же года сами поднялись на воз-
душномъ шарѣ. Между тѣмъ физику Шарлю въ Парижѣ
пришла на мысль счастливая идея наполнять шаръ не на-
грѣтымъ воздухомъ, а гораздо болѣе легкимъ газомъ—во-
дородомъ. Устроивъ предвари-
тельный опытъ 27 августа 1783
года, который оказался вполнѣ
удачнымъ, онъ предпринялъ
удачный подъемъ вмѣстѣ съ
Робертомъ изъ Тюльери въ
Парижѣ. Съ тѣхъ поръ воз-
душные полеты повторялись не
разъ, но не всегда съ удач-
нымъ исходомъ. Въ одинъ изъ
этихъ полетовъ была сдѣлана
неудачная попытка скомби-
нировать шаръ, наполненный
водородомъ, съ шаромъ, на-
полненнымъ нагрѣтымъ возду-
хомъ, причемъ погибъ вмѣстѣ
со своими спутниками Пилятръ-де-Розье. Шары, наполнен-
ные нагрѣтымъ воздухомъ, называются монгольфьерами, а
наполненные водородомъ или свѣтильнымъ газомъ—шарліе-
рами. Послѣдніе скоро вытѣснили первые, хотя они и сто-
ятъ дороже, потому что приготовляются не изъ полотна, а
изъ пропитаннаго лакомъ шелка, чтобы газъ не могъ улету-
чиваться.
Устроимъ себѣ сами воздушный шаръ по спо-
собу Монгольфьера съ діаметромъ приблизи-
тельно въ 80 сантиметровъ. Изъ нѣсколькихъ
листовъ твердой шелковистой бумаги мы вырѣ-
зываемъ контуры шара по рисунку, изобра-
женному на фиг. 257а и затѣмъ склеиваемъ
ихъ краями. Верхнее отверстіе шара мы закры-
Фиг. 257в. ваемъ кружкомъ изъ шелковистой бумаги; сдѣ-
лавъ петлю изъ нитки, мы приклеиваемъ ее къ
этому кружку, чтобы можно было шаръ подвѣсить. Въ
нижнемъ отверстіи мы укрѣпляемъ обручъ изъ легкаго
дерева, а въ немъ укрѣпляемъ цилиндрикъ. Внутри ци-
линдра мы привязываемъ крестъ на крестъ двѣ проволоки, а
въ центрѣ перекреста привязываемъ массу бумаги (фиг. 2576).
Подвѣсивъ предварительно шаръ, мы пропитываемъ бумагу
спиртомъ и поджигаемъ ее. Пламя въ нѣсколько минутъ
— 233 —
нагрѣваетъ воздухъ, піаръ надувается и, снятый съ крюка,
поднимается ввеихъ. Необходимо только обратить вниманіе
на то, что такіе шары не безопасны въ пожарномъ отноше-
ніи. вслѣдствіе чего ихъ можно пускать только въ мѣстахъ,
гдѣ нѣтъ легко зажигающихся крышъ и т. д. или зимой,
когда все покрыто снѣгомъ.
Шары въ два метра въ діаметрѣ и больше могутъ быть
приготовлены изъ оберточной бумаги и снабжены внизу
проволочными корзинками, наполненными раскаленнымъ
древеснымъ углемъ.
По системѣ Шарля воздушные шары не могутъ быть
приготовлены изъ бумаги, потому что черезъ нее газы
слишкомъ быстро улетучатся.
Въ городахъ часто продаютъ въ качествѣ игрушекъ ма-
ленькія шарліерки, наполненныя водороднымъ газомъ и со-
храняющія его въ теченіи нѣсколькихъ дней. Чтобы напол-
нить ихъ водородомъ,послѣдній давленіемъ сжимаютъ, для
чего необходимы особыя приспособленія. Обыкновенные про-
дажные шары наполняются водороднымъ газомъ и безъ
этихъ приспособленій. Съ этой цѣлью наполняютъ деревян-
ный боченокъ соотвѣтствующимъ количествомъ воды и цин-
ковыхъ опилокъ, примѣшиваютъ туда немного сѣрной кис-
лоты, и водородный газъ начинаетъ выдѣляться. Къ бо-
ченку придѣлана трубка съ краномъ. Какъ только газъ на-
чинаетъ выдѣляться, открываютъ кранъ и, выпустивъ сна-
чала находящійся въ боченкѣ воздухъ, надѣваютъ пустой
шаръ на трубку и привязываютъ его ниткой. Какъ только
шаръ .наполняется газомъ, его отвязываютъ, закрываютъ
хорошенько отверстіе и шаръ готовъ къ поднятію.
Маленькіе шары въ одинъ литръ емкости мы можемъ
приготовить себѣ сами изъ коллодія (раствора взрывчатой
хлопчатки въ эфирѣ, вслѣдствіе чего необходимо предохра-
нить ихъ отъ соприкосновенія съ пламенемъ). Въ стклянку
съ широкимъ горлышкомъ мы наливаемъ коллодій, взбал-
тываемъ ее и, когда эфиръ вслѣдствіе этого испарается, въ
склянкѣ образуется легкая оболочка, которую мы и отдѣ-
ляемъ осторожно отъ стѣнокъ стклянки. Такіе шары изъ кол-
лодія встрѣчаются и въ продажѣ. Наполнить этотъ шаръ
мы можемъ свѣтильнымъ газомъ газовой горѣлки или во-
дороднымъ газомъ изъ прибора, описаннаго выше, и т. д.
Знаменитый англійскій воздухоплаватель Гринъ сталъ
впервые употреблять для наполненія шара, вмѣсто хотя и
болѣе легкаго, но дорогого водороднаго газа, болѣе деше-
вый свѣтильный газъ, который имѣетъ еще то преиму-
щество, что онъ не такъ легко улетучивается черезъ обо-
лочку шара. Шары, употребляемые для военныхъ цѣлей,
наполняютъ водороднымъ газомъ, который тогда хранится
въ стальныхъ цилиндрахъ сжатымъ до 120 атмосферъ, что
— 234 —
значительно ускоряетъ наполненіе шара. Чтобы наполнить
такой шаръ, величина котораго обыкновенно равна 300 куб.
метрамъ, требуется 80 стальныхъ цилиндровъ длиной въ 2, 4
Фиг. 258.
метра и діаметромъ въ 14 сантиметровъ. На войнѣ употре-
бляются всегда только несвободные шары: они выпу-
— 235 —
скаются на крѣпкихъ стальныхъ веревкахъ на высоту при-
близительно 600 метровъ и по выполненіи своего назначе-
нія притягиваются обратно.
На фиг. 258 изображенъ воздушный шаръ по системѣ
Шарліера съ подвѣшенной гондолой (корзиной).
Чтобы свободный шаръ могъ подниматься и опускаться,
въ немъ имѣются два приспособленія: на самомъ высокомъ
мѣстѣ его устроенъ клапанъ, который воздухоплаватель
можетъ открывать по своему желанію посредствомъ протя-
нутой отъ него веревки; съ открытіемъ клапана въ шаръ
врывается воздухъ, вслѣдствіе чего шаръ опускается; затѣмъ
шаръ снабженъ запасомъ балласта въ видѣ мѣшковъ,
наполненныхъ пескомъ; когда часть балласта выбрасывается,
шаръ, потерявъ часть своего груза, поднимается вверхъ.
Если на различныхъ высотахъ направленіе вѣтра различное,
то и это обстоятельство можеть оказать вліяніе на напра-
вленіе полета.
Опасности воздухоплаванія въ особенности ве-
лики въ моментъ поднятія, и еще больше въ моментъ опу-
сканія, когда шаръ вмѣстѣ съ корзиной несется вѣтромъ
мимо крышъ, дымовыхъ трубъ или верхушекъ деревьевъ.
Чтобы сдѣлать опусканіе болѣе безопаснымъ, выбрасывается
якорь, но онъ самъ нерѣдко приноситъ гибель. Чтобы
ослабить эти опасности, шаръ часто снабжаютъ особой ве-
ревкой; если за нее потянуть, шаръ разрывается и потому
быстро опускается. На очень большихъ высотахъ, гдѣ на-
ружное давленіе разрѣженнаго воздуха невелико, шаръ
сильно надувается и, если онъ былъ сначала туго натянутъ,
онъ можетъ лопнуть.
Другая опасность заключается въ физіологическомъ
дѣйствіи на людей сильно разрѣженнаго воздуха на боль-
шихъ высотахъ, о чемъ мы поговоримъ еще въ другомъ
мѣстѣ. Не меньше опасности предоставляетъ чрезвычайный
холодъ на этихъ высотахъ. Въ 1862 году знаменитые англій-
скіе воздухоплаватели Глешеръ и Коксвелль поднялись на
воздушномъ шарѣ. Когда шаръ достигъ высоты 8.000 ме-
тровъ, Глешеръ совершенно ослабѣлъ, а когда шаръ под-
нялся еще выше на высоту 9.900 метровъ, онъ упалъ въ
обморокъ. Его спутникъ Коксвелль хотѣлъ открыть клапанъ,
но руки его такъ окоченѣли отъ холода, что онъ не могъ
ими двигать. Тогда онъ сталъ зубами тянуть за веревку и
ему удалось открыть клапанъ, послѣ чего шаръ сталъ опу-
скаться. Принимая во вниманіе давленіе барометра, было
выяснено, что шаръ поднялся на высоту въ 11.000 метровъ.
При опусканіи шара часто возникаетъ еще та опасность,
что вырывающійся изъ шара газъ можетъ загорѣться отъ
искръ электрическааго разряда и вызвать взрывъ. Было по-
трачено очень много силъ на открытіе способа двигать
— 236 —
шаръ въ горизонтальномъ направленіи, но всѣ эти попытки
до сихъ поръ не увѣнчались полнымъ успѣхомъ.
Практическую пользу воздухоплаваніе до сихъ поръ при-
несло только при нѣкоторыхъ научныхъ изслѣдованіяхъ и
на войнѣ (наблюденіе надъ врагомъ, уходъ изъ осажден-
наго лагеря и т. д.)
Фиг. 259.
На фиг. 259, заимртвованной изъ книги Фр. Линке „Со-
временное воздухоплаваніе", изображена корзина воздуш-
наго шара, предназначеннаго для научныхъ изслѣдованій:
а есть психрометръ (приборъ для опредѣленія влажности
воздуха), наблюдаемый черезъ зрительную трубку с; Ь есть
термометръ для измѣренія силы солнечнаго излученія; Л
есть, термографъ (приборъ, механически записывающій тем-
— 237 —
пературу); е есть ртутный и д—анероидный барометръ; / есть
самозаписывающій барометръ, А—фотографическій аппаратъ,
і—ящикъ для инструментовъ, А, 1с—мѣшки съ балластомъ,
і—якорь и т—веревка, которой привязанъ весь шаръ къ
землѣ.
ЛЕКЦІЯ ТРИДЦАТЬ ПЯТАЯ.
Атмосферный воздухъ. Его нормальный составъ. Хорошій и дурной
воздухъ. Необходимость вентиляціи. Окись углерода и предосторож-
ности противъ этого вреднаго газа. Вліяніе разрѣженнаго и сгущен-
наго воздуха на организмъ живыхъ существъ. Горная и кессонная
болѣзнь. Пневматическія камеры.
До сихъ поръ мы говорили объ атмосферномъ воздухѣ,
какъ о представителѣ газовъ вообще. Но воздухъ, какъ из-
вѣстно, играетъ рядомъ съ водой въ высшей степени важную
роль въ нашей жизни. Цѣлые дни, даже недѣли, человѣкъ
въ случаѣ надобности можетъ обойтись безъ пищи; безъ
воды онъ можетъ обходиться уже меньше времени, но безъ
воздуха—только нѣсколько минутъ. Вотъ почему мы въ на-
стоящей лекціи займемся спеціальнымъ изученіемъ воздуха.
Воздухъ состоитъ, главнымъ образомъ, изъ смѣси азота
(79,03 частей объема) съ кислородомъ (20,96 частей объ-
ема); кромѣ того, въ немъ находится въ газообразномъ состоя-
ніи большее или меньшее количество паровъ воды, затѣмъ
небольшія количества углекислоты, углекислаго амміака, сѣр-
нистаго аммонія и озона; въ видѣ пыли въ немъ содержатся
еще небольшія количества поваренной соли, известковыхъ со-
лей, окиси желѣза и т. п., какъ и всевозможныя неорганичес-
кія и органическія тѣла1). Вслѣдствіе особыхъ, мѣстныхъ усло-
вій, въ воздухѣ могутъ еще оказаться большія или меньшія
количества окиси углерода, углеводородныхъ газовъ и др. ле-
тучихъ веществъ, сѣрнистой кислоты, сѣрной и соляной ки-
слотъ. Присутствіе этихъ веществъ въ воздухѣ можетъ быть
доказано только недалеко отъ источника ихъ происхожденія
или въ мѣстахъ закрытыхъ, но въ открытомъ воздушномъ
морѣ они быстро улетучиваются, такъ что присутствіе ихъ
доказано быть не можетъ.
Изъ всѣхъ этихъ веществъ самымъ важнымъ для насъ
является кислородъ: именно онъ безусловно необходимъ для
11 Къ частямъ азота причислены уже небольшія количества (около 0,2°^
аргона и его спутниковъ: метаргона, неона, криптона и ксенона.
— 238 —
нашей жизни, и при вдыханіи легкими воздуха онъ погло-
щается кровью, которая и разноситъ его по всему тѣлу.
Азотъ служитъ только для разрѣженія кислорода и при вы-
дыханіи совершенно выдѣляется легкими. Когда это было
доказано, возникла мысль, что доброкачественность воздуха
зависитъ отъ содержанія въ немъ кислорода. Но множе-
ствомъ точныхъ анализовъ было доказано, что содержаніе
это вездѣ на землѣ, какъ и въ самыхъ низкихъ мѣстахъ,
такъ и на высочайшихъ горахъ, во всѣ времена дня и года
остается почти однимъ и тѣмъ же. Оно измѣняется лишь
большей частью на ѴіооѴо и только въ очень рѣдкихъ слу-
чаяхъ на %0%-
Такимъ образомъ доброкачественность воздуха не зави-
ситъ отъ содержанія въ немъ кислорода. Содержаніе это
могло бы измѣняться въ герметически закрытыхъ мѣстахъ, но
въ нашихъ жилищахъ съ ихъ незакрывающимися гермети-
чески дверьми и окнами и пористыми стѣнами замѣтное
уменьшеніе содержанія кислорода обыкновенно не можетъ
быть установлено, за исключеніемъ развѣ тѣхъ случаевъ,
когда комнаты слишкомъ наполнены людьми.
Очевидно, что разница между хорошимъ и плохимъ возду-
хомъ должна зависѣть отъ другихъ причинъ. Здѣсь имѣетъ
прежде всего значеніе содержаніе въ воздухѣ паровъ воды.
Слишкомъ сухой и слишкомъ влажный воздухъ мы долго
переносить не можемъ, хотя нашъ организмъ можетъ къ
нимъ приспособляться въ довольно широкихъ предѣлахъ.
Болѣе подробно мы разсмотримъ этотъ вопросъ въ ученіи
о теплотѣ.
Большее значеніе имѣетъ содержаніе въ воздухѣ угле-
кислоты. Этотъ газъ состоитъ изъ углерода и кислорода
и попадаетъ въ атмосферу при сгораніи углерода и при
процессѣ дыханія.
Въ среднемъ свободный воздухъ содержитъ около 0,03%
по объему углекислоты; ясно, что содержаніе это очень ни-
чтожно. Днемъ, содержаніе его на 0,003 меньше, чѣмъ ночью,
что объясняется тѣмъ, что днемъ растенія поглощаютъ угле-
кислоту. На морѣ, гдѣ этого процесса нѣтъ, содержаніе угле-
кислоты остается днемъ и ночью одинаковымъ. Содержаніе
углекислоты никогда не бываетъ меньше 0,025 и больше
0,035% объема. Вліяніе высоты мѣста установить удалось
только до высоты 3000 метровъ.
Вліяніе мѣстныхъ условій (растительности, процессовъ
разложенія и сгоранія) распространяется на очень небольшое
пространство. Всего больше измѣняютъ содержаніе углеки-
слоты въ воздухѣ на довольно большихъ разстояніяхъ вул-
каническія изверженія. Перемѣны погоды имѣютъ въ этомъ
случаѣ ничтожное вліяніе. Не вліяетъ также на содержаніе
уклекислоты въ воздухѣ и дождь.
— 239 —
Наоборотъ, довольно большая разница существуетъ въ со-
держаніи углекислоты въ воздухѣ въ городахъ и внѣ ихъ.
Въ Лондонѣ, напримѣръ, содержаніе его внѣ города оказа-
лось равнымъ 0,0308%, а на улицахъ—0,038%, т. е. на 0,008%
болѣе, а въ Парижѣ и Женевѣ средній излишекъ въ содер-
жаніи углекислоты равенъ только 0,002—0,003%. Изъ всего
этого слѣдуетъ, что внѣ городовъ содержаніе углекислоты
почти не оказываетъ вліянія на доброкачественность воздуха.
Иначе обстоитъ дѣло въ мѣстахъ, посѣщаемыхъ множествомъ
людей—въ школахъ, театрахъ и т. д.
Значительно меньше содержаніе въ воздухѣ углеки-
слаго амміака: по Фрезеніусу въ милліонѣ вѣсовыхъ
частей воздуха содержится не болѣе п,1—0,16 вѣсовыхъ ча-
стей углекислаго амміака, и только вблизи мусорныхъ ямъ
и отхожихъ мѣстъ содержаніе его достигаетъ 2,60 вѣсовыхъ
частей на милліонъ вѣсовыхъ частей воздуха.
Озонъ есть видоизмѣненіе кислорода. Онъ отличается
болѣе сильной способностью окисленія и потому можетъ
дѣйствовать дезинфецирующимъ образомъ, подобно хлору.
Содержаніе его въ воздухѣ равно 0,76—1,13 миллиграмма
на 100 куб. метровъ воздуха. Полагали, что хорошія качества
лѣсного воздуха можно объяснить большимъ содержаніемъ
въ немъ озона. Анализы воздуха однако этого не подтвер-
дили. За то непогода значительно повышаетъ содержаніе
въ воздухѣ озона. Этимъ обстоятельствомъ объясняется тотъ
фактъ, что въ непогоду молоко скорѣе скисаетъ и сверты-
вается.
Въ общемъ можно сказать, что нормальный здоро-
вый воздухъ долженъ содержать, кромѣ необходимыхъ
количествъ водяныхъ паровъ, количество которыхъ измѣ-
няется въ зависимости отъ температуры, приблизительно
79 процентовъ объема азота и 21 процентъ кислорода и не
болѣе 0,03 процента объема углекислоты. Все, что оказы-
вается въ воздухѣ помимо этого, слѣдуетъ признать
вреднымъ.
Воздухъ закрытыъ жилыхъ помѣщеній портится дыха-
ніемъ людей (или животныхъ), затѣмъ горѣніемъ горючихъ
веществъ и выдѣленіемъ нѣкоторыхъ органическихъ ве-
ществъ. О степени испорченности воздуха судятъ по содер-
жанію въ немъ углекислоты и не столько потому, что сама
углекислота такъ вредна, сколько потому, что содержаніе
въ немъ вредныхъ веществъ считаютъ пропорціональнымъ
содержанію углекислоты.
По Петтенкоферу содержаніе углекислоты въ воз-
духѣ комнатъ не должно превышать 0,1 процента объема.
Къ сожалѣнію, содержаніе это часто бываетъ гораздо
больше.
Брейтингъ изслѣдовалъ содержаніе углекислоты въ
— 240 —
школьныхъ помѣщеніяхъ и оказалось, что до начала занятій
содержаніе углекислоты было равно 0,22%, послѣ занятій,
продолжавшихся 3% часа, оно было равно 0,81%, послѣ
перерыва въ 2% часа—0,53% и, наконецъ, въ концѣ послѣ-
обѣденныхъ занятій продолжавшихся 3% часа, оно было
равно 0,93%. Отсюда слѣдуетъ, что и вентиляція школьныхъ
помѣщеній во время занятій и освѣженіе послѣднихъ во
время перерыва были довольно плохи.
Согласно анализамъ Петтенкофера и Фойта, взрос-
лый человѣкъ, не работая, образуетъ днемъ 533 и ночью-
379, слѣдовательно, всего въ сутки 913 граммъ углекислоты,
а, когда онъ работаетъ, число это увеличивается до 1284
грамма. Стеариновая свѣча выдѣляетъ въ часъ 15 литровъ
углекислоты, а газовое пламя—80 литровъ. Съ этимъ обра-
зованіемъ углекислоты связано соотвѣтствующее потребленіе
кислорода.
Можно было бы поэтому удивляться, что воздухъ въ жи-
лыхъ и освѣщаемыхъ помѣщеніяхъ не портится еще болѣе.
Это объясняется естественной вентиляціей черезъ скважины
дверей и оконъ и черезъ поры стѣнъ. Но для школьныхъ
помѣщеній, аудиторій, спаленъ, больницъ, театровъ и т. д.,
эта естественная вентиляція далеко не достаточна и прихо-
дится прибѣгать къ искусственной вентиляціи.
Опыты и вычисленія показали, что для всякаго взрослаго
человѣка (если не принимается во вниманіе топка комнаты)
требуется въ часъ 372/а куб. метра свѣжаго воз-
духа. Если объемъ помѣщенія болѣе, чѣмъ въ 3 раза
меньше объема требуемаго воздуха, то и искусственная
вентиляція оказывается недостаточной, потому что слишкомъ
сильная тяга воздуха вредна. Возьмемъ, напримѣръ, ком-
нату въ 20 кв. метровъ площади и 4 метра высоты, т. е.
въ 80 куб. метровъ объема. Если въ этой комнатѣ находятся
6 взрослыхъ и одинъ ребенокъ (которому требуется, пред-
положимъ, вдвое меньше свѣжаго воздуха, чѣмъ взрослому),
то въ часъ имъ нужно 37% • 6% = 244,79 куб. метра свѣ-
жаго воздуха, что больше, чѣмъ въ 3 раза превышаетъ
объемъ комнаты. Комната эта, слѣдовательно, во всякомъ
случаѣ слишкомъ мала: чтобы ее достаточно вентилиро-
вать, необходима такая тяга воздуха, которая можетъ при-
нести вредъ ея обитателямъ. Правило это можно выразить
и такъ: въ искусственно вентилируемыхъ помѣщеніяхъ на
каждаго взрослаго человѣка должно придтись не менѣе
12—14 куб. метровъ пространства.
Кромѣ веществъ, выдыхаемыхъ людьми въ воздухъ, осо-
бенную опасность представляетъ еще содержаніе въ воздухѣ
очень вреднаго газа—окиси углерода. Газъ этотъ мо-
жетъ попасть въ воздухъ, какъ составная часть не сгорѣв-
шаго свѣтильнаго газа, изъ плохо устроенныхъ печей, изъ
— 241
печей съ закрытыми заслонками, жаровенъ, утюговъ съ рас-
каленными угольями, керосиновыхъ лампъ съ очень высо-
кимъ или слишкомъ низкимъ пламенемъ. Газъ этотъ очень
ядовитъ и очень часто приводитъ къ большимъ несчастіямъ.
Содержаніе его въ воздухѣ въ размѣрахъ не болѣе 0,02—
О,О6°/о оказывается уже вреднымъ. Къ сожалѣнію, присут-
ствіе его въ воздухѣ нельзя даже узнать по запаху, за исклю-
ченіемъ развѣ того случая, когда онъ попадаетъ въ воздухъ
со свѣтильнымъ газомъ.
Химія знаетъ двѣ превосходныя пробы на присутствіе
небольшихъ количествъ этого газа въ воздухѣ: проба съ
палладіемъ и проба на гемоглобинъ. Но мы не станемъ
здѣсь излагать ихъ изъ опасенія, чтобы гь рукахъ людей
несвѣдущихъ, они не принесли вреда. Мы лучше дадимъ
вмѣсто этого нѣкоторыя правила, примѣненіе которыхъ мо-
жетъ оградить отъ этого яда.
1. Заботься о томъ, чтобы въ твою комнату не попалъ
свѣтильный газъ, будь это черезъ скважины тру-
бокъ или крановъ или вслѣдствіе нетщательнаго
закрытія послѣднихъ.
2. Не пользуйся въ закрытыхъ помѣщеніяхъ жаров-
нями или утюгами съ раскаленными угольями.
3. Не закрывай печки, пока все пламя въ ней не
исчезнетъ.
3. Не ложись спать въ комнатѣ, затопленной лишь
вечеромъ.
Послѣднее правило можетъ показаться излишнимъ, но
на самомъ дѣлѣ оно не такъ. Всякая печка, какъ бы хорошо
она ни была устроена, можетъ быть случайно закупорена
упавшимъ ли камнемъ или животнымъ, случайно попав-
шимъ туда и т. д. Если это происходитъ днемъ, то это не
трудно замѣтить по дыму, запаху или по головной боли,
присутствующихъ въ комнатѣ людей, и опасность не трудно
устранить. Ночью же, во время сна, дымъ и развивающіеся
вредные газы постепенно оглушаютъ человѣка и убиваютъ.
Множество людей спитъ всегда въ холодныхъ помѣщеніяхъ
и остается здоровымъ и свѣжимъ; нѣть никакой нужды то-
пить печку на ночь.
Въ помѣщеніяхъ, отапливаемыхъ желѣзными печками,
воздухъ часто портится потому, что около горячихъ стѣнокъ
печки сгораютъ органическія вещества, находящіяся въ видѣ
пыли въ воздухѣ, что придаетъ воздуху пригорѣлый раз-
дражающій запахъ. Затѣмъ такой воздухъ часто бываетъ
сухимъ.
Во избѣжаніе всего этого не слѣдуетъ слишкомъ много
топить. Помѣщаютъ также на такія печки чашки съ водой,
которая и поглощаетъ большую часть этихъ веществъ и
пропитываетъ воздухъ водяными парами. Вода эта погло-
— 242
щаетъ также вещества, выдѣляемыя человѣкомъ при дыха-
ніи и потѣніи, и потому скоро получаетъ дурной запахъ.
Вели дать водѣ испариться, эти вещества вновь попадаютъ
въ воздухъ. Ее слѣдуетъ, поэтому, ежедневно выливать и
замѣнять свѣжей.
Наконецъ, воздухъ портится еще отъ примѣси всевоз-
можныхъ крошечныхъ животныхъ, носящихся по воздуху
вмѣстѣ съ его пылью въ видѣ засохшихъ зародышей. Многіе
изъ нихъ пробуждаются вновь къ жизни, попавъ внутрь
человѣка черезъ дыханіе или глотаніе, или на наружныя
части тѣла, обнаженныя содранной кожей, и могутъ быть
причиной болѣзни. Большая часть заразительныхъ болѣзней
распространяется именно такимъ образомъ.
Существуетъ противъ этого, разумѣется, множество де-
зинфекціонныхъ средствъ, какъ напримѣръ, сѣрнистая ки-
слота (продукты горѣнія сѣры), курительные порошки, кар-
боловая кислота и т. д., но эти средства не всегда можно
употребить. Существуютъ за то нѣкоторыя другія, не менѣе
надежныя, предохранительныя средства; они называются:
чистота, свѣжій воздухъ, солнечный свѣтъ.
Болѣе подробно смотри объ этомъ въ сочиненіяхъ по
гигіенѣ.
Чтобы воздухъ былъ вполнѣ здоровъ для людей и жи-
вотныхъ, требуется еще одно условіе: давленіе его должно
быть нормально.
Мы объяснили уже въ 27-ой лекціи, почему животныя
и растенія не раздавливаются давленіемъ воздуха: во вну-
треннихъ ихъ полостяхъ существуетъ такое же давленіе,
какъ .въ наружномъ воздухѣ. Но когда человѣкъ подни-
мается на высокую гору или летитъ вверхъ въ корзинѣ
воздушнаго шара, то давленіе наружнаго воздуха, какъ
извѣстно, уменьшается и тогда внутреннее давленіе должно
получить перевѣсъ. Находящіеся во внутреннихъ полостяхъ
газы давятъ тогда на ткани и наполненные кровью сосуды
и гонятъ кровь наружу. Отсюда получаются кровоизліянія
изъ носа и ушей или, по крайней мѣрѣ, нѣкоторыя нару-
шенія въ здоровьѣ, усталость, головокруженіе и сонливость
(горная болѣзнь). Вслѣдствіе меньшей плотности воздуха
во вдыхаемыхъ его количествахъ оказывается меньше кисло-
роду, чѣмъ это нужно организму; чтобы восполнить возни-
кающій пробѣлъ, человѣкъ начинаетъ чаще дышать и у него
появляется одышка и сердцебіеніе. Воздухоплаватели, под-
нимающіеся на большую высоту, стараюття предупредить
эти явленія вдыханіемъ чистаго кислорода.
Пренебреженіе этимъ средствомъ или позднее его при-
мѣненіе стоило жизни въ 1875 году двумъ воздухоплавате-
лямъ, Сивелю и Кроче-Спинели. Въ сопровожденіи Гастона
Тиссандье они поднялись сначала на высоту въ 7000 метровъ.
— 243
Они чувствовали себя при 10° холода очень слабыми и стали
вдыхать кислородъ, что значительно подкрѣпило ихъ. Вы-
бросивъ затѣмъ балластъ, они поднялись выше 8600 метровъ.
Тиссандье почувствовалъ такую слабость, что не могъ уже
добраться до аппарата съ кислородомъ и упалъ въ обморокъ.
Когда онъ вновь пришелъ въ сознаніе, спутники его были
мертвы. Они, повидимому, слишкомъ поздно стали вдыхать
кислородъ, или слишкомъ мало его вдыхали.
Противоположное явленіе получается тогда, когда люди
попадаютъ въ мѣста со слишкомъ высокимъ давленіемъ
воздуха. Въ такомъ положеніи находятся водолазы и вообще
рабочіе, которые бываютъ вынуждены работать подъ водой
въ закрытыхъ сосудахъ (кессонахъ). Если при этомъ давленіе
усиливается и ослабляется непостепенно, а сразу, рабочіе
заболѣваютъ особой болѣзнью (кессонная болѣзнь), которая
можетъ окончиться и смертью. Съ другой стороны при нѣ-
которыхъ болѣзняхъ врачи рекомендуютъ, въ качествѣ ле-
чебнаго или облегчающаго средства, дыханіе въ воздухѣ
болѣе высокаго или болѣе низкаго давленія, чѣмъ нормаль-
ное давленіе воздуха. Для этой цѣли служатъ особыя
пневматическія камеры.
ЛЕКЦІЯ ТРИДЦАТЬ ШЕСТАЯ.
Температура. Ртутный термометръ. Максимальный и минимальный тер-
мометръ. Врачебный термометръ.
Чувствомъ теплоты мы получаемъ цѣлый рядъ особыхъ
ощущеній. Мы обозначаемъ ихъ словами: холодно, прохладно,
тепло, горячо, но эти обозначенія очень неопредѣленны и
наше чувство ненадежно.
Вотъ здѣсь справа стоитъ чашка, наполненная ледяной
водой, слѣва чашка съ теплой водой, а посерединѣ чашка
съ ключевой водой. Спустимъ правую руку въ холодную
воду и лѣвую—въ теплую и спустя нѣсколько времени—обѣ
руки въ среднюю чашку: хотя обѣ руки будутъ находиться
въ одной и той же жидкости, наша правая рука почув-
ствуетъ воду теплой, а лѣвая наоборотъ, холодной. Двачеловѣка
приходятъ въ одну и ту же комнату, но одинъ приходитъ
изъ пекарни, а другой изъ погреба: первому кажется, что
въ комнатѣ прохладно, а второму, наоборотъ, что въ ком-
натѣ тепло. Очевидно, что наша оцѣнка зависитъ отъ пре-
дыдущихъ нашихъ состояній: чѣмъ ниже было состояніе
температуры до оцѣнки, тѣмъ выше мы потомъ ее оцѣни-
ваемъ. Вліяютъ на нашу оцѣнку и болѣзненныя состоянія.
Такъ какъ мы привыкли для всякаго чувственнаго впе-
— 244
чатлѣнія принимать внѣшнюю причину, то мы это дѣлаемъ
И для этихъ ощущеній и называемъ ихъ причину тепло-
той. Что это такое, вещество ли, или что нибудь иное, мы
покуда не знаемъ. Мы только чувствуемъ, что эта причина
можетъ дѣйствовать на насъ въ различныхъ степеняхъ:
если мы держимъ палецъ въ пламени, эта причина дѣй-
ствуетъ на насъ въ болѣе высокой степени,
чѣмъ въ томъ случаѣ, если мы держимъ его
во рту, и въ этомъ послѣднемъ случаѣ — въ
болѣе высокой степени, чѣмъ когда мы опу-
А скаемъ его въ обыкновенную воду. Такъ какъ
11 наша способность оцѣнки состоянія теплоты или
/1 температуръ тѣлъ очень ненадежна, то намъ
Л необходимъ инструментъ для ихъ измѣреніи,
49 независящій отъ личныхъ условій. Такой измѣ-
ритель теплоты называется термометромъ.
Чтобы получить такой инструментъ, пользуются
дѣйствіями, которыя теплота вызываетъ въ тѣ-
н лахъ. Мы видимъ, что, когда мы нагрѣваемъ
тѣла, они расширяются или плавятся, испаря-
ются или разлагаются.
Изъ всѣхъ этихъ дѣйствій удобно для нашей
цѣли первое дѣйствіе—расширеніе тѣлъ. Наши
обыкновенные термометры основаны, какъ извѣ-
О*
у
V
стно, на расширеніи ртути или виннаго спирта
при нагрѣваніи ихъ.
Посмотримъ, какъ приготовляется ртутный
термометръ. Человѣкъ садится за столикъ, подъ
которымъ находятся двойные мѣхи (лекція 30),
приводимые въ движеніе давленіемъ ноги. Отъ
мѣховъ отходитъ трубка на столикъ. Трубка эта
снабжена краномъ и положена такъ,, что, по
открытіи крана, токъ воздуха направляется го-
ризонтально въ пламя лампы, стоящей на столѣ.
Еще удобнѣе устроить такъ, чтобы токъ возду-
ха попадалъ въ пламя свѣтильнаго газа. Для
этого трубка, черезъ которую проводится токъ
воздуха, вводится своимъ отверстіемъ въ трубку
свѣтильнаго газа, вслѣдствіе чего газъ, вый-
дя изъ трубки, образуетъ горизонтальное за-
пламя. Такое пламя даетъ очень высокую тем-
вполнѣ достаточную для того, чтобы размяг-
чать или расплавлять стекло. Выдувальщикъ стеколъ вы-
бираетъ стеклянную трубку, по возможности одинаково ши-
рокую во всемъ ея продолженіи, расплавляетъ одинъ ко-
нецъ ея и ртомъ дуетъ въ нагрѣтую трубку до тѣхъ поръ,
пока не образуется шарообразное или цилиндрическое рас-
ширеніе—резервуаръ у. (фиг. 260). Затѣмъ онъ нагрѣваетъ
Фиг. 260.
остренное
пературу,
— 245
трубку у верхняго конца и, выдувая и вытягивая, образуетъ
расширеніе е, кончающееся острымъ
открытымъ концомъ. Не охлаждая
трубки, онъ опускаетъ ее этимъ
острымъ концомъ въ чистую ртуть.
Когда трубка охлаждается," воздухъ
внутри ея сжимается и наружный воз-
духъ вгоняетъ въ расширеніе е нѣ-
которое количество ртути. Послѣ этого
инструментъ вынимается изъ чашки
со ртутью, приводится въ вертикаль-
ное положеніе, резервуаръ д, трубка
и ртуть нагрѣваются до кипѣнія по-
слѣдней и затѣмъ вновь охлаждается,
послѣ чего ртуть попадаетъ въ ре-
зервуаръ д. Повторяя этотъ процессъ
нѣсколько разъ, можно наполнить
Ф 261 тРУбку ртутью до верхняго расши-
иг’ ’ ренія е. Теперь инструментъ нагрѣ-
вается до температуры, немного большей п
той высшей температуры, которую предпо-
лагаютъ впослѣдствіи измѣрять этймъ тер-
мометромъ. Если, напримѣръ, пригото-
вляется термометръ, для котораго высшей
температурой должна быть температура
кипѣнія воды, то инструментъ опускается
своимъ резервуаромъ д въ кипящій ра-
створъ повареной соли. Затѣмъ трубка у
а сплавляется. Послѣ охлажденія ртуть
сжимается, оставляя пространство, въ
которомъ нѣтъ ничего, кромѣ развѣ слѣ-
довъ воздуха и ртутныхъ паровъ. Теперь
надо приготовить скалу. Для этого необ-
ходимо прежде всего найти двѣ постоян-
ныя точки, т. е. тѣ точки, которыя со-
отвѣтствуютъ температурамъ тающаго льда
и кипящей при нормальномъ давленіи'
воды. Съ этой цѣлью инструментъ опу-
скаютъ сначала въ аппаратъ съ кипящей
водой (фиг. 261) и затѣмъ въ воронку, на-
полненную истолченнымъ льдомъ (фиг. 262).
Соотвѣтствующія положенія ртутнаго стол-
бика отмѣчаются мѣтками, а затѣмъ все
разстояніе между ними дѣлится дѣлитель-
ной машиной на 100 равныхъ частей, ко-
торыя тоже отмѣчаются черточками. Части фнп 262'
эти называются градусами. Мѣтки дѣлаются посредствомъ
плавиковой кислоты или какой нибудь другой жидкости
— 246
оставляющей постоянный слѣдъ. Въ нѣкоторыхъ термомет-
рахъ скала наносится на фарфоровую пластинку, которая
р С н затѣмъ плотно связывается съ трубкой и встав
ляется въ другую, общую трубку.
Въ настоящее время употребляются, какъ
извѣстно, троякаго рода скалы. Въ термометрѣ
Цельсія точка таянія льда обозначена 0, точка
кипѣнія воды — цифрой 100, а разстояніе
между ними раздѣлено на 100 частей; въ
термометрѣ Реомюра первая точка тоже обоз-
начена 0, а вторая—цифрой 80 и разстояніе
между ними раздѣлено на 80 частей; нако-
нецъ, въ термометрѣ Фаренгейта, который
употребляется еще въ Англіи и Соединен-
ныхъ Штатахъ Сѣверной Америки, точка тая-
нія льда обозначена цифрой 32, точка ки-
пѣнія воды—цифрой 212, а все разстояніе
между ними раздѣлено на 180 частей (фиг.
263). Какъ перевести градусы одной скалы
въ градусы другой? Чтобы перевести градусы
скалы Р. въ градусы Ц., мы должны помно.
жить ихъ на или 10/8. Чтобы перевести
градусы Ф. въ градусы Ц., мы должны раньше
вычесть 32 и остатокъ помножить на 79.
Фиг. 263 и прилагаемая ниже таблица даютъ
ясное понятіе о значеніи градусовъ всѣхъ трехъ скалъ. Наи-
-212
-192
-172
-152
-132
-112
2 92
- 72
- 52
—32
- 12
I О
- 28
-100
-90
- 80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
—О
-10
-20
- 30
40
ВО
70
-60
-50
-10
-30
-20
-10
-О
-10
-20
30
Фиг. 263.
болѣе удобенъ, по нашему мнѣнію, термометръ Цельсія и
мы впредь будемъ пользоваться только имъ.
г Р а д У с ы.
Реомюра. Цельсія. Фаренгейта. Реомюра. Цельсія. Фаренгейта
—14,22 —17,78 0 24 30 86
—12 — 15 -+ 5 28 35 95
— 8 — 10 -ь 14 32 40 104
— 4 — 5 -ь23 40 50 122
0 0 1—32 48 60 140
4 5 41 56 70 158
8 10 50 64 80 176
12 15 59 72 90 194
16 20 20 25 68 77 80 100 212
Не всегда термометры Ц. дѣлаются съ полной скалой.
Часто приходится употреблять термометры для измѣренія
такихъ температуръ, которыя никогда не достигаютъ до 100°
и никогда не опускаются до 0° и тогда нѣтъ надобности
употреблять термометръ съ полной скалой. Обыкновенные
— 247
же комнатные термометры имѣютъ скалу отъ 30° ниже о до
40-50° выше о. Въ такихъ термометрахъ градусы устана-
вливаются только сравненіемъ съ нормальными термоме-
трами Приготовляютъ еще термометры, въ которыхъ ртуть
поднимается до 360°—температуры кипѣнія ртути, и падаетъ
до 40® ниже О—температуры, при которой ртуть замерзаетъ.
Но при этихъ температурахъ показанія термометра не тонны.
Градусы ниже 0 обозначаютъ знакомъ—(читай минусъ), а
градусы выше 0 знакомъ, Н- (плюсъ). Первые называются
еще градусами холода а вторые—градусами тепло-
ты.
Ртутные термометры, приготовленные въ различныхъ мѣ-
стахъ, могутъ между собой вполнѣ совпадать, если только
они приготовлены тщательно и изъ одного сорта стекла.
Тѣмъ не менѣе, мы не должны забывать того, что показы-
ваемые ими градусы температуры представляютъ собою только
условную мѣру теплоты, установленную общимъ соглаше-
ніемъ. Это становится особенно ясно, если замѣнить ртуть
другими жидкостями, напримѣръ, водой, масломъ и т. д.
Если приготовить нѣсколько термометровъ, наполненныхъ
различными жидкостями, отмѣтить на нихъ точки таянія
льда и кипѣнія воды и промежутокъ между ними раздѣ-
лить на 100 равныхъ частей, показанія этихъ термометровъ
окажутся далеко не одинаковыми: въ то время, какъ ртут-
ный термометръ показываетъ въ тепловатой водѣ 50®, водя-
ной термометръ показываетъ только 25,6°, а масляный 49".
Какое же у насъ основаніе принять, что именно расшире-
ніе ртути показываетъ то, что мы представляемъ себѣ подъ
словомъ температуры? На этотъ вопросъ мы можемъ дать
только слѣдующій отвѣтъ: изучая газы, физики пришли къ
тому заключенію, что ртутный термометръ есть очень на-
дежный измѣритель температуры по меньшей мѣрѣ въ пре-
дѣлахъ отъ 0° до 100°,
Часто оказывается необходимымъ сохранить въ термо-
метрѣ показанія высшей или нисшей термературы тѣла.
Для этого употребляются особые термометры, называемые
максимальными и минимальными.
Такимъ инструментомъ является, напримѣръ, врачеб-
ный термометръ. Его назначеніе—измѣрять температуру
тѣла больного. Температура тѣла здороваго человѣка равна
приблизительно 37® Ц.; когда человѣкъ очень слабъ, темпе-
ратура эта падаетъ до 36° и ниже, а когда у него жаръ,
она поднимается и можетъ дойти до 41° Ц. Вслѣдствіе этого
въ такомъ термометрѣ скала обнимаетъ только градусы отъ
35 до 42, и каждый изъ этихъ градусовъ раздѣленъ на де-
сятыя доли. Трубка термометра нѣсколько сужена у осно-
ванія и надъ столбикомъ ртути помѣщенъ очень маленькій
воздушный пузырекъ; вслѣдствіе этого ртуть при нагрѣва-
— 248
ніи поднимается, толкая впередъ пузырекъ, но, достигнувъ
высшаго пункта, показывающаго температуру тѣла, она
внизъ не падаетъ, такъ какъ у суженнаго мѣста столбикъ
ртути прерывается. Для того, чтобы этотъ столбикъ упалъ
и соединился съ остальной массой ртути, приходится тер-
мометръ привести въ быстрое движеніе. Чтобы измѣрить
температуру больного, инструментъ помѣщаютъ въ одно
изъ углубленій его тѣла, гдѣ и оставляется на 5—10 ми-
Фиг. 264.
нутъ. По истеченіи этого времени
термометръ вынимаютъ и наблюдаютъ
въ немъ высоту ртути, показывающую
температуру тѣла.
Употребляются также максималь-
ные и минимальные термометры для
метеорологическихъ и другихъ цѣ-
лей. На фиг. 264 изображенъ одинъ
изъ такихъ инструментовъ. Онъ со-
стоитъ изъ стеклянной трубки, изо-
гнутой у .V въ видѣ буквы ІТ. Резер-
вуаръ А наполненъ спиртомъ, отъ р
До Р‘ трубка наполнена ртутью, отъ
р до В—спиртомъ, а остальное про-
странство резервуара В наполнено
парами спирта. Надъ ртутью у р и р'
помѣщены стальные цилиндрики, ко-
торые могутъ передвигаться впередъ,
толкаемые ртутью, но остаются на
мѣстѣ, когда ртуть отступаетъ на
задъ. Передвинувъ магнитомъ сталь-
ные цилиндрики до прикосновенія со
ртутью, инструментъ на нѣкоторое
время оставляютъ. По истеченіи этого
времени могутъ наблюдать у р самую
низкую, а у р‘—самую высокую темпе-
ратуру, которая была за это время. На
нашей фигурѣ, напримѣръ, самая
низкая температура=12°, а самая вы-
сокая=44°.
Для измѣренія температуры ниже—
40° употребляются спиртные или толуоловые термометры; для
температуръ отъ 360° до 440° можно еще употреблять ртутные
термометры съ азотомъ. Для измѣренія еще болѣе высокихъ
температуръ употребляются воздушные термометры или такіе
инструменты, которые основаны не на расширеніи тѣлъ, а на
другихъ физическихъ дѣйствіяхъ теплоты (термоэлектри-
чество, измѣненіе электропроводности, плавленіе сплавовъ).
Самая низкая температура, которая возможна, равна—273° Ц.,
а самая низкая температура, которая была дѣйствительно
— 249 —
достигнута и измѣрена, приблизительно равна—284°; высшія
температуры, которыя удалось установить измѣреніемъ, до-
ходили приблизительно до 2500° Ц.
ЛЕКЦІЯ ТРИДЦАТЬ СЕДЬМАЯ.
Линейное и кубическое расширеніе твердыхъ тѣлъ. Коэффиціентъ
расширенія. Практическія примѣненія.
изъ самыхъ
Въ предыдущей лекціи мы сказали, что одно
важныхъ дѣйствій теплоты есть расширеніе
тѣлъ. И дѣйствительно, есть очень мало исклю-
ченій изъ того общаго правила, что тѣла при
нагрѣваніи увеличиваются въ объемѣ. На твер-
дыхъ тѣлахъ это очень легко доказать са-
мыми простыми опытами. Очень простъ, на-
примѣръ, слѣдующій опытъ (фиг. 265). Бе-
ремъ желѣзную или латунную проволоку,
приблизительно въ */2 метра длины, надѣваемъ
на нее пробку до самой середины и, проткнувъ
послѣднюю двумя булавками, получаемъ родъ
коромысла. На оба конца проволоки мы на-
саживаемъ по пробкѣ, утыканной булавками.
Если оба плеча коромысла одинаково нагру-
жены, то, будучи поставлено остріями була-
вокъ средней пробки на гладкую подставку,
наше коромысло приметъ горизонтальное по-
ложеніе ивъ этомъ положеніи будетъ сохра-
нять устойчивое равновѣсіе. Если теперь на-
грѣвать одно плечо пламенемъ спиртовой лам-
почки, плечо это станетъ длиннѣе и равно-
вѣсіе коромысла нарушится. Если затѣмъ нагрѣть второе
плечо, то сначала
возстановитсяравно-
вѣсіе, а затѣмъ на-
грѣваемое плечо
станетъ опускаться,
между тѣмъ какъ
первое плечо, охлаж-
даясь и сокращаясь,
будетъ подниматься.
Латунный шарикъ
К (фиг. 266), едва
проходящій черезъ
кольцо И, не можетъ
черезъ него пройти,
спиртовой лампочкѣ.
Фиг. 265.
если его предварительно нагрѣть на
— 250
Но стоитъ намъ нагрѣть и кольцо и шаръ, хотя и нагрѣ-
тый, черезъ него проходитъ.
Случалось ли вамъ видѣть, какъ кузнецъ надѣваетъ
ободъ на колесо? Нагрѣвъ желѣзный ободъ до краснаго ка-
ленія, онъ плотно надѣваетъ его на колесо и тотчасъ же
бросаетъ послѣднее въ воду. Ободъ, охлаждаясь, сжимается,
и очень крѣпко скрѣпляетъ колесо.
Въ этомъ случаѣ мы, охлаждая ободъ, заставили его
сжаться и скрѣпить колесо. Если вновь нагрѣть его, ободъ
расширится и освободитъ колесо.
Нагрѣваніемъ тѣлъ часто пользуются для того, чтобы
освободить одно тѣло отъ другого. Эта бутылка, напримѣръ,
закрыта пробкой, которую очень трудно вытащить: бутылка
наполнена щелочью и именно изъ-за этого пробка плотно
пристала къ горлышку бутылки. Быстро вращая, мы нагрѣ-
ваемъ горлышко бутылки надъ пламенемъ спиртовой лам-
почки. Отъ нагрѣванія горлышко расширяется, между тѣмъ
какъ пробка, до которой теплота не доходитъ, сохраняетъ
свою величину. Чтобы скорѣе расшатать пробку, мы уда-
ряемъ еще по ней въ косомъ направленіи деревянной пал-
кой. Если въ бутылкѣ легко воспламеняющаяся жидкость,
то нагрѣвать ее надъ пламенемъ лампы не безопастно. Для
большей безопастности, мы нагрѣваемъ тогда горлышко бу-
тылки посредствомъ тренія: обернувъ горлышко бутылки
крѣпкимъ шнуркомъ, мы быстро тремъ имъ о горлышко;
достаточно небольшихъ усилій, чтобы горлышко, нагрѣвшись,
расширилось и освободило пробку.
Нагрѣваніемъ и послѣдующимъ охлажденіемъ можно
также пользоваться для раздѣленія длинныхъ стеклянныхъ
трубокъ, для отдѣленія горлышекъ отъ бутылокъ и т. д.
Обернувъ шнуркомъ мѣсто, въ которомъ должно произойти
раздѣленіе, мы быстро и сильно тремъ его о стекло, пока
послѣднее не нагрѣвается на столько, что трескается когда
мы сейчасъ же обливаемъ это мѣсто водой. При нѣкоторомъ
навыкѣ мы можемъполучить хорошій разрѣзъ, края котораго
можно еще подправить шлифовкой. Въ нагрѣтомъ мѣстѣ
происходятъ быстрыя измѣненія объема стекла, вслѣдствіе
чего его не трудно отдѣлить отъ сосѣднихъ мѣстъ. На сте-
клянныхъ заводахъ употребляютъ для разрѣзыванія стекла
накаченные металлическіе обручи.
Не мѣшаетъ здѣсь упомянуть еще о такъ называемомъ
разрывномъ карандашѣ. Онъ встрѣчается въ продажѣ въ
видѣ круглыхъ палочекъ, напоминающихъ обыкновенные
карандаши. Масса его состоитъ изъ угля, раствора тра-
ганта въ водѣ и спиртнаго раствора росного ладана. Вотъ
у насъ стаканъ съ отбитыми краями и мы хотимъ изъ ниж-
ней его части получить вполнѣ годный еще стаканъ. Обер-
нувъ его въ мѣстѣ, гдѣ долженъ произойти разрѣзъ, по-
— 251
доской толстой бумаги, мы острымъ напилкомъ или алма-
зомъ проводимъ линію разрѣза по стакану. Затѣмъ мы
зажигаемъ конецъ нашего карандаша и проводимъ имъ по
этой линіи. Дуя на мѣсто, по которому карандашъ проходитъ,
мы заставляемъ послѣдній разгораться и въ то же время охла-
ждаемъ нагрѣвающееся стекло, и тотчасъ же появляется
первая трещина. Двигая карандашомъ по линіи разрѣза, мы
распространяемъ трещину дальше. Операція требуетъ нѣ-
котораго навыка, такъ какъ иногда (когда стекло плохо
охлаждается) трещина распространяется по нежелательнымъ
направленіямъ.
Всякому извѣстно, что стеклянные сосуды съ толстыми
стѣнками и толстымъ дномъ часто лопаются, если внезапно
наполнить ихъ горячей жидкостью или поставить ихъ на
горячую подставку. И это происходитъ потому, что сначала
приходитъ въ соприкосновеніе съ горячей массой и расши-
ряется одинъ слой стекла, между тѣмъ какъ сосѣдній слой
еще не нагрѣлся и потому расшириться не можетъ. Осто-
рожная хозяйка никогда, поэтому, не вливаетъ горячее ва-
ренье въ холодныя банки, а предварительно прополаски-
ваетъ ихъ сначала теплой, а потомъ горячей водой. Химики
въ своихъ лабараторіяхъ пользуются стеклянными сосудами
съ тонкими стѣнками и тонкимъ дномъ и, при томъ, приго-
товленными изъ стекла тщательно охлажденнаго. На сте-
клянномъ заводѣ въ Іенѣ (въ Германіи) приготовляется
спеціальное стекло для химической посуды, которое гораздо
лучше выдерживаетъ всякое измѣненіе температуры, чѣмъ
обыкновенное стекло.
По тѣмъ же причинамъ необходимо осторожно нагрѣвать
и ламповыя стекла.
Перейдемъ теперь къ вопросу о томъ, какъ измѣрить
величину расширенія тѣлъ и выразить ее числомъ. Беремъ
сначала желѣзный стержень, который при 0° Ц. имѣетъ въ
длину ровно 1 метръ. Помѣстивъ его въ кипящую воду, мы
нагрѣваемъ его до 100° Ц. Какъ показали точныя измѣре-
нія, нашъ стержень станетъ длиннѣе на 1,2 миллиметра или
0,0012 метра. Принимая, что расширеніе тѣла пропорціо-
нально повышенію температуры (что почти вѣрно), мы при-
ходимъ къ заключенію, что при нагрѣваніи на 1°, желѣзный
стержень сталъ бы длиннѣе только на 0,000012 своей длины.
Это удлиненіе единицы длины тѣла при повышеніи темпе-
ратуры на 1°называется коэффиціентомъ линейнаго
расширенія; для латуннаго стержня этотъ коэффи-
ціентъ — 0,0000119, а для цинковаго стержня = 0,000029.
Всего меньше этотъ коэффиціентъ у платины, у которой
онъ = 0,000008. Точно такъ же онъ малъ у стекла. Это—
очень важное, но, разумѣется, роковое обстоятельство:
именно изъ-за этого мы можемъ въ стекло вплавить только
— 252
платиновую проволоку; всѣ другіе металлы при охлажденіи
сильнѣе сжимаются и отверстіе стекла становится слишкомъ
свободнымъ. И электрическій токъ можетъ быть проведенъ
къ электрическимъ лампочкамъ только по вплавленнымъ
Ф.іг. 267.
въ нихъ платиновымъ проволокамъ, что вызвало
большое вздорожаніе этого цѣннаго металла.
Наименѣе расширяющимся отъ нагрѣванія
металломъ послѣ платины является желѣзо.’Вотъ
почему возможно глазировать или покрывать
эмалью кухонную посуду, не опасаясь того, чтобы
при первомъ нагрѣваніи эмаль не лопнула. Впро-
чемъ, эмаль медленнѣе нагрѣвается чѣмъ желѣ-
зо, и поэтому и эту посуду нельзя подвергать
быстрымъ измѣненіямъ температуры. Къ сожалѣ-
нію, это часто не принимается во вниманіе, и
тогда мы находимъ въ нашей пищѣ маленькіе ку-
сочки эмали. Этой причинѣ приписываютъ даже
тотъ фактъ, что въ послѣднее время стали такъ
учащаться случаи воспаленія слѣпой кишки.
Дерево составляетъ какъ будто исключеніе изъ
общаго правила, что тѣла при нагрѣваніи расши-
ряются. Если нагрѣвать его, то въ направленіи
длины волоконъ оно почти не мѣняется, а въ по-
перечномъ направленіи даже сжимается, Мы
убѣждаемся въ этомъ, часто съ неудовольствіемъ,
на нашихъ чертежныхъ доскахъ и нашей ме-
бели. Но въ дѣйствительности здѣсь происходитъ
нѣчто другое: дерево не сжимается при нагрѣ-
ваніи, а высыхаетъ. Если дерево совершенно
сухо, оно при нагрѣваніи почти не измѣняется,
но во влажномъ воздухѣ оно вновь взбухаетъ. Де-
рево, срубленное въ періодъ, когда въ немъ цир-
кулируютъ соки, не годится для столярныхъ ра-
ботъ. Для этихъ работъ употребляется только де-
рево, срубленное зимой и хорошо высушенное.
Въ одной изъ предыдущихъ лекцій мы узнали,
что колебанія маятника часовъ тѣмъ медленнѣе,
чѣмъ длиннѣе маятникъ. Вотъ почему часы съ
металлическими маятниками имѣютъ лѣтомъ
болѣе медленный ходъ, чѣмъ зимой. Во избѣжа-
ніе этого, предпочитаютъ употреблять маятники
изъ хорошо высушеннаго дерева, покрытаго ла-
комъ. Но, если хотятъ имѣть металлическій ма-
ятникъ. продолжительность колебаній котораго
остается при всякой температурѣ одинаковой,
то употребляютъ, такъ называемый, „уравнительный
маятникъ". На фиг. 267 изображенъ такой маятникъ.
Стержни В, В могутъ быть приготовлены изъ желѣза, а
— 253 —
отходящіе отъ поперечнаго стержня /д стержни Т, Т—изъ
металла, коэффиціентъ расширенія котораго вдвое больше
коэффиціента расширенія желѣза; отходящій отъ верхняго
поперечнаго стержня сй, стержень 8 тоже приготовленъ изъ
желѣза, а у нижняго его конца прикрѣплена чечевица
маятника. Допустимъ, что стержни В, К удлиняются лѣ-
томъ на Ѵю миллиметра; въ такомъ случаѣ удлиняются
стержни Т, Т на 2/)0 миллиметра,
и верхніе концы ихъ оказываются
лѣтомъ на х/,0 миллиметра выше,
чѣмъ зимой. Стержень <5 тоже
удлиняется на */ю миллиметра,
но такъ какъ онъ на столько же
приподнимается вверхъ, то ниж-
ній его конецъ оказывается лѣ-
томъ и зимой на одной и той же
высотѣ, а, слѣдовательно, длина
всего маятника остается всегда
постоянной. Очевидно, что часы фиг 268
съ такимъ маятникомъ лучше
обыкновенныхъ, и потому цѣнятся выше. Зная это, но не
умѣя или не желая приготовлять такихъ маятниковъ, нѣко-
торые часовыхъ дѣлъ мастера стараются дѣлать маятники
похожими на уравнительный маятникъ, и покупатель очень
дорого расплачивается за свое незнакомство съ основными
законами физики.
Вотъ здѣсь у насъ металлическая пластинка, спаянная
изъ двухъ пластинокъ—желѣзной и мѣдной. Если ее нагрѣть,
она изгибается въ сторону же-
лѣза, а при охлажденіи вы-
прямляется. Въ этомъ Нѣтъ
ничего удивительнаго: мѣдь
при нагрѣваніи расширяетея
почти вдвое больше, чѣмъ же-
лѣзо. И на этомъ принципѣ
основано устройство нѣкото-
рыхъ уравнительныхъ маятни-
ковъ. Карманные часы и хро-
нометры кораблей совершенно
не зависятъ отъ температуры,
Фиг. 269.
металлическихъ термоме-
благодаря именно такимъ по-
лоскамъ. Наконецъ, на томъ же
принципѣ основано устройство
тровъ, похожихъ на карманные часы.
Обратимся теперь къ изученію кубическаго расширенія
тѣлъ. На фиг. 268 изображенъ кубъ аЬсНе^. Допустимъ, что
при 0° онъ имѣетъ въ длину, въ ширину и въ высоту 1 де-
циметръ. Мы нагрѣваемъ его на 1°. Если бы онъ расши-
— 254 —
рялся только по длинѣ аЪ, длина его, допустимъ, стала рав-
ной ад (для ясности всѣ величины начерчены гораздо боль-
шими, чѣмъ онѣ бываютъ въ дѣйствительности). Объемъ
куба увеличился бы тогда на призму Ы. Но кубъ расши-
ряется, кромѣ того, на такую же величину и въ высоту и
въ ширину (фиг. 269). Такимъ образомъ приращеніе объема
при нагрѣваніи на 1° въ три раза больше линейнаго его
приращенія. Но это еще не совсѣмъ вѣрно, такъ какъ и эти
приращенія расширяются въ другихъ направленіяхъ. Изъ
куба аЬсДе/' получается большій кубъ адітпое (фиг. 270). Та-
кимъ образомъ, къ тройному линейному расширенію при-
бавляются еще 3 куска граней и угловой кубикъ. Но если
линейное расширеніе Ъд очень мало въ сравненіи съ аЬ, что
въ дѣйствительности всегда и бываетъ, то можно прене-
бречь этими тремя кусками и этимъ кубикомъ и выставить
слѣдующее правило, на практикѣ вполнѣ вѣрное: кубическое
расширеніе тѣлъ въ 3 раза больше линейнаго. Приращеніе
единицы объема, при нагрѣ-
ваніи на 1°, называется коэффи-
центомъ кубическаго расшире-
нія тѣлъ. На основаніи сказан-
наго, его можно считать рав-
нымъ тройному коэффиціенту
линейнаго расширенія тѣлъ.
Математически этотъ коэф-
фиціентъ получается слѣдую-
щимъ образомъ. Допустимъ,
что а есть коэффиціентъ ли-
нейнаго расширенія. Если на-
грѣть кубъ, объемъ котораго
при 0°=1,на1°,то объемъ ста-
нетъ равнымъ (1 + а)’ = 1 + За •+ За2 а8. Приращеніе отъ на-
грѣванія, или коэффиціентъ кубическаго расширенія, рав-
няется, слѣдовательно, Зач-За2-«-а3, атакъ какъ За2 и а3чрез-
вычайно малы въ сравненіи съ За, мы можемъ принять, что
За = к = коэффиціенту кубическаго расширенія тѣлъ. Допу-
стимъ, напримѣръ, что у насъ стеклянный кубъ въ 1 куби-
ческій дециметръ. Коэффиціентъ линейнаго расширенія
стекла = а = 0,000008. Если этотъ кубъ нагрѣть на 1°, то его
объемъ = (1 0,000008)8 = 1 4- 0,000024 -+- 0,000000000064 -+-
0,00000000000000512. Не трудно видѣть, что послѣдними
двумя слагаемыми можно пренебречь и считать коэффи-
ціентъ кубическаго расширенія стекла равнымъ только
0,000024.
Склянка въ 1 литръ увеличивается, слѣдовательно, при
нагрѣваніи отъ 0° до 1° на 0,000024 литра, а при нагрѣваніи
отъ 0е доф 100° на 0,0024 литра, т. е. на 2,4 куб. сант. своей
емкости.
— 255 —
ЛЕКЦІЯ ТРИДЦАТЬ ВОСЬМАЯ.
Расширеніе жидкостей. Особенности расширенія воды и вызываемыя
ими теченія. Водяное отопленіе..
Чтобы изучить расширеніе жидкости, мы сдѣлаемъ нѣ-
сколько опытовъ. Беремъ склянку съ очень тонкимъ гор-
лышкомъ или такую, съ горлышкомъ которой спаена трубка
съ воронкой (фиг. 271). Емкость склянки до мѣста въ гор-
лышкѣ, отмѣченнаго цифрой 100, — 100 куб. сант., если
температура склянки = 0°. Все горлышко раздѣлено на куб.
сант., изъ которыхъ каждый раздѣленъ на десятыя и сотыя
доли. Такой приборъ называется дилатометромъ. Мы напол-
няемъ склянку окрашеннымъ спиртомъ температуры 0° до
мѣтки 100. Вслѣдъ затѣмъ мы быстро погружаемъ склянку
въ теплую воду и наблюдаемъ высоту уровня жидкости во
время погруженія. Оказывается, что въ моментъ
погруженія уровень жидкости понижается и
вслѣдъ затѣмъ поднимается, и на этой высотѣ
остается до тѣхъ поръ, пока спиртъ не полу-
чаетъ ту же температуру, которую имѣетъ вода.
Почему уровень жидкости въ первый моментъ
понижается? Это происходитъ потому, что сна-
чала расширяется только стеклянный сосудъ.
Такъ какъ емкость его увеличивается, то часть
спирта переходить изъ горлышка въ нижнюю
часть сосуда. Но непроходитъ и нѣсколько се-
кундъ, какъ теплота сквозь стѣнки сосуда
проникаетъ внутрь; спиртъ нагрѣвается и рас- .
ширяется. Будь это расширеніе не больше фиг’
расширенія стекла, уровень спирта поднялся бы только
до мѣтки 100. Оказывается, однако, что онъ поднимается
выше. Отсюда мы должны сдѣлать тотъ выводъ, что онъ
расширяется больше, чѣмъ стекло. То же самое наблю-
дается у всѣхъ жидкостей. Повторимъ тотъ же опытъ, точно
измѣряя всѣ величины. Когда температура спирта равна 0°,
уровень его доходитъ какъ разъ до мѣтки 100. Когда онъ
нагрѣтъ до 10°, уровень его доходитъ до мѣтки 101, точнѣе
до 101,016. Изъ предыдущей лекціи мы знаемъ, что коэффи-
ціентъ кубическаго расширенія стекла = 0,000024. Отсюда
слѣдуетъ, что стеклянный сосудъ въ 100 куб. сант. емкости
долженъ при повышеніи температуры на 1° стать больше
на 0,0024 куб. сант., а при повышеніи температуры на 10°—
на 0,024 куб. сант. Очевидно, что нагрѣтый до 10° спиртъ
расширился настолько, что онъ наполнилъ, во-первыхъ, эти
0,024 куб. сант. и, во-вторыхъ, часть горлышка склянки отъ
мѣтки 100 до 101,016. Такимъ образомъ, все приращеніе его
— 256
объема при нагрѣваніи на 10° = 0,024 •»- 1,016 = 1,040 куб.
сант. Мы принимаемъ (что въ данномъ случаѣ будетъ почти
вполнѣ правильно), что при нагрѣваніи спирта только на 1°
это приращеніе объема было бы ровно въ 10 разъ меньше,
т. е. было бы равно 0,104 куб. сант.; другими словами, 100 куб.
сант. спирта, нагрѣтые на 1°, расширяются на 0,104 куб. сант.
или О,1О4°/о, и, слѣдовательно, единица объема расширяется
на О,ОО1О4°/о. Это число и называется коэффиціентомъ абсо-
лютнаго (кубическаго) расширенія спирта. (Названіе „ку-
бическаго" можно здѣсь оставить, потому что о коэффи-
ціентѣ линейнаго расширенія жидкостей не можетъ быть и
рѣчи). Если бы мы не принимали во вниманіе расширенія
сосуда, мы получили бы коэффиціентъ видимаго расши-
ренія спирта, т. е. 0,001016. Коэффиціентъ абсюлютнаго рас-
ширенія жидкостей всегда равенъ суммѣ коэффиціентовъ
видимаго расширенія жидкости и расширенія сосуда.
Если бы мы вмѣсто спирта взяли эфиръ, мы получили бы
его коэффиціентъ расширенія—0,0015. Эфиръ, слѣдователь-
но, въ 1х/2 раза больше расширяется при нагрѣваніи, чѣмъ
спиртъ. Коэффиціентъ расширенія ртути равенъ только
0,00018, т. е. почти въ 6 разъ меньше коэффиціента расши-
ренія спирта.
Сдѣлаемъ теперь тотъ же опытъ съ водой. Освободивъ
воду кипяченіемъ отъ поглощеннаго ею воздуха и давъ ей
остыть, мы наполняемъ ею дилатометръ и, поставивъ его
въ тающій ледъ, охлаждаемъ все до 0°.
Скатавъ тонкую трубочку изъ промокательной бумаги,
мы высасываемъ воду изъ склянки до тѣхъ поръ, пока уро-
вень его не останавливается у мѣтки 100.
Если теперь медленно нагрѣвать въ водяной банѣ нашъ
дилатометръ, мы къ своему изумленію замѣтимъ, что вода
не расширяется, а сжимается. Такъ продолжается
дѣло до 4° Ц.; здѣсь объемъ воды наименьшій и, именно,
вмѣсто 100 онъ сталъ равнымъ 99,987; плотность воды, слѣ-
довательно, стала равной —= 1,00013. При дальнѣй-
шемъ нагрѣваніи объемъ воды становится больше, а плот-
ность — меньше и между 8° и 9° объемъ и плотность
ея становятся такими, какими они были при 0°. При тем-
пературѣ 100° объемъ воды = 104,23, а плотность =
= ^4^3 ~ °>9588- ®ъ нашемъ разсчетѣ мы приняли за
единицу плотность воды при 0°, но принято брать за еди-
ницу ея плотность при 4°. Въ такомъ случаѣ плотность
воды при 0° и между 8° и 9° = 0,9987, а при 100° 0,9659.
Что плотность воды 4° наименьшая, можно доказать еще
другимъ опытомъ.
— 257 —
Въ высокій стеклянный цилиндръ, наполненный водой
(фиг. 272), мы помѣщаемъ два термометра, одинъ недалеко
отъ дна сосуда, а другой—близъ уровня воды.
Весь сосудъ съ термометрами мы вносимъ въ холодное
помѣщеніе. Вода начинаетъ
охлаждаться черезъ стѣнки со-
суда; холодная вода опускается
на дно сосуда, а менѣе холодная
поднимается вверхъ, такъ что
температура воды уменьшается
сверху сосуда Ьнизъ. По истече-
ніи нѣкотораго времени темпера-
тура воды можетъ быть внизу 4°,
на верху 8° (см. въ таблицѣ поря-
докъ!). Съ дальнѣйшимъ охлаж-
деніемъ воды, температура ея
внизу достигаетъ 3°,а на верху 7°.
Но вода съ температурой 3° легче
воды съ температурой въ 4°;
вслѣдствіе этого, нижній слой фиг 272
воды поднимается вверхъ и смѣ-
шивается со слоемъ воды въ 5°, образуя одинъ слой въ 4°. Съ
дальнѣйшимъ охлажденіемъ воды мы получаемъ обратный
порядокъ температуръ воды, такъ какъ вода въ 4° плотнѣе
воды въ 3°, эта плотнѣе воды въ 2° и т. д. Такимъ образомъ, мы
изъ порядка I получаемъ порядокъ II и затѣмъ порядокъ III.
I п ш
8 4° О
7 4° 1
6 4° 2
5 4° 3
4 4° 4
Если продолжать охлажденіе воды, она начинаетъ замер-
зать; замерзаніе начинается съ самаго верх-
няго слоя и постепенно доходитъ до нижняго.
Такое замерзаніе воды имѣетъ величайшее значеніе. Дѣло
въ томъ, что въ стоячихъ водахъ вода замерзаетъ сверху
внизъ, и, поэтому, въ болѣе или менѣе глубокихъ мѣстахъ
замерзаніе вообще не бываетъ полнымъ: образующійся ле-
дяной покровъ представляетъ собою плохой проводникъ
тепла и потому защищаетъ находящуюся подъ нимъ воду
отъ слишкомъ сильнаго охлажденія. Поэтому въ нашихъ
мѣстахъ ледяные покровы стоячихъ водъ рѣдко бываютъ
толще 30 сант. Живущія въ этихъ водахъ рыбы и другія
животныя не гибнутъ, а весной солнце быстро расплавляетъ
защищающій ихъ ледяной покровъ. Имѣй вода наибольшую
— 258 —
плотность при 0°, она стала бы замерзать со дна и вся масса
воды превратилась бы въ сплошной ледъ, въ которомъ жи-
вотныя, конечно, погибли бы. Весной солнцу пришлось бы
.растопить гораздо
больше времени,
болыпе льда, на что потребовалось бы
а когда весь ледъ былъ бы растопленъ,
мы получили бы воду, испорченную
сгнившими животными.
Расширеніемъ воды при нагрѣваніи
выше 4° объясняются также теченія,
которыя въ ней возникаютъ, если нагрѣ-
вать сосудъ снизу. Нагрѣтая вода, какъ
болѣе легкая, поднимается вверхъ, а
верхніе слои, какъ болѣе плотные и тя-
желые, опускаются внизъ. Чтобы видѣть
ясно эти теченія, всыпаютъ въ воду
опилки, которыя и двигаются вверхъ и
внизъ вмѣстѣ съ соотвѣтствующими
слоями воды (фиг. 273). Теченія эти
имѣютъ еще другой результатъ: благо-
даря имъ, теплота быстро распростра-
няется по всей массѣ воды, чего не бы-
ваетъ, если нагрѣваютъ сосудъ сверху.
Этотъ фактъ находитъ примѣненіе въ
водяномъ отопленіи по способу
Перкинса. Осмотримъ такое отопленіе
домѣ (фиг. 274). Въ погребѣ устроенъ
Фиг. 273.
въ какомъ-нибудь
котелъ К съ топкой. Двумя вертикальными трубами В и В
котелъ соединяется съ резервуаромъ В, помѣщеннымъ на
чердакѣ отапливаемаго зданія и имѣющемъ на верхней
своей сторонѣ отверстіе о. Котелъ, трубы и резервуаръ на-
полнены водой. Труба В и резервуаръ В сдѣланы изъ мате-
ріала, плохо проводящаго тепло, чтобы вода не успѣла
остыть прежде, чѣмъ она достигнетъ жилыхъ помѣщеній.
Послѣднія нагрѣваются спиральными трубами, помѣщенными
въ одинъ общій цилиндръ. Въ эти трубы нагрѣтая вода по-
падаетъ черезъ трубу В'. Открывая и закрывая краны, нахо-
— 259 —
дящіеся на верхнемъ и нижнемъ концѣ спиральныхъ трубъ,
можно соединять ихъ и разъединять съ трубой В' и, такимъ
образомъ, регулировать отопленіе даннаго помѣщенія. Вода,
нагрѣта и до 60°—70°, поднимается вверхъ по трубѣ В и
резервуаръ В, попадаетъ въ трубу В‘ и спиральныя трубы,
гдѣ и отдаетъ свою теплоту. Остывшая вода въ трубѣ В'
плотнѣе и потому давленіе ея больше, чѣмъ въ трубѣ В.
Вслѣдствіе этого она течетъ внизъ въ котелъ и, попавъ
туда, снова нагрѣвается и поднимается вверхъ въ резервуаръ
по трубѣ В.
Въ послѣднее время стали нагрѣвать котелъ выше 100°
въ такомъ случаѣ
приходится снабдить
резервуаръ В предо-
хранительнымъ кла-
паномъ, съ которымъ
мы познакомимся фет. 27б.
позже, при изученіи
котла паровой машины. Въ такихъ случаяхъ спиральныя
трубы могутъ быть меньше, но все сооруженіе должно быть
устроено такъ, чтобы оно соотвѣтствовало болѣе сильному
давленію.
На томъ же принципѣ основано устройство ваннъ въ
квартирахъ (фиг. 275). Маленькая печка О окружена резер-
вуаромъ В съ нагрѣваемой водой; нагрѣтая вода по трубѣ В
направляется въ ванну, и отсюда, охлажденная, возвращается
по трубкѣ В', въ резервуаръ; газы, образующіеся отъ горѣ-
нія, удаляются по трубкѣ К въ каминъ.
ЛЕКЦІЯ ТРИДЦАТЬ ДЕВЯТАЯ.
Расширеніе газовъ. Абсолютный нуль. Двигатели съ нагрѣтымъ воз-
духомъ.
Газы при нагрѣваніи расширяются гораздо больше, чѣмъ
твердыя и жидкія тѣла.
Чтобы показать, на сколько воздухъ расширяется при
нагрѣваніи и сжимается при охлажденіи, мы сдѣлаемъ слѣ-
дующій интересный опытъ.
Мы беремъ яйцо, сваренное въ крутую, и осторожно,
чтобы не повредить яйца, освобождаемъ его отъ скорлупы.
Въ склянку, приблизительно въ одинъ литръ емкости, съ
гладкимъ отверстіемъ, снабженнымъ отвернутыми краями,
мы опускаемъ на нѣсколько секундъ горящую полоску бу-
1 8 іакл 1 ОіХ
— 260 —
маги и вслѣдъ затѣмъ помѣщаемъ на отверстіе склянки
смоченное водой яйцо. Какъ только нагрѣтый воздухъ на-
чинаетъ въ склянкѣ охлаждаться, яйцо, сжавшись на подо-
біе колбасы въ горлышкѣ, скользитъ въ склянку (фиг. 276).
Еще яснѣе слѣдующій опытъ. Мы погружаемъ пустую склянку
Фиг. 276.
кабинета. За неимѣніемъ
отверстіемъ внизъ въ сосудъ съ
водой (фиг. 277). Если затѣмъ
нагрѣть склянку пламенемъ спир-
товой лампы, воздухъ въ ней ста-
нетъ нагрѣваться и, расширяясь,
выходить черезъ воду въ видѣ пу-
зырьковъ. Удалимъ теперь лампу
и дадимъ склянкѣ остыть: остыв-
шій въ ней воздухъ сожмется, и
наружный воздухъ вгонитъ воду
въ образовавшуюся пустоту.
Эти опыты доказываютъ, что
воздухъ расширяется и сжимает-
ся, но мы изъ нихъ не можемъ
узнать, какъ велико это расши-
реніе.
Чтобы это измѣрить, намъ не-
обходимы приборы физическаго
ихъ, мы опишемъ здѣсь одинъ
опытъ, теоретически вполнѣ возможный, хотя практически,
вслѣдствіе несовершенствъ нашихъ приборовъ, и не выпол-
нимый.
Въ цилиндрѣ (фиг. 278) находится поршень, который
двигается въ немъ безъ замѣт-
наго тренія, хотя и входитъ въ
него вполнѣ плотно (что на прак-
тикѣ никогда не достигается).
Сухой воздухъ, находящійся въ
цилиндрѣ подъ поршнемъ, имѣ-
етъ температуру 0° (для чего ци-
линдръ былъ поставленъ въ таю-
щій ледъ) и объемъ его равенъ
одному литру. Потомъ цилиндръ
поставленъ въ кипящую воду,
такъ что воздухъ нагрѣлся до 100°.
Нагрѣтый воздухъ расширяется
и двигаетъ впередъ поршень до
Фиг. 277.
тѣхъ поръ, пока объемъ его не достигаетъ 1,367 литра. Такимъ
образомъ при нагрѣваніи воздуха на 100°, литръ воздуха уве-
личивается на 0,367 литра. Продолжай мы нагрѣваніе до 200°,
объемъ его увеличился бы еше на 0,367 литра. Приращеніе
объема пропорціонально, слѣдовательно, повышенію темпера-
туры. Повышенію температуры одного литра воздуха на 1°
— 261 —
соотвѣтствуетъ приращеніе въ 0,00867 литра, что составляетъ
объема при 0°. Коэффиціентъ расширенія воздуха,
273 ।
слѣдовательно, = 0,00367 = о-а . До какой же темпера-
27 о
туры мы должны нагрѣть воздухъ, чтобы объемъ его удвоил-
ся? Ясно, что мы должны нагрѣть его для этого до 278°.
Теперь станемъ воздухъ охлаждать, начиная съ 0°. Ока-
зывается, что при охлажденіи на 1°, объемъ его уменьшается
на ----- часть. Ясно, что при температурѣ въ 100° ниже О,
273
объемъ его будетъ равенъ 1—0,367=
= 0,683 литра. Если бы дѣло такъ
продолжалось бы и дальше, воздухъ
при 273° ниже 0 вовсе не имѣлъ бы
объема. Это, разумѣется, невозможно
и въ дѣйствительности онъ гораздо
раньше еще становится жидкимъ.
Во всѣхъ этихъ опытахъ воздухъ на-
ходился подъ постояннымъ давленіемъ
атмосферы.
Но что произойдетъ съ воздухомъ
при дальнѣйшемъ нагрѣваніи и
охлажденіи, если мы не дадимъ ему
расширяться, задерживая поршень?
Воздухъ будетъ давить на поршень
и, какъ раньше увеличивался объемъ
воздуха, такъ теперь станетъ воз- Фпг. 278.
растать его давленіе на поршень.
Какъ это доказать? Представимъ себѣ, что мы наливаемъ на
поршень, вѣсомъ котораго мы пренебрегаемъ, такое коли-
чество ртути, которое могло бы уравновѣсить это давленіе,
и по высотѣ столба ртути мы опредѣляемъ это давленіе.
Сначала температура воздуха = 0°, а давленіе = давленію
одной атмосферы. Потомъ мы нагрѣваемъ нашъ воздухъ
до 100°. Чтобъ удержать поршень на его мѣстѣ, намъ при-
ходится налить на него столбъ ртути, составляющій 0,367-ую
часть высоты ртути въ барометрѣ Отсюда мы заключаемъ,
что давленіе нашего воздуха стало равнымъ давленію 1,867
атмосферы. При 200° это давленіе было бы равно 1,734
атмосферы, а при 273° — 2 атмосферамъ. Допустимъ теперь,
что мы нашъ воздухъ при 0° не нагрѣваемъ, а охлаждаемъ.
Давленіе его падаетъ ниже одной атмосферы и поршень
сталъ бы опускаться, если бы мы не ослабляли давленіе
находящагося надъ нимъ воздуха; при — 100° давленіе
было бы равно только 0,633 атмосферы; если бы давленіе
продолжало бы уменьшаться такъ и дальше съ дальнѣй-
шимъ пониженіемъ температура, оно при — 273° было бы
— 262 —
равно 0. И это невозможно: воздухъ еще раньше сталъ бы
жидкимъ и его давленіе не уменьшалось бы.
Опыты съ другими газами показали, что пока они не
становятся жидкими, они измѣняются съ измѣненіемъ тем-
пературы почти такъ, какъ воздухъ; коэффиціентъ расши-
ренія ихъ, слѣдовательно, приблизительно тоже равенъ
0,00367. Этотъ законъ обыкновенно называется закономъ
Гей-Люссака, хотя, собственно говоря, онъ впервые былъ
открытъ Шарлемъ.
Температура въ —273°, при которой газы должны были бы
потерять всякое давленіе, называется абсолютнымъ нулемъ.
Физикъ Клаузіусъ показалъ, что это вообще самая низкая
температура1, которая
Фиг. 279-
только возможна, и что въ опытѣ мы
даже и ея достичь не можемъ. Тем-
пература, отсчитываемая отъ этого
настоящаго нуля, называется абсо-
лютной температурой. Нуль
скалы Цельсія, избранный вполнѣ
произвольно, хотя и весьма цѣле-
сообразно, лежитъ на 273 градуса
Ц. выше абсолютнаго нуля.
Расширеніемъ воздуха при на-
грѣваніи пользуются для устройства
двигателей съ нагрѣтымъ
воздухомъ.
На фиг. 279 изображена малень-
кая машинка этого рода, приго-
товленная фирмой Л. Генрици въ
Цвиккау. Нагрѣваемая спиртовой
или керосиновой лампой, или газо-
вымъ рожкомъ, машинка эта мо-
жетъ привести въ дѣйствіе ма-
ленькій насосъ, обслуживающій
фонтанъ или совершающій какую-
нибудь другую маленькую работу. Внутреннее устройство
машины ясно изъ ея двухъ вертикальныхъ разрѣзовъ изо-
браженныхъ на фиг. 280 и 281. Цилиндръ, внизу замкнутый
и наверху открытый, нагрѣвается въ нижней своей части Ж
какимъ-нибудь пламенемъ, а въ верхней своей части по-
стоянно охлаждается окружающей его холодной водой К.
Поршень А (рабочій поршень) плотно входитъ въ цилиндръ
и нагрѣтымъ воздухомъ поднимается вверхъ, а при охла-
жденіи воздуха, подъ давленіемъ атмосфернаго воздуха, опу-
скается внизъ. Нагрѣваніе и охлажденіе находящагося въ
цилиндрѣ воздуха достигается движеніемъ другого поршня V
(полаго желѣзнаго тѣла), который не плотно входитъ въ
цилиндръ. На фигурѣ 280 этотъ второй поршень нахо-
дится въ самомъ низкомъ положеніи; вытѣсненный воздухъ
— 263 —
охлаждается у стѣнокъ К К, и рабочій поршень А опу-
скается внизъ.
Поршень А соединенъ системой рычаговъ съ маховымъ
колесомъ 51. Когда онъ опускается внизъ, онъ приводитъ
въ движеніе колесо въ направленіе стрѣлки. Но это колесо
соединено другой системой рычаговъ съ поршнемъ V такъ,
что, когда колесо двигается въ направленіе стрѣлки, этотъ
поршень поднимается вверхъ. Такимъ образомъ оба поршня
двигаются другъ противъ друга и тѣмъ заставляютъ охла-
Фиг. 280.
Фиг. 281.
жденный воздухъ пройти между стѣнками цилиндра и порш-
ня V внизъ, гдѣ онъ и нагрѣвается снова (фиг. 281). На-
грѣвшись здѣсь, воздухъ снова расширяется и заставляетъ
рабочій поршень А подняться вверхъ, вслѣдствіе чего ко-
лесо снова двигается въ направленіи стрѣлки и тѣмъ под-
нимаетъ рукоятки этого поршня до самой высшей точки.
Между тѣмъ воздухъ у К К начинаетъ охлаждаться, почему
рабочій поршень А начинаетъ опускаться внизъ, а вращаю-
щееся колесо заставляетъ поршень V подниматься вверхъ.
— 264 —
Стержень поршня V проходить черезъ сальникъ рабочаго
поршня. Вода, служащая для охлажденія воздуха, или обно-
вляется водой изъ водопровода, или, вытекая изъ нижней
части резервуара у и (фиг. 279), проводится обратно въ верх-
нюю часть его у о и по дорогѣ охлаждается. Послѣдній спо-
собъ охлажденія воды напоминаетъ устройство водяного
отопленія, о которомъ мы разсказали въ лекціи 38, съ той
только разницей, что тамъ мы пользовались горячей водой,
а здѣсь охлажденной.
Машины эти работаютъ совершенно безъ шума, вполнѣ
безопасны, не требуютъ ухода, кромѣ развѣ наполненія ма-
слянокъ масломъ. Существуютъ въ продажѣ семь различ-
ныхъ величинъ такихъ машинъ; въ самой большой изъ
нихъ діаметръ поршня = 150 миллиметрамъ. Большія ма-
шины строить не стоитъ, потому что онѣ тогда занимали бы
больше мѣста и давали бы меньшій эффектъ полезной ра-
боты, чѣмъ такой же величины газовые двигатели или па-
ровыя машины.
ЛЕКЦІЯ СОРОКОВАЯ.
Теченія, вызванныя расширеніемъ ьоздуха. Отопленіе нагрѣтымъ воз-
духомъ. Движеніе воздуха въ печныхъ трубахъ. Вѣтры.
При нагрѣваніи воды образуются въ ней, какъ уже из-
вѣстно, теченія. Гораздо большія еще теченія образуются въ
воздухѣ при его нагрѣваніи Отъ всякаго пламени обра-
зуется токъ газовъ, поднимающійся на довольно большую
высоту и на столько сильный, что, какъ мы разсказали уже
въ лекціи 32, имъ можно привести въ движеніе колесо
небольшой мельницы. Тѣмъ же принципомъ, которымъ поль-
зовался Перкинсъ для устройства водяного отопленія, вос-
пользовался Майсснеръ для устройства отопленія воздуш-
наго. И здѣсь, гдѣ нибудь въ подвалѣ дома, устроено осо-
бое помѣщеніе съ печью, около стѣнокъ и трубъ которой
холодный воздухъ нагрѣвается, и по особымъ трубамъ, вма-
заннымъ въ стѣны, проводится въ верхніе этажи дома. Токь
нагрѣтаго воздуха можно регулировать соотвѣтствующими
клапанами и отдушинами. Охлажденный воздухъ или уда-
ляется черезъ щели дверей и оконъ, или черезъ особые ка-
налы, отверстія которыхъ открываются недалеко отъ пола
комнаты, проводится обратно въ топочную камеру, гдѣ онъ
снова нагрѣвается. Чтобъ этотъ воздухъ не оказалъ вред-
наго дѣйствія на здоровье обитателей дома, необходимо по-
заботиться о двухъ вещахъ: во-первыхъ, этотъ воздухъ не,
долженъ быть слишкомъ сухимъ и, во избѣжаніе этого
— 265 —
его приходится проводить надъ водой; во-вторыхъ, онъ
не долженъ приходить въ соприкосновеніе со
слишкомъ горячей (накаленной)печью; въ про-
тивномъ случаѣ неизбѣжно находящіяся въ немъ орга-
ническія пылинки обгораютъ и къ воздуху примѣши-
вается пригорѣлый дымъ, раздражающій слизистую обо-
лочку носа. Затѣмъ необходимо еще позаботиться о томъ,
чтобы стѣнки печей были совершенно непроницаемы. Мно-
гіе не принимали во вниманіе всѣхь этихъ предохранитель-
ныхъ правилъ и этимъ создали дурную славу воздушному
отопленію.
Разсмотримъ теперь еще нѣкоторыя другія явленія въ
нашихъ жилищахъ, тоже вызываемыя тѣмъ, что нагрѣтый
воздухъ поднимается вверхъ.
Съ наступленіемъ зимы температура наружнаго воздуха
ниже температуры жилищъ. Всевозможныя печи нагрѣваютъ
воздухъ дома еще больше; нагрѣтый такимъ образомъ воз-
духъ черезъ дымовыя трубы выходитъ наружу. Такъ какъ
оставшійся въ комнатахъ воздухъ вслѣдствіе этого разрѣ-
жается, то въ комнаты начинаетъ всасываться воздухъ изъ
другихъ мѣстъ; черезъ щели дверей и оконъ всасывается
свѣжій воздухъ, но сюда же можетъ всасываться и плохой,
вредный воздухъ изъ отхожихъ мѣстъ, помойныхъ ямъ и
т. д.; въ домахъ съ газовымъ освѣщеніемъ въ воздухъ мо-
жетъ попасть черезъ щели газопровода и свѣтильный газъ.
Въ нѣкоторыхъ помѣщеніяхъ порча воздуха становится осо-
бенно замѣтной съ наступленіемъ плохой, или холодной по-
годы, такъ какъ именно тогда разница въ температурахъ
внутри и внѣ дома становится большей, чѣмъ раньше. По-
этому необходимо строго позаботиться о томъ, чтобы пло-
хой воздухъ не могъ попасть въ жилыя помѣщенія, для
чего въ домахъ, гдѣ есть водопроводъ, устраиваются ватеръ-
клозеты, водосточныя трубы закрываются особыми клапа-
нами и т. д.
Весной, когда перестаютъ топить печи, а солнце начи-
наетъ нагрѣвать стѣны дома, начинается обратное движеніе
воздуха. Температура внѣ дома часто бываетъ тогда выше
температуры внутри дома. Въ атмосферѣ воздуха, окружаю-
щаго домъ, образуется тогда токъ воздуха, высасывающій
воздухъ изъ него черезъ щели оконъ, и дверей. По этой
причинѣ дымъ часто не въ состояніи подниматься и уда-
ляться черезъ дымовыя трубы: дымъ высасывается снизу и
распространяется по кухнѣ и сосѣднимъ помѣщеніямъ.
Раньше полагали, что это происходитъ по тому, что сол-
нечный свѣтъ падаетъ на отверстіе трубы. Въ послѣднее
время Кольраушъ, рядомъ тщательныхъ опытовъ, дока-
залъ, что нѣтъ никакой разницы, освѣщается ли отверстіе
трубы солнцемъ или нѣтъ. Явленія эти могутъ происходить
— 266 —
только потому, что воздухъ около стѣнъ и крышъ дома бо-
лѣе нагрѣтъ, чѣмъ воздухъ внутри дома; такъ какъ плот-
ность и давленіе второго больше, то образуется токъ воз-
духа извнутри наружу.
Чтобы доказать наглядно присутствіе самыхъ слабыхъ
воздушныхъ теченій въ комнатахъ, очень удобенъ малень-
кій воздушный шарикъ изъ коллодія, обвѣшенный поло-
сками бумаги такъ, чтобы онъ еле парилъ въ воздухѣ. Та-
кой шарикъ не перестаетъ двигаться по комнатѣ, увлекае-
мый воздушными теченіями: вблизи теплой печки онъ под-
нимается вверхъ, двигается вдоль потолка въ противопо-
ложную сторону, тамъ опускается внизъ и вдоль пола дви-
гается обратно къ печкѣ; проходитъ человѣкъ, и въ особен-
ности дама, по комнатѣ и шарикъ двигается вслѣдъ за
нимъ. Ясно, что воздухъ почти никогда не находится въ
полномъ покоѣ.
Неравномѣрному нагрѣванію воздуха на поверхности земли
обязаны своимъ происхожденіемъ вѣтры. Вполнѣ понятно,
что всего сильнѣе воздухъ нагрѣвается вблизи экватора и
именно на сушѣ. Часть теплоты солнечныхъ лучей прямо
поглощается атмосферой, а другая часть раньше нагрѣваетъ
землю, которая потомъ лишь отдаетъ свою теплоту грани-
чащимъ съ ней слоямъ воздуха. Вслѣдствіе этого должно
въ общемъ на экваторѣ образоваться воздушное теченіе
вверхъ и оттуда распространяться къ сѣверу и къ югу.
Нижніе слои воздуха должны поэтому разрѣдиться, что
должно вызвать теченіе воздуха съ сѣвера и съ юга къ
экватору. Въ мѣстахъ, близкихъ къ полюсамъ, происходитъ
обратное: воздухъ течетъ сверху внизъ и оттуда двигается
по направленію къ экватору. Таковы должны были бы быть
воздушныя теченія, не будь цѣлаго ряда обстоятельствъ, ви-
доизмѣняющихъ ихъ. Во-первыхъ, весь поясъ экватора не
нагрѣвается одновременно, а нагрѣваніе распространяется
съ востока къ западу. Во-вторыхъ, нагрѣваніе на сушѣ силь-
нѣе. чѣмъ на морѣ. Въ-третьихъ, движеніе земли во-
кругъ оси вызываетъ отклоненіе вѣтра отъ направленія ме-
ридіана. Точка на экваторѣ движется вслѣдствіе этого отъ
запада къ востоку со скоростью въ 463 метра въ сек. Ту же
скорость имѣетъ въ этомъ мѣстѣ покоющійся воздухъ близъ
поверхности земли. Когда онъ, нагрѣвшись, поднимается
вверхъ и начинаетъ двигаться къ полюсу, то чѣмъ болѣе
онъ приближается туда, тѣмъ разница въ скорости его дви-
женія и движенія точки на земной поверхности къ востоку
становится больше. Это вполнѣ понятно: воздухъ сохраняетъ,
по крайней мѣрѣ отчасти, ту скорость движенія къ востоку,
которую онъ имѣлъ на экваторѣ, между тѣмъ какъ на зем-
ной поверхности скорость этого движенія становится меньше
съ приближеніемъ къ полюсу, потому что кругъ, который
— 267 —
приходится совершать каждой точкѣ земной поверхности въ
одно и то же время (сутки), становится съ приближеніемъ
къ полюсу меньше. Такъ въ средней Германіи скорость дви-
женія точки на земной поверхности составляетъ лишь 324
метра въ сек. Въ среднихъ широтахъ долженъ поэтому въ
верхнихъ слояхъ атмосферы образоваться западный вѣ-
теръ. Иначе обстоитъ дѣло съ вѣтромъ, дующимъ непо-
средственно надъ земной поверхностью. Здѣсь массы воз-
духа двигаются отъ полюса къ экватору; у насъ, напримѣръ,
онѣ двигаются съ сѣвера. Мы уже сказали, что, чѣмъ ближе
къ полюсу, тѣмъ движеніе точки на земной поверхности
становится меньше. Вслѣдствіе этого и скорость воздуш-
ныхъ массъ тоже должна быть меньше. Когда эти массы
воздуха прибываютъ къ намъ, онѣ должны отставать въ
своемъ вращательномъ движеніи сравнительно съ землей
и поэтому должно образоваться относительное движеніе ихъ
отъ востока къ западу, т. е. долженъ образоваться восточ-
ный вѣтеръ. Эти вѣтры бываютъ особенно правильны на
морѣ до 29е широты и называются пассатными вѣтрами,
верхнимъ и нижнимъ.
Складываясь съ массами воздуха, двигающимися къ эква-
тору, нижній пассатный вѣтеръ получаетъ въ сѣверномъ
полушаріи направленіе къ юго-западу, т. е. становится сѣ-
веро-восточнымъ вѣтромъ. Въ южномъ полушаріи онъ стано-
вится юго-восточнымъ вѣтромъ. Близъ экватора пассаты
движутся параллельно тѣмъ массамъ, такъ что нижній пас-
сатъ остается чистымъ восточнымъ вѣтромъ, а верхній пас-
сатъ — чистымъ западнымъ вѣтромъ. Этотъ восточный вѣ-
теръ пригналъ въ свое время корабли Колумба въ Америку
и имъ моряки не перестаютъ пользоваться и въ настоящее
время. На сушѣ и у ея береговъ, пассатный вѣтеръ откло-
няется въ сторону. Въ особенности это замѣтно у южныхъ
береговъ Азіи. Нормальный, юго-восточный пассатный вѣ-
теръ дуетъ лишь ниже 10° южной широты. Сѣвернѣе этого
градуса широты вплоть до береговъ Индіи дуетъ отъ апрѣля
до октября юго-западный вѣтеръ, а отъ октября до апрѣля—
сѣверо-восточный вѣтеръ. Эти вѣтры называются муссо-
нами. Мы зашли бы слишкомъ далеко, если бы стали по-
дробно перечислять всѣ вѣтры. Въ Германіи, напримѣръ, изъ
1000 вѣтреныхъ дней 84 дня дулъ сѣверный вѣтеръ
У> п 77 98 дней 77 сѣверо-восточ. 77
а У) 77 119 >7 77 восточный 77
Г) п п 87 77 п юго восточ. 77
п п 97 77 п южный 77
п п 185 77 77 юго-эапад. 77
п п 198 77 77 сѣверо-запад. 77
п п п 132 77 77 западный 77
— 268 —
Такимъ образомъ въ Германіи преобладаютъ западите
вѣтры и въ особенности сѣверо-западный вѣтеръ.
Вѣтры, дующіе съ юга, поднимаясь надъ Альпами, раз-
рѣжаются сначала и потому охлаждаются; вслѣдствіе этого
они теряютъ свою влагу въ видѣ дождя и снѣга. Миновавъ
Альпы и спустившись внизъ, они нагрѣваются на 20° и
больше и потому становятся очень сухими.
Этотъ вѣтеръ называется въ Швейцаріи феномъ, а въ
Тироли—теплымъ вѣтромъ. Его раньше смѣшивали со сход-
нымъ съ нимъ вѣтромъ—сирокко, дующимъ въ Сициліи и
южной Италіи. Еще суше и горячѣй — страшный шамсинъ,
египетскій вѣтеръ пустынь, изъ-за котораго часто гибнутъ
цѣлые караваны.
Вѣтеръ, скорость котораго превышаетъ 30 метровъ, назы
вается штурмомъ, а вѣтеръ со скоростью 40 метровъ и
больше называется орканомъ. Всего чаще такіе вѣтры бы-
ваютъ у тропиковъ. Большинство оркановъ суть вихри,
образующіеся вслѣдствіе внезапнаго сгущенія водяныхъ па-
ровъ. Они вырываютъ деревья съ корнями, истребляютъ цѣ-
лые лѣса, срываютъ желѣзно-дорожные поѣзда съ рельсовъ
и даже пушки съ ихъ платформъ. Изъ-за вихрей образуются
также тромбы-вихри, поднимающіе столбы пыли, песку,
листьевъ, уносящіе цѣлыя деревья и массу воды.
ЛЕКЦІЯ СОРОКЪ ПЕРВАЯ.
Понятіе количества теплоты. Единица теплоты или калорія. Теплоем-
кость или удѣльная теплота. Практическія примѣненія.
До сихъ поръ мы говорили о температурѣ, т. е. о
градусахъ теплоты или ея высотѣ. Сегодня мы должны
познакомиться съ понятіемъ количества теплоты и
научиться измѣрять его.
Надъ спиртовымъ или—еще лучше—газовымъ пламенемъ
способнымъ долгое время горѣть вполнѣ равномѣрно и слѣ
довательно выдѣлять въ каждую минуту равное количество
теплоты, мы помѣщаемъ легкій металлическій сосудъ съ
тонкими стѣнками, въ которомъ налитъ одинъ килограммъ
воды температуры 0°. По мѣрѣ того, какъ вода нагрѣвается,
мы не перестаемъ перемѣшивать ее. Если въ водѣ погру-
женъ термометръ, намъ не трудно убѣдиться въ томъ, что
температура воды въ каждую минуту возрастаетъ на одинъ гра-
дусъ. Количество теплоты, нагрѣвающее одинъ
килограммъ воды на I®, избрали единицей те-
— 269 —
плоты и назвали калоріей. Будь въ нашемъ сосудѣ
2 килограмма воды, то для нагрѣванія ея на 1° пришлось
бы нагрѣвать ее 2 минуты и слѣдовательно, потребовались
бы 2 калоріи, что само собой понятно. Теперь беремъ опять
I килограммъ воды въ О* и узнаемъ, сколько требуется те-
плоты, чтобы нагрѣть его на 2®. Оказывается, что прихо-
дится нагрѣвать воду въ теченіе 2-хъ минутъ, т. е. тоже
требуется двойное количество теплоты или 2 калоріи; чтобы
нагрѣть эту воду на 10°, 20°, 30#, требуется 10, 20, 30 кало-
рій. На этотъ разъ это не само собой понятной даже
не совсѣмъ, а лишь приблизительно, вѣрно, но настолько
приблизительно, что ошибка, которую мы дѣлаемъ, во вся-
комъ случаѣ меньше ошибокъ, вызванныхъ несовершен-
ствами условій опыта.
Изъ сказаннаго слѣдуетъ, что для того, чтобы нагрѣть,
напримѣръ, 5 килограммъ воды на 10° требуется 5 х 10=50
калорій. Вообще, чтобы нагрѣть массу въ И7- килограм. на
опредѣленное число градусовъ, отъ температуры I до тем-
пературы і‘ требуется количество теплоты Ѳ, равное ІѴ (<'—()
калорій. Посмотримъ теперь, примѣнимо ли это правило и
къ другимъ вешествамъ. Съ этой цѣлью мы нагрѣваемъ
надъ тѣмъ же пламенемъ и въ томъ же сосудѣ I кило-
граммъ скипидару. Мы тотчасъ же замѣчаемъ, что здѣсь
температура повышается уже гораздо быстрѣе, чѣмъ въ водѣ.
Послѣ 4 минутъ температура уже достигла 10°. Отсюда слѣ-
дуетъ, что для того, чтобы нагрѣть этотъ скипидаръ на 1°,
требуется только 0,4 калоріи.
Повторимъ теперь нашъ опытъ съ однимъ килограммомъ
ртути.
На этотъ разъ температура возрастаетъ еще быстрѣе: въ
одну минуту она достигаетъ 30°. Отсюда слѣдуетъ, что для
того, чтобы нагрѣть I килограммъ ртути на I®, требуется
х/зо=0,033 калоріи.
Этотъ фактъ мы выражаемъ такъ: способности по-
глощать теплоту, или теплоемкости,равныхъ вѣсовыхъ
количествъ воды, скипидара и ртути, относятся какъ 1:0,4:0,033.
Принимая теплоемкость воды за единицу, мы получаемъ,
что теплоемкость скипидара=0,4, а теплоемкость ртути=
0,033. Теплоемкость называется и удѣльной теплотой.
Изъ сказаннаго ясно, что для того, чтобы нагрѣть тѣло,
удѣльная теплота котораго=с, а масса=т, отъ I до і' гра-
дусовъ, требуется количество теплоты, которое можетъ быть
вычислено изъ слѣдующей формулы:
ц=т. с (V—Г);
другими словами для этого вычисленія должны быть даны
слѣдующія три величины: масса т. е. число килограммовъ,
удѣльная теплота и измѣненіе температуры. Перемноживъ
— 270 —
эти три числа, мы получаемъ количество теплоты въ кало-
ріяхъ.
Удѣльную теплоту ртути мы могли бы получить и слѣ-
дующимъ образомъ. Мы смѣшиваемъ равныя массы воды съ
температурой въ 0° и ртути съ температурой въ 100°. Когда
вездѣ устанавливается одна температура, мы находимъ, что
эта температура /=3,2. Очевидно, что вода поглотила то ко-
личество теплоты, которое ртуть выдѣлила: поглоти она
меньше, то остальное количество должно же было куда-ни-
будь дѣться; но она не могла поглотить и больше, такъ
какъ теплота не можетъ образоваться изъ ничего. Если ко-
личество воды и ртути =т, мы получаемъ слѣдующее ра-
венство:
т. 1 . 3.2 _ т. с. (100—3,2) __________
Теплота, поглощенная водой Теплота, выдѣленная ртутью
Сокративъ по т мы получаемъ, что
3,2
с = Гд5=О = °’083
Этотъ методъ называется методомъ смѣшенія. При
этомъ вовсе не обязательно, чтобы массы были равны. Этимъ
методомъ была изслѣдована удѣльная теплота большинства
тѣлъ. Въ прилагаемой таблицѣ приведены числа, обозна-
чающія удѣльную теплоту наиболѣе извѣстныхъ тѣлъ.
Теплоемкости различныхъ тѣлъ.
Твердыя тѣла. Теплоемкость.
Ледъ.......................... 0,502
Древесный уголь............... 0,241
Графитъ....................... 0,174
Алмазъ........................ 0,147
Сѣра......................... 0,178
Желѣзо........................ 0,114
Цинкъ...........•......... 0,096
Мѣдь.....................• 0,095
Олово......................... 0,055
Свинецъ....................... 0,031
Платина....................... 0,032
Известковый шпатъ......... 0,206
Кварцъ........................ 0,191
Стекло........................ 0,198
Каменная соль................. 0,219
Сахаръ........................ 0,300
— 271 —
Жидкости.
Вода..................... 1
Ртуть ,............... 0,033
Этиловый спиртъ (абсол.) . . 0,602
Этиловый спиртъ 20°/о .... 1,045
Метиловый спиртъ (абсол.) . . 0,590
Метиловый спиртъ 20% . . . 1,073
Эфиръ................. 0,529
Хлороформъ............ 0,232
Сѣроуглеродъ.......... 0,235
Скипидаръ............. 0,411
Прованское масло...... 0,471
Керосинъ.............. 0,511
Глицеринъ............. 0,575
Уксусная кислота...... 0,512
Сѣрная кислота........ 0,344
Деготь.............. 0,980 до 0,938
Газы и пары.
Водородъ................... 3,409
Кислородъ.................. 0,217
Азотъ...................... 0,244
Воздухъ.................... 0,238
Углекислота................ 0,202
Водяные пары............... 0,481
Какъ это видно изъ таблицы, водородъ имѣетъ исключи-
тельно большую удѣльную теплоту = 3,409; если не считать
нѣкоторыхъ смѣсей спирта съ водой, то вода имѣетъ наи-
большую удѣльную теплоту = 1.
Въ особенности не велика удѣльная теплота металловъ
съ высокимъ атомнымъ вѣсомъ, какъ свинецъ, платина,
ртуть. Удѣльная теплота льда и водяныхъ паровъ почти
вдвое меньше удѣльной теплоты воды. У многихъ тѣлъ,
въ особенности сложныхъ, удѣльная теплота повышается
вмѣстѣ съ температурой, т. е. для того, чтобы нагрѣть ихъ,
напримѣръ, отъ 100° до 101°, необходимо больше теплоты
чѣмъ для того, чтобы нагрѣть ихъ отъ 0° до 1°. Особенно
сильно это явленіе наблюдается въ углеродѣ.
Изъ того обстоятельства, что удѣльная теплота воды вы-
сока, слѣдуетъ, что много теплоты должно потребоваться и
для того, чтобы нагрѣвать вещества, содержащія въ себѣ
много воды. Этимъ объясняется охлаждающее дѣйствіе
влажнаго бѣлья и платья. Этимъ объясняется также тотъ
фактъ, что сырыя помѣщенія трудно отопить. Почва, богатая
глиной или сильно удобренная, вслѣдствіе большей удѣль-
ной теплоты нагрѣвается весной медленнѣе, чѣмъ другая
— 272 —
земля, но зато она осенью съ наступленіемъ морозовъ дольше
удерживаетъ свою болѣе высокую температуру и такимъ
образомъ лучше предохраняетъ растенія отъ замерзанія.
Почва песчаная и тощая быстрѣе принимаетъ какъ высо-
кую, такъ и низкую температуру, вслѣдствіе чего растенія
на ней быстрѣе замерзаютъ и гибнуть. Если прикоснуться
къ стволу живого дерева, чувствуется большій холодъ, чѣмъ
при прикосновеніи къ стволу засохшаго дерева; влажное
дерево вслѣдствіе большей своей удѣльной теплоты погло-
щаетъ отъ нашей руки больше теплоты, чѣмъ дерево сухое.
Къ тому же теплопроводность послѣдняго меньше, что, ко-
нечно, усиливаетъ еще разницу.
Вотъ здѣсь два чайника. Оба вмѣщаютъ '/г литра воды.
Первый сдѣланъ изъ тонкой мѣди и вѣситъ только 0,15 ки-
лограмма, второй сдѣланъ изъ толстаго тяжелаго фарфора
и вѣситъ 0,3 килограмма. Чай, какъ извѣстно, хорошо сва-
ривается только въ кипящей водѣ. Когда мы наливаемъ
въ чайникъ воду, нагрѣтую до 100°, то самъ чайникъ по-
глощаетъ часть теплоты. Насколько понизится вслѣдствіе
этого температура воды въ нашихъ чайникахъ? Удѣльная
теплота мѣди — 0,095; чтобы нагрѣть нашъ чайникъ, кото-
рый вѣситъ 0,15 килограмма на 1 градусъ, требуется по-
этому 0,15 х 0,095 = 0,014 калорій; для того же, чтобы на-
грѣть этотъ чайникъ отъ комнатной температуры 15° до точки
кипѣнія, требуется 85 X 0,014 « 1,2 калорій. Наша вода
должна потерять столько же, а такъ какъ всего воды у насъ
1/г килограмма, то, потерявъ 1,2 калорій, она остынетъ на
2,4°, потому что 0,5 х 2,4 = 1,2. Такимъ образомъ темпера-
тура воды въ мѣдномъ чайникѣ понизится до 97,6°. Удѣль-
ная теплота фарфора = 0,2: поэтому, чтобы нагрѣть его на
1 градусъ, требуется 0,3 х 0,2 = 0,06 калорій. Чтобы на-
грѣть чайникъ на 85°, требуется поэтому 85 х 0,06 = 5,1
калорій. Вода теряетъ столько же калорій, а такъ какъ всего
воды х/а килограмма, то она теряетъ 10,2° и, слѣдовательно,
температура ея понижается до 89,8° *). Отсюда ясно, что
въ мѣдномъ чайникѣ чай долженъ быть лучше, чѣмъ
въ фарфоровомъ. Чтобы устранить этотъ недостатокъ, слѣ-
дуетъ предварительно чайникъ нагрѣть и тогда фарфоровый
чайникъ имѣетъ даже преимущество передъ мѣднымъ: такъ
какъ фарфоръ хуже проводитъ тепло, чѣмъ мѣдь, то въ фар-
форовомъ чайникѣ чай дольше остается горячимъ.
’) При точномъ вычисленіи соотвѣтствующія температуры будутъ
97,'7° и 90.9».
— 273 —
ЛЕКЦІЯ СОРОКЪ ВТОРАЯ.
Перемѣны аггрегатнаго состоянія тѣлъ. Плавленіе. Скрытая теплота
плавленія. Отвердѣваніе. Кристаллизація. Согрѣвающіе аппараты. Пере-
охлажденіе.
Въ настоящей лекціи мы познакомимся съ другимъ важ-
нымъ дѣйствіемъ теплоты: измѣненіемъ аггрегат-
наго состоянія тѣлъ. При этомъ возможны 6 случаевъ.
1. Сообщеніемъ теплоты твердыя тѣла превращаются
въ жидкія: плавленіе.
2. Выдѣленіемъ теплоты жидкія тѣла превращаются
въ твердыя: отвердѣваніе.
3. Сообщеніемъ теплоты жидкія тѣла превращаются
въ пары: кипѣніе, испареніе.
4. Выдѣленіемъ теплоты парообразныя вещества пре-
вращаются въ жидкости: сгущеніе.
5. Наконецъ, твердыя тѣла могутъ быть и прямо
превращены въ пары,
6. и эти пары могутъ быть прямо превращены охла-
жденіемъ въ твердыя тѣла.
Первыя двѣ операціи вмѣстѣ назовемъ переплав-
кой или перекристаллизаціей.
Третья и четвертая операціи вмѣстѣ называются пере-
гонкой или дестилляціей.
Пятая и шестая операціи вмѣстѣ называются воз-
гонкой.
Далеко не всѣ тѣла способны подвергаться всѣмъ этимъ
перемѣнамъ; затѣмъ каждый изъ этихъ процессовъ насту-
паетъ въ каждомъ тѣлѣ при опредѣленномъ давленіи.
Разсмотримъ эти процессы подробнѣе, каждый въ отдѣль-
ности.
Плавленіе.
Чистыя вещества, лишенныя всякихъ примѣсей, если они
вообще плавятся, то они обыкновенно имѣютъ постоян-
ную точку плавленія. Если, напримѣръ, мы чистый
ледъ или снѣгъ нагрѣваемъ въ котлѣ до плавленія, то это
всегда происходитъ при одной и той же температурѣ, ко-
торую мы обозначили 0°. Какъ бы ни былъ силенъ огонь
подъ котломъ, намъ никогда не удается нагрѣть ледъ выше 0°,
и даже образующаяся вода удерживаетъ ту же температуру,
если она находится въ соприкосновеніи съ остальнымъ, не-
растаявшимъ еще, льдомъ. Это правило есть общій законъ
для всѣхъ тѣлъ: каждое вещество имѣетъ вполнѣ опредѣ-
ленную температуру плавленія, вполнѣ для нея характерную.
— 274
Мы здѣсь приводимъ таблицу температуръ плавленія -нѣ
которыхъ тѣлъ.
Вещество. Точка плавленія.
Ледъ........................... 0°
Масло......................... 31
Свиное сало................... 42
Овечье сало..........• . . 43
Баранье сало.................. 47
Воскъ желтый.................. 62
„ бѣлый..................... 63
Парафинъ...................... 46
Стеариновая кислота .... 70
Ртуть..................... —39,4
Фосфоръ....................... 44
Натрій........................ 90
Сѣра •....................... 110
Олово........................ 232
Свинецъ...................... 325
Цинкъ........................ 418
Серебро...................... 968
Золото...................... 1000
Латунь...................... 1015
Мѣдь........................ 1082
Литое желѣзо................ 1100
Никкель..................... 1600
Платина . . . •............. 1775
Сплавы часто имѣютъ болѣе низкую температуру пла-
вленія, чѣмъ вещества, изъ которыхъ они состоятъ.
Такъ, напримѣръ, сплавъ изъ іх/г вѣсовыхъ частей олова
съ одной вѣсовой частью свинца плавится при 169°.
Сплавъ изъ 49 частей висмута съ 23,5 ч. олова и 27,5 ч.
свинца (сплавъ Розе) плавится при 90,25°.
Ложка, сдѣланная изъ такого сплава, можетъ, поэтому,
расплавиться въ очень горячемъ супѣ.
Сплавами пользуются для чеканки монетъ и т. п.
Нѣкоторыя вещества, какъ уголъ, графить, чистый гли-
ноземъ, ѣдкая известь, не плавятся при самыхъ высокихъ
температурахъ. Поэтому изъ нихъ дѣлаютъ сосуды для
плавленія другихъ тѣлъ, какъ и огнеупорные кирпичи для
устройства доменныхъ печей, каминовъ и т. д. Поэтому
пользуются также этими веществами для освѣщенія; такъ,
въ пламени свѣчей и газа свѣтъ даетъ свободный углеродъ,
въ электрической дугѣ—угольные карандаши, въ ауэровой
горѣлкѣ — смѣсь изъ глинозема и окиси церія, въ свѣтѣ
— 276 —
і'ремучаго газа—карандаши изъ ѣдкой извести, магнезіи или
окиси цирконія.
Чтобы расплавить тѣло, недостаточно нагрѣть его до
точки плавленія, а всегда необходимо прибавить еще нѣ-
которое количество теплоты, не повышающее температуры
тѣла, а только вызывающее переходъ его изъ твердаго со-
стоянія въ жидкое. Такъ какъ эта теплота не обнаруживается
термометромъ, то ее называютъ скрытой теплотой
плавленія. Предположимъ, напримѣръ, что мы хотимъ
расплавить килограммъ льда съ температурой —10°. Такъ
какъ удѣльная теплота льда, согласно таблицѣ на стр. 270,
= 0,5, то для того, чтобы нагрѣть ледъ до 0°, требуется
5 калорій, но затѣмъ оказывается необходимымъ еще 80 ка-
лорій, чтобы превратить этотъ ледъ въ воду съ температу-
рой 0°. Мы поэтому говоримъ, что скрытая теплота льда — 80.
Чтобы расплавить килограммъ сѣры съ температурой 11°,
мы должны раньше нагрѣть ее до точки плавленія 111°, т. е.
на 100°. Такъ какъ его удѣльная теплота въ твердомъ со-
стояніи = 0,203, то намъ необходимо для этого 20,3 калоріи.
Чтобы твердую сѣру, нагрѣтую до 111°, превратить въ жидкую
сѣру той же температуры, необходимо 9,35 калорій, потому
что такова ея скрытая теплота плавленія. Если бы мы хо-
тѣли нагрѣть ее еще больше, напримѣръ, до 121°, то для
этого было бы необходимо еще 2,34 калоріи, потому что
удѣльная теплота сѣры въ жидкомъ состояніи — 0,234. Та-
кимъ образомъ для всей операціи превращенія твердой сѣры
съ температурой 11° въ жидкую сѣру съ температурой 121°
требуется: 20,3 9,35 -+- 2,34 = 31,99 «алорій.
Въ прилагаемой таблицѣ приведены теплота и точки
плавленія нѣкоторыхъ тѣлъ:
Вещество.
Ледъ..................
Сѣра..................
Фосфоръ...............
Свинецъ ..............
Олово.................
Цинкъ ................
Селитра...............
Сѣрноватистокислый натръ
Теплота Точка
плавле- плавле-
нія. нія.
80 О
9,35...................... 111
5,23........................ 44
5,37 ...................... 325
14,25 ...................... 232
28,13....................... 418
46,46 ...................... 310
37,6 48
Какіе выводы мы можемъ сдѣлать изъ этой таблицы?
Наибольшую теплоту плавленія имѣетъ ледъ. Вотъ почему
онъ такъ удобенъ для охлажденія тѣлъ. Тѣла съ болѣе
высокой точкой плавленія не имѣютъ и большей теплоты
плавленія. Такъ, напримѣръ, свинецъ плавится лишь при 325°,
но теплота плавленія его равна только 5,37, между тѣмъ
19 іакаі 1038
— 276
какъ олово плавится при 232°, а теплота его плавленія =14,25.
Отсюда слѣдуетъ, что рана, причиненная расплавленнымъ
оловомъ, должна проникнуть глубже, чѣмъ рана, причинен-
ная свинцомъ, хотя температура перваго ниже температуры
второго. Въ цинкѣ, наоборотъ, оба числа больше.
Относительно велика теплота плавленія солей. Такъ, на-
примѣръ, скрытая теплота плавленія, столь часто употреб-
ляемаго фотографами, сѣрноватокислаго натра = 37,6 при
точкѣ плавленія 48°. Этотъ фактъ находитъ очень важное
примѣненіе, съ которымъ мы скоро познакомимся.
Отвердѣваніе, кристаллизація.
Здѣсь передъ нами процессъ, обратный процессу плавле-
нія. При нормальныхъ условіяхъ тѣло отвердѣваетъ при той
температурѣ, при которой оно плавится, т. е. точка отвер-
дѣванія равна точкѣ плавленія. Затѣмъ при отвердѣваніи тѣла
выдѣляется столько же теплоты, сколько при плавленіи по-
глощается: теплота отвердѣванія есть отрицательная вели-
чина теплоты плавленія. Отсюда слѣдуетъ, что отвердѣваю-
щее тѣло можетъ служить въ качествѣ болѣе или менѣе
постояннаго источника теплоты. Если опустить жестянку съ
однимъ килограммомъ сѣрноватистокислаго натра въ горя-
чую воду и держать ее тамъ до тѣхъ поръ, пока вся почти соль
не расплавится, то при температурѣ въ 48° соль выдѣлитъ
37,6 калорій, и температура ея почти не измѣнится. Будь
въ жестянкѣ не эта соль, а горячая вода въ 48°, то послѣ
выдѣленія 8 калорій температура ея понизилась бы до 40°
послѣ выдѣленія 18 калорій, она понизилась бы до 30° и
т. д„ а послѣ выдѣленія 37,6 калорій, она понизилась бы
до 10,4°; очевидно, что она гораздо раньше перестала бы
служить въ качествѣ согрѣвающаго аппарата. Способностью
такихъ солей выдѣлять теплоту безъ пониженія темпера-
туры пользуются для согрѣванія другихъ тѣлъ, наполняя
этими солями всевозможные согрѣвающіе аппараты (термо-
форы). Всѣ эти аппараты представляютъ собой въ общемъ
закрытые жестяные сосуды, наполненные уксуснокислымъ
натромъ или другой солью этого рода. Чтобы нагрѣть ихъ,
ихъ опускаютъ въ горячую воду; прямое нагрѣваніе не ре-
комендуется, во избѣжаніе перенагрѣванія, что можетъ при-
вести къ порчѣ аппарата или къ взрыву. Но слишкомъ
долго держать аппаратъ въ горячей водѣ тоже не слѣдуетъ
(къ каждому аппарату прибавляется описаніе его употребле-
нія, въ которомъ точно указывается необходимое для этого
время), такъ какъ иначе соль вся можетъ расплавиться.
Тогда наступаетъ явленіе, извѣстное подъ именемъ пере-
охлажденія, и аппаратъ перестаетъ служить. Познако-
мимся ближе съ этимъ явленіемъ.
— 277 —
Насыпавъ въ бутылку нѣкоторое количество сѣрновати-
стокислаго натра, мы держимъ ее въ водѣ до тѣхъ поръ,
пока вся соль не расплавится. (При слишкомъ сильномъ
нагрѣваніи соль разлагается, что можно узнать потому, что
жидкость мутится вслѣдствіе выдѣленія сѣры). Тщательно
позаботившись о томъ чтобы въ жидкости и на стѣнкахъ
бутылки не осталось и слѣда твердой соли, мы закрываемъ
бутылку пробкой и оставляемъ ее въ покоѣ. Черезъ нѣ-
сколько часовъ соль охлаждается до температуры комнаты,
не отвердѣвая. Мы взбалтываемъ бутылку; иногда соль
при этомъ отвердѣваетъ, но въ большинствѣ случаевъ—
нѣтъ. Мы удаляемъ изъ бутылки пробку; и это иногда при-
водитъ къ отвердѣнію соли, но тоже не всегда. Но стоитъ
намъ бросить въ бутылку крупинку твердой соли и она
тотчасъ же становится центромъ, около котораго начинается
отвердѣваніе, распространяющееся все дальше и дальше, и въ
теченіе нѣсколькихъ минутъ вся соль тверда. При этомъ
повышается и температура соли до 48°. Если мы бы оста-
вили расплавленную соль въ закупоренной бутылкѣ стоять
день-другой, она въ концѣ концовъ сама отвердѣла бы. Въ
этомъ процессѣ есть какъ будто что-то произвольное. Иной
шутникъ, пожалуй, скажетъ, что соль забываетъ о томъ, что
она должна отвердѣть при 48°, когда изъ нея выдѣляется
теплота и вдругъ вспоминаетъ объ этомъ, когда мы ей объ
этомъ напоминаемъ взбалтываніемъ или тѣмъ, что бросаемт>
въ нее кусокъ твердой соли. Это явленіе встрѣчается у
очень многихъ расплавленныхъ тѣлъ и есть, повидимому,
ихъ общее свойство, не выступая только у всѣхъ съ оди-
наковой ясностью.,
И вода можетъ быть охлаждена, не замерзая, до—10°, въ
особенности, если она покрыта масломъ или находится въ
плотно закрытомъ сосудѣ. Но какъ только она приходитъ
въ соприкосновеніе съ постороннимъ тѣломъ или съ ку-
сочкомъ льда, въ ней тотчасъ появляются льдинки и, темпе-
ратура тотчасъ же повышается до 0°.
Познакомившись съ температурой переохлажденія, мы
можемъ понять, почему согрѣвающіе аппараты перестаютъ
правильно работать послѣ слишкомъ долгаго нагрѣванія:
разъ въ аппаратѣ не осталось и слѣда нерасплавленной соли,
отвердѣваніе ея впослѣдствіи или вовсе не наступаетъ или
наступаетъ лишь по истеченіи долгаго времени.
Вещества, отвердѣвая, получаютъ различныя формы. Хи-
мически чистыя тѣла получаютъ при отвердѣваніи большей
частью кристаллическую форму. Но правильные кристаллы
образуются большей частью толко тогда, когда отвердѣваніе
происходитъ медленно. При быстромъотвердѣваніиполучается
только кристаллическая масса, состоящая изъ множества
мелкихъ кристалловъ. Возьмемъ, напримѣръ, сѣру: если въ
— 278 -
чашкѣ расплавить много сѣры и дать ей остыть, пока не
образуется кора твердой сѣры, сдѣлать въ этой корѣ отвер-
стіе и" вылить оставшуюся жидкую сѣру, мы на нижней
сторонѣ коры найдемъ отчетливые кристаллы.
Нѣкоторыя другія тѣла, какъ напримѣръ, воскъ, пара-
финъ, сало, отвердѣваютъ въ аморфную массу безъ замѣт-
наго образованія кристалловъ. Но при этомъ твердая часть
всегда вполнѣ ясно отличается отъ жидкой. Есть опять
другія тѣла, какъ напримѣръ, канадскій бальзамъ и другія
смолы, которыя при охлажденіи сгущаются постепенно всей
массой, становятся тягучими, и, наконецъ, твердѣютъ, при-
чемъ все время не замѣтна разница между отвердѣвшей
уже частью и еще жидкой.
Нѣкоторыя вещества, какъ напримѣръ, ледъ увели чи-
ваютя при отвердѣваніи въ объемѣ; такъ какъ плотность
ихъ становится меньше, то твердая часть плаваетъ на по-
верхности жидкой. Другія же вещества — и ихъ боль-
шинство—сжимаются при отвердѣваніи, вслѣдствіе чего от-
твердѣвшая часть, отдѣленная отъ краевъ сосуда, опускается
на его дно; таковы: парафинъ, свинецъ, сѣра.
Смѣси различныхъ тѣлъ большей частью не имѣютъ по-
стоянной точки плавленія.
ЛЕКЦІЯ СОРОКЪТРЕТЬЯ.
Растворы. Растворимость. Насыщенные растворы. Охладительныя
смѣси. Искусственный ледъ. Приборы для приготовленія мороженнаго.
Приготовленіе льда. Добыча соли.
Сходны съ явленіями плавленія и отвердѣванія тѣлъ,
явленія растворенія твердыхъ тѣлъ и выдѣле-
нія ихъ изъ растворовъ.
Въ этой склянкѣ у насъ 1000 граммовъ воды, а въ
этой чашкѣ—мелко-истертая поваренная соль. Помѣстивъ
склянку на чашку вѣсовъ, мы тарируемъ ее, т. е. накла-
дывая разновѣсъ на другую чашку вѣсовъ, устанавливаемъ
равновѣсіе. Температура воды = 14°.
Теперь мы бросаемъ въ воду порціями поваренную соль
и взбалтываемъ склянку. Соль, попавъ въ воду, тотчасъ же
исчезаетъ: она растворяется въ водѣ. Помѣщая послѣ каж-
даго раза склянку на вѣсы и тарируя склянку съ раство-
Еомъ, мы узнаемъ, сколько соли мы каждый разъ растворяли,
•отъ мы бросили въ склянку уже 30 граммъ поваренной
соли, а она все еще растворяется, правда, съ каждымъ ра-
— 279 —
зомъ все медленнѣе. Мы поэтому говоримъ: растворъ
еще ненасыщенъ. Когда количество растворенной соли
достигаетъ 35 граммъ, дальнйшее раствореніе становится
очень труднымъ, а когда оно достигаетъ 35,87 граммъ даль-
нѣйшее раствореніе совершенно прекращается, какъ ни
взбалтывать склянку. Если мы бросимъ теперь въ склянку
еще немного соли, она уже не расторится: растворъ на-
сыщенъ.
Нагрѣемъ воду и тотчасъ же въ ней растворится еще
немного соли, но очень немного. Когда температура дове-
дена до 100°, въ водѣ растворено 39,61 грамма соли» Растворъ
вновь насыщенъ. Итакъ, 35,87 процентный растворъ пова-
ренной соли насыщенъ при 14° и не насыщенъ при 100°;
39,61 процентный растворъ насыщенъ при 100°. Будемъ
этотъ растворъ охлаждать, и, если въ немъ нѣтъ излишка
твердой соли, онъ сначала будетъ пересыщенъ, но вскорѣ
изъ него выкристаллизуется часть соли, такъ что при 14°
въ растворѣ опять оказывается только 35,87% соли. Пере-
сыщенный растворъ, образовавшійся охлажденіемъ, можетъ
быть поэтому названъ также переохлажденнымъ.
Число вѣсовыхъ частей соли, растворяющихся въ 100
вѣсовыхъ частяхъ воды при 14°, называется раствори-
мостью соли при 14°. Растворимость соли возрастаетъ,
слѣдовательно, хотя и медленно съ повышеніемъ темпера-
туры. Повторимъ тотъ же опытъ съ селитрой. Оказы-
вается, что растворимость ея при 0°= 13,3, при 10° = 21,1,
при 20° 31,2, при 50° = 85,9 И при 100° = 247,0. Въ ЭТОМЪ
случаѣ, слѣдовательно, растворимость съ повышеніемъ тем-
пературы возрастаетъ гораздо быстрѣе, и въ растворѣ, насы-
щенномъ при 100°, содержится почти въ 2% раза больше
соли, чѣмъ воды. Растворимость большинства солей предста-
вляетъ собой нѣчто среднее между растворимостью пова-
ренной соли и растворимостью селитры. Но есть такія соли,
въ которыхъ растворимость съ опредѣленной температуры
вдругъ начинаетъ уменьшаться; такой солью является, на-
примѣръ, сѣрнокислый натръ. Повторимъ нашъ опытъ съ
аравійской камедью или клеемъ. Здѣсь процессъ про-
текаетъ совершенно иначе: растворимость не имѣетъ рѣзкой
границы, а жидкость становится все гуще и при охлажде-
ніи твердое вещество не выдѣляется. Такія вещества назы-
ваются коллоидными веществами, въ отличіе отъ тѣлъ
съ опредѣленной растворимостью, которыя называются кри-
сталлоидными тѣлами.
Выше мы сказали, что растворъ соли при охлажденіи
становится насыщеннымъ и съ пониженіемъ температуры
выдѣляетъ твердую соль. Но такъ протекаетъ процессъ,
только начиная съ опредѣленной концентраціи. Когда рас-
творъ слабѣе этой концентраціи, дѣло происходитъ иначе:
— 280 —
при достаточномъ охлажденіи изъ него выдѣляется чистый
ледъ. Но въ то время, какъ чистая вода замерзаетъ при
0°, выдѣленіе льда изъ раствора соли наступаетъ при болѣе
низкой температурѣ, и эта температура тѣмъ ниже, чѣмъ
больше соли находится въ растворѣ. Такъ, напримѣръ, одно-
процентный растворъ поваренной соли начинаетъ замерзать
при—0,6°, двухпроцентный при—1,2°, трехпроцентный при—
1,8° и т. д.; однимъ словомъ, съ усиленіемъ раствора на 1°/„
точка замерзанія понижается на 0,6°. Вотъ почему морская
вода и замерзаетъ при температурѣ ниже 0°. Такъ какъ съ
выдѣленіемъ льда концентрація, т. е. степень раствора, ста-
новится все больше, то и температура замерзанія должна
все болѣе понижаться. Наконецъ, съ дальнѣйшимъ охла-
жденіемъ концентрація раствора становится настолько силь-
ной, что и соль не можетъ болѣе оставаться въ растворѣ, и
тогда изъ него начинаетъ выдѣляться и ледъ и соль.
То, что мы сказали о растворахъ солей, можетъ быть от-
несено также и къ растворамъ кислотъ, какъ, напримѣръ,
сѣрной, уксусной, щавелевой и другихъ кислотъ. И въ
этихъ растворахъ температура замерзанія тѣмъ ниже, чѣмъ
крѣпче растворъ.
Скрытой теплотой плавленія и тѣмъ обстоятельствомъ,
что растворы солей замерзаютъ при гораздо болѣе низкой
температурѣ, объясняются явленія охладительныхъ
смѣсей.
Беремъ немного снѣга или мелкоистолченнаго льда.
Раздѣливъ взятое количество на двѣ равныя части, мы одну
половину обсыпаемъ поваренной солью, а вторую оста-
вляемъ безъ измѣненія. Въ обѣ массы мы вставляемъ по
термометру. Въ теплой комнатѣ обѣ массы начинаютъ таять.
Чистый снѣгъ таетъ лишь постепенно и, пока весь снѣгъ
не растаетъ, термометръ не перестаетъ показывать 0° и
только, когда весь снѣгъ растаетъ, температура начинаетъ
повышаться. Вторая половина таетъ гораздо быстрѣе. Тѣмъ
не менѣе термометръ, опущенный въ нее пли въ образую-
щійся растворъ, показываетъ гораздо болѣе низкую темпе-
ратуру; при приблизительно равныхъ частяхъ снѣга и соли
температура эта можетъ понизиться до—20°. Какъ объяснить
эти явленія? Когда ледъ смѣшивается съ солью и при этомъ
переходитъ изъ твердаго состоянія въ жидкое, онъ погло-
щаетъ нѣкоторое количество теплоты и именно, 80 калорій
на каждый килограммъльда; кромѣ того, поглощаетъ нѣкоторое
количество теплоты и соль, переходящая въ жидкое состоя-
ніе. Вся эта теплота, еели она не сообщается раствору извнѣ,
поглощается изъ него самого, вслѣдствіе чего растворъ
охлаждается. Но охлажденіе не можетъ идти дальше, чѣмъ
до температуры замерзанія образовавшагося раствора: ста-
новись температура еще ниже, изъ раствора долженъ былъ
281 —
бы опять выдѣлиться ледъ. На основаніи этого факта, что
ледъ съ прибавленіемъ соли охлаждается ниже 0°, люди не-
свѣдущіе часто полагаютъ, что ледъ сохраняется въ лед-
никѣ дольше, если его посолить. Въ дѣйствительности дѣло
происходитъ какъ разъ наоборотъ: соль заставляетъ ледъ
быстрѣе таять, а такъ какъ образующійся растворъ сильно
при этомъ охлаждается, то онъ поглощаетъ изъ окружаю-
щей его среды все больше и больше теплоты, которая тая-
ніе льда еще ускоряетъ. Въ странахъ, гдѣ соль дешева, ее
часто употребляютъ именно для того, чтобы растопить ледъ
и утоптанный пѣшеходами снѣгъ и тѣмъ поскорѣй очистить
мостовыя и тротуары. Достаточно насыпать немного. соли,
чтобы растопить ледъ даже при температурѣ 0° и ниже.
Если въ водѣ растворенъ какой нибудь фруктовый сокъ,
то точка замерзанія тоже ниже 0°. Вотъ почему не удается
получить изъ такихъ растворовъ „мороженнаго-. помѣщая
ихъ на чистый ледъ: вѣдь они тогда охлаждаются только
до 0°. Если же въ этотъ ледъ присыпать немного поварен-
ной соли, можно получить охладительную смѣсь, темпера-
тура которой будетъ достаточно низка и для того, чтобы
вызвать замерзаніе нашего сока. Все это прекрасно извѣстно
хорошей хозяйкѣ. Искусственный ледъ часто получается
изъ нечистой воды, и тогда для пріема внутрь не годится,
а часто даже вреденъ. Поэтому, если хотятъ охлаждать на-
питки, бросая въ нихъ куски' льда, или если приходится
принимать внутрь ледъ вслѣдствіе предписанія врача, по-
лезно самому готовить ледъ изъ чистой здоровой воды. Но
для этого мало помѣстить сосудъ съ водой въ ледъ: вѣдь
тогда вода можетъ охладиться-самое большее до 0°, но все
же еще не замерзнетъ; чтобы вода, охлажденная до 0°, за-
мерзла, она должна еще потерять 80 калорій на каждый
килограммъ воды, а для этого температура окружающей ее
среды должна быть ниже 0°. Для того, чтобы вода замерзла,
приходится помѣщать ее въ смѣсь изъ льда и соли.
Если нѣтъ подъ рукой льда, можно таковой все же при-
готовить съ помощью охладительной смѣси изъ воды и нѣ-
которыхъ солей. Поваренная соль для этого неудобна, а
очень удобенъ азотнокислый амміакъ: онъ не дорогъ и одно
и то же количество его можетъ быть употреблено много
разъ. Если смѣшать приблизительно равныя части воды и
азотнокислаго амміака, послѣдній растворяется, переходитъ
изъ твердаго состоянія въ жидкое, для чего поглощаетъ
нѣкоторое количество скрытой теплоты плавленія. Если эта
теплота не сообщается извнѣ, она поглощается изъ обра-
зующагося раствора, вслѣдствіе чего послѣдній охлаждается.
Это охлажденіе можетъ быть доведено до—17°. Ниже этой
температуры охлажденіе невозможно, потому что тогда обра-
зовавшійся растворъ самъ замерзъ бы.
— 282 —
Чтобы приготовить такимъ образомъ ледъ, пользуются
аппаратомъ, изображеннымъ на фиг. 282. Сначала напол-
няютъ той водой, которая должна быть превращена въ ледъ,
сосудъ В такъ, чтобы до краевъ оставалось не болѣе >/г
сантиметра. Вставивъ его въ сосудъ А и вложивъ въ про-
межутокъ между стѣнками кольцо, плотно входящее въ него,
покрываютъ сосудъ гутаперчей и накрѣпко привинчиваютъ
крышку. Перевернувъ затѣмъ сосудъ А, всыпаютъ въ него
измельченный азотнокислый амміакъ и вливаютъ равное
количество холодной воды. На каждый килограммъ под-
лежащей охлажденію воды берется приблизительно 3 ки-
лограмма соли. Привинтивъ и здѣсь крышку, вращаютъ
медленно аппаратъ въ теченіе 15 минутъ. Потомъ внутрен-
ній сосудъ вынимаютъ, опускаютъ его на нѣсколько минутъ
въ теплую воду, чтобы смыть съ его стѣнокъ приставшій
ледъ и растворъ соли,
и затѣмъ достаютъ из-
внутри образовавшійся
ледъ.
Соляной растворъ
выливаютъ въ фарфо-
ровую или эмалирован-
ную чашку и выпари-
ваютъ до-суха; высу-
шенная соль можетъ
бытъ опять пущена въ
дѣло.
Когда приходится
больному сдѣлать хо-
лодный компрессъ, а
льда подъ рукой нѣтъ,
достаточно всыпать
пригоршню соли въ
и прилить туда воды,
чтобы въ теченіе нѣсколькихъ минуть получить довольно
хорошій компрессъ.
Раствореніемъ вещества, фильтраціей раствора и послѣ-
дующей кристаллизаціей часто пользуются для того, чтобы
очистить его отъ постороннихъ примѣсей. И поваренная
соль получается, какъ извѣстно, раствореніемъ содержащей
соль руды и послѣдующимъ испареніемъ раствора (разсола).
Тамъ, гдѣ поваренная соль встрѣчается въ компактныхъ,
относительно чистыхъ кристаллическихъ массахъ (каменная
соль), ее добываютъ кусками и въ такомъ видѣ и продаютъ.
Иначе ее добываютъ въ тѣхъ мѣстахъ (напримѣръ, въ Аль-
пахъ), гдѣ она встрѣчается въ смѣси съ мергелемъ и гип-
сомъ. Въ горѣ выкапываются ямы, которыя наполняются
водой; вода растворяетъ соль, а примѣси падаютъ на дно
— 283 —
ямы. Когда разсолъ достаточно насыщенъ и прозраченъ, онъ
по трубкамъ отводится въ особое помѣщеніе, гдѣ онъ и
испаряется въ большихъ желѣзныхъ сосудахъ—варницахъ.
Начинающіе выдѣляться кристаллы соли падаютъ на дно,
откуда они извлекаются и высушиваются.
На берегахъ Атлантическаго океана и Средиземнаго моря
соль добывается изъ морской воды. Для этого наполняютъ
ею плоскіе баки (градирни), выложенные нспропускающей
воду глиной; въ этихъ бакахъ вода подъ дѣйствіемъ солнца
и вѣтра испаряется. Густой разсолъ, полученный послѣ
этого испаренія, оставляется лежать на краяхъ баковъ, что-
бы могъ выщелачиваться болѣе легко растворимый хлори-
стый магній.
Ежегодпяя добыча поваренной соли во всей Европѣ равна
приблилительно 5000000 тоннъ (тонна = 1000 килограммовъ).
Считаютъ, что добывается около 7 килограммъ на человѣка.
Норвежецъ потребляетъ соли (для соленія рыбы) всего боль-
ше, а именно 17 килограммъ, швейцарецъ 8 кгм., фран-
цузъ— 7х/< кгм., нѣмецъ—6э/« кгм., австріецъ -6 кгм., ту-
рокъ— 4і/, кгм.
ЛЕКЦІЯ СОРОКЪ ЧЕТВЕРТАЯ.
Испареніе. Кипѣніе. Точка кипѣнія. „Самоваръ". Водяная баня. Зави-
симость точки кипѣнія отъ давленія. Сосуды съ разрѣженнымъ возду-
хомъ. Папиновъ котелъ. Скрытая теплота испарен'я. Дестилляція.
Въ настоящей лекціи мы займемся другой формой измѣ-
ненія агрегатнаго состоянія—переходомъ тѣлъ изъ жидкаго
состоянія въ газообразное. Большинство жидкостей испа-
ряется съ поверхности при всякой температурѣ. Вода, на-
примѣръ, начинаетъ уже испаряться, хотя медленно, при 0°.
при комнатной температурѣ она испаряется быстрѣе и еще
быстрѣе при болѣе высокихъ температурахъ. Но есть и такія
жидкости, которыя и при комнатной температурѣ почти не
испаряются; таковы: прованское масло, глицеринъ, концент-
рированная сѣрная кислота. Послѣднія двѣ жидкости, въ
особенности сѣрная кислота, увеличиваются даже въ вѣсѣ,
поглощая воду.
Если нагрѣвать жидкость постепенно все болѣе и болѣе,
то при опредѣленной температурѣ пары начинаютъ образо-
ваться не только на поверхности, но и внутри жидкости.
Говорятъ тогда, что жидкость кипитъ, а эту температуру
называютъ точкой кипѣнія. При постоянномъ воздушномъ
давленіи точка кипѣнія всякой жидкости (если это не смѣсь)
— 284 —
остается постоянной и столь же характерна для даннаго ве-
щества, какъ его точка плавленія. Не зависитъ точка ки-
пѣнія отъ того, сообщаемъ ли мы жидкости теплоту быстро
или медленно, т. е. велико ли пламя подъ котломъ или мало.
Большое пламя можетъ лишь усилить парообразованіе и,
слѣдовательно, ускорить испареніе. Тамъ, гдѣ необходимо
лишь удержать температуру кипѣнія, достаточно сохранить
лишь такое пламя, которое могло бы возмѣщать потерю
теплоты. Опытная хозяйка никогда, поэтому, не оставляетъ
сильнаго пламени подъ горшкомъ: она прекрасно знаетъ,
что это—излишняя трата дровъ, и что мясо изъ-за этого
вовсе не сварится раньше. Достаточно сохранять въ горшкѣ
температуру кипѣнія. Для этого даже вовсе не необходимо,
чтобы горшокъ стоялъ надъ* огнемъ, если только можно
иначе позаботиться о томъ, чтобы температура кипѣнія въ
немъ сохранялась. Существуютъ въ продажѣ особые сосуды-
„самовары", которые сохраняютъ въ горшкѣ температуру
кипѣнія съ помощью плохихъ проводниковъ тепла (ваты,
перьевъ п т. д.). Горшокъ съ мясомъ, нагрѣтый до кипѣнія,
помѣщаютъ въ такой сосудъ и, закрывъ послѣдній крышкой,
оставляютъ. По истеченіи 2*/г часовъ мясо оказывается сва-
реннымъ не хуже, чѣмъ еслибы горшокъ стоялъ надъ силь-
нѣйшимъ огнемъ х). Странно то, что это удобное и эконом-
ное приспособленіе такъ рѣдко употребляется.
Не всѣ жидкости кипятъ при 100°, какъ вода. Въ слѣ-
дующей таблицѣ приведены точки кипѣнія нѣкоторыхъ
жидкостей.
Вещество. Точка кипѣнія.
Вода.................... 100°
Эфиръ •................. 34,9
Хлороформъ.............. 61,2
Спиртъ, безводный....... 78,4
Бензолъ................. 80,4
Уксусная кислота........ 118,1
Масляная кислота........ 162,5
Скипидаръ............... 157,0
Глицеринъ............... 290,0
Бензинъ................. 90—110°
Лигроинъ................ 110—120
Фотогенъ................ 170—245
Соляровое масло......... 245—310
Смазочное масло......... 310—150
Сѣрная кислота, концентр. . 317,4
Сѣра.................... 444
Ртуть................... 358
9 Гораздо скорѣе достигается та же цѣль съ помощью Папинова
котла, который будетъ описанъ ниже.
— 285 —
Жидкости, которыя кипятъ при низкихъ температурахъ,
называются летучими. Онѣ сохраняются въ закрытыхъ
наглухо сосудахъ. Если онѣ, кромѣ того, легко воспламе-
няемы (эфиръ, бензинъ), то онѣ могутъ быть опасными
въ пожарномъ отношеніи. Если вылить ихъ вблизи какого
нибудь пламени, то пары ихъ могутъ воспламениться и
образовать довольно сильные взрывы.
Мы уже знаемъ, что вода, кипящая въ открытыхъ сосу-
дахъ, никогда не можетъ принять температуры выше темпе-
ратуры кипѣнія. Этимъ обстоятельствомъ часто пользуются
для того, чтобы въ другихъ жидкостяхъ сохранить на болѣе
или менѣе долгое время температуру близкую къ 100°. Для
этого служить аппаратъ, извѣстный подъ названіемъ „водя-
ной бани". Какъ это показываетъ фиг. 283, аппаратъ этотъ
есть сосудъ изъ мѣди или эмалированнаго желѣза, крышка
котораго состоитъ изъ вставляемыхъ другъ въ друга пло-
скихъ колецъ. Наполнивъ сосудъ водой,
помѣщаютъ его надъ пламенемъ, которое
регулируютъ такъ, чтобы вода была едва
доведена до кипѣнія. Вынувъ потребное
число колецъ, помѣщаютъ въ кипящую
воду выпаривательныя чашки или во- Фиг. 283.
обще сосуды съ веществами, которыя хо-
тятъ нагрѣть приблизительно до 100°. Этимъ нагрѣваемыя
вещества предохраняются отъ перенагрѣванія или пригоранія,
что легко возможно при прямомъ нагрѣваніи надъ огнемъ.
Часто въ этихъ водяныхъ баняхъ имѣется еще приспособле-
ніе, предупреждающее полное испареніе воды и сохраняющее
уровень ея на одной высотѣ.
Прибавленіемъ солей можно температуру кипѣнія воды
повысить. Такъ, напримѣръ, насыщенный растворъ поварен-
ной соли кипитъ при 108°.
Есть еще другое, болѣе важное средство по-
вышать или понижать температуру кипѣнія
воды и другихъ жидкостей: увеличиваютъ или
уменьшаютъ для этого воздушное давленіе,
подъ которымъ эти жидкости находятся. Если
это давленіе, напримѣръ, вдвое больше обычнаго, т. е.
равно двумъ атмосферамъ, температура кипѣнія повышается
до 120°, при трехъ атмосферахъ она равна 134°, при четы-
рехъ атмосферахъ—144°, при десяти атмосферахъ—180. На-
оборотъ, съ уменьшеніемъ давленія температура кипѣнія
понижается. Въ слѣдующей таблицѣ приведена температура
кипѣнія воды при разныхъ давленіяхъ, причемъ давленія
выражены не въ атмосферахъ, а въ миллиметрахъ ртутнаго
столба въ барометрѣ.
286 —
Давленіе въ милли- метрахъ ртутнаго столба. Температу- ра кипѣнія воды. Давленіе въ милли- метрахъ ртутнаго столба. Температу- ра кипѣнія воды.
4,5 0 350 79,7
10 11,4 400 83,0
20 22,3 450 86,0
30 29,1 500 88,7
40 34,2 550 91,2
50 38,3 600 93,5
60 41,7 650 95,7
70 44,6 700 97,7
80 47,2 750 99,6
90 49,6 760 100
100 51,7 770 100,4
150 60,2 800 101,5
200 66,5 900 104,8
250 71,6 1000 107,8
300 75,9
Такимъ образомъ, если хотятъ повысить температуру
кипѣнія воды на 5°, остается только поднять давленіе выше
900 миллиметровъ; если хотятъ понизить температуру кипѣ-
нія до 93,5°, нужно давленіе понизить до 600 миллиметровъ.
Если понизить давленіе до 4,5 миллиметровъ, вода можетъ
закипѣть уже при 0°. Этотъ опытъ легко устроить съ по-
мощью хорошаго воздушнаго насоса. Въ большихъ размѣ-
рахъ этимъ часто пользуются въ сахарной промышленности.
Сахарный сокъ портится, если его испаряютъ для полученія
сахара при высокихъ температурахъ. По этому испареніе
производится въ сосудахъ съ разрѣженнымъ воз-
духомъ, наглухо-закрытыхъ сосудахъ, въ которыхъ воз-
духъ доводится до необходимаго давленія съ помощью воз-
душнаго насоса.
Но бываютъ случаи, когда такое слабое давленіе не по-
лезно, а вредно. На очень высокихъ горахъ вода, вслѣдствіе
слабаго воздушнаго давленія, кипитъ при столь низкой тем-
пературѣ, что мясо или вовсе не сваривается, или должно
вариться для этого слишкомъ долго. Въ такомъ случаѣ при-
ходится искусственно повышать температуру кипѣнія, что,
впрочемъ, бываетъ полезно и при обыкновенномъ давленіи.
Для этого нѣтъ надобности прибѣгать къ нагнетательному
насосу, а можно предоставить выполненіе этой задачи са-
мимъ развивающимся водянымъ парамъ, для чего необхо-
димо только такъ плотно закрыть сосудъ, въ которомъ вода
кипятится, чтобы пары или вовсе не выдѣлялись, или вы-
дѣлялись лишь тогда, когда въ сосудѣ образуется требуе-
мое давленіе. Употребляемый для этого аппаратъ назы-
— 287 —
вается, по имени его изобрѣтателя. Папиновымъ ко-
тломъ. Это желѣзный, внутри эмалированный, котелъ К
съ хорошо отшлифованными краями, съ желѣзной крышкой
В, плотно замыкающей его съ помощью дуги В и винта В
(фиг. 284). Въ крышкѣ имѣются еще кранъ Н и предохра-
нительный клапанъ V; первый не необходимъ, а второй не-
обходимъ, если хотятъ обезпечить себя отъ взрывовъ.
Этотъ клапанъ имѣетъ очень важное значеніе, и мы, по-
этому, опишемъ его подробнѣе: отверстіе въ котлѣ закры-
вается кускомъ металла или прямо грузомъ, или пружиной,
или рычагомъ, отягченнымъ грузомъ; чѣмъ грузъ этотъ
больше, тѣмъ большему давленію извнутри котла онъ мо-
жетъ противостоять и тѣмъ выше, поэтому, въ этомъ котлѣ
температура кипѣнія; если въ котлѣ развивается больше
паровъ, чѣмъ это необходимо, то подъ болѣе сильнымъ ихъ
давленіемъ клапанъ съ грузомъ приподымается, и излишекъ
паровъ съ шумомъ вырывается нару-
жу. Поэтому поддерживаютъ огонь
такъ, чтобы изъ подъ клапана всегда
выходило немного паровъ.
Въ такомъ котлѣ мясо сваривается
очень быстро, такъ что получается
большая экономія во времени и то-
пливѣ. Но въ продажѣ часто встрѣ-
чаются плохо приготовленные котлы,
очень плохо выполняющіе свою ра-
боту. Въ хорошемъ котлѣ крышка
должна быть хорошо отшлифована,
и отшлифованная поверхность не
должна быть эмалирована. Впрочемъ,
и лучшій котелъ оказывается без-
полезнымъ, если кухарка, какъ это
часто бываетъ, вкладываетъ щепку между котломъ и крыш-
кой, „чтобы котелъ не нагрѣвался такъ сильно". Онъ
долженъ нагрѣваться сильнѣе, чѣмъ обычный горшокъ:
именно отъ этого зависитъ его дѣйствіе и въ этомъ его
цѣнность.
Когда жидкость нагрѣта до температуры кипѣнія, она
еще не превращается въ пары. Чтобы стали выдѣляться
пары, ей необходимо еще сообщить нѣкоторое количество
теплоты, которое не вызываетъ повышенія температуры (если
давленіе остается тѣмъ же), а служитъ только для того,
чтобы перевести тѣло изъ жидкаго" состоянія въ газообраз-
ное. Это количество теплоты столь же необходимо для пе-
рехода тѣла изъ жидкаго состоянія въ газообразное, какъ
скрытая теплота плавленія необходима для перехода тѣла
изъ твердаго состоянія въ жидкое. Оно поэтому называется
скрытой теплотой испаренія.
Фиг. 284.
— 288 —
Чтобы одинъ килограммъ воды съ температурой въ 100°
превратился въ пары той же температуры, необходимо не ме-
нѣе 536 калорій, т. е. приблизительно въ 5*/3 раза больше
теплоты, чѣмъ сколько необходимо для нагрѣванія его отъ
0° до 100°.
И это число у воды больше, чѣмъ у всѣхъ другихъ
жидкостей. Въ слѣдующей таблицѣ приведена скрытая те-
плота испаренія нѣкоторыхъ веществъ.
Вещество. Скрытая теплота испаренія.
Ртуть....................62
Скипидаръ................69
Нефть....................76
Эфиръ....................91
Спиртъ..................205
Такое же количество теплоты освобождается, когда тѣло
изъ парообразнаго состоянія переходитъ въ жидкое. Если
пары одного килограмма воды съ температурой въ 100° про-
вести въ помѣщеніе, гдѣ они могли бы быть сгущены и
охлаждены въ воду съ температурой въ 20°, они выдѣлятъ
536-ь80 = 616 калорій. Если бы это были пары, образовав-
шіеся при температурѣ выше 100°, то при охлажденіи выдѣ-
лилось бы еще больше теплоты. Это богатое содержаніе те-
плоты у водяныхъ паровъ дѣлаетъ ихъ очень удобными
для отопленія.
Паровое отопленіе устраивается такимъ же обра-
зомъ, какъ отопленіе водяное, изображенное на фиг. 274. И
здѣсь вода нагрѣвается въ котлѣ, помѣщенномъ въ под-
валѣ дома, но на этотъ разъ котелъ не наполняется весь, а
только до опредѣленной мѣтки. Образующіеся пары подни-
маются вверхъ по трубѣ и, опускаясь внизъ, попадаютъ въ
вертикально-построенныя системы трубъ, устроенныхъ въ
жилыхъ помѣщеніяхъ. Здѣсь они отдаютъ свою теплоту, на-
грѣвая помѣщенія, охлаждаются, сгущаются въ воду, кото-
рая и стекаетъ обратно въ котелъ.
Паровое отопленіе гораздо выгоднѣе водяного, но здѣсь
трубы должны быть крѣпче и лучше устроены и необхо-
димъ тщательный надзоръ за котломъ, такой же надзоръ,
какъ за котломъ паровой машины.
Выше мы сказали, что расплавляя или растовряя тѣла и
приводя ихъ затѣмъ опять въ твердое состояніе, мы мо-
жемъ отдѣлять другъ отъ друга различныя вещества или
очищать ихъ отъ постороннихъ примѣсей. Точно также
можно испареніемъ и послѣдующимъ сгущеніемъ (дестилля-
ціей) жидкостей выдѣлять различныя жидкости изъ ихъ
смѣсей или очищать отъ примѣсей. Такъ, напримѣръ, де-
стилляціей выдѣляютъ изъ воды растворенныя въ ней веще-
— 289 —
тѣмъ обстоятельствомъ, что при
сначала испаряетсй преимуще-
ства, и получаютъ чистую дистиллированную воду. Такой
дистилляторъ изображенъ на фиг. 285. Онъ состоитъ изъ
вылуженнаго мѣднаго котла В, въ которомъ вода нагрѣ-
вается находящейся подъ нимъ печью. Котелъ плотно за-
крытъ шлемомъ Н. Шлемъ этотъ соединенъ сѣ змѣеобраз-
ной трубкой В, находящейся въ сосудѣ К, въ который на-
ливается холодная вода. Образующіеся въ котлѣ пары под-
нимаются въ шлемъ и оттуда проходятъ въ трубку 7?, гдѣ
они охлаждаются въ воду, вытекающую черезъ отверстіе О.
Когда приходится отдѣлять другъ отъ друга двѣ жидко-
сти съ различной температурой кипѣнія, напримѣръ, воду
и спиртъ, то пользуются
нагрѣваніи такой смѣси
ственно жидкость съ бо-
лѣе низкой температурой
кипѣнія. Температура ки-
пѣнія чистаго спирта =
=78,4°. Поэтому начина
етъ сначала испаряться
спиртъ. Но съ самаго же
начала къ парамъ спир-
та начинаютъ примѣши-
ваться пары воды. Такимъ
образомъ первая дистил-
ляція не даетъ еще чиста-
го спирта. Чтобы получить
стилляцію повторить нѣсколько разъ, при чемъ каждый разъ
отбирается только первая порція дисциллята (фракціонная
перегонка), и только послѣ многократнаго повторенія про-
цесса получаютъ почти чистый спиртъ. На спиртоочисти-
тельныхъ заводахъ пользуются для этого очень сложными
аппаратами, сущность устройства которыхъ заключается въ
томъ, что пары проводятся въ промежуточные аппараты съ
средней температурой (дефлегматоры); въ нихъ большая
часть водяныхъ паровъ сгущается и течетъ. обратно, такъ
что въ послѣдній холодильникъ попадаютъ только болѣе
летучіе пары спирта.
Фпг. 285.
чистый спиртъ, приходится ли-
ЛЕКЦІЯ СОРОКЪ ПЯТАЯ.
Законы насыщенныхъ и перегрѣтыхъ паровъ. Сжиженіе газовъ.
Если въ замкнутое помѣщеніе, совершенно пустое или
наполненное воздухомъ или какимъ либо другимъ газомъ,
налить нѣкоторое количество воды, то испаряется всегда
только опредѣленная ея часть и эти пары распространяются
— 290 —
равномѣрно въ этомъ помѣщеніи. Остальная часть не испа-
ряется, насколько мы не оставили бы ее. Мы тогда говоримъ,
что данное пространство насыщено водяными парами, и сами
пары мы называемъ насыщенными. Пары эти произво-
дятъ извѣстное давленіе на стѣнки сосуда, въ которомъ
они находятся (сила давленія и упругости паровъ). Если въ
этомъ помѣщеніи находится, кромѣ паровъ воды, еще воз-
духъ или другой какой либо газъ, то общее давленіе равно
суммѣ давленія газа и паровъ.
Какъ количество насыщенныхъ паровъ,
такъ и сила производимаго ими давленія раз-
личны при различной температурѣ. Каждой
температурѣ соотвѣтствуетъ опредѣленное
давленіе насыщенныхъ паровъ, и здѣсь су-
ществуетъ такая же зависимость, какая су-
ществуетъ между давленіемъ воздуха и тем-
пературой кипѣнія воды—зависимость, выра-
женная въ таблицѣ на страницѣ 286. Такимъ
образомъ, при температурѣ 0° сила давленія
паровъ не больше давленія ртутнаго столба
въ 4,5 миллиметра, при 11,4° она равна 10
миллиметрамъ, при 22,3®—20 миллиметрамъ,
при 29,1°—30 миллиметрамъ и т. д., при
100°—760 миллим., или одной атмосферѣ, а
при 120°—двумъ атмосферамъ.
Представимъ себѣ, что мы выполняемъ
слѣдующій опытъ. Въ цилиндрическомъ со-
судѣ (фиг. 286), раздѣленномъ на литры,' дви-
жется съ легкимъ треніемъ поршень. Сначала
Фиг. 286.
поршень этотъ опущенъ почти до дна цилиндра; подъ нимъ
находится 0,606 грам. воды, которая совершенно заполняетъ
это пространство. Опускаемъ весь аппаратъ въ кипящую
воду, въ которой термометръ постоянно показываетъ 100°.
Вода, находящаяся подъ поршнемъ, испаряется, и эти пары
давятъ на поршень съ силой одной атмосферы, но такъ
какъ сверху на поршепь давитъ наружный воздухъ тоже
съ силой одной атмосферы, то поршень остается на мѣстѣ.
Съ силой, достаточной для преодолѣнія слабаго тренія, мы
можемъ поршень поднять вверхъ. Поднимемъ поршень до
мѣтки одного литра; находящаяся подъ нимъ вода будетъ
какъ разъ достаточна для того, чтобы наполнить это про-
странство насыщенными парами температуры 100*. Будь подъ
поршенемь воды больше чѣмъ, 0,606 грамма, превратилось
бы въ пары только 0,606 грам., а остальная часть не испари-
лась бы. Будь тамъ воды меньше, ея недостаточно было
бы, чтобъ наполнить все пространство насыщенными па-
рами. По мѣрѣ поднятія поршня до мѣтки 1 литра вода сна-
чала наполнила бы пространство насыщенными парами, но
— 291 —
затѣмъ съ увеличеніемъ пространства, насыщенные пары
перешли бы въ ненасыщенное состояніе. Но сила да-
вленія ненасыщенныхъ паровъ меньше силы давленія паровъ
насыщенныхъ, и поэтому мы могли бы удержать поршень у
мѣтки 1 литра только съ затратой нѣкоторой силы.
Представимъ себѣ, что аппаратъ наполненъ насыщен-
ными парами. Что произойдетъ, если мы поднимемъ поршень
до мѣтки 2 литра? Пары тотчасъ же переходятъ въ состоя-
ніе ненасыщенное и подчиняются тогда закону Маріотта, по-
добно газамъ. Мы уже знаемъ, что согласно этому закону
давленіе газа обратно пропорціонально его объему. Такъ
какъ въ нашемъ случаѣ объемъ увеличился вдвое, то да-
вленіе должно было уменьшиться вдвое, и теперь, слѣдова-
тельно, равно х/а атмосферы. Такъ какъ на поршень давитъ
сверху съ вдвое большей силой воздухъ, то онъ долженъ
былъ бы опуститься внизь и, чтобы удержать его у мѣтки
2 литра, мы должны затратить силу, равную '/г атмосферы.
Если мы подняли поршень до мѣтки 3 литра, давленіе не-
насыщенныхъ паровъ стало бы равнымъ */з атмосферы и т. д.
По мѣрѣ опусканія поршня давленіе возрастаетъ и вновь
равно одной атмосферѣ, когда поршень доходитъ до мѣтки
1 литра. Въ этотъ же моментъ пары вновь становятся на-
сыщенными. Что же произойдетъ, если мы передвинемъ пор-
шень еще ниже? Давленіе не усиливается болѣе;
получивъ наибольшую величину, которой оно можетъ до-
стичь при 100°, оно болѣе не возростаетъ, а остается рав-
нымъ 1 атмосферѣ. Поэтому, чтобы передвинуть поршень
еще ниже, не приходится затрачивать особой силы (кромѣ
силы, необходимой для преодолѣнія тренія). Но съ дальнѣй-
шимъ передвиженіемъ поршня часть паровъ превра-
щается въ воду.
Когда объемъ становится равнымъ 1/г литра, то половина
паровъ превращается въ воду; когда объемъ становится рав-
нымъ 1/з литра, г/з паровъ превращаются въ воду и т. д.
Резюмируемъ результаты опыта:
1. Пары бываютъ насыщенными или ненасыщенными.
2. Пары бываютъ насыщенными, когда они находятся
въ соприкосновеніи со своей жидкостью.
3. Ненасыщенные пары переходятъ въ насыщенное
состояніе, съ уменьшеніемъ объема, до момента,
когда давленіе становится наибольшимъ.
4. Ненасыщенные пары образуются тогда, когда жид-
кости оказывается недостаточно, чтобы наполнить
данное пространство насыщенными парами или
когда насыщеннымъ парамъ, при отсутствіи жид-
кости, представляется большій объемъ, вслѣдствіе
чего давленіе ихъ уменьшается.
20 Заказ 1038
— 292 —
Каковы были бы результаты опыта, еслибъ наша постоян-
ная температура была равна не 100°, а 120°. Изъ опыта из-
вѣстно, что вѣсъ одного литра паровъ, насыщенныхъ при
120°, больше, а именно не 0,606, а 1,163 грамма. Давленіе,
какъ это видно изъ таблицы, равно 2 атмосферамъ. Поэтому,
еслибы мы сначала помѣстили подъ поршнемъ не 0,606, а
1,163 грамма воды, весь опытъ протекалъ бы такъ, какъ
раньше, съ той только разницей, что давленіе было бы вдвое
больше. Но если мы взяли бы прежнее количество воды, а
только температуру повысили бы до 120°, пары при объемѣ
въ 1 литръ не были бы насыщены: будь здѣсь еще
вода, она при этой температурѣ тоже испарилась бы.
Итакъ, есть два метода, чтобы насыщенные пары пре-
вратить въ ненасыщенные: первый есть тотъ, который мы
примѣнили въ нашемъ опытѣ, увеличивая объемъ паровъ;
второй методъ заключается въ повышеніи ихъ температуры,
пли, какъ говорятъ, въ перегрѣваніи. Ясно, что нена-
сыщенные и перегрѣтые пары—одно и то же, а эти два на-
званія указываютъ лишь на пути, которыми, согласно на-
шему представленію, ненасыщенные пары образовались изъ
насыщенныхъ.
Точно такъ же есть два метода, чтобы превратить нена-
сыщенные пары въ насыщенные: первый методъ сводится
къ уменьшенію объема, а второй къ охлажденію.
Выше мы сказали, что ненасыщенные, а слѣдовательно,
и перегрѣтые пары, покуда они остаются ненасыщенными,
подчинены, подобно газамъ, закону Маріотта. Въ такой же
мѣрѣ они подчинены закону Гэй-Люссака, согласно кото-
рому коэффиціентъ расширенія ихъ = _3_. Такимъ образомъ
273
ненасыщенные пары измѣняются съ измѣненіемъ темпера-
туры тоже какъ газы. Этотъ фактъ вызываетъ у насъ пред-
положеніе, что газы—вообще ни что иное, какъ ненасыщен-
ные или перегрѣтые пары. Если это предположеніе вѣрно,
то мы должны быть въ состояніи давленіемъ или охлажде-
ніемъ, или тѣмъ и другимъ вмѣстѣ превращать газы въ на-
сыщенные пары, и съ усиленіемъ давленія или дальнѣйшимъ
охлажденіемъ часть ихъ превращать въ жидкость, какъ мы
можемъ перегрѣтые водяные пары превращать давленіемъ
или охлажденіемъ въ воду.
Въ общемъ опыты это предположеніе подвердили. Такъ,
напримѣръ, удалось сильнымъ давленіемъ до 45 атмосферъ
и выше превратить углекислый газъ при комнатной темпе-
ратурѣ въ легко подвижную жидкость. Удалось это сдѣлать
со многими другими газами. Не могли быть превращены
въ жидкости, даже при давленіи, достигающемъ нѣсколько
тысячъ атмосферъ, слѣдующіе газы: водородъ, кислородъ,
азотъ, окись углерода, окись азота и метанъ. Англійскій
— 293 —
физикъ, Андрыосъ, показалъ, что и углекислый газъ не
превращается въ жидкость, какъ бы ни было велико давле-
ніе, разъ температура его выше 31°. Для каждаго газа есть
опредѣленная температура, выпіе которой сгущеніе никогда
не удается. Эта температура называется критической
темперутурой.
Тогда тотчасъ возникло предположеніе, что и сжиженіе
перечисленныхъ выше газовъ не удалось только потому, что
не удалось достичь ихъ критической температуры, которад
очень низка. Въ 1877 году физику Кальетэ въ Парижѣ и фи-
зику Пиктэ въ Женевѣ удалось охладить кислородъ до—142°
и они получили жидкій кислородъ. Чтобы получить эту
низкую температуру, они охлаждали газъ охладительной
смѣсью, подъ сильнымъ давленіемъ сжимали его и затѣмъ
внезапно это давленіе устраняли, такъ что газъ могъ рас-
ширяться. Это расширеніе поглощало столько теплоты, что
газъ охлаждался ниже своей критической температуры и
вслѣдствіе этого сгущался въ туманъ. Въ болѣе или менѣе
постоянное жидкое состояніе привелъ впервые кислородъ
и воздухъ Вроблевскійвъ Краковѣ. Постепеннымъ охла-
жденіемъ съ помощью другихъ, легче сгущаемыхъ газовъ
(углекислота, этиленъ) онъ понизилъ температуру сосуда
до—150® и проводилъ туда воздухъ подъ необходимымъ да-
вленіемъ приблизительно въ 50 атмосферъ.
Болѣе простъ другой методъ, изобрѣтенный нѣсколько
лѣтъ тому назадъ Линде въ Мюнхенѣ. У него воздухъ
собственнымъ расширеніемъ до тѣхъ поръ охлаждается, пока
онъ не превращается въ жидкость. Фиг. 287 представляетъ
схематическое изображеніе употребляемаго для этого аппа-
рата въ наиболѣе простой его формѣ.
Сгущающій насосъ насасываетъ воздухъ изъ трубы Р„
сгущаетъ его въ трубѣ Р2 до 200 атмосферъ и черезъ хо-
лодильникъ гонитъ его во внутреннюю трубку аппарата съ
противоположными токами воздуха. Черезъ открытый регу-
лирующій кранъ, этотъ воздухъ попадаетъ въ собирающій
сосудъ, гдѣ онъ расширяется и потому значительно охла-
ждается. Кранъ & остается пока закрытымъ. Охлажденный
воздухъ проходить, поэтому, черезъ лѣвую соединительную
трубку въ промежутокъ между внутренней и наружной тру-
бой аппарата съ противоположными токами воздуха и под-
нимается вверхъ, охлаждая при этомъ воздухъ, двигаю-
щійся во внутренней трубкѣ внизъ; попавъ затѣмъ въ трубу Р„
онъ насасывается сгущающимъ насосомъ, и вся операція
повторяется сызнова. Воздухъ, проходящій черезъ регули-
рующій кранъ, все болѣе и болѣе охлаждается, и послѣ 11/г—
2 часовой работы температура его столь низка, что часть
его превращается въ жидкость. Эта жидкость можетъ быть
выпущена черезъ 6г, а черезъ кранъ С насасывается свѣжій
20*
— 294 —
воздухъ. У дѣйствительной машины система трубъ аппарата
съ противоположными токами воздуха не устроена прамоли-
нейно, какъ въ нашемъ схематическомъ рисункѣ, а состоитъ
изъ спирально изогнутыхъ трубъ, длиной около 100 ме-
тровъ *).
Неочищенный жидкій воздухъ имѣетъ видъ мутной
жидкости, такъ какъ содержащаяся въ немъ углекислота
отвердѣваетъ въ бѣлые хлопья. Профильтровавъ эту жид-
кость черезъ бумагу, получаютъ жидкость очень красиваго
небесно-голубого цвѣта, выдѣляющую въ атмосферу густой
Фиг. 287.
туманъ, такъ какъ водяные пары и углекислота вслѣдствіе
холода, тотчасъ же сгущаются. Температура жидкости
равна—192* Ц. Чтобы сохранить па нѣкоторое время столь
холодную и легко испаряющуюся жидкость, Дюаръ приду-
малъ особые стеклянные сосуды съ двойными стѣнками, изъ
промежутка между которыми совершенно высасывается воз-
*) Въ новѣйшихъ машинахъ вставлены другъ въ друга 3 трубы,
и сжатіе и разрѣженіе газа происходитъ двумя пріемами, именно отъ 1
атмосферы до 16, а потомъ до 200 и обратно.
— 295 —
духъ. Кромѣ того, стѣнки покрываются слоемъ серебра для
защиты отъ солнечныхъ лучей. Въ такихъ сосудахъ Дюара
воздухъ сохраняется часами въ жидкомъ видѣ и даже мо-
жетъ быть пересылаемъ по желѣзной дорогѣ. Вылитый на
руку, онъ причиняетъ раны, образующіяся при обмерзаніи.
Жидкости, которыя при нормальныхъ условіяхъ никогда не
замерзаютъ, какъ, напримѣръ, спиртъ, тотчасъ же замер-
заютъ въ кристаллическую массу, если опустить ихъ въ
пробиркѣ въ жидкій воздухъ. Мягкія тѣла, какъ, наприѣръ,
каучукъ, становятся тверды, какъ камень. Такъ какъ воздухъ
есть смѣсь изъ 4-хъ частей азота и одной части кислорода,
то и жидкій воздухъ есть смѣсь этихъ двухъ сжиженныхъ
газовъ. Но жидкій азотъ болѣе летучъ, чѣмъ жидкій кисло-
родъ. Поэтому сначала испаряется азотъ, вслѣдствіе чего,
когда значительная часть жидкости испаряется, остатокъ
состоитъ почти исключительно изъ чистаго кислорода. Въ
этомъ легко убѣдиться: если приблизить къ поверхности
жидкаго воздуха тлѣющую лучинку, она сначала будетъ ту-
шиться выдѣляющимся азотомъ, но къ концу воспламе-
нится подъ, дѣйствіемъ выдѣляющагося кислорода. Это об-
стоятельство въ высшей степени важно, такъ какъ, благо-
даря ему, удается большими массами добывать кислородъ
изъ атмосфернаго воздуха. Такъ, напримѣръ, на фабрикѣ
Линде добывается 95—97 процентный кислородъ изъ воз-
духа и поступаетъ въ продажу по 1 рублю за кубическій
метръ. Этотъ кислородъ находитъ теперь многочисленное
и самое разнообразное примѣненіе. Если принять во внима-
ніе, что сырой матеріалъ — воздухъ имѣется вездѣ даромъ,
такъ что расходы производства ограничиваются главнымъ
образомъ стоимостью рабочей силы, которую даютъ намъ
часто естественные водопады; если далѣе вспомнить какую
важную роль играетъ кислородъ въ металлургіи, въ тех-
никѣ освѣщенія и для гигіеническихъ цѣлей, мы поймемъ
все великое значеніе изобрѣтенія Линде.
Находитъ многообразное примѣненіе и жидкій воздухъ.
Прежде всего онъ употребляется въ качествѣ очень силь-
наго охлаждающаго средства. Въ Америкѣ желѣзно-дорож-
ные вагоны, въ которыхъ пересылается мясо, охлаждаются
съ помощью жидкаго воздуха до—10°, и очень легко себѣ
представить, что когда нибудь наши хозяйки будутъ охла-
ждать свои запасы не льдомъ, а жидкимъ воздухомъ. Поль-
зуются имъ и въ качествѣ движущей силы: недавно стали
строить автомобили съ жидкимъ воздухомъ. Если удастся
привести въ движеніе жидкимъ воздухомъ сверлильныя ма-
шины въ туннеляхъ, можно будетъ обойтись безъ дорого
стоющихъ трубъ и въ то же время можно будетъ пользо-
ваться воздухомъ для вентиляціи и охлажденія подземныхъ
помѣщеній.
— 296 —
Если помѣстить жидкій воздухъ подъ колоколъ воздуш-
наго насоса и понизить давленіе надъ нимъ, температура
кипѣнія его понижается ниже 225°, и тогда удается сжи-
жать и водородъ при давленіи выше 20 атмосферъ. Подъ
атмосфернымъ давленіемъ жидкій водородъ такъ холоденъ,
что приходящій съ нимъ въ соприкосновеніе воздухъ тот-
часъ же отвердѣваетъ въ снѣгообразную массу. Если жид-
кій водородъ помѣстить подъ болѣе низкимъ давленіемъ,
онъ достигаетъ еще болѣе низкой температуры—265®, кото-
рая только на 8° меньше абсолютнаго О. При этой темпе-
ратурѣ всѣ газы, кромѣ гелія, становятся жидкими.
ЛЕКЦІЯ СОРОКЪ ШЕСТАЯ.
Влажность. Абсолютная и относительная влажность. Точка росы.
Гигрометръ. Психрометръ. Практическія гигіеническія правила относи-
тельно влажности воздуха. Гигроскопъ. Метеорологическіе домики.
Вода, какъ извѣстно, покрываетъ около ’/з земной по-
верхности. Она непрестанно испаряется и водяные пары,
попадая въ атмосферу, дѣлаютъ ее болѣе или менѣе влаж-
ной. Степень этой влажности можетъ быть измѣрена раз-
личнымъ образомъ. Всего проще то измѣреніе, въ которомъ
узнается, сколько граммъ воды содержится въ одномъ куби-
ческомъ метрѣ воздуха. Одинъ кубическій метръ изслѣдуе-
маго воздуха помѣщается въ герметически закрытой камерѣ
и туда же вносится чашка съ концентрирбванной сѣрной
кислотой, предварительно точно взвѣтпенная; въ теченіе
нѣсколькихъ часовъ сѣрная кислота поглощаетъ изъ воз-
духа всѣ находящіеся въ немъ водяные пары, такъ что воз-
духъ становится совершенно сухимъ. Если затѣмъ вновь
взвѣсить чашку съ кислотой, то излишекъ въ вѣсѣ пока-
жетъ то количество воды въ граммахъ, которое было въ воз-
духѣ въ видѣ паровъ. Это число называется абсолютной
влажностью. Но болѣе важное значеніе имѣетъ отно-
сительная влажность. Относительной влажностью на-
зывается отношеніе между дѣйствительно существующимъ
въ воздухѣ количествомъ воды и наибольшимъ ея ко-
личествомъ, которое можетъ содержаться въ данномъ
объемѣ воздуха при данной температурѣ. Объяснимъ это
на примѣрѣ. Доказано, напримѣръ, что при. температурѣ
въ 15° Ц. можетъ содержаться въ одномъ кубическомъ метрѣ
воздуха не болѣе 12,7 грамма водяныхъ паровъ. Если изъ
опыта оказывается, что въ данномъ случаѣ въ воздухѣ со-
держится именно столько водяныхъ паровъ, мы говоримъ,
— 297 —
что относительная влажность воздуха = 100°/о или что воз-
духъ насыщенъ водяными парами. Но . еслибы въ нашемъ
опытѣ оказалось, что въ одномъ кубическомъ метрѣ воздуха
содержится только 6,35 грамма водяныхъ паровъ, мы ска-
зали бы, что относительная влажность изслѣдуемаго нами
воздуха — 50%.
При температурѣ въ 25° наибольшее количество водя-
ныхъ паровъ, которое можетъ содержаться въ одномъ куби-
ческомъ метрѣ воздуха, = 30,1 грамма. Чтобы абсолютная
влажность была при .такой температурѣ равна 50%, въ одномъ
кубическомъ метрѣ должно быть, слѣдовательно, 15,05 грам-
ма водяныхъ паровъ. Такимъ образомъ при одномъ и томъ
же абсолютномъ количествѣ водяныхъ даровъ относительная
влажность тѣмъ больше, чѣмъ температура ниже и тѣмъ
меньше, чѣмъ температура выше.
Описанный здѣсь методъ изслѣдованія влажности воз-
духа, основанный на поглощеніи изъ воздуха водяныхъ
паровъ, слишкомъ хлопотливъ и потому часто примѣняться
не можетъ. Другой методъ основанъ на томъ соображеніи,
что при одной и той же температурѣ силы упругости водя-
ныхъ паровъ относятся другъ къ другу такъ, какъ абсо-
лютныя количества водяныхъ паровъ. Такъ, если мы узнаемъ,
что существующая въ дѣйствительности упругость паровъ
вдвое меньше наибольшей упругости ихъ, которая возможна
при данной температурѣ, мы тоже можемъ сказать, что
относительная влажность даннаго воздуха = 50°/о.
Наибольшая упругость з для данной температуры I
извѣстна всегда изъ таблицы на стр. 286. Чтобъ найти дѣй-
ствительно существующую упругость приходится охла-
ждать воздухъ до тѣхъ поръ, пока водяные пары не начнутъ
переходить въ жидкость. Температура /„ при которой это
происходитъ, называется точкой росы.
Разъ наступаетъ моментъ перехода водяныхъ паровъ въ
жидкость, мы можемъ сказать, что для данной болѣе низкой
температуры существующая упругость паровъ есть наи-
большая упругость. Эта наибольшая упругость для тоже
извѣстна изъ таблицы и можетъ быть оттуда взята. Имѣя
отношеніе з, : з, мы умножаемъ его на 100 и получаемъ
относительную влажность въ процентахъ. Этотъ методъ вы-
полняется съ помощью гигрометра Даніеля. Мы вос-
пользуемся для этого метода болѣе простыми средствами.
Намъ нужны для этого какой нибудь тонкостѣнный блестя-
щій металлическій сосудъ, напримѣръ, чайникъ или даже
тонкостѣнный бокалъ, и хорошій термометръ, на которомъ
можно отсчитать и десятыя доли градуса. Сначала изслѣ-
дуемъ температуру воздуха; допустимъ, что эта темпера-
тура = 14,5°. Затѣмъ мы наполняемъ нашъ сосудъ водой,
устанавливаемъ въ ней нашъ термометръ такъ, чтобъ его
— 298 —
резервуаръ находился совершенно въ водѣ, и постепенно
охлаждаемъ воду, бросая въ нее при постоянномъ помѣши-
ваніи кусочки льда или снѣга или—за неимѣніемъ ихъ—
кусочки азотнокислаго амміака; при этомъ мы, не переста-
вая, наблюдаемъ блестящую поверхность сосуда, чтобъ не
пропустить момента, когда она покроется первымъ налетомъ
росы. Все время необходимо остерегать-
ся, чтобъ дыханіемъ близъ сосуда не
ускорить появленія росы, что могло бы
сдѣлать результаты опыта неточными.
Въ моментъ образованія росы мы вновь
отсчитываемъ температуру на термо-
метрѣ. Допустимъ, что эта температу-
рами,!0. Изъ нашей таблицы на стр. 286.
мы беремъ наибольшія упругости, со-
отвѣтствующія полученнымъ нами тем-
пературамъ; упругости эти суть 12,30 и
9.83. Теперь мы можемъ вычислить
нашу относительную влажность:
9 83 .
1230 ' 100 = 80’ итакъ> относительная
влажность = 80°/о.
Метеорологи пользуются большей
частью другимъ методомъ, употребляя
для этого аппаратъ, называемый пси-
хрометромъ. Онъ состоитъ изъ двухъ
совершенно одинаковыхъ термометровъ
съ мелкими дѣленіями; резервуаръ
одного изъ нихъ обвернутъ тонкимъ
полотномъ, конецъ котораго опущенъ въ
воду, такъ что полотно остается всегда
влажнымъ (фиг. 288).
Если воздухъ вполнѣ насыщенъ во-
дяными парами, т. е. его относительная
влажность = 100, то вода изъ мокраго
полотна испаряться не можетъ и прямо
принимаетъ температуру воздуха; оба
термометра показываютъ тогда одну и
ту же температуру. Если воздухъ сухъ,
Фиг. 288. т0 В0Да изъ мокраго полотна будетъ
испаряться тѣмъ быстрѣе, чѣмъ больше
разница между дѣйствительнымъ содержаніемъ водяныхъ
паровъ въ воздухѣ и наибольшимъ ихъ содержаніемъ, воз-
можнымъ при данной температурѣ. Но для этого испаренія
поглощается теплота изъ резервуара термометра и потому
температура послѣдняго должна падать тѣмъ ниже, чѣмъ
суше воздухъ. Разница между температурами называется
психрометрической разностью.
— 299 —
Изъ сказаннаго ясно, что небольшая психрометрическая
разность указываетъ на большую относительную влажность,
а большая разность—на большую сухость воздуха. Впро-
чемъ, зависимость здѣсь далеко не проста, а такъ какъ и
высота барометра имѣетъ здѣсь нѣкоторое вліяніе, то самое
лучшее—брать относительную влажность изъ таблицъ, со-
ставленныхъ опытными физиками. Наши читатели будутъ
въ большинствѣ случаевъ нуждаться въ показаніяхъ пси-
хрометра, чтобъ сдѣлать изъ нихъ выводъ, соотвѣтствуетъ ли
влажность воздуха требованіямъ гигіены. Мы, поэтому, да-
димъ здѣсь нѣсколько простыхъ правилъ, которыми слѣ-
дуетъ въ этихъ случаяхъ руководствоваться Какъ это до-
казали многіе физіологи и среди нихъ въ особенности про-
фессоръ Руби еръ, человѣческій организмъ обладаетъ чу-
десной способностью приспособленія къ весьма различнымъ
температурамъ и къ степенямъ влажности; съ точки зрѣнія
физіологіи нельзя, поэтому, сказать, что данная степень
влажности хороша для организма, а большая или меньшая
степень ея—вредна. Но слишкомъ большая сухость оказа-
лась вредной и опасной, такъ какъ она обусловливаетъ вы-
сыханіе слизистой оболочки дыхательныхъ путей; возникаю-
щія вслѣдствіе этого нервныя раздраженія, кровоизліянія и
поверхностныя пораненія могутъ открыть доступъ въ орга-
низмъ вдыхаемымъ зародышамъ всевозможныхъ болѣзней.
Согласно изслѣдованіямъ доктора Денеке рѣшающее значе-
ніе имѣетъ не относительная влажность: низкія степени
влажности при низкихъ температурахъ легко переносятся,
а при высокихъ могутъ оказаться очень вредными. Рѣшаю-
щее значеніе имѣетъ такъ-называемая разность насы-
щенія, т. е. разность между существующей упругостью
водяныхъ паровъ и наибольшей упругостью, возможной при
данной температурѣ. Эта разность не должна обыкновенно
превышать 5,3 милиметра и никоимъ образомъ не должна
доходить до 8 милиметровъ. Отсюда можетъ быть выведено
слѣдующее простое практическое правило гигіены: разность
въ положеніи обоихъ термометровъ психрометра не должна
превышать 4° при 14° Ц. сухого термометра и 3°—если сухой
термометръ показываетъ болѣе 14° Ц., но никоимъ образомъ
не должна превышать 6° въ первомъ случаѣ и 5° во
второмъ.
Изслѣдуемъ влажность воздуха въ какомъ нибудь жи-
ломъ помѣщеніи или въ школьной комнатѣ. Мы помѣщаемъ
психрометръ вдали отъ печки и въ сторонѣ отъ солнечныхъ
лучей и заботимся о томъ, чтобы одинъ изъ термометровъ
хорошо овлажнялся. Чтобы испаряющаяся вода не остава-
лась въ воздухѣ близъ психрометра, что могло бы привести
къ неправильнымъ результатамъ, мы приводимъ воздухъ
въ движеніе бумажнымъ картономъ или шляпой. Этимъ мы
— зоо —
и сухую температуру лучше сохраняемъ, потому что размѣши-
ваемъ различно нагрѣтые слои воздуха. За неимѣніемъ полнаго
психрометра мы можемъ удовлетвориться и такъ-называе-
мымъ метательнымъ термометромъ: привязываютъ
къ верхнему концу термометра шнурокъ въ полъ-метра
длины и дѣлаютъ имъ около сотни оборотовъ въ сухомъ
состояніи и другую сотню, обернувъ его предварительно
влажной тряпочкой. Немедленно послѣ вращенія отсчиты-
ваются показанія термометра и находятъ разность между
ними. Допустимъ, что мы нашли, что:
Сухой термометръ показываетъ 16° Ц.
Влажный „ „ 9° „
Разность: 7° Ц.
Полученная разность 7° покажетъ намъ, что воздухъ
слишкомъ сухъ: вѣдь, она должна быть равна 3° и во вся-
комъ случаѣ не должна превышать 5°. Мы, поэтому, тот-
часъ же примемъ мѣры, чтобъ сдѣлать воздухъ болѣе
влажнымъ: мы будемъ обливать полъ водой, или поставимъ
на печку чашку съ водой или начнемъ работать пульвери-
заторомъ или станемъ развѣшивать возлѣ печки мокрыя
ткани и т. д., и будемъ это дѣлать до тѣхъ поръ, пока раз-
ность между показаніями сухого и влажнаго термометра
не понизится до 3°.
Зимой психрометромъ на свѣжемъ воздухѣ пользоваться
нельзя, такъ какъ влажная оболочка замерзаетъ. Покуда
образующаяся ледяная оболочка еще тонка, измѣренія еще
возможны, такъ какъ и ледъ испаряется. Но когда эта ле-
дяная оболочка становится болѣе или менѣе толстой, ин-
струментъ перестаетъ работать. Въ этомъ случаѣ, да и въ
нѣкоторыхъ другихъ случаяхъ, пользуются съ успѣхомъ
болѣе старымъ инструментомъ—волосянымъ, гигрометромъ
Соссюра. Въ основѣ устройства этого прибора лежитъ
тотъ фактъ, что человѣческій волосъ, очищенный отъ жира,
во влажномъ воздухѣ удлиняется, а въ сухомъ—сокра-
щается. Верхній конецъ волоса зажимается зажимомъ к;
второй конецъ его охватываетъ блокъ, проходя по одному
изъ его желобковъ и въ немъ скрѣпляется со стрѣлкой л,
вращающейся около оси /; другой желобокъ охватывается
въ противоположномъ направленіи шелковинкой съ гру-
зомъ </, постоянно натягивающимъ шелковинку, а вмѣстѣ
съ ней волосокъ; конецъ стрѣлки движется по дугѣ Л Л
съ дѣленіями; всѣ эти части находятся въ одной мѣдной
рамѣ (фиг. 289). Этотъ инструментъ долженъ быть градуи-
рованъ. Его вносятъ для этого подъ колоколъ воздушнаго
насоса, въ которомъ развѣшена влажная промокательная
бумага, такъ что воздухъ насыщенъ водяными парами.
— 301 —
Мѣсто дуги, у котораго останавливается стрѣлка, обозна-
чаютъ числомъ 100. Потомъ вносятъ
инструментъ подъ другой колоколъ, гдѣ
воздухъ совершенно высушенъ концент-
рированной сѣрной кислотой. Мѣсто ду-
ги, у котораго останавливается стрѣлка,
обозначаютъ цифрой 0. Еще менѣе годны
для научныхъ цѣлей такъ-называемые
гигроскопы. Имъ придаютъ форму
всевозможныхъ фигуръ. Часто имъ при-
даютъ видъ домика. Въ основѣ ихъ
устройства, лежитъ тотъ фактъ, что ки-
шечная струна, высыхая, сворачивается,
а, увлажняясь, разбухаетъ и разворачи-
вается. На фиг. 290 изображенъ такой
метеорологическій домикъ. Верхній ко-
нецъ кишечной струны, длиной около
10 сантиметровъ, укрѣпленъ неподвижно,
а нижній ея конецъ прикрѣпленъ къ
серединѣ круглаго картона Р; когда воз-
духъ высыхаетъ, струна сворачивается
Фиг. 289.
и вмѣстѣ съ ней
вращается около вертикальной
оси и картонъ; когда же воз-
духъ влажнѣетъ, струна взбу-
хаетъ и разворачивается, и
тогда картонъ вращается въ
противоположную сторону.
Если эту струну подвѣсить
посерединѣ домика съ двумя
дверьми, а на картонѣ помѣ-,
стить двѣ фигурки т и (I—
Фиг. 290.
Фиг. 291.
мужчину съ дождевымъ зонтомъ и женщину съ легкимъ-
— 302 —
солнечнымъ зонтикомъ, то, съ наступленіемъ сухой погоды,
будетъ показываться изъ домика женщина, а мужчина
съ зонтомъ скроется, а въ дождливую погоду скроется жен-
щина и выдвинется изъ домика мужчина.
Жители Альпійскихъ горъ часто пользуются гигроско-
помъ, изображеннымъ на фиг. 291. Изъ высохшаго молодого
соснового деревца вырѣзывается кусокъ ствола приблизи-
тельно въ 10 сантиметровъ длиной и два сантиметра тол-
щиной, съ отходящей отъ него боковой вѣтвью, около
40 сантиметровъ длиной и нѣсколько миллиметровъ толщи-
ной; съ дерева снимается кора и стволъ укрѣпляется на
дощечкѣ. Упругая вѣтвь съ измѣненіемъ погоды описы-
ваетъ ту или другую дугу, по которой люди опытные и
узнаютъ погоду.
ЛЕКЦІЯ СОРОКЪ СЕДЬМАЯ.
Атмосферные осадки. Роса, иней, изморозь, туманъ, облако. Различ-
ныя формы облаковъ. Измѣреніе количества дождя. Дождемѣръ. Про-
ливной дождь. Ливень. Снѣгъ. Снѣжные кристаллы. Фирнъ. Крупа. Градъ.
Сегодня мы отправимся на прогулку. Намъ нужно по-'
знакомиться со всѣми разнообразными явленіями, вызывае-
мыми присутствіемъ водяныхъ паровъ въ атмосферѣ. Ран-
нее утро. Прохладно. Каждый стебелекъ блеститъ подъ лу-
чами восходящаго солнца, какъ будто осыпанный алмазами.
Это блеститъ роса. Ночью при безоблачномъ небѣ всѣ тѣла,
охлаждаясь, выдѣляютъ теплоту. Вмѣстѣ съ ними охла-
ждается, но не въ такой сильной степени, воздухъ. Темпера-
тура, ихъ можетъ при этомъ настолько понизиться, что
упругость водяныхъ паровъ въ воздухѣ становится больше
наибольшей упругости, возможной при данной температурѣ.
Какъ намъ уже извѣстно, часть водяныхъ паровъ должна
въ такомъ случаѣ сгуститься въ жидкую воду и осѣсть на
охлажденныхъ тѣлахъ. Такъ какъ не всѣ тѣла обладаютъ
одинаковой способностью излучать и проводить теплоту, то
они не одинаково охлаждаются, а потому и не въ одинако-
вой мѣрѣ покрываются росой. Особенно охлаждаются тонкіе
стебельки, отдѣльныя вѣточки, тонкія проволоки, края и
углы деревянныхъ предметовъ и т. д. Вслѣдствіе этого, они
и росой покрываются сильнѣе, чѣмъ, напримѣръ, земля или
камень. Если небо покрыто тучами или дуетъ сухой вѣтеръ,
роса совсѣмъ или почти совсѣмъ не образуется: въ первомъ
случаѣ облака обратно отражаютъ теплоту, а во второмъ слу-
чаѣ смѣняющіеся сухіе слои воздуха уносятъ влагу, мѣшая
тѣламъ покрыться ею.
— 303 —
Если температура тѣлъ, на которыхъ осаждается роса,
падаетъ ниже 0°, роса замерзаетъ и превращается въ иней.
Онъ состоитъ изъ скопленій ледяныхъ кристалликовъ болѣе
или менѣе правильной формы, часто принимающихъ форму
очень красивыхъ цвѣтовъ. Такой иней можно образовать
въ комнатѣ искусственно. Дѣлается это слѣдующимъ обра-
зомъ: изъ сѣрой промокательной бумаги вырѣзываютъ ку-
сокъ въ формѣ, изображенной
на фиг. 292, и нарѣзываютъ ІШПППГПтггт^
въ немъ тонкія полоски; за- ІНЛШПіТГПттгг^
вивъ ножомъ полоски и ска- ПППЛППТті
тавъ всю бумагу въ кружокъ,
получаютъ деревцб съ нѣжны-
ми вѣточками (фиг. 293). Если
это деревцо вставить въ склян-
ку съ сѣроуглеродомъ (осто-
рожно съ огнемъ!), эта летучая ------------------------
жидкость будетъ всасываться фиг 292
въ бумагу до самаго верху, ис-
паряться, и этимъ испареніемъ вызоветъ такой холодъ, что во-
дяные пары окружающаго деревцо воздуха будутъ осаждаться
на немъ въ видѣ инея. Опытъ еще лучше удается если поста-
вить деревцо на сквознякѣ или обмахивать его вѣеромъ.
Ледяные узоры, образующіеся зимой на внутренней сторонѣ
нашихъ оконъ, состоятъ тоже изъ. инея. Нѣсколько отлична
отъ инея изморозь; она образуется не въ безоблачныя
ночи, а въ туманную погоду, зимой, или
вообще въ холодныхъ странахъ. Она
покрываетъ всѣ возвышенности земли,
края и углы предметовъ и вѣтви де-
ревьевъ шероховатымъ ледянымъ покро-
вомъ, съ вѣтренной стороны часто по-
крытымъ длинными иглами. Накопляясь
массами, на деревьяхъ лѣсовъ, телеграф-
ныхъ проволокахъ и т. д., она можетъ
принести большой вредъ своей тяжестью,
ломая деревья или обрывая проволоки.
Вотъ прошелъ желѣзно-дорожный
поѣздъ. Изъ локомотива съ шумомъ вы-
рывается бѣлое облако, обыкновенно на-
зываемое „паромъ". Относительно горя-
Фиг. 293.
чаго супа тоже говорятъ, что изъ него
„поднимается паръ". Но это не паръ въ физическомъ
смыслѣ. Раньше полагали, что это облако состоитъ изъ
скопленій тонкихъ водяныхъ пузырьковъ, но въ послѣднее
время было доказано, что оно состоитъ не изъ пузырьковъ,
а изъ водяныхъ шариковъ съ діаметромъ отъ 0,006 до
0,035 миллиметра.
— 804 —
Если эти водяные шарики образуются въ слояхъ воздуха,
близкихъ къ земной поверхности, мы ихъ называемъ т у-
маномъ, а если они находятся въ верхнихъ слояхъ атмо-
сферы, мы ихъ называемъ облакомъ. Существенной раз-
ницы между туманомъ и облакомъ, слѣдовательно, нѣтъ.
Облако, окутывающее вершину горы, является для путеше-
ственника, взобравшагося на эту вершину, туманомъ. Очень
густой туманъ можетъ сдѣлать воздухъ до того непрозрач-
нымъ, что на шагъ отъ себя человѣкъ не можетъ ничего
разсмотрѣть. Изъ-за’такого тумана часто гибнутъ люди, взби-
рающіеся на высокія горы, идутъ ко дну корабли и т. д.
Наиболѣе густы желтые или буровато-черные туманы боль-
шихъ городовъ, какъ, напримѣръ, Лондона; они состоять
не изъ чистой воды, а содержатъ также жидкіе и твердые
продукты сгоранія, масла, сажу и т. д. Въ такіе туманы
приходится въ Лондонѣ днемъ ходить по улицѣ съ факе-
лами. Вслѣдствіе химическаго сродства, такіе туманы не пре-
кращаются и тогда, когда воздухъ уже не насыщенъ водя-
ными парами; этимъ они отличаются въ качествѣ сухого
тумана (городской туманъ) отъ состоящаго изъ чистой воды
деревенскаго тумана, прекращающагося сейчасъ, кякъ только
насыщенность воздуха водяными парами прекращается. Въ
совершенно чистомъ воздухѣ, свободномъ отъ пыли, туманъ
не образуется даже тогда, когда воздухъ немного пересы-
щенъ водяными парами. Пыль и сажа содѣйствуютъ обра-
зованію тумана и удерживаютъ его иногда тамъ, гдѣ при
чистомъ воздухѣ онъ прекратился бы. При достаточно низ-
кой температурѣ водяные шарики могутъ оледенѣть, обра-
зуя ледяныя иглы.
Облака тоже состоятъ большей частью изъ водяныхъ
шариковъ, имѣющихъ въ среднемъ около 0,02 миллиметра
въ діаметрѣ; въ очень высокихъ облакахъ образуются, по-
видимому, также и ледяныя иглы. То, что облака вслѣдствіе
своей тяжести, не падаютъ внизъ, а остаются на извѣстной
высотѣ, объясняется тѣмъ, что воздухъ оказываетъ шари-
камъ большое сопротивленіе. При указанной величинѣ ихъ
скорость паденія ихъ равна только 1 сантиметру въ секунду.
Затѣмъ, даже когда водяные шарики падаютъ внизъ, облако-
все же можетъ оставаться на извѣстной высотѣ, такъ какъ
въ нижней его части шарики, попавъ въ болѣе теплый слой,
превращаются въ пары, а въ верхней его части образуются
новые шарики. Облако, поэтому, нельзя разсматривать какъ
нѣчто такое, которое состоитъ всегда изъ одного и того же
матеріала, а скорѣе его можно сравнитъ съ пѣной горнаго
источника, въ которой матеріалъ непрестанно мѣняется,
Раньше дѣлили облака по ихъ формѣ и виду на 3 глав-
ныхъ вида: перистыяоблака (сіггиз), кучевыя (ситиіиз)
и слоистыя облака (зігаіиз); къ послѣднимъ относятся
— 305 —
также дождевыя облака (пітЬив). На фиг. 294 изобра-
жены главныя формы этихъ облаковъ. Недавно на интер-
національномъ конгрессѣ метеорологовъ были по общему
соглашенію установлены слѣдующіе 10 типовъ облаковъ:
1. Перистыя облака, нѣжныя образованія бѣ-
лаго цвѣта, часто занимающія довольно значи-
тельную часть неба; высота ихъ колеблется между
7 и 11 километрами, а въ исключительныхъ слу-
чаяхъ можетъ доходить до 14,9 километровъ.
2. Волнистыяоблака, тонкія, бѣлыя облака волок-
нистаго строенія, часто покрывающія все небо. Вы-
фиг. 294.
сота ихъ доходитъ до 6,5 — 9 километровъ. Какъ
въ первыхъ, такъ и во вторыхъ облакахъ часто
видны вокругъ солнца и луны большія кольца,
изъ чего слѣдуетъ, что они состоятъ изъ ледя-
ныхъ иголъ.
3. Облака барашки, общеизвѣстныя своей фор-
мой и цвѣтомъ, не даютъ тѣни. Высота доходить
до 6,5—7,5 километровъ.
4. Высокія кучевыя облака, густыя облака
бѣлаго и блѣдно-сѣраго цвѣта, расположенныя
— 306 —
группами или рядами и отбрасывающія лишь не-
большую тѣнь. Высота ихъ очень непостоянна,
колеблясь между 3 и 6 километрами.
5. Высокія слоистыя облака, густыя облака
сѣраго или буроватаго цвѣта, вблизи солнца или
луны болѣе яркія, образуютъ также иногда во-
кругъ солнца и луны кольца.
6. Слоисто-куч евыя облака, очень густыя
скопленія облаковъ, часто покрывающія все небо,
но не дающія никакого дождя. Высота отъ 1,8 до
2,3 километра.
7. Дождевыя облака, густыя слои облаковъ не-
опредѣленной формы, съ изорванными краями,
большей частью разрѣшающіяся дождемъ или
снѣгомъ. Высота очень непостоянна.
8. Настоящія кучевыя облака, густыя мощ-
ныя, возвышающіяся на подобіе башенъ, на освѣ-
щенныхъ сторонахъ бѣлаго и на нижнихъ, не
освѣщенныхъ, сторонахъ темнаго, сѣровато-голу-
бого цвѣта. Нижняя ихъ сторона находится на
высотѣ отъ 1,4 до 1,8 километра.
9. Грозовыя облака, мощныя массы облаковъ
всѣмъ извѣстной формы.
10. Полосатыя облака, туманныя массы, распо-
ложенныя горизонтальными слоями.
Скорость движенія облаковъ на небольшихъ высотахъ,
непревышающихъ 2 километровъ, колеблется между 5,5 и
9,8 метровъ въ секунду, а на значительныхъ высотахъ, отъ
8 до 10 километровъ, она колеблется между 13 и 34 метрами
въ секунду. На еще большихъ высотахъ, превышающихъ
15 километровъ, скорость ихъ опять уменьшается.
Всего больше небо покрыто облаками надъ морями и бе-
регами полярныхъ странъ. Чѣмъ ближе къ экватору, тѣмъ
количество облаковъ становится меньше. Всего меньше обла-
ковъ около 30° широты, а въ поясѣ экватора количество ихъ
опять возростаетъ и не меньше, чѣмъ въ странахъ поляр-
ныхъ.
Небо, совершенно свободное отъ облаковъ, метеорологи
обозначаютъ цифрой О, небо, совершенно покрытое обла-
ками, они обозначаютъ числомъ 10, небо, покрытое обла-
ками наполовину,—цифрой 5 и т. д. Ступени 0 и 1 они обо-
значаютъ словомъ „ясно", ступени 9 и 10—словомъ „пас-
мурно*, а промежуточныя ступени—словомъ „облачно".
Совершенно безоблачные дни въ средней Европѣ очень
рѣдки. Насчитываютъ такихъ дней не болѣе 10—14 въ годъ
и большей частью они бываютъ въ мартѣ и сентябрѣ. Въ
Испаніи же, Италіи, Греціи бываетъ въ годъ довольно много
безоблачныхъ дней.
— 307 —
Когда водяные шарики облаковъ сгущаются въ такія
большія капли, что они не могутъ уже удерживаться вы-
соко въ воздухѣ, они падаютъ вь видѣ дождя на землю.
Одинъ кубическій метръ облаковъ даетъ отъ 3 до 10 граммъ
воды. Наиболѣе великп первыя капли, но и онѣ не превы-
шаютъ 0,2 грамма (7 миллиметровъ діаметра). Капли обык-
новеннаго проливного дождя вѣсятъ въ среднемъ 0,065
граммъ.
Количество падающей дождевой воды измѣряется осо-
бымъ приборомъ, называемымъ дождемѣромъ (омбро-
метромъ). Приборъ этотъ представляетъ собой большей
частью цилиндрическій жестяной сосудъ, не менѣе 10 сан-
тиметровъ діаметромъ, въ которомъ измѣряется—прямо или
при небольшихъ количествахъ въ особомъ цилиндрѣ — вы-
сота дождевой воды въ сантиметрахъ. Если сло-
жить числа, полученныя наблюденіемъ въ теченіе года, по-
лучаютъ количество воды за годъ—число очень важ-
ное для оцѣнки климата даннаго мѣста. Наибольшее коли-
чество дождя за годъ (207 сантиметровъ) выпадаетъ у тро-
пиковъ между 10° сѣверной и 10° южной широты. Въ поясѣ
между Зо° и 50° широты количество дождя гораздо меньше
(около 60 сантиметровъ), но отъ 50° снова возростаеть, а съ
приближеніемъ къ полюсамъ опять уменьшается. Количе-
ство дождя въ особенности зависитъ еще отъ расположенія
горъ: если воздухъ, поднимаясь, охлаждается на вершинахъ
горъ, число атмосферныхъ осадковъ въ данномъ мѣстѣ
больше. Особенно богаты дождемъ слѣдующія мѣста: запад-
ные берега средней Норвегіи (195 сантиметровъ), западные
берега Шотландіи (324 сантиметра) и Англіи (431 санти-
метръ), задняя часть Каттарскаго залива въ Далмаціи (436
сантиметровъ). Изъ всѣхъ мѣстъ земного шара наиболѣе
богаты, повидимому, дождемъ острова Фиджи (ежегодное ко-
личество дождя измѣряется 628 сантиметрами). Наиболѣе
бѣдны дождемъ пустыня Сахара, азіатскія пустыни, запад-
ные берега Перу и т. д. Здѣсь не бываетъ часто дождя въ
теченіе нѣсколькихъ лѣтъ. И въ странахъ полярныхъ коли-
чество атмосферныхъ осадковъ очень ничтожно.
Въ прилагаемой таблицѣ приведены количества еже-
годно выпадающаго дождя въ различныхъ городахъ Европы:
Ежегодное юоли-
Городъ. чѳство дождя
въ сантиметрахъ.
Бергенъ . . . . •............. 224
Генуя........................... 120
Дувръ........................... 119
Верона . . '..................... 93
Цюрихъ ....................... 87
21 іака< НВХ
— 308 —
Ежегодное коли-
Городъ. чество дождя
въ сантиметрахъ.
Иннсбрукъ..........• . . . . 80
Римъ............................. 79
Франкфуртъ на Майнѣ .... 70
Геттингенъ....................... 67
Лиссабонъ........................ 67
Лондонъ.......................... 63
Парижъ........................... 57
Регенсбургъ...................... 57
Марсель •........................ 56
Палермо.......................... 56
Стокгольмъ....................... 51
Копенгагенъ .......... 47
Петербургъ....................... 4с>
Упсала........................... 45
Эрфуртъ.......................... 34
Эти количества не распредѣлены равномѣрно въ году, а
можно различать три главныхъ періода дождей.
Въ Англіи, на западномъ берегу Франціи, въ Нидерлан-
дахъ и Норвегіи дожди бываютъ преимущественно осенью,
въ Германіи, Даніи и Швеціи дожди бываютъ преиму-
щественно лѣтомъ, между тѣмъ какъ въ юго-восточной
Франціи и Италіи лѣтомъ дождей почти не бываетъ.
Среднее число дождливыхъ дней въ году равно:
въ южной Европѣ .... 120
, средней „ .... 146
„ сѣверной „ .... 180
Кромѣ ежегодно выпадающаго количества дождя, пред-
ставляетъ также нѣкоторый интересъ количество его, выпа-
дающее въ болѣе короткое время, напримѣръ, въ теченіе
дня или одной минута.
Дождь, продолжающійся не менѣе 5 минутъ, и количе-
ство котораго, вычисленное на часъ и въ сантиметрахъ, со-
ставляетъ не менѣе 2 сантиметровъ, называется пролив-
нымъ дождемъ. Если въ теченіе получаса выпадаетъ 5
или болѣе сантиметровъ дождя, то такой дождь называется
ливнемъ. Такой дозйдь бываетъ тѣмъ сильнѣе, чѣмъ
меньше онъ продолжается. Дождь, дающій въ минуту не
болѣе 0,3 сантиметра дождя, рѣдко продолжается дольше
15 минутъ. Въ Калифорніи же, напримѣръ, и въ Невадѣ
бываютъ ливни, которые, давая 0,5 сантиметра дождя въ ми-
нуту, продолжаются цѣлый часъ, ливни часто затопляютъ
цѣлыя мѣстности и Могутъ принести большой вредъ.
— 309 —
Если температура падаетъ ниже точки замерзанія, то во-
дяные пары, находящіеся въ воздухѣ, сгущаются въ тонкіе
ледяные кристаллики, ярко блистающіе при солнечномъ
свѣтѣ. Водяные пары при этомъ не сгущаются раньще въ
жидкость и потомъ твердѣютъ, а переходятъ въ твердое
состояніе непосредственно. Здѣсь, слѣдовательно, происхо-
дитъ не сжиженіе, а возгонка. Эти ледяныя иглы, ско-
пляясь и переплетаясь, образуютъ снѣжные хлопья.
Они имѣютъ часто очень красивыя формы, изъ которыхъ
нѣкоторыя и изображены на фиг. 295. Чтобъ хорошо ихъ
разсмотрѣть, слѣдуетъ собирать хлопья на черномъ сукнѣ
и всего лучше это дѣлать въ первые моменты появленія
снѣга.
Плотность свѣже-выпавшаго снѣга равна отъ 0,10 до 0,08;
Фиг. 295.
такимъ образомъ комъ свѣже-выпавшаго отъ 10 до 12 сан-
тиметровъ высоты даетъ, растаявъ, 1 сантиметръ воды. Про-
лежавъ около 6 мѣсяцевъ, снѣгъ на высокихъ горахъ уплот-
няется до плотности. 0,5 и тогда называется фирномъ.
Въ вѣтреную погоду и въ особенности съ возвратомъ
холодныхъ дней весной съ неба падаютъ крупинки, спек-
шіяся изо льда и снѣга, величиной съ горошину. Это—
такъ называемая крупа.
Наконецъ, градъ состоитъ изъ льдинокъ овальной, а
иногда и шарообразной, но чаще грушевидной формы.
Льдинки эти не вполнѣ прозрачны, а въ центрѣ имѣютъ
мутное ядро, вокругъ котораго поперемѣнно слѣдуютъ то
прозрачные, то мутные концентрическіе слои. Величина ихъ
очень различна: обыкновенныя градинки бываютъ величи-
— 310 —
ной въ горошину, но бываютъ и градинки величиной съ го-
лубиное и даже куриное яйцо. Бывали уже градины въ ки-
лограммъ вѣсомъ и больше (діаметромъ въ 13 сантиметровъ).
Градъ есть одно изъ явленій грозы и обыкновенно бываетъ
въ началѣ ея; онъ продолжается лишь нѣсколько минутъ,
но, къ .сожалѣнію, и этого короткаго времени бываетъ до-
статочно, чтобы уничтожить порой всю жатву. Удовлетво-
рительное объясненіе явленія града до настоящаго времени не
было еще найдено. Цредполагаютъ, что градинки образуются
тогда, когда снѣжные хлопья постепенно покрываются по-
степенно большими ледяными массами. Это предположеніе
подтверждается какъ будто строеніемъ градинокъ. Но воз-
никаетъ вопросъ, почему же градинка не падаетъ на землю
раньше, чѣмъ она становится столь велика, и на этотъ во-
просъ пока трудно отвѣтить. Одни это объясняли притяже-
ніемъ электрическихъ массъ (Вольта), другіе вихрями и т. д.
Нѣкоторые, вмѣстѣ съ ученымъ Осборномъ Рейноль-
домъ, принимаютъ, что большія льдинки, падая скорѣе,
чѣмъ меньшія, нагоняютъ послѣднія и сростаются съ ними.
Недавно стали въ верхней Италіи, Франціи и нѣкоторыхъ
мѣстностяхъ Австріи прибѣгать къ старому средству прого-
нять градъ стрѣльбой изъ маленькихъ пушекъ, но метеоро-
логи относятся къ этому средству съ большимъ недовѣріемъ.
О радугѣ и родственныхъ съ ней явленіяхъ мы погово-
римъ въ главѣ о явленіяхъ свѣта.
ЛЕКЦІЯ СОРОКЪ ВОСЬМАЯ.
Паровая машина. Паровикъ. Предохранительный клапанъ. Водоуказа-
тельная трубка. Манометръ. Цилиндръ. Парораспредѣлительная коробка.
Регуляторъ. Маховое колесо. Конденсаторъ. Машины низкаго давленія
и машины высокаго давленія. Машины съ расширеніемъ. Компаундъ-
машина. Морскія машины. Локомотивы. Локомобили. Индикаторная ра-
бота и эффективная работа. Зажимъ Прони.
Въ одной изъ предыдущихъ лекцій мы узнали, что во-
дяные пары, образующіеся изъ сильно нагрѣтой воды въ
замкнутомъ пространствѣ, обладаютъ довольно значительной
силой расширенія. Давленіе, производимое такими парами
на одинъ квадратный сантиметръ, равенъ при 100° прибли-
зительно 1 килограмму, цри 120° 2 килограммамъ съ лиш-
нимъ и при 170°—приблизительно 8 килограммамъ. Вотъ
эту значительную силу люди стараются использовать въ
паровой машинѣ. Эта машина получила чрезвычайное
— 311 —
значеніе въ промышленности, а слѣдовательно, оказала ве-
личайшее вліяніе на всю жизнь человѣчества. Отсюда ясно,
что въ физикѣ, обыденной жизни описаніе ея устройства
не можетъ не быть дано, по крайней мѣрѣ, въ главныхъ ея
частяхъ. Само собой разумѣется, что въ этомъ описаніи
придется ограничиться описаніемъ наиболѣе важныхъ ча-
стей машины. Паровая машина была впервые изобрѣтена
Папиномъ въ концѣ XVII столѣтія. Въ 1784 году она
была .значительно усовершенствована Уаттомъ и съ тѣхъ
поръ въ пей съ теченіемъ времени было сдѣлано столько
улучшеній и усовершенствованій, что въ настоящее время
она принадлежитъ къ наиболѣе усовершенствованнымъ
изобрѣтеніямъ нашего времени. Вслѣдствіе этого и внѣшнія
ея формы стали въ высшей степени разнообразными. Мы не
станемъ, поэтому, описывать во всѣхъ подробностяхъ одной
какой нибудь опредѣленной машины, а опишемъ лишь—и
въ самой простой формѣ—тѣ части, которыя встрѣчаются
во всякой паровой машинѣ.
Фиг. 296.
Во всякой паровой машинѣ имѣется прежде всего па-
ровикъ. Въ небольшихъ машинахъ паровикъ непосред-
ственно соединенъ съ остальными ея частями, но въ боль-
шихъ машинахъ онъ устроенъ въ особомъ помѣщеніи и
соединенъ съ самой машиной трубами.
На фиг. 296 изображенъ обыкновенный цилиндриче-
скій котелъ. Онъ сшитъ изъ желѣзныхъ плитъ и такъ
расположенъ надъ печью, что пламя сначала нагрѣваетъ
нижнюю сторону его и, а затѣмъ продукты сгоранія прово-
дятся еще по бокамъ котла въ ѵ и и> и, только отдавъ тамъ
теплоту, попадаютъ въ дымовую трубу.
На котлѣ имѣется нѣсколько предохранительныхъ прис-
пособленій. Предохранительный клапанъ V, съ ко-
торымъ мы познакомились уже въ Папиновомъ котлѣ, не
допускаетъ, чтобъ давленіе пара превысило допускаемую
величину, открываясь еще раньше и выпуская паръ. Водо-
указательная трубка 2 представляетъ собой стеклян-
ную трубку, сообщающуюся съ котломъ, такъ что по ней
можно узнать, сколько въ котлѣ воды. Тоже самое можно
узнать по пробирнымъ кранамъ Л и к,: черезъ откры-
— 312 —
тый верхній кранъ долженъ выходить паръ, а черезъ откры-
тый нижній—вода. Если уровень воды въ котлѣ падаетъ
ниже того мѣста, до котораго достигаетъ огонь, то стѣнки
котла могутъ въ этомъ мѣстѣ накалиться, что можетъ при-
вести къ взрыву котла. По манометру М можно всегда
узнать существующее въ котлѣ давленіе.
Изъ котла паръ проводится по трубкѣ В къ машинѣ и
именно къ той части ея, которая называется парораспре-
дѣлительной коробкой. Коробка эта непосредственно
связана съ главной частью машины цилиндромъ, въ кото-
ромъ движется поршень. Назначеніе ея-поперемѣнно про-
водить свѣжій паръ въ одну часть цилиндра и отводить
отработанный паръ изъ второй части. Чтобъ вполнѣ объяс-
нить этотъ механизмъ, мы даемъ на фиг. 297 вертикальный
разрѣзъ черезъ цилиндръ С и парораспредѣлительную ко-
робку. Паръ изъ трубки В попадаетъ въ коробку В. На сто-
ронѣ, обращенной къ ци-
линдру, коробка эта огра-
ничена плоской поверх-
ностью съ з отверстіями,
изъ которыхъ 2—среднее
съ верхнимъ или среднее
сѣ нижнимъ — бываютъ
всегда закрыты желѣзной
коробкой 5, называемой
золотникомъ. На фиг.
297,111 золотникъ изобра-
женъ въ переспективѣ.
Такимъ образомъ паръ
можетъ попасть вь ци-
29„ линдръ или только черезъ
фиг' Уі' верхнее или только че-
резъ нижнее отверстіе, смотря по положенію золотника.
Разсмотримъ работу этого механизма въ тотъ моментъ,
когда паръ попадаетъ въ цилиндръ черезъ нижнее отверстіе
(фиг. 297, 1). При этомъ положеніи золотника, паръ заста-
вляетъ поршень подниматься вверхъ, а въ это время паръ,
находящійся надъ поршнемъ, проходитъ черезъ верхнее
отверстіе подъ крышкой золотника и черезъ среднее отвер-
стіе въ боковой каналъ о, откуда онъ или выпускается на-
ружу (машины высокаго давленія), или проводится
въ особое помѣщеніе (сгуститель, конденсаторъ),
гдѣ охлажденіемъ онъ сгущается въ воду (машины низ-
каго давленія).
Когда поршень поднятъ вверхъ (фиг. 297, П), машина
автоматически сдвигаетъ золотникъ внизъ и тогда паръ
черезъ верхнее отверстіе проникаетъ въ цилиндръ, заста-
вляетъ поршень опуститься внизъ, а находящійся подъ
— 313 —
Фиг. 298.
поршнемъ паръ черезъ нижнее и среднее отверстіе прово-
дится наружу или въ конденсаторъ.
На фиг. 298 описанныя здѣсь части изображены въ связи
съ остальными частями машины. Соотвѣтствующія движенія
вверхъ и внизъ стержня, соединеннаго съ золотникомъ,
получаются слѣдующими образомъ: на оси А махового
колеса машины укрѣпленъ, такъ называемый, эксцент-
рикъ Е — круглый
дискъ, центръ котора-
го находится внѣ цент-
ра оси: вслѣдствіе этого
онъ вмѣстѣ съ коль-
цомъ, обнимающимъ
его, и соединенномъ съ
ниМъ стержнемъ золот-
ника долженъ при вра-
щеніи махового колеса
производить движенія
вверхъ и внизъ.
Поршень .^соединенъ
посредствомъ .стержня
</, шарнира д, стержня
р (шатуна) и руко-
ятки $ съ осью махо-
вого колеса, какъ это
дѣлается и во многихъ
другихъ машинахъ
(швейная, точильная
машина), вообще тамъ,
гдѣ приходится пря-
молинейное движеніе
взадъ и впередъ пре-
вращать въ вращатель-
ное движеніе(фиг. 298).
На фиг. 299 изображенъ
передній видъ тѣхъ
же частей и ихъ свя-
зей за исключеніемъ
цилиндра. Стержни д,
д съ роликами г, г
заставляютъ стержень
поршня двигаться въ прямолинейномъ направленіи.
Таковы главныя части всякой паровой машины. Цилиндръ
можетъ быть устроенъ въ лежачемъ или стоячемъ положеніи,
вмѣсто одного цилиндра можетъ быть два, парораспредѣли-
тельная коробка можетъ быть устроена иначе, но принципъ
остается всегда однимъ и тѣмъ же.
Изъ второстепенныхъ частей паровой машины
— 314 —
необходимо прежде всего упомянуть о центробѣжномъ регу-
ляторѣ. Какъ это видно изъ фигуръ 298 и 299, регуляторъ
этотъ состоитъ изъ вертикальной оси а, которая черезъ по-
средство двухъ зубчатыхъ колесъ іѵ и гѵ' приводится въ вра-
щательное движеніе маховымъ колесомъ. Отъ верхняго конца
этой оси свѣшиваются два, укрѣпленные на шарнирахъ,
стержня е, оканчивающіеся внизу тяжелыми шарами Л Два
другихъ шарнира соединяютъ эти стержни съ муфтой А,
которая
можетъ скользить вверхъ
Фиг. 299.
и внизъ по оси регуля-
тора^ Приведенные во
вращательное движе-
ніе, шары эти полу-
чаютъ центробѣжную
силу и подъ дѣйстві-
емъ ея удаляются отъ
оси и при этомъ при-
поднимаются вверхъ,
тѣмъ самымъ припод-
нимая и муфту. Когда
скорость вращенія ма-
ховаго колеса умень-
шается, то уменьшает-
ся и центробѣжная си-
ла, и шары, а вмѣстѣ
съ ней и муфта, опу-
скаются. Въ паропро-
водной трубѣ находит-
ся клапанъ і, пово-
ротъ котораго можетъ
не пропустить паръ
въ парораспредѣ-
лительную коробку, й
вотъ ось этого клапана
связана механически
съ упомянутой выше
муфтой черезъ посред-
ство рычага іт стержня
И и рычага НН' такъ,
что, когда муфта при-
поднимается, клапанъ отчасти закрываетъ пару доступъ
въ парораспредѣлительную коробку. Поэтому, какъ только
скорость машины становится слишкомъ великой, муфта,
приподнимаясь, уменьшаетъ количество пара, попадающаго
въ парораспредѣлительную коробку, и тѣмъ замедляетъ ходъ
машины. Когда же скорость машины становится ниже нор-
мальной, шары, а вмѣстѣ съ ней и муфта, опускаются, кла-
панъ открывается, количество пара въ парораспредѣлитель-
ной коробкѣ увеличивается и нормальная скорость возста-
— 315 —
новляется. Мы описали это приспособленіе въ самыхъ об-
щихъ чертахъ, во въ немъ имѣется множество усовершен-
ствованій. Оно оказывается особенно необходимымъ тогда,
когда машинѣ приходится совершать очень непостоянную
работу.
Во время работы машины котелъ долженъ наполняться
водой въ такой мѣрѣ,. въ какой она испаряется. Дѣлается
это съ помощью нагнетательнаго насоса Л, приводимаго
въ дѣйствіе осью маховаго колеса, которая соединена съ
нимъ стержнемъ Ь и эксцентрикомъ Е'.
Задача маховаго колеса—сдѣлать скорость вращенія
и работу машины равномѣрными и выводить поршень изъ
его высшаго и низшаго положенія (мертвыя точки). Въ слу-
чаѣ двухъ цилиндровъ въ послѣднемъ нѣтъ надобности,
такъ какъ поршень одного цилиндра находится посерединѣ
своего пути въ то время, когда поршень второго цилиндра
проходитъ черезъ мертвую точку. Въ локомотивахъ нѣтъ
маховаго колеса и въ немъ нѣтъ надобности, потому что
имѣются всегда два цилиндра, а инерція всей массы локо?
мотива преодолѣваетъ мертвыя точки.
Въ тѣхъ паровыхъ машинахъ, въ которыхъ паръ изъ
цилиндра прямо выпускается наружу (локомобили, локомо-
тивы, небольшія машины вообще), давленіе его должно пре-
вышать давленіе атмосферы. Поэтому, если его давленіе
равно двумъ атмосферамъ, то половина его силы пропа-
даетъ; при трехъ атмосферахъ его давленія пропадаетъ г/з
и т. д. Ясно, что въ такихъ машинахъ паръ долженъ имѣть
высокое давленіе, чтобы потеря составляла небольшую
часть всего давленія.
Когда давленіе пара равно 8 атмосферамъ, пропадаетъ
только х/8 расть его. Такія машины называются машина-
ми высокаго давленія. Уаттъ сталъ первый строить
машины, въ которыхъ паръ, выходя изъ цилиндра, попа-
даетъ въ замкнутое помѣщеніе—конденсаторъ, гдѣ онъ
охлаждается душемъ холодной воды. Впрысканная и обра-
зовавшаяся холодная вода высасывается изъ конденсатора
насосомъ, приводимымъ въ движеніе самой машиной. Та-
кимъ образомъ противоположное давленіе атмосферы отпа-
даетъ и вмѣсто нея остается лишь небольшое давленіе, со-
отвѣтствующее упругости паровъ при температурѣ , охла-
ждающей воды, такъ что отъ всего давленія пара въ котлѣ
пропадаетъ „очень мало. Такая машина можетъ уже работать
при одной атмосферѣ давленія пара и называется, поэтому,_
машиной низкаго давленія. При той же работѣ,'
которую дѣлаетъ машина высокаго давленія, эта машина
занимаетъ гораздо большее пространство, болѣе сложна,
требуетъ много холодной воды, но зато не требуетъ много
угля. Поэтому такими машинами пользуются на большихъ
— 316 —
фабрикахъ и на корабляхъ. Для локомотивовъ такія машины
не пригодны, потому что невозможно возить съ собой боль-
шого количества холодной воды.
Въ описанныхъ до сихъ поръ машинахъ паръ въ тотъ
моментъ, когда онъ, передвинувъ поршень, выходитъ на-
ружу или въ конденсаторъ, обладаетъ еще всей своей
упругостью и, слѣдовательно, еще работоспособенъ. Чтобъ
использовать всю силу пара и также предохранить машину
отъ внезапныхъ толчковъ, полезно прекратить доступъ пара
въ цилиндръ раньше, чѣмъ поршень дойдетъ до конца его.
Тогда паръ въ послѣдней части цилиндра еще больше рас-
ширяется и, произведя работу, теряетъ значительную часть
своей упругости. При этомъ, кромѣ того, получается еще
экономія въ парѣ. Это заблаговременное прекращеніе доступа
пара въ цилиндръ достигается соотвѣтствующимъ устрой-
ствомъ золотника, а такія машины называются машинами
съ расширеніемъ. Существуетъ множество очень удоб-
ныхъ конструкцій машинъ, въ которыхъ моментъ прекра-
щенія пара регулируется ходомъ самой машины, въ зависи-
мости отъ того, должна ли машина совершить больше или
меньше работы. Такія машины называются машинами
съ перемѣннымъ расширеніемъ. При равной вели-
чинѣ машина съ расширеніемъ производитъ, конечно, меньше
работы, чѣмъ машина безъ расширенія, но она зато произ-
водить больше работы, чѣмъ та, при одной и той же
затратѣ пара, а, слѣдовательно, и угля. Если ее сдѣлать
соотвѣтственно больше, то при равной затратѣ угля, она
производитъ гораздо больше работы и при спокойномъ ходѣ
она гораздо прочнѣе и потому во всякомъ случаѣ несрав-
ненно выгоднѣе.
Но та же цѣль можетъ быть достигнута еще р другимъ
образомъ: послѣ того, какъ паръ въ одномъ небольшомъ
цилиндрѣ передвинулъ поршень до конца, его впускаютъ
въ другой большій, а иногда еще и въ третій еще большій
цилиндръ, такъ что онъ постепенно отдаетъ свою упругость
и въ конденсаторъ попадаетъ съ очень небольшой силой
упругости (система Вольфа или компаундъ). Такія
машины теперь особенно часто употребляются на парохо-
дахъ, такъ какъ въ нихъ соединеніе поршневого стержня
съ осью винта маховаго колеса очень просто и занимаетъ
мало мѣста. На болѣе старыхъ колесныхъ пароходахъ упо-
требляли для экономіи мѣста качающійся цилиндръ, въ ко-
торомъ поршневой стержень могъ прямо играть роль ша-
туна. Морскія машины суть, разумѣется, машины низкаго
давленія, такъ какъ холодной воды здѣсь достаточно.
Локомотивы, наоборотъ, бываютъ всегда машинами
высокаго давленія. Отъ обыкновенной неподвижной машины
высокаго давленія она отличается прежде всего своей топ-
— 317 —
кой. Недостаточно еще цилиндръ или цилиндры машины
сдѣлать достаточно большими; чтобы наполнить его или
ихъ быстро и достаточно часто паромъ необходимо, чтобы
котелъ давалъ достаточно пару, а для этого должна быть
достаточно велика поверхность нагрѣва. Обыкно-
венный цилиндрическій котелъ, который могъ бы дать до-
статочно пару для работы локомотива, долженъ былъ бы
имѣть слишкомъ большую величину. Поэтому, увеличи-
ваютъ поверхность нагрѣва инымъ образомъ: вдоль котла
укладываютъ множество желѣзныхъ трубъ, по которымъ и
проходятъ газы, получающіеся при горѣніи. Расположеніе
обоихъ цилиндровъ на обѣихъ сторонахъ котла всякому,
вѣроятно, извѣстно изъ опыта. Посредствомъ особой системы
рычаговъ, на которой мы здѣсь останавливаться не будемъ,
можно измѣнить направленіе пара и такимъ образомъ на-
правлять локомотивъ впередъ или назадъ. Мы уже упоми-
нали, что поршни не должны быть въ обоихъ цилиндрахъ
одновременно .въ мертвыхъ точкахъ и что маховое колесо
здѣсь не нужно.
Локомобиль занимаетъ среднее положеніе между
неподвижной машиной и локомотивомъ. Въ большинствѣ
случаевъ онъ имѣетъ и котелъ съ трубами и маховое
колесо.
Пытались и въ паровыхъ машинахъ прямо получить
вращательное движеніе, отчасти пользуясь реакціей (отда-
чей) освобождающагося пара по принципу турбинъ (паровое
колесо Герона), отчасти тангенціальнымъ ударомъ о ло-
патки (паровая турбина Лаваля) отчасти давленіемъ на
части, движущіяся на подобіе поршня. Изъ всѣхъ этихъ
системъ лучшей, повидимому, является система Лаваля,
въ которой достигли необычайно высокаго числа оборо-
товъ—30000 въ минуту и по которой строются машины до
300 лошадиныхъ силъ.
Скажемъ еще нѣсколько словъ о работѣ и объ эффектѣ
полезной работы паровыхъ машинъ.
Работу сильной лошади принимаютъ равной 75 метр-ки-
лограммамъ въ секунду. Такую работу называютъ, поэтому,
лошадиной силой (правильнѣе было бы сказать: лошадицая
работа) и обозначаютъ ее буквами НР (начальныя буквы
англійскихъ словъ: Ногзероѵѳг). Такимъ образомъ, если ра-
бота паровой машины равна 750 метр-килограммамъ въ се-
кунду, то говорятъ, что эта машина въ 10 лошадиныхъ
силъ. Работа, производимая машиной, можетъ быть измѣ-
рена двоякимъ способомъ: или измѣряется давленіе пара
въ цилиндрѣ при опусканіи поршня, или измѣряется ра-
бота, дѣйствительно производимая шкивомъ; первая работа
называется „инд ик а тори ой“, а вторая—„э ф ф ект ив-
н о й“ работой. Вторая работа всегда бываетъ немного
— 318 —
меньше, но именно она всего болѣе интересна для покупа-
теля машины. Такъ какъ эта работа измѣряется посред-
ствомъ тормаза-динамометра, то ее часто называютъ также
тормазной лошадиной силой.
Динамометръ этотъ называется по имени своего изобрѣ-
тателя нажимомъ Прони и имѣетъ слѣдующее устрой-
ство (фиг. 300).
На оси вала бруса привинчены брусья В и В'. На плечо ры-
чага, поднимающееся при вращеніи, помѣщаютъ подвижной
грузъ Р (или привѣшиваютъ чашку, на которую можно на-
кладывать различный грузъ). Пустивъ въ движеніе двига-
тель, регулируютъ посредствомъ винта 8 треніе такъ, чтобы
брусъ В' не опускался и не поднимался, а оставался посре-
динѣ между втулками ала' или по крайней мѣрѣ, въ сред-
немъ столько же разъ ударялся о верхнюю втулку, сколько
о нижнюю.
Если разстояніе между грузомъ Р и осью = В метрамъ,
то 2Нтс есть окружность круга, который описывалъ бы при
каждомъ оборотѣ грузъ Р, будь брусъ неподвижно соеди-
ненъ съ осью. Мы можемъ себѣ представить, что грузъ на
этомъ пути то опускается, то настолько же двигателемъ
Фиг. зоо.
О«
О
о«-
подымается вверхъ. Ясно, что поднятіе тогда будетъ равно
2Вх метровъ на каждый оборотъ вала. Если мы это число
домножимъ на число килограммъ, сколько вѣситъ грузъ Р,
мы получимъ работу, произведенную при одномъ оборотѣ.
Если п есть число оборотовъ въ минуту, то есть число
60
ихъ въ секунду и, если мы это число помножимъ на полу-
ченную нами работу въ 1 оборотъ, мы получимъ работу
двигателя (эффектъ).
Е = ^.Я.Р.„.
Допустимъ, напримѣръ, что въ небольшой паровой
машинѣ В — 1 метру, Р = 10 килограммъ, п = 240;
„ 2.3, 14.1, 10.240
тогда Е =---------—-----— = 251,2 киллограммометровъ
251 2
въ секунду = 75? = 3,35 НР. Мы тогда скажемъ, что ма-
шина эта въ 3 эффективныхъ лошадиныхъ силъ.
— 319 —
Ясно, что этотъ способъ измѣренія можетъ быть примѣ-
ненъ и на всѣхъ другихъ двигателяхъ, какъ и турбинахъ;
въ случаѣ вертикальной оси грузъ, дѣйствующій на рычагъ,
подвѣшенъ на веревкѣ, переброшенный черезъ неподвижный
блокъ.
ЛЕКЦІЯ СОРОКЪ ДЕВЯТАЯ.
Теплота сгоранія. Горючія вещества и развиваеивя ими теплота. Бук-
зенова горѣлка. Печка, отапливаемая газомъ. Паяльная лампа. Спирто-
вая лампа. Недостатки и преимущества печей различныхъ конструк-
цій. Мѣры предупрежденія пожаровъ. Калориметрическій и пирометриче-
скій эффектъ.. Способы тушенія пожаровъ.
Среди источниковъ теплоты, которыми мы пользуемся въ
нашей обыденной жизни, первое мѣсто занимаетъ теплота
сгоранія. Мы нагрѣваемъ наши паровые котлы, печи и
очаги каменнымъ углемъ, бурымъ углемъ, деревомъ или
торфомъ; маленькіе аппараты мы иногда нагрѣваемъ свѣ-
тильнымъ газомъ, керосиномъ или спиртомъ. Во всѣхъ про-
цессахъ сгоранія, теплота выдѣляется при химическомъ со-
единеніи горючаго вещества съ кислородомъ. Кислородъ
при этомъ поглощается изъ воздуха, въ которомъ, какъ мы
уже знаемъ, онъ составляетъ приблизительно пятую часть.
За исключеніемъ фтора съ кислородомъ соединяются всѣ
элементы. Количества теплоты, выдѣляющіяся при соедине-
ніи различныхъ веществъ съ кислородомъ, весьма различны.
У благородныхъ металловъ они очень невелики: такъ, на-
примѣръ, при соединеніи одного килограмма серебра съ ки-
слородомъ выдѣляется только 27 калорій, что означаетъ, что
этимъ количествомъ теплоты можно нагрѣть 27 килограм-
мовъ воды на 1° или 1 килограммъ—на 27°. Больше теплоты
выдѣляется при соединеніи съ кислородомъ щелочныхъ и
щелочно-земельныхъ металловъ; такъ, напримѣръ, при со-
единеніи 1 килограмма калія съ кислородомъ выдѣляется
1745 калорій, 1 килограмма кальція—3284 и 1 килограмма
магнія—6077 калорій. Далѣе соединеніе съ кислородомъ 1 ки-
лограмма сѣры даетъ 2220, 1 клг. фосфора—5960, 1 клг.
углерода—8080, 1 клг. водорода—34200 калорій. Послѣдняя
величина есть вообще наибольшая теплота сгоранія.
Нѣкоторые элементы при соединеніи съ кислородомъ не
выдѣляютъ теплоты, а, наоборотъ, поглощаютъ ее. Это—
элементы съ отрицательной теплотой сгоранія.
Сюда принадлежатъ хлоръ и азотъ.
Въ практическомъ отношеніи особенно важны, какъ го-
рючія вещества, кромѣ различныхъ сортовъ угля, тѣ соеди-
ненія углерода съ водородомъ, какъ и тѣ соединенія угле-
— 320 —
рода, водорода и кислорода, которыя содержатъ относительно'
мало кислорода и потому при полномъ сгораніи могутъ-еще
много поглотить его.
Таблица важнѣйшихъ горючихъ веществъ и величинъ ихъ сгоранія.
Теплота
Вещество. сгоранія на
килограммъ.
Газы.
Водородъ............... 34200
Метанъ 1 Главныя составныя части 13240
Этиленъ^ свѣтильнаго газа . 11900
Закись углерода........ 2440
Жидкости,
Керосинъ....................... 11000
Скипидаръ.................... 10900
Бензолъ...................... 10000
Рѣпное масло................. 9600
Прованское масло-............... 9400
Эфиръ........................ 8800
Алкоголь ....................... 7100
Твердыя тѣла.
Древесный уголь............ 8080—7100
Каменный уголь........... 8700—вооо х)
Коксъ...................... 8000—7000
Бурый уголь................ 7300—6300
Торфъ...................... 5000—3000
Дерево съ 12о/* воды:
Сосна........................... 4480
Ель............................. 4420
Береза.......................... 4200
Ясень........................... 4150
Букъ ........................... 4100
Дубъ............................. 3990 а)
Животное сало.................. 9400
Крахмалъ........................ 4200
Клѣтчатка.............• . 4200
Тростниковый сахаръ .... 4000
і) Теплота сгоранія нѣкоторыхъ сортовъ каменнаго угля съ очень
болыпимъ содержаніемъ углеводородовъ доходитъ до 9260 калорій на.
килограммъ, а у нѣкоторыхъ плохихъ сортовъ съ большимъ содержа-
ніемъ золы она часто падаетъ ниже 6000 калорій
Для сухого дуба Фишеръ нашелъ 4421 кал.
— 321 —
Числа, приведенныя въ этой таблицѣ, не всѣ опредѣлены
съ, равной точностью, и имѣютъ лишь приблизительное
значеніе, что въ особенности слѣдуетъ сказать о веществахъ
непостояннаго состава. Принимается, что эти вещества, при
атмосферномъ давленіи совершенно сго-
раютъ въ углекислоту и водяные пары,
и что изъ развивающейся теплоты не
пропадаетъ ничего. Иначе говоря, числа
эти представляютъ собой теоретическія
максимальныя величины. Въ дѣйствитель-
ности эти величины получаются очень
рѣдко.
Когда, напримѣръ, зажигаютъ керосинъ
или скипидаръ безъ особыхъ предосторож-
ностей, они сгораютъ съ сильно коптящимъ
пламенемъ, т. е. часть содержащагося въ
нихъ углерода вовсе не сгораетъ, а вы-
дѣляется въ видѣ копоти. Въ такомъ слу-
чаѣ теплота сгоранія ихъ, конечно, меньше. ф
Точно также и алкоголь при недостаточ-
номъ доступѣ воздуха сгораетъ не весь, что можно узнать
по запаху альдегида.
И каменный уголь, дерево и торфъ выдѣляютъ большое
количество копоти, улетучивающейся въ дымѣ. Для пол-
наго сгоранія необходимо прежде всего
достаточное количество кислорода т. е.
достаточный доступъ воздуха. Всего луч-
ше это достигается у газо-или парообраз- / М 5
ныхъ горючихъ веществъ, которыя можно
привести въ тѣсное соприкосновеніе съ
воздухомъ.
Примѣръ этому представляетъ бун-
зеновская горѣлка. Эта геніальная,
хотя и чрезвычайно просто устроенная,
горѣлка изобрѣтена великимъ Гейдель-
бергскимъ химикомъ Бунзеномъ. Она
изображена на фиг. 301 и 302. Свѣтиль-
ный газъ проводится посредствомъ кау-
чуковой трубки въ трубку I и треугольное
маленькое отверстіе а, откуда, смѣшав-
шись съ воздухомъ, всосаннымъ черезъ
боковыя отверстія <Г, онъ поднимается по
трубкѣ е[ и горитъ голубоватымъ пламе- фиг
немъ. Вращая часть е, можно съуэить
эти боковыя отверстія, и тогда въ горѣлку поступитъ меньше
воздуха, если ихъ закрыть совсѣмъ, то газъ горитъ свѣтя-
щимъ и коптящимъ пламенемъ съ ничтожнымъ выдѣле-
ніемъ теплоты. Конусомъ д* безъ котораго можно, впрочемъ,
— 322 —
ми*»?!
Фиг. 303.
которое вещество можетъ
Ь
обойтись, можно еще увеличить тягу. На фиг. 303 изобра-
жена другая очень распространенная форма этой горѣлки.
Здѣсь свѣтильный газъ смѣшивается съ воздухомъ въ го-
ризонтальной трубкѣ Ъ. Пламя горитъ вокругъ круглаго ди-
ска, находящагося въ центрѣ.
При горѣніи жидкихъ
горючихъ веществъ, жидкость
обыкновенно поднимается изъ
резервуара по плоскому или
цилиндрическому фитилю и
прежде всего подвергается ис-
паренію. Вслѣдствіе этого обра-
зуется узенькое пламя, черезъ
смѣшаться съ воздухомъ. Очень
удобный аппаратъ представляетъ собой с.пиртоваялампа
Ланге фиг. 304. Въ резервуарѣ 8 вставлена металлическая
трубка В, сверху закрытая, а по бокамъ снабженная малень.
кими отверстіями. Внутри трубки вставленъ фитиль 2), п0
которому поднимается изъ
резервуара спиртъ. Снаружи
трубка окружена короткимъ
цилиндрическимъ фитилемъ
й, кругообразное пламя кото-
раго превращаетъ спиртъ вну-
тренняго фитиля въ пары. Эти
пары, выходя черезъ отверстія
наружу, образуютъ очень силь-
ное пламя, имѣющее форму
звѣзды. Помѣщеніе В наполнено дробью, чтобъ придать
аппарату больше устойчивости. Сюда же относятся паяль-
ныя лампы фиг. 305, въ которыхъ спиртъ находится въ
котелкѣ Ь и стоящей подъ послѣдней лампой а превра-
щается въ пары; пары эти
выходятъ наружу черезъ боко-
вую изогнутую трубку с, обра-
зуя очень сильно заостренное
пламя. Подобнымъ же обра-
зомъ устраиваются лампы для
топки керосиномъ.
Хотя свѣтильный газъ сто-
итъ дороже, чѣмъ уголь или
дерево, тѣмъ не менѣе печки,
отапливаемыя газомъ, обхо-
дятся значительно дешевле,
чѣмъ старыя печки, отапливае-
мыя твердыми горючими веществами, какъ дерево или
уголь. Это объясняется тѣмъ, что въ тѣхъ старыхъ печахъ
пропадало много теплоты, которая шла на нагрѣваніе са-
мой печи, ея стѣнокъ и верхней части, и что газъ горитъ
Фиг.
305.
— 323 —
какъ разъ столько, сколько это нужно. Кромѣ того печки,
отапливаемыя газомъ, имѣютъ еще и то преимущество, что
вся работа происходитъ гораздо быстрѣе и чище.
Въ печкахъ, отапливаемыхъ твердыми горючими веще-
ствами, приходится позаботиться о достаточномъ притокѣ
воздуха. Въ большинствѣ случаевъ это достигается всасы-
вающимъ дѣйствіемъ печныхъ трубъ. Газы, об-
разующіеся въ видѣ продуктовъ сгоранія, вслѣдствіе своей
высокой температуры легче атмосфернаго воздуха; поэтому,
они съ довольно значительной силой поднимаются вверхъ
по печной .трубѣ, и эта сила тѣмъ больше, чѣмъ выше тем-
пература газовъ и чѣмъ длиннѣе труба. Но именно, поэтому,
приходится жертвовать частью, образующейся отъ сгоранія,
теплоты, которая для самаго отопленія пропадаетъ. Чтобы
не тратилось на это больше теплоты, чѣмъ нужно, необхо-
димо позаботиться о томъ, чтобы воздушная тяга была ни
больше ни меньше той, которая требуется процессомъ сго-
ранія. Слишкомъ сильная тяга влечетъ за собой безполезныя
цотери не менѣе, чѣмъ слишкомъ слабая.
Далѣе необходимо позаботиться о томъ,
чтобы всосанный воздухъ не проходилъ
въ трубу безъ всякой пользы мимо го-
рючаго вещества, а приходилъ бы съ
нимъ въ возможно болѣе тѣсное сопри-
косновеніе. Это достигается дверцами
особаго рода, усиливающими тягу, и
хорошо устроенной рѣшеткой для огня.
Разсмотримъ всѣ условія топки на про-
стой комнатной печкѣ. На фиг. 306 изо-
бражена печка самаго простого устрой-
ства. Она состоитъ изъ цилиндрическаго
или призматической формы помѣщенія
для топки съ большой дверцой Н, вы-
тяжной трубы С, соединяющей это по-
мѣщеніе съ каминомъ К. Огонь, раз-
веденный на днѣ этого помѣщенія,
Фиг. 306.
очень быстро нагрѣваетъ находящійся тамъ воздухъ; на-
грѣвшись, воздухъ поднимается въ каминъ, а черезъ откры-
тую дверцу насасывается свѣжій воздухъ. Изъ этого воздуха
небольшая часть проникаетъ внутрь костра, а большая часть
вмѣстѣ съ газами, продуктами горѣнія, поднимается въ ка-
минъ. Обуглившіеся куски дерева, покрытые золой, не мо-
гутъ сгорѣть совершенно: на днѣ помѣщенія для топки
нѣтъ рѣшетки и потому снизу нѣтъ притока воздуха. Въ
такомъ случаѣ не удается использовать всей теплоты, которую
отопленіе могло бы дать ,и кромѣ того всего больше нагрѣ-
вается каминъ и гораздо меньше сама комната. Стѣнки
печки съ внутренней стороны быстро охлаждаются излиш-
22 Закаі 10'8
— 324 —
ней тягой воздуха. Этому можно, конечно, помѣшать, за-
крывши заслонку С, но тогда можетъ произойти нѣчто го-
раздо худшее: возникаетъ недостатокъ въ кислородѣ, необхо-
димомъ для того, чтобы остатки угля совершенно сгорѣли
въ углекислоту; при недостаточномъ же притокѣ кислорода
они сгораютъ въ ядовитый газъ—окись
углерода, который, попавъ черезъ топоч-
ную дверцу въ комнату, можетъ явиться
большой опасностью для здоровья и
жизни обитателей ея. Болѣе подробно
разсказали мы уже объ этомъ газѣ въ лек-
ціи 35. Очевидно, что эта печка имѣетъ
множество недостатковъ. На фиг. 307
изображена печка, въ которой всѣ эти
недостатки устранены.
Прежде всего изъ-за поперечныхъ
стѣнокъ газы прежде, чѣмъ попасть въ
каминъ, должны пройти болѣе длинный
путь въ помѣщеніи для топки и въ это
время отдаютъ его стѣнкамъ значитель-
,іг ную часть своей теплоты. Этимъ уже
предупреждается слишкомъ сильная тяга
воздуха. Топочная дверь Н закрыта и вмѣсто нея открыто
находящееся въ ней маленькое отверстіе для тяги, доста-
точно великое чтобы впускать необходимое количество
воздуха. Чѣмъ меньше поперечный разрѣзъ его тѣмъ съ
большей скоростью врывается черезъ нее воздухъ’ токъ воз-
духа. прямо направленъ на пламя и
поэтому мимо огня проходитъ гораздо
меньше воздуха. Когда пламя поту-
хаетъ и въ печкѣ остаются только рас-
каленные уголья, закрываютъ и это
отверстіе. Съ этихъ поръ воздухъ про-
никаетъ только черезъ дверцу А подъ
рѣшетку 7?; попадая черезъ эту рѣ-
шетку подъ раскаленные уголья, онъ
вызываетъ полное сгораніе ихъ. Че-
резъ рѣшетку пепелъ спадаетъ внизъ
и куски угля становятся доступны
притоку воздуха. Чтобы совершенно
закрыть печку, закрываютъ обѣ двер-
пы, но не верхнее отверстіе у С. Разъ
закрыты эти дверцы, то и образую-
щаяся окись углерода въ комнату
Фпг. 308.
попасть не можетъ.
На фиг. 308 изображена печка съ нѣсколько инымъ
устройствомъ. Здѣсь поперекъ печки устроенъ пролетъ изъ
жести, который газамъ приходится обойти. Этимъ дости-
— 325 —
гается дванкая выгода: во первыхъ, площадь для нагрѣва-
нія становится больше и потому быстрѣе нагрѣвается ком-
ната, а во-вторыхъ, уходъ горячихъ газовъ въ каминъ ни-
сходящимъ каналомъ еще болѣе замедляется; въ-третьихъ,
когда дверцы печки закрыты, а заслонка О остается откры-
той или ея даже вовсе нѣтъ, печка не отдаетъ такъ быстро
своихъ теплыхъ газовъ камину и потому не остываетъ.
Какъ затопить печку хорошо? Горючій матеріалъ дол-
женъ быть правильно уложенъ на площадкѣ, дверца топки
или ея отверстія для тяги должны быть открыты настолько,
чтобъ токъ воздуха не былъ ни слишкомъ великъ, ни слиш-
комъ малъ, какъ и во время закрыты, и позже должна быть
вполнѣ закрыта дверца для пепла. Дать болѣе опредѣлен-
ныя правила для этого невозможно, потому что все зависитъ
отъ высоты камина, качествъ горючаго матеріала и нѣкото-
рыхъ другихъ обстоятельствъ, и мы поэтому дали лишь об-
щія руководящія правила.. Чѣмъ уголь плотнѣе и съ боль-
шимъ трудомъ сгораетъ, тѣмъ важнѣе руководствоваться
данными правилами. Печка, изображенная на фиг. 306, ни-
когда не отапливается каменнымъ углемъ, а только сухимъ
деревомъ.
Чѣмъ дерево суше, тѣмъ больше оно выдѣляетъ теплоты
при сгораніи, что происходить по двумъ причинамъ: во-
первыхъ, чѣмъ дерево суше, тѣмъ больше въ немъ горю-
чаго матеріала, и во-вторыхъ, чтобы превратить воду въ
пары, тратится значительное количество теплоты, превы-
шающее 600 калорій на килограммъ. Нѣкоторые несвѣдущіе
люди полагаютъ, что даже хорошо впрыскивать въ огонь
воду: вода при этомъ разлагается, молъ, на водородъ и ки-
слородъ, которые потомъ вновь соединяются, при чемъ осво-
бождается очень много теплоты. Но такое утвержденіе не
имѣетъ никаго смысла: вѣдь, столько теплоты, сколько по-
томъ получается прй соединеніи водорода съ кислородомъ,
должно быль раньше потрачено для разложенія воды. Ёсли
кузнецъ брызгаетъ подчасъ воду въ горнъ, то онъ это дѣ-
лаетъ только для того, чтобы предохранить поверхность
груды угля, подъ которой лежитъ желѣзо, отъ излишняго
сгоранія и выдѣленія теплоты, что даетъ экономію въ углѣ
и облегчаетъ работу.
Съ другой стороны въ случаѣ большихъ пожаровъ впры-
скиваютъ воду внутрь открытаго огненнаго моря можетъ
быть не только безполезно, но даже вредно: если впрыски-
ваемая вода оказывается недостаточной для того, чтобъ по-
тушить огонь, то большія количества образующихся водя-
ныхъ паровъ могутъ усилить притокъ воздуха и, слѣдова-
тельно, усилить огонь. Поэтому, лучше направлять струю
воды на края огненнаго моря, чтобы, по крайней мѣрѣ, вос-
препятствовать распространенію пожара.
— 326 —
Количество теплоты, выдѣляемое однимъ килограммомъ
горючаго матеріала (калориметрическій эффектъ) не слѣ-
дуетъ смѣшивать съ высшей, получаемой при горѣніи тем-
пературой (пирометрическій эффектъ). Большому калори-
метрическому эффекту вовсе не всегда соотвѣтствуетъ вы-
сокая температура сгоранія. Послѣдняя особенно зависитъ
еще отъ того, сколько излишняго воздуха притекаетъ къ
огню. Самыя высокія температуры получаются тогда, когда
къ огню -притекаетъ только кислородъ; азотъ, притекающій
вмѣстѣ съ послѣднимъ въ воздухѣ, не уменьшаетъ количе-
ства теплоты сгоранія, но понижаетъ его температуру. Въ
предлагаемой таблицѣ, составленной Валеріу сомъ, приведена
теплота и температура сгоранія угля, кокса и дерева.
Горючіе матеріалы. Теплота сгоранія Температура сгоранія.
Съ необходимымъ Съ вдвое большимъ
въ кало- ріяхъ. количествомъ воз- духа въ градусахъ Цельсія. количествомъ воз- духа въ градусахъ Цельсія.
Уголь . 8080 2720° 1445°
Коксъ . 6868 2393 1341
Дерево, высушенное
при 120° Дерево, обыкновен- 3616 2494 1291
ное съ 2О°/о воды. 2756 1913 1102
Какъ это видно изъ таблицы, сухое дерево въ отноше-
ніи температуры превосходитъ коксъ, а въ отношеніи коли-
чества теплоты, выдѣляемой при сгораніи, значительно усту-
паетъ ему. Отсюда понятно, почему предпочитаютъ для
топки кафельныхъ печей сухое-дерево. Предпочитаютъ его,
впрочемъ, еще и потому, что его большое пламя нагрѣ-
ваетъ болѣе отдаленныя части печки, между тѣмъ какъ
коксъ только раскаляется, сильно нагрѣвая лишь ближай-
шія части печки.
Изъ сказаннаго не трудно заключить, что нужно дѣлать
при тушеніи пожара. Мы должны тогда поставить себѣ двѣ
цѣли: удаленіе кислорода (воздуха) и охлажденіе. Средство,
къ которому всего чаще прибѣгаютъ въ такихъ случаяхъ,—
вода служитъ одновременно обѣимъ цѣлямъ. Покрывъ го-
рящее вещество слоемъ воды, его и отдѣляютъ отъ кисло-
рода воздуха и понижаютъ его температуру ниже темпера-
туры горѣнія. Когда приходится тушить горящую жидкость,
плавающую поверхъ воды (масло, керосинъ, жиръ, эфиръ
и т. д.), вода часто не помогаетъ и даже можетъ оказаться
вредной. Если масло, расплавленный жиръ или смола на-
грѣваются выше температуры кипѣнія воды, то прилитая
вода нагрѣвается въ этой массѣ, превращается въ пары,
разносящіе горящую жидкость все дальше и дальше, такъ
— 327 —
что пожаръ разростается. Въ такихъ случаяхъ приходится
прекратить доступъ воздуха другими средствами: пескомъ,
землей и т. д. Если пожаръ начинается въ какомъ нибудь
закрытомъ помѣщеніи (погребѣ, складѣ), то вѣрнѣйшее сред-
ство потушить его — плотно закрыть помѣщеніе и такимъ
образомъ прекратить доступъ воздуха. Цѣлесообразно также
въ такомъ случаѣ образованіе газовъ, не поддерживающихъ
горѣнія, какъ,- напримѣръ, углекислоты (обливаніемъ со-
довой водой), или сѣрнистой кислоты (зажиганіемъ сѣры).
Предоставляя желающимъ болѣе подробно ознакомиться съ
этимъ вопросомъ обратиться къ спеціальнымъ учебникамъ,
мы разсмотримъ еще вопросъ, что нужно дѣлать людямъ,
на которыхъ платье загорѣлрсь. Придя въ полное замѣша-
тельство, они, къ сожалѣнію, теряютъ способность размы-
шлять и, чтобъ спастись, бросаются бѣжать къ водѣ, кото-
рая часто находится на довольно далекомъ отъ нихъ раз-
стояніи. Этимъ они образуютъ хорошій токъ воздуха и только
усиливаютъ пожаръ, такъ что помощь приходитъ въ- боль-
шинствѣ случаевъ слишкомъ поздно. Конечно, если спаси-
тельная вода находится по близости, то стоитъ къ ней по-
бѣжать, но, если этого нѣтъ, то гораздо лучше броситься
сейчасъ на землю, кататься по ней или потушить огонь,
укрывшись чѣмъ нибудь. Когда человѣкъ бросается на
землю, пламя тотчасъ же потухаетъ на частяхъ тѣла, обра-
щенныхъ къ землѣ; на противоположной сторонѣ тѣла пламя
имѣетъ направленіе отъ тѣла, между тѣмъ какъ на чело-
вѣкѣ, когда онъ стоитъ, пламя распространяется вдоль тѣла.
Если даже не удается тотчасъ же потушитъ на себѣ пламя,
то, по крайней мѣрѣ, замедляется губительное дѣйствіе его,
и помощь можетъ поспѣть еще во время. Часто несчастіе
происходитъ отъ того, что человѣкъ нечаянно обливаетъ
себя жидкостью, которая тотчасъ же загорается (керосиномъ,
бензиномъ, спиртомъ). Въ такомъ случаѣ необходимо прежде
всего сбросить съ себя или сорвать горящее платье, затѣмъ
обернуть себя какими нибудь тканями, чужими платьями и
броситься въ нихъ на землю. Шелкъ, шерсть, перины не
загораются легко, а когда они загораются, то пламя не рас-
пространяется въ нихъ быстро, такъ что съ ихъ помощью
можетъ удасться потушить- пожаръ. Всѣ эти соображенія
небезполезно запомнить, чтобы въ случаѣ нужды возможно
скорѣе и увѣреннѣе принять наиболѣе цѣлесообразное рѣ-
шеніе для спасенія себя или другого.
Всего же лучше съ самаго начала быть осторожнымъ во
избѣжаніе такихъ несчастныхъ случаевъ. Не слѣдуетъ, по-
этому, держать вблизи огня летучихъ и горючихъ жидко-
стей, какъ керосинъ, лигроинъ, бензинъ, эфиръ и спиртъ, и
еще менѣе слѣдуетъ наливать ихъ въ горящія лампы или
обливать ими огонь для его усиленія.
— 328 —
ЛЕКЦІЯ ПЯТИДЕСЯТАЯ.
Образованіе теплоты треніемъ, ударомъ или давленіемъ; образованіе
холода расширеніемъ. Механическій эквивалентъ теплоты. Понятіе
энергіи. I. Законъ энергетики; законъ сохраненія энергій. II. Законъ
энергетики. Превращеніе одного вида энергіи въ другой.
Въ предыдущей лекціи у насъ была рѣчь объ образова-
ніи теплоты при химическихъ процессахъ. Двѣ Частицы (мо-
лекулы) кислорода и одна частица (молекула) углерода, бу-
дучи отдѣлены другъ отъ друга, обладаютъ способностью
соединиться, а, соединившись, онѣ выдѣляютъ извѣстное
количество теплоты. Этотъ фактъ выражаютъ слѣдующимъ
образомъ: химическая энергія превращается въ теплоту.
Процессъ этотъ сходенъ съ другимъ процессомъ, совершаю-
щимся въ гораздо большихъ размѣрахъ.
Земля и какая нибудь отдѣленная отъ нея масса, напри-
мѣръ, килограммъ какого нибудь вещества, взаимно при-
тягиваются. Когда онѣ соприкасаются т. е. когда килограммъ
падаетъ на землю, тратится работа и вмѣсто нея образуется
теплота. Мы говоримъ тогда, что исчезнувшая работа превра-
тилась въ теплоту. То же самое происходить прп всякомъ
ударѣ не вполнѣ упругихъ тѣлъ, какъ и въ тѣхъ слу-
чаяхъ, когда работа исчезаетъ вслѣдствіе тренія или
когда газъ съ затратой труда сжимается.
Если при передачѣ работы машинами часть ея всегда
пропадаетъ, то это происходитъ потому, что она вслѣдствіе
тренія превращается въ теплоту.Вращающееся маховое колесо,
колеблющійся маятникъ мало по малу приходятъ въ состояніе
покоя, что происходитъ потому, что накопленная въ нихъ жи-
вая работа вслѣдствіе тренія объ ось и воздухъ постепенно
превращается въ теплоту. Подобнаго рода процессы встрѣ-
чаются на каждомъ шагу. Когда мы тремъ спичку о стѣнку
коробочки или ударяемъ сталь о кремень, чтобы получить
огонь, мы всегда превращаемъ работу въ теплоту; только
образующаяся теплота зажигаетъ затѣмъ фосфоръ спички
или трутъ. Каждый ударъ молотка о головку гвоздя нагрѣ-
ваетъ ее. Два сильныхъ кузнеца могутъ одними ударами
молота ѣагрѣть желѣзный стержень до краснаго каленія.
Оси машины, дурно или вовсе не намазанныя, нагрѣваются
отъ тренія такъ, что могутъ накалиться. Деревянныя оси
телегъ часто такъ нагрѣваются, что онѣ начинаютъ ды-
миться. Дикіе, какъ извѣстно, чтобы получить огонь, трутъ
другъ о друга два куска дерева. Индѣйцы пользуются для
этого приборомъ, изображенномъ на фиг. 309. Круглая су-
живающаяся къ серединѣ палка изъ сухого, твердаго дерева
сжимается между двумя деревянными брусками и смычкомъ
— 329 —
приводится въ бйстрое вращеніе. Дерево тотчасъ начинаетъ
дымиться и тлѣть, такъ что можетъ зажечь легко воспламе-
няющееся тѣло. Тотъ же опытъ мы можемъ произвести съ
помощью бурава, въ оправу котораго мы вставляемъ кусокъ
твердаго дерева. Твердо уперевъ его о дощечку сухого де-
Ёева, мы быстро вращаемъ его и дощечка сейчасъ загорается.
Іще лучше устроить это на токарномъ- станкѣ. Каждый бу-
равъ, каждая пила, каждый напилокъ или ножъ во время
работы болѣе или менѣе нагрѣваются. Когда мы употреб-
ляемъ эти инструменты, мы посредствомъ нашей мускуль-
ной силы тратимъ работу, чтобъ сообщить имъ извѣстную
скорость т. е. живую работу. Но вслѣдствіе тренія скорость
получается меньшая, чѣмъ она была бы безъ тренія,
вслѣдствіе чего въ дѣйствительности получается не вся
Фиг. 309.
эквивалентная живая работа, а Только часть ея, тогда какъ
другая превращается въ теплоту. Ясно, что источникомъ
теплоты является не то движеніе, которое еще осталось, а
скорѣе то, которое не получилось изъ-тренія. Бываетъ также
и внутреннее треніе: если, напримѣръ, сгибать быстро и
много разъ оловянный стержень или толстую проволоку, мѣ-
сто сгиба нагрѣется.
Что треніемъ нитки о стеклянную трубку можно сдѣлать
надрѣзъ на трубкѣ такъ же, какъ раскаленнымъ желѣзомъ,
мы разсказали уже въ лекціи 37. Если полый металличе-
скій цилиндръ наполнить водой или оловомъ и вращать его
на токарномъ станкѣ или между двумя деревянными бру-
сками, вода можетъ быть доведена до кипѣнія и олово мо-
жетъ расплавиться.
— 330 —
Если сильно взбалтывать воду или проводить ее черезъ
узенькія трубки, она нагрѣвается; чтобы получить небольшое
повышеніе температуры ея, достаточно уже заставлять ее па-
дать съ высоты. То же самое происходитъ со ртутью или
всякой другой жидкостью. Нагрѣваются треніемъ и газы.
Легче еще они нагрѣваются сжатіемъ. Пневматическая огне-
вица фиг. 310 состоитъ изъ крѣпкой внизу закрытой сте-
клянной трубки, въ которую плотно вставленъ поршень.
Если на нижнемъ концѣ его укрѣпить кусочекъ трута п
быстро вдвинуть поршень до конца трубки, воздухъ можетъ
такъ нагрѣться, что зджжетъ трутъ. Еще легче зажечь та-
кимъ образомъ смоченный сѣро-углеродомъ клочокъ шер-
сти, помѣщенный въ трубкѣ; воспламененіе шерсти легко
замѣтить въ темнотѣ.
ЖЕсли при сжатіи воздуха работа превращается
въ теплоту, то, наоборотъ, когда воздухъ расширяется
и производитъ при этомъ работу, должна поглощать-
ся теплота. Если эта теплота не сообщается извнѣ,
то она поглощается изъ самаго воздуха и послѣдній
вслѣдствіе этого охлаждается. На этомъ принципѣ
основанъ описанный выше (лекція 45) способъ Линда
сжиженія воздуха и другихъ газовъ. Если сильно
Дуть раздувальнымъ, мѣхомъ на чувствительный
термометръ, послѣдній нагрѣвается отъ однихъ уда-
ровъ воздуха. Но если продолжать держать тер-
мометръ въ токѣ воздуха послѣ того, какъ послѣд-
ній расширился, термометръ покажетъ охлажденіе.
Если дуть ртомъ на руку, то мы чувствуемъ теплое
і дуновеніе, потому что мы при этомъ выдуваемъ воз
духъ изъ теплыхъ легкихъ. Но если сначала воздухъ
во рту сжать и затѣмъ выпускать его изо рта, токъ
воздуха намъ покажется холоднымъ: сжавшись,
гЖи воздухъ нагрѣвается, но онъ тотчасъ отдаетъ эту
теплоту рту, а, когда мы перестаемъ его сжимать,
Фиг. 310. онъ опять расширяется и вслѣдствіе этого охлаж-
дается.
Мы выше сказали, что сгораніе одного килограмма чи-
стаго угля даетъ всегда равное количество теплоты, а именно
8080 калорій. Спрашивается, происходитъ ли то же самое
при затратѣ опредѣленнаго количества работы, т. е. превра-
щается ли 1 метркилограммъ работы всегда въ равное ко-
личество теплоты, независимо отъ того, какимъ образомъ
это превращеніе происходитъ. Этотъ вопросъ можно выра-
зить еще и инымъ образомъ: существуетъ ли опредѣлённая
и постоянная пропорціональность между количествомъ ра-
боты и количествомъ теплоты, въ которую эта работа пре-
вращается? Отвѣтъ на этотъ весьма важдый вопросъ гла-
ситъ утвердительно. Работы нѣмецкаго врача Роберта
— 331 —
Майера изъ Гейльбронна, англійскаго инженера I. 3.
Джоуля изъ Манчестера, какъ и многочисленныя позднѣй-
шія измѣренія показали, что всякому метръ кило-
грамму потраченной работы соотвѣтствуетъ
калоріи полученной изъ нея теплоты.
Итакъ, когда килограммъ падаетъ на землю- съ высоты
425 метровъ, ударъ его о землю образуетъ столько теплоты,
сколько нужно для того, чтобы нагрѣть 1 килограммъ воды
на 1° Ц. Какъ это провѣрить? Всего проще это было бы
сдѣлано, если бы удалось заставить воду падать съ высоты
425 метровъ и измѣрить ея температуру до и послѣ паде-
нія: такъ какъ каждый килограммъ даетъ одну единицу
теплоты, то 1 килограммъ воды долженъ былъ бы нагрѣться
на 1°. Но устремить паденіе воды съ такой высоты не удается.
Ясно, однако, что если вода падаетъ съ высоты 42,5 метра,
она должна нагрѣться на 0,1° Ц. При этомъ только прини-
мается, что вся образующаяся теплота остается въ самой
водѣ, чтобъ дѣйствительности осуществляется не-вполнѣ, а
лишь съ нѣкоторымъ приближеніемъ. И такое повышеніе
температуры дѣйствительно наблюдалось при паденіи воды.
Мы не можемъ здѣсь описать подробно тѣхъ сложныхъ
методовъ изслѣдованія, съ помощью которыхъ физикамъ
удалось доказать этотъ принципъ. Наиболѣе замѣчательны
въ этомъ отношеніи опыты упомянутаго уже выше физика
Джоуля изъ Манчестера.
Опуская опредѣленные грузы, онъ въ заранѣе взвѣшенной
водѣ вызывалъ треніемъ теплоту и измѣрялъ послѣд-
нюю. Оказалось, что на каждую потраченную единицу ра-
боты получается Ѵігз единицы теплоты.
Этотъ принципъ былъ впервые открытъ Робертомъ
Майеромъ, избравшимъ для доказательства его обратный
путь.
Если единица теплоты превращается обратно въ работу,
если, напримѣръ, воздухъ расширяется при нагрѣваніи, то
всякая потраченная при этомъ калорія должна дать 425
метръ килограммъ работы. Мы говоримъ поэтому, что меха-
ническій эквивалентъ теплоты составляетъ
425 метркилограммовъработы.Число 425есть,слѣдо-
вательно, отношеніе между работой и теплотой—отношеніе,
напоминающее курсовую стоимость драгоцѣнныхъ металловъ
или отношеніе между различными монетами.
Золотая десятирублевка равна десяти серебряннымъ руб-
лямъ или тысячѣ мѣдныхъ копеекъ. Въ этомъ отношеніи
можно обмѣнивать одни монеты на другія. Если у насъ
нѣсколько рублей и нѣсколько мѣдныхъ монетъ, мы можемъ
число рублей помножить на 100, сложить съ мѣдными ко-
пейками и сказать, что у насъ столько то денегъ. Деньги,
слѣдовательно, есть общее названіе для всѣхъ монетъ.
— 332 —
Такое же общее названіе мы имѣемъ и для работы и
теплоты; это названіе есть энергія. Какъ мы можемъ наши
деньги выразить и въ рубляхъ и копейкахъ, такъ мы мо-
жемъ опредѣленное количество энергіи выразить и въ кало-
ріяхъ, и въ метркилограммахъ. Во второмъ случаѣ мы по-
лучимъ только число въ 425 разъ больше, чѣмъ въ пер-
вомъ случаѣ.
Итакъ, мы можемъ сказать, что всякое тѣло, само содер-
жащее теплоту или вслѣдствіе своего положенія по отно-
шенію къ другимъ тѣламъ, своего движенія или химиче-
скаго сродства къ другимъ тѣламъ, могущее вызвать обра-
зованіе теплоты, содержитъ въ себѣ энергію. Поднятый ки-
лограммъ, упавъ внизъ и ударившись о землю, можетъ вы-
звать образованіе теплоты. Вращающееся маховое колесо,
будучи задержано, образуетъ тзплоту треніемъ; уголь, сго-
рая съ кислородомъ, тоже выдѣляетъ теплоту. Различаютъ,
поэтому, нѣсколько видовъ энергіи: энергію положенія, дви-
женія, химическаго сродства и магнитной, электрической и
лучистой энергіи, о которыхъ у насъ будетъ еще рѣчь впе-
реди.
Энергія, какъ и матерія, неразрушима—таковъ
первый основной законъ ученія объ энергіи. Законъ этотъ
предвидѣлся уже давно, въ отдѣльныхъ случаяхъ былъ до-
казанъ уже раньше, но только вычисленія механическаго
эквивалента теплоты Робертомъ Майеромъ въ 1842
году, точныя измѣренія Джоуля въ 1843 году и обобще-
нія, сдѣланныя въ 1845 году Гельмгольцемъ въ его
знаменитомъ сочиненіи „О сохраненіи силы", привели къ пол-
ному открытію этого закона, окончательно подтвержденнаго
впослѣдствіи безчисленными другими изслѣдованіями. По
общему признанію законъ этотъ есть самое важное плодо-
творное открытіе XIX столѣтія.
Предполагая впослѣдствіи вернуться къ этому закону, мы
во избѣжаніе неправильныхъ толкованій должны прибавить
здѣсь еще слѣдующее. Первый основной законъ ученія объ
энергіи гласитъ лишь слѣдующее: всякій разъ, когда ра-
бота превращается въ теплоту или теплота въ работу, это
всегда происходитъ въ отношеніи 425:1 или 1:425.
Этимъ, однако, еще не сказано, что всякое количество
теплоты можно всегда превратить въ работу. Въ дѣйстви-
тельности наблюдается слѣдующее своеобразное явленіе: въ
то время какъ превращеніе работы въ теплоту возможно
всегда и сполна, въ общемъ не удается такое же полное
превращеніе теплоты въ работу безъ нѣкоторыхъ компенса-
цій. Нѣтъ, напримѣръ, ничего легче какъ превратить тре-
ніемъ работу паровой машины въ теплоту. Но если мы за-
хотѣли бы той же теплот'ой вновь нагрѣть паровой котелъ
и такимъ образомъ опять получить работу, намъ это не
— 333 —
удалось бы, и не удалось бы не только вслѣдствіе несовер-
шенства нашихъ приборовъ и неизбѣжныхъ потерь, а даже
при наиболѣе совершенныхъ приборахъ и тщательномъ вы-
полненіи опыта.
Возьмемъ вполнѣ опредѣленный случай: нашъ котелъ
нагрѣтъ до 120° т. е. приблизительно до двухъ атмосферъ
давленія. Если бы мы могли охладить пары въ конденса-
торѣ отъ температуры 120° до абсолютнаго нуля, т. е. до—
273° и, слѣдовательно, всего на 393°, то вся теплота могла
бы быть превращена въ работу. Но въ дѣйствительности,
врядъ ли удастся охладить конденсаторъ ниже 20°. Темпе-
ратура, слѣдовательно, понизится только на 100°. Это пони-
100 -
жеше температуры составляетъ лишь —— т. е. приблизи-
тельно ‘А часть пониженія до абсолютнаго нуля и потому
превращается въ работу только ’/< теплоты котла. Такимъ
образомъ теплота, которая превращается въ работу, отно-
сится ко всей теплотѣ такъ, какъ данное пониженіе темпе-
ратуры—къ абсолютной температурѣ котла.
Будь возможно превращать въ работу и ту теплоту, ко-
торая находится еще въ водѣ съ температурой въ 20°, наши
пароходы не должны были бы возить съ собой угля, такъ
какъ воды въ 20° находится въ морѣ неисчерпаемое коли-
чество. Но невозможно эту теплоту концентрировать и со-
бирать, чтобы получить болѣе высокія температуры. Только
тогда, когда температура сильно нагрѣтыхъ тѣлъ пони-
жается, часть ихъ теплоты можетъ быть превращена въ ра-
боту.
Это явленіе есть особое слѣдствіе общаго закона, из-
вѣстнаго подъ именемъ второго принципа ученія объ энер-
гіи и играющаго важную роль во всѣхъ процессахъ при-
роды. Онъ называется еще также принципомъ превра-
щенія энергіи.’ Этими немногими указаніями мы должны
здѣсь ограничиться.
ЛЕКЦІЯ ПЯТЬДЕСЯТЪ ПЕРВАЯ.
Распространеніе теплоты путемъ проводимости. Теплопроводность раз-
личныхъ тѣлъ. Хорошіе и дурные проводники. Прантичеснія примѣненія:
огнеупорныя кассы, цѣлесообразныя платья. Металлическія сѣтки. Пре-
дохранительная лампа Дэви. Опыты.
Теплота имѣетъ способность распространяться, переходя
отъ мѣстъ съ болѣе высокой температурой на мѣста съ бо-
лѣе низкой температурой.
Если мы держимъ одинъ конецъ желѣзнаго стержня въ
— 334 —
огнѣ, то постепенно нагрѣвается ц второй конецъ. Сдѣлай
мы тотъ же опытъ съ стекляннымъ стержнемъ той же тол-
щины и длины, второй конецъ нагрѣлся бы гораздо позже.
Такимъ образомъ внутренняя теплопроводность
различныхъ тѣлъ весьма не равна. Когда два различныхъ
тѣла съ неравной температурой соприкасаются, теплота тоже
переходитъ отъ болѣе теплаго къ болѣе холодному, пока
температура обоихъ не становится одинаковой. И въ этомъ
случаѣ скорость распространенія въ различныхъ тѣлахъ
различна, т. е. и внѣшняя теплопроводность у раз-
личныхъ тѣлъ различна.
Изъ всѣхъ тѣлъ обладаютъ наибольшей внутренней те-
плопроводностью золото и серебро. Въ предлагаемой таблицѣ
приведена теплопроводность нѣкоторыхъ тѣлъ по отношенію
къ теплопроводности серебра, которая принята равной 100.
Вещество. Теплопроводность.
Серебро..................... 100
Мѣдь......................... 74
Латунь....................... 23
Цинкъ........................ 19
Олово........................ 14
Желѣзо....................... 12
Свинецъ................... 8,5
Нейзильберъ............... 6
Висмутъ................... 2
Мраморъ................... 0,7
Ледъ. .................... 0,5
Стекло.................... 0,2
Дерево (вдоль волоконъ) . . 0,15
„ (поперекъ волоконъ) . 0,07
Хлопчатая бумага.......... 0,05
Каучукъ................... 0,04
Бумага.................... 0,03
Овечья шерсть............. 0,02
Шелкъ..................... 0,02
Пробка.................... 0,01
Вода...................... 0,14
Воздухъ................... 0,005
Какъ это видно изъ таблицы, металлы относятся къ хо-
рошимъ проводникамъ теплоты, а остальныя вещества—
къ дурнымъ.
Съ жидкостями дѣло происходитъ слѣдующимъ образомъ.
Если нагрѣть жидкость снизу, теплота быстро распростра-
няется снизу вверхъ, но это происходитъ не вслѣдствіе ея
теплопроводности, а вслѣдствіе теченій, вызванныхъ тѣмъ,
что теплыя части, становясь легче, поднимаются вверхъ.
— 385 —
Если же нагрѣть жидкость сверху,—чтб можно сдѣлать,
погрузивъ въ нее, напримѣръ, горячее твердое тѣло,—те-
плота распространяется сверху внизъ очень медленно: те-
ченія не образуются, а теплопроводность жидкости очень
невелика. Худшими проводниками являются газы; только
водородъ—относительно хорошій проводникъ: его теплопро-
водность въ семь разъ больше теплопроводности воздуха.
И у газовъ теплота гораздо больше распространяется тече-
ніями, чѣмъ вслѣдствіе самой теплопроводности.
Изъ этихъ качествъ теплопроводности различныхъ тѣлъ
выводятъ цѣлый рядъ фактовъ и практическихъ правилъ.
Если хотятъ быстро нагрѣть жидкость, то лучше выбрать
для этого металлическій сосудъ съ тонкимъ дномъ и всего
лучше мѣдный сосудъ; если же, наоборотъ, хотятъ жидкость
нагрѣвать постепенно, чтобы избѣжать возможности приго-
ранія, то лучше взять для этого сосудъ изъ фарфора или
глины. Если печка должна нагрѣвать комнату возможно
быстрѣе, то предпочитаютъ желѣзную печку; если же она
должна нагрѣвать комнату постепенно, но дольше, то ка-
фельная печка лучше. Ручку сосудовъ или инструментовъ,
которые очень сильно нагрѣваются, напримѣръ, ручку ко-
черги, мы дѣлаемъ изъ дерева, чтобы не обжечь пальцевъ.
Если мы хотимъ охранить тѣла отъ охлажденія, мы окру-
жаемъ ихъ дурными проводниками: войлокомъ, сѣномъ,
опилками и т. д.; зимой мы теплоты ради вкладываемъ
въ сапоги пробковыя подошвы, а водопроводные краны на
дворахъ обворачиваемъ соломой. Худшимъ проводникомъ
теплоты является воздухъ, но только тогда, когда онъ на-
ходится въ покоѣ, т. е. когда слои его не смѣняются и не
заимствуютъ теплоты для испаренія воды. Вотъ почему, для
предупрежденія охлажденія тѣлъ, ихъ заворачиваютъ въ
рыхлыя пористыя вещества, которыя и сами являются пло-
хими проводниками теплоты и въ своихъ промежуткахъ
содержатъ много воздуха. Сюда принадлежатъ въ особен-
ности шерстяныя, хлопчатобумажныя, льняныя и шелковыя
ткани, мѣхъ и пухъ.
При этомъ дѣло не столько въ самомъ матеріалѣ, сколько
въ его волокнистомъ состояніи. Льняная рубаха изъ неплот-
ныхъ волоконъ не хуже защищаетъ отъ простуды, чѣмъ
такая же рубаха изъ хлопчатобумажной матеріи. Платья и
въ особенности нижвія платья должны быть пористы не
только для того, чтобы быть плохими проводниками теплоты,
но въ особенности для того, чтобы не мѣшать испаренію
тѣла. Чтобы предупредить простуду вслѣдствіе испаренія
воды, платья должны содѣйствовать высыханію пота и по-
тому быть мягкими и легко обхватывать тѣло. Чтобы полу-
чить наименѣе цѣлесообразную рубаху берутъ возможно
болѣе плотную льняную матерію, заполняютъ ея поры крах-
— 336 —
мальнымъ клейстеромъ и затѣмъ выглаживаютъ все утюгомъ
и такимъ образомъ вмѣсто здоровой, пористой, дурно про-
водящей теплоту и мягкой матеріи получаютъ твердую, ни-
чего не пропускающую матерію, которая не прилегаетъ
къ тѣлу и не давая поту испаряться, даетъ возможность
добраться до тѣла холоднымъ теченіямъ воздуха, затруд-
няетъ испареніе и'хорошо проводитъ наружу теплоту тѣла
т. е. обладаетъ всѣми свойствами, которыя могутъ повре-
дить здоровью человѣка. Мѣхъ и пухъ содержатъ между
своими волокнами наиболыпе воздуха и потому лучше всего
защищаютъ отъ холода въ сильные морозы. Огнеупорныя
кассы заключены въ помѣщенія, наполненныя древесной
золой; удобна эта послѣдняя съ одной стороны тѣмъ, что
она чрезвычайно дурной проводникъ теплоты, а съ другой
стороны—тѣмъ, что она можетъ выдержать самую высокую
температуру.
Когда бы мы ни прикоснулись къ металлической дверной
ручкѣ, мы чувствуемъ холодъ; если же мы прикасаемся
къ висящей рядомъ съ ней шерстяной веревкѣ звонка, мы
этого холода не чувствуемъ. А между тѣмъ обѣ вещи
имѣютъ одну и ту же температуру. Но эта температура на
20°—40° ниже температуры руки. Ясно, что теплота должна
переходить отъ руки на эти предметы, но металлъ дверной
ручки хорошій проводникъ и потому отнимаетъ у руки
въ короткое время много теплоты, а веревка, какъ плохой
проводникъ, отнимаетъ у нея очень мало теплоты и, по-
этому, ручка намъ кажется холоднѣе веревки. По этой же
причинѣ всадникъ зимой обворачиваетъ стремя соломой, а
велосипедистъ покрываетъ ручки велосипеда пробкой.
Ледъ тоже плохой проводникъ тепла и поэтому ледяной
покровъ защищаетъ воду отъ дальнѣйшаго охлажденія и
замерзанія. Рыхлый, пропитанный воздухомъ, снѣгъ еще
болѣе защищаетъ отъ холода находящуюся подъ нимъ
землю. Для защиты отъ холода полярныхъ странъ эскимосъ
живетъ въ ледяныхъ пещерахъ.
Хорошая теплопроводность металловъ находитъ между
прочимъ полезное примѣненіе въ предохранительной
лампѣ Дэви. Внутри рудниковъ, въ особенности каменно-
угольныхъ, часто развиваются горючіе газы, которые, смѣ-
шавшись съ воздухомъ, могутъ, при приближеніи пламени,
загорѣться и вызвать довольно сильный взрывъ. Взрывы
эти стоили жизни уже многимъ тысячамъ рудокоповъ. По-
добныя же опасности возможны въ нашихъ жилыхъ помѣ-
щеніяхъ, освѣщаемыхъ свѣтильнымъ газомъ, если по той
или другой причинѣ газъ проникаетъ въ комнату. Если
въ какомъ нибудь .погребѣ или магазинѣ разбивается бу-
тыль со спиртомъ, эфиромъ, бензиномъ, лигроиномъ и т. д.
или по какой либо другой причинѣ разливаютъ большія
— 337 —
массы подобныхъ летучихъ жидкостей, то пары ихъ смѣ-
шиваются съ воздухомъ и тоже могутъ привести къ очень
сильнымъ взрывамъ. Вотъ почему въ такія помѣщенія
нельзя входить съ горящей свѣчей пли обыкновеннымъ
фонаремъ: пламя ихъ можетъ зажечь эти газы и привести
къ страшнѣйшимъ взрывамъ. Въ такія помѣщенія слѣдуетъ
входить или съ удобопереносимой электрической калильной
лампочкой или, такъ какъ по-
слѣдняя не всегда подъ ру-
ками, съ предохранитель-
ной лампой, о которой мы
и хотимъ сейчасъ разсказать.
Но прежде, чѣмъ разсказать
объ этой лампѣ, мы сдѣлаемъ
одинъ опытъ. На газовое пла-
мя или на пламя свѣчи мы Фиг. зіі Фиг. зіз
опускаемъ сверху внизъ ку-
сокъ тонкой металлической сѣтки (лучше изъ латуни,
чѣмъ изъ желѣза, а всего лучше изъ мѣди) (фиг. 311).
Пламя какъ бы обрѣзывается и продолжаетъ горѣть только
часть, находящаяся подъ сѣткой. Только когда сѣтка нака-
ляется, пламя пробивается и надъ ней. Повернувъ кранъ
газовой горѣлки, мы тушимъ пламя, помѣщаемъ надъ
отверстіемъ горѣлки сѣтку и, открывъ кранъ, зажигаемъ
Фиг. 313.
газъ надъ сѣткой: пламя появляется
только надъ сѣткой, а газъ, нахо-
дящійся подъ ней, не загорается
(фиг. 31-2).
Какъ хорошій проводникъ, ме-
таллъ сѣтки отнимаетъ отъ газа,
близкаго отъ пламени, столько те-
плоты, что горѣніе распростра-
няться не можетъ и потому пламя
черезъ тонкую металлическую сѣтку
пробиться не можетъ.
Перейдемъ теперь къ описанію
предохранительной лампы,
изобрѣтенной Дэви (фиг. 313). Въ
нижней своей части она представ-
ляетъ собой обыкновенную масля-
ную лампу, пламя которой отдѣ-
лено отъ окружающаго воздуха металлической сѣткой. Если
хотятъ имѣть болѣе яркій свѣтъ, то нижнюю часть сѣтки за-
мѣняютъ плотно пристающимъ стекляннымъ цилиндромъ.
Съ такой лампой въ рукахъ мы можемъ пойти навстрѣчу
струѣ газа не опасаясь взрыва. Если съ такой лампой вхо-
дятъ въ помѣщеніе^ наполненное взрывчатыми газами, она
начинаетъ плохо горѣть или совершенно тухнетъ.
— 338 —
Фиг. 314.
Такая лампа необходима во всѣхъ домахъ, въ которыхъ
хранятся запасы летучихъ жидкостей. Если и теперь еще
происходятъ иногда взрывы въ рудникахъ, несмотря на то,
что введены эти лампы, то это происходитъ потому, что
неосторожные рудокопы открываютъ лампы для того, чтобы
зажечь свою трубку или чтобы лучше видѣть.
Въ заключеніе разскажемъ еще
объ одномъ явленіи, находящемся въ
связи съ описанными выше. Беремъ
металлическій сосудъ съ тонкимъ
дномъ, наполняемъ его водой и по-
мѣщаемъ на огонь. Какъ хорошій
проводникъ, дно сосуда отдаетъ водѣ
теплоту, получаемую отъ огня и по-
тому его температура немногимъ лишь
выше температуры воды. Поэтому,
покуда температура эта не очень вы-
сока, можно, поднявъ сосудъ надъ
огнемъ и прикасаться руками къ его
дну, не обжигаясь.
Если сдѣлать изъ проклеенной
бумаги коробочку, можно въ ней
нагрѣть воду до кипѣнія, не сжигая
бумаги (фиг. 314). Болѣе того: можно
даже свинцовый шарикъ, завернутый
въ тонкую бумагу совершенно гладко
безъ всякихъ складокъ, расплавить надъ пламенемъ, не
сжигая •при этомъ бумаги. Бумага быстро передаетъ свин-
цу теплоту; такъ какъ свинецъ плавится при 330°, а
эта температура бумагѣ не вредитъ, то она и остается въ
цѣлости.
ЛЕКЦІЯ ПЯТЬДЕСЯТЪ ВТОРАЯ.
Распространеніе теплоты лучеиспусканіемъ. Отношеніе между тепло-
выми и свѣтовыми лучами. Темные тепловые лучи. Ихъ отраженіе и
поглощеніе. Теплопрозрачныя и нетеплолрозрачныя тѣла. Оранжереи.
Теплопрозрачность льда, воды и водяныхъ паровъ. Солнечная энергія,
количество ея, испускаемое на землю, и ея значеніе въ жизни растеній
и животныхъ. Круговоротъ веществъ. Теплота, поглощаемая человѣкомъ.
Теплота можетъ распространяться не только путемъ про-
водимости, но еще и инымъ образомъ. Въ этомъ не трудно
убѣдиться изъ наблюденій надъ явленіями повседневной
жизни. Стоя на нѣкоторомъ разстояніи отъ горячо нато-
пленной печи или открытаго камина, мы ощущаемъ на по-
верхности руки теплоту. Ощущеніе это тотчасъ исчезаетъ,
— 339 —
какъ только между печкой и нашимъ тѣломъ помѣщаются
ширмы, и сдова появляется, когда эти ширмы удаляютъ.
Предположить, что такъ быстро движется къ нашему тѣлу
нагрѣтый у печки воздухъ, мы не можемъ, потому что этотъ
воздухъ скорѣе движется вертикально вверхъ. Не можемъ
мы также допустить, что причиной нашего ощущенія те-
плоты является теплопроводность слоевъ воздуха, такъ какъ
и этимъ путемъ мы такъ быстро получить ощущеніе те-
плоты не можемъ. Кромѣ того тѣло наше остается на томъ
же мѣстѣ, когда мы между нимъ и печкой ставимъ ширмы,
и, будь причиной нашего ощущенія теплоты проводимость,
это ощущеніе не должно было бы исчезать съ установкой
ширмъ. Намъ не трудно также убѣдиться въ томъ, что те-
плота эта распространяется прямолинейно, подобно лучамъ
свѣта.
Распространяется также теплота отъ солнца къ землѣ,
а между тѣмъ міровое пространство между солнцемъ и зем-
лей вовсе не наполнено какой нибудь матеріей, которая
могла бы проводить теплоту. Не трудно убѣдиться въ томъ,
что исходящіе отъ солнца лучи приносятъ на землю не
только свѣтъ, но и-теплоту.
Многіе полагаютъ, что солнечные лучи представляютъ
собой смѣсь изъ. двухъ существенно различныхъ видовъ
лучей, изъ которыхъ одни приносятъ свѣтъ, а. другіе—те>-
плоту. Но такое представленіе совершенно неправильно. Въ
дѣйствительности дѣло обстоитъ такъ: есть только одинъ
видъ лучей, различающихся между собой только количе-
ственно: длиной волнъ и числомъ колебаній.
Различныя тѣла, на которыя падаютъ эти лучи, относятся
къ нимъ различно: они или отражаютъ ихъ, или про-
пускаютъ, или поглощаютъ ихъ. Обыкновенно же
дѣло происходитъ такъ, что только часть лучей отражается,
часть — пропускается, и часть поглощается. Лучи, которые
поглощаются, почти всегда превращаются въ теплоту, но
если они попадаютъ на сѣтчатку нашего глаза, то нѣко-
торые изъ нихъ вызываютъ свѣтовое ощущеніе. Мы назы-
ваемъ поэтому эти лучи свѣтовыми лучами. Подобно всѣмъ
другимъ лучамъ, они тоже способны при поглощеніи дру-
гими тѣлами вызывать теплоту. Такимъ образомъ можно
сказать, что всѣ лучи суть лучи тепловые, но нѣкоторые
изъ нихъ суть еще кромѣ того свѣтовые лучи. Нѣкоторые
лучи имѣютъ еще кромѣ того свойство вызывать химиче-
скія соединенія; они дѣйствуютъ, напримѣръ, на фотогра-
фическую пластинку или разлагаютъ углекислоту въ зеле-
ныхъ частяхъ растенія. Среди этихъ лучей имѣются еще и
такія, которые вызываютъ свѣтовое ощущеніе, но тепловое
ихъ дѣйствіе въ общемъ ничтожно.
Лучи, приносящіе теплоту, но не свѣтъ, называютъ обык-
23 Зака і 1(ПК
— 340
новенйо невидимыми или темными тепловыми лу-
чами или тепловыми лучами въ тѣсномъ смыслѣ. Такіе
темные тепловые лучи исходятъ изъ всякаго тѣла, даже изъ
льда; Если тѣла нагрѣваютъ, то лучеиспусканіе ихъ усили-
вается, а, нагрѣтыя до опредѣленной температуры, они на-
чинаютъ испускать такіе лучи,- которые вызываютъ свѣтъ.
Мы-тогда говоримъ, что тѣла раскалены. Сначала они на-
чинаютъ испускать преимущественно красный цвѣтъ* за-
тѣмъ они накаливаются до бѣла, а потомъ начинаютъ испу-
скать всевозможные свѣтовые лучи. Если эти лучи, темные
или видимые, снова падаютъ на какое нибудь тѣло, которое
ихъ поглощаетъ, то снова образуется обыкновенная теплота,
которая можетъ распространяться путемъ проводимости или
снова превратиться въ темные тепловые лучи. Изложивъ
эти ученія безъ всякихъ доказательствъ, мы попытаемся
теперь подтвердить ихъ опытами, посколько такіе опыты мо-
гутъ быть выполнены самыми простыми средствами, безъ
сложныхъ физическихъ аппаратовъ.
Беремъ три металлическія пластинки, изъ которыхъ одна
отполирована въ блестящій свѣтлый цвѣтъ, вторая покрыта
бѣлымъ мѣломъ, а третья—сажей. Мы помѣщаемъ всѣ три
противъ солнца. Блестящая пластинка отражаетъ большую
часть свѣтовыхъ и темныхъ тепловыхъ лучей. Отраженіе
свѣтовыхъ лучей доказываетъ яркое отраженіе пластинки
на стѣнѣ нашей комнаты, а отраженіе тепловыхъ лучей до-
казываетъ ощущеніе теплоты на рукѣ, если приставить ее
къ этому отраженію. Вторая пластинка тоже отражаетъ те-
пловые и свѣтовые лучи, но неправильно и разсѣянно, а
третья пластинка почти ничего не отражаетъ. Зато она сама
гораздо быстрѣе нагрѣвается, чѣмъ вторая пластинка, а вто-
рая—скорѣй, чѣмъ первая. Отсюда мы дѣлаемъ выводъ, что
ширмы у печки для защиты отъ тепловыхъ лучей всего
лучше дѣлать изъ блестящаго полированнаго металла или
покрывать блестящей оловянной бумагой, золотой бумагой и
т. д. Напомнимъ еще, что лѣтомъ мы охотнѣе носимъ свѣтлыя,
а зимой — темныя платья, потому что первыя поглощаютъ,
меньше лучей, чѣмъ вторыя. Чтобы доказать лучеиспуска-
ніе теплоты посредствомъ термометра, мы должны его ре-
зервуаръ сдѣлать не блестящимъ, а чернымъ. Съ помощью
такого термометра можно доказать, что горячая печка или
всякое другое горячее тѣло испускаетъ больше теплоты,
когда она окрашена въ черный цвѣтъ, чѣмъ въ томъ слу-
чаѣ, если она имѣетъ блестящую свѣтлую поверхность. Та-
кимъ образомъ тѣ же тѣла, которыя поглощаютъ больше те-
пловыхъ лучей, испускаютъ тоже больше. Блестящій и вы-
полированный котелъ дольше, поэтому, сохраняетъ теплоту,
чѣмъ закопченный или оксидированный.
Обратимся теперь къ такимъ тѣламъ, которыя мало или
— 341
вовсе не, отражаютъ лучей, или займемся тѣми лучами, ко-
торые не отражаются.
Вотъ здѣсь стеклянная пластинка. Она прозрачна т. е.
пропускаетъ свѣтовые лучи, но она почти не пропускаетъ
тепловыхъ лучей. Какъ доказать это послѣднее? Если дер-
жать пластинку противъ солнца, а подъ ней держать руку
или термометръ, то теплота, которая обнаружится не дока-
жетъ ничего: вѣдь, эта теплота можетъ же имѣть своимъ
источникомъ прошедшіе черезъ пластинку свѣтовые лучи,
которые тоже, вѣдь, превращаются въ теплоту, когда они
поглощаются. Мы должны показать, что стеклянная пла-
стинка пропускаетъ лишь небольшую часть темныхъ те-
пловыхъ лучей горячей печки. Въ дѣйствительности сте-
клянная пластинка, помѣщенная около темной печки, до-
вольно полно удерживаетъ теплоту и не столь задерживаетъ
ее, когда она стоитъ передъ яркимъ пламенемъ. Что стекло
поглощаетъ темные лучи, доказываетъ уже то, что сама
пластинка тепла. Физики нашли вещество, въ такой же
мѣрѣ пропускающее темные лучи, какъ лучи свѣтовые,
вслѣдствіе чего оно играетъ очень важную роль въ физи-
ческихъ опытахъ надъ лучистой теплотой. Вещество это
есть каменная соль. Пластинка изъ квасцовъ, наобо-
ротъ, не пропускаетъ темныхъ тепловыхъ лучей, а пропу-
скаетъ свѣтовые лучи. Къ такимъ же тѣламъ принадлежитъ
и вода. Тѣла пропускающія темные тепловые лучи назы-
ваются теплопрозрачными, а не пропускающія ихъ—
нетеплопрозрачными. Воздухъ, каменная соль про-
зрачны и теплопрозрачны, квасцы, вода —про-
зрачны, но не теплопрозрачны, металлы — не про-
зрачны и не теплопрозрачны. Намъ нуженъ, еще
примѣръ тѣла непрозрачнаго, но теплопрозрач-
наго. И такое тѣло найдено; это — растворъ іода въ сѣро-
углеродѣ. Жидкость эта непрозрачна, какъ чернила и очень
хорошо пропускаетъ темные лучи.
Мы сказали уже выше, что стекло прозрачно, но мало
теплопрозрачно. Этимъ объясняется дѣйствіе оранжерей.
Оранжереями называются особыя помѣщенія съ стеклянными
стѣнами, въ которыхъ мы помѣщаемъ наши растенія. Здѣсь
они защищены отъ холоднаго воздуха и къ нимъ могутъ
попасть свѣтовые лучи, проходящіе черезъ стекло. Внутри
оранжерей лучи эти частью служатъ для того, чтобъ вы-
звать химическія дѣйствія въ. зеленыхъ листьяхъ растеній,
содѣйствовать усвоенію растеніями углерода, а другая часть'
поглощается ими и превращается въ теплоту. Нагрѣтыя же
тѣла испускаютъ темные тепловые лучи, которые, не будь
стеклянной стѣны, снова распространились бы далѣе, такъ
что теплота, полученная изъ свѣта, въ значительной своей
части вновь пропала бы. Но. такъ какъ стекло мало пропу-
— 342
екаетъ темные тепловые лучи, то оно поглощаетъ ихъ и
снова испускаетъ внутрь оранжерей. Такимъ образомъ сте-
клянныя стѣнки оранжерей дѣйствуютъ на подобіе клапана:
онѣ впускаютъ внутрь лучи въ видѣ свѣта и не выпускаютъ
ихъ въ видѣ теплоты. Растенія находящіяся подъ откры-
тымъ небомъ, теряютъ въ свѣтлыя ночи много теплоты лу-
чеиспусканіемъ (откуда и происходитъ роса) и часто вслѣд-
ствіе такого охлажденія замерзаютъ. Если небо покрыто
облаками, или въ въ случаѣ тумана, облако или туманъ по-
глощаютъ тепловые лучи и затѣмъ излучаютъ ихъ обратно
на землю. Въ такихъ случаяхъ охлажденіе бываетъ гораздо
меньше. Садоводы, виноградари и огородники боятся по-
этому мороза только въ свѣтлыя ночи и для защиты отъ
него разводятъ костры изъ влажныхъ листьевъ, зеленыхъ
вѣтвей и т. д.; отъ этихъ костровъ поднимаются густыя
облака дыма, которыя и исполняютъ ту роль настоящихъ
облаковъ, о которой мы только что говорили.
Ледъ очень прозраченъ, но темныхъ -тепловыхъ лучей
онъ почти не пропускаетъ. Если чечевицей, приготовлен-
ной изо льда, можно зажечь въ солнечныхъ, лучахъ трутъ,
какъ зажигательнымъ стекломъ, то это лишь еще разъ до-
казываетъ то, что свѣтовые лучи тоже превращаются въ те-
плоту, когда они поглощаются. Если шарообразную бутылку,
наполненную водой, поставить на покрытый ковромъ столъ
подъ яркими лучами солнца, то свѣтовые лучи могутъ
сконцентрироваться въ одномъ фокусѣ и зажечь коверъ.
Такимъ образомъ не разъ уже пожары случались. И въ
этомъ случаѣ темные тепловые лучи поглощаются водой и
только свѣтовые лучи нагрѣваютъ и зажигаютъ коверъ.
Въ парообразномъ состояніи вода тоже обладаетъ спо-
собностью—хотя и слабой—поглощать тепловые лучи. Тоже
самое можно сказать объ углекислотѣ. Такъ какъ воздухъ
сухой и освобожденный отъ углекислоты, почти совершенно
теплопрозраченъ, то поглощеніе тепловыхъ лучей должно
быть приписано парамъ воды и углекислотѣ.
Самымъ обильнымъ источникомъ теплоты, въ сравненіи
съ которымъ всѣ другіе источники почти равны нулю,
является солнце. Точными измѣреніями во всѣ части дня
и года и. на различныхъ широтахъ и высотахъ физикамъ
удалось найти, что количество теплоты, испускаемое солн-
цемъ въ минуту на одинъ квадратный метръ, составляетъ
въ среднемъ около 30 калорій. Изъ этой теплоты больше по-
ловины поглощается на пути атмосферой и только 44% до-
стигаетъ поверхности земли. Несмотря на эту потерю, наби-
рается въ годъ столько теплоты, что на гектаръ приходится
около 6630 милліоновъ калорій, что составляетъ приблизи-
тельно на 10% больше теплоты, получающейся отъ сгора-
нія 1000 тоннъ каменнаго угля. Годовая добыча угля, на
— 343
х 1
всемъ земномъ шаръ даетъ лишь около того коли-
оООООО
чества теплоты, которое посылаетъ намъ солнце въ формѣ
свѣтовыхъ и тепловыхъ лучей. Часть этой солнечной энер-
гіи служитъ для того, чтобъ испарять воду и превращать
ее въ облака, откуда она опять падаетъ внизъ въ видѣ
дождя или снѣга, питая ключи и источники, наполняя рѣки,
приводящія въ движеніе наши фабрики и мельницы. Дру-
гая часть этой энергіи дѣлаетъ возможнымъ ростъ растеній:
въ зеленыхъ листьяхъ растенія 'энергія солнечнаго луча
разлагаетъ углекислоту, поглощенную растеніемъ изъ атмо-
сферы; углеродъ усвояется растеніемъ и вмѣстѣ съ водоро-
домъ и кислородомъ образуетъ тѣ важныя вещества, изъ
которыхъ строится тѣло растенія, какъ клѣтчатка, крахмалъ,
сахаръ и т. д.; кислородъ же углекислоты переходитъ в,ъ
атмосферу и вдыхается животнымъ міромъ. Животныя по-
жираютъ растенія и тогда питательныя вещества ихъ попа-
даютъ въ кровь и разносятся по всему тѣлу, гдѣ они и при-
ходятъ въ соприкосновеніе съ вдыхаемымъ кислородомъ,
окисляются имъ—сгораютъ, такъ сказать—и въ видѣ угле-
кислоты и водяныхъ паровъ вновь выдыхаются въ атмо-
сферу.
Такъ существуетъ постоянный круговоротъ, въ кото-
ромъ углеродъ переходитъ изъ атмосферы въ растеніе, от-
туда въ животное и затѣмъ опять въ атмосферу, а кисло-
родъ переходитъ изъ атмосферы въ растеніе и оттуда обратно
въ атмосферу, затѣмъ въ животное, гдѣ онъ соединяется
съ углеродомъ и въ видѣ углекислоты опять переходитъ
въ атмосферу. Теченіе этогб процесса поддерживается энер-
гіей солнечныхъ лучей. Такъ какъ наше топливо — дерево,
торфъ, древесный и каменный уголь произошли изъ былыхъ
растеній, то мы и нашимъ топливомъ обязаны исключи-
тельно солнечной энергіи. Ей обязаны всѣ растенія и жи-
вотныя, а слѣдовательно и человѣкъ, своей жизнью. Жи-
вотная теплота есть теплота отъ сгоранія принятаго пи-
танія. Работоспособность животныхъ и человѣка имѣетъ
своимъ источникомъ эту энергію, а слѣдовательно, солнце.
Согласно вычисленіямъ Петтенкофера и Фойта взрослому
человѣку, когда онъ не работаетъ, нужно ежедневно 2Ю0
калорій, чтобы удержать температуру тѣла и крови на нор-
мальной высотѣ т. е. около 37° Ц. Когда же онъ сильно ра-
ботаетъ, ему нужно 2700—2800 калорій. Для этого онъ при-
нимаетъ въ пищѣ ежедневно въ среднемъ 158 граммъ бѣл-
ковыхъ веществъ, 56 граммъ жировъ, 500 граммъ углево-
довъ (крахмалъ, сахаръ); сгорая съ соотвѣтствующимъ ко-
личествомъ кислорода, эти вещества и даютъ упомянутое
количество теплоты. Въ теплыхъ странахъ и при бездѣя-
тельной жизни человѣку нужно меньше калорій, въ холод-
344 —
ныхъ странахъ и при напряженной работѣ—больше. Платье
можетъ (по Рубнеру) сберечь человѣку 20*/о теплоты т. е.
человѣку одѣтому нужно на 20% меньше калорій, чѣмъ не
одѣтому. Мы выше сказали, что человѣкъ, напряженно ра-
ботающій. потребляетъ вмѣсто 2100 калорій 2800 т. е. на 700
калорій больше. Такъ какъ одной калоріи соотвѣтствуетъ,
какъ мы уже знаемъ, 425 метръ килограммъ работы, то 700
калоріямъ соотвѣтствуютъ 700 X 425=297500 метръ кило-
граммъ работы. Если рабочій день продолжается 10 часовъ,
то рабочій можетъ въ часъ производить 29750, въ минуту
496 и въ секунду 8,26 метръ килограммъ работы. Въ дѣй-
ствительности считаютъ работоспособность хорошаго рабо-
чаго равной 8 метръ килограммъ въ секунду. Еслибы онъ
производилъ больше 8,26, онъ истощалъ бы свои силы.
ЛЕКЦІЯ ПЯТЬДЕСЯТЪ ТРЕТЬЯ.
Звукъ. Скорость распространенія его въ воздухѣ, жидкостяхъ и твер-
дыхъ тѣлахъ. Звуковыя волны. Хорошіе и дурные проводники звука.
Отраженіе звука. Эхо. Измѣренія разстоянія по звуку.
Звукомъ мы называемъ все, что мы воспринимаемъ на-
шимъ ухомъ. Но звуковыя ощущенія, какъ извѣстно, могутъ
быть весьма разнообразны: то это—однократное и коротенькое
ощущеніе—какой-нибудь трескъ ружья или хлопанье
кнута—то это—длинный рядъ безпорядочныхъ, отдѣльныхъ
ощущеній, которыя мы называемъ стукотней, гуломъ
и т. д., то это-^болѣе продолжительныя и равномѣрныя зву-
ковыя ощущенія, которыя мы называемъ свистомъ, жужжа-
ніемъ, журчаніемъ, плескомъ, шелестомъ и т. д. Неправиль-
ныя звуковыя ощущенія мы называемъ однимъ общимъ
именемъ—шумомъ, а правильныя называемъ тонами и
звуками. Звуки и тоны составляютъ также основу
музыки.
Прежде чѣмъ перейти къ ихъ изученію, мы должны
изучить вообще распространеніе звука. Недалеко отъ насъ
происходятъ маневры и мы туда отправимся. На холмѣ,
отстоящемъ отъ насъ, согласно ландкартѣ, на 3.400 метровъ,
стоитъ баттарея, изъ которой производится цѣлый рядъ вы-
стрѣловъ. Мы сначала видимъ блескъ огня и дымъ и не-
много позже слышимъ трескъ выстрѣла. Провѣримъ, сколько
времени проходить отъ перваго до второго ощущенія. Мы
вынимаемъ часы и въ моментъ появленія дыма отмѣчаемъ
время. Проходитъ ровно 10 секундъ, пока мы слышимъ
— 345
звукъ выстрѣла. Отсюда мы дѣлаемъ заключеніе, что звукъ
проходитъ въ 10 секундъ 3.400 метровъ и, слѣдовательно,
въ секунду 340 метровъ. Мы, такимъ образомъ, нашли ско-
рость распространенія звука. Подобными и нѣкоторыми дру-
гими измѣреніями физики нашли, что скорость распростра-
ненія 'звука въ совершенно сухомъ воздухѣ и при темпера-
турѣ 0° равна 333 метрамъ. Для воздуха обыкновенной
температуры* и средней влажности эту скорость считаютъ
равной въ среднемъ 340 метрамъ. При этомъ скорость рас-
пространенія звука совершенно не зависитъ отъ пути, ко-
торый онъ уже прошелъ. Только на очень близкомъ раз-
стояніи отъ весьма сильныхъ источниковъ звука скорость
становится значительно больше.
Намъ навстрѣчу идетъ отрядъ солдатъ съ барабанщи-
комъ во главѣ, мѣрно отбивающимъ тактъ. Слѣдующіе за
нимъ солдаты маршируютъ въ тактъ барабана, но задніе
ряды, какъ намъ кажется, не поспѣваютъ за тактомъ и,
чѣмъ датыпе они находятся отъ барабанщика, тѣмъ болѣе
они опаздываютъ. Это опаздываніе вполнѣ понятно: задніе
ряды слышатъ удары барабана позже, чѣмъ передніе. До-
пустимъ, что солдатъ въ секунду дѣлаетъ два шага; 'въ та-
комъ случаѣ, солдатъ, находящійся отъ барабанщика на раз-
стояніи половины отъ 340 метровъ, т. е. 170 метровъ, будетъ
опаздывать какъ разъ на одинъ шагъ, потому что каждый
ударъ барабана онъ слышитъ на полъ-секунды позже бара-
банщика. Поэтому, онъ выдвинетъ лѣвую ногу, когда бара-
банщикъ выставитъ правую. Солдатъ, находящійся отъ бара-
банщика на разстояніи вдвое большемъ, т. е. на 340 метровъ,
будетъ идти какъ разъ въ ногу съ барабанщикомъ, но слы-
шать онъ будетъ не тотъ же ударъ, что и барабанщикъ, а
предыдущій. Поэтому, если смотрѣть на движеніе большого
отряда солдатъ съ нѣкоторой высоты, получается впечатлѣ-
ніе, напоминающее впечатлѣніе отъ волнующагося ржаного
поля, колосья котораго тоже приводятся въ движеніе вѣт-
ромъ неодновременно, а одни за другими
Вотъ раздались звуки военнаго оркестра; хотя онъ нахо-
дится на довольно далекомъ отъ насъ разстояніи, мы слы-
шимъ звуки отдѣльныхъ инструментовъ одновременно:
высокіе и низкіе звуки имѣютъ равную скорость
распространенія, потому что иначе звуки спуталисьбы,
и мы услышали бы хаосъ звуковъ. Въ тотъ моментъ, когда
оркестръ исчезаетъ за угломъ дома, музыка слышна слабѣе,
что доказываетъ, что не всѣ тѣла одинаково свободно про-
пускаютъ звукъ и что въ воздухѣ онъ распространяется
прямолинейно.. Отсюда возникаетъ слѣдующій вопросъ: не
распространяется ли звукъ въ пустомъ пространствѣ еще
лучше, чѣмъ въ воздухѣ? Но опытъ, устроенный въ физи-
ческомъ кабинетѣ съ воздушнымъ насосомъ, можетъ намъ
— 346
показать, что въ пустомъ пространствѣ звукъ вовсе не рас-
пространяется. Какъ же мы должны представлять себѣ это
распространеніе звука? Можетъ быть, Частицы воздуха были
отброшены изъ жерлъ пушекъ и трубъ музыкантовъ и прямо
попали въ наше ухо? Допустить это совершенно невозможно,
потому что, какъ мы уже знаемъ изъ 32-й лекціи, воздухъ,
движущійся со скоростью 40 метровъ въ секунду, образуетъ
уже страшный орканъ. Какое же дѣйствіе должны были бы
вызвать массы воздуха, которыя двигались бы на насъ со
скоростью 340 метровъ въ секунду? Онѣ совершенно унесли
бы насъ. Затѣмъ мы замѣчаемъ, что звукъ пушекъ прохо-
дитъ черезъ массы дыма, не увлекая ихъ съ собой. Но
у насъ есть еще одно очень убѣдительное доказательство;
звукъ распространяется и въ твердыхъ тѣлахъ, а движеніе
ихъ частичекъ при этомъ совершенно незамѣтно. Какъ по-
казали опыты, произведенные на Женевскомъ озерѣ, звукъ
распространяется въ водѣ со скоростью въ 1.435 метровъ
въ секунду, т. е. въ 4х/з раза скорѣе, чѣмъ въ воздухѣ. Но
совершенно невозможно представить себѣ, чтобы частицы
воды двигались въ озерѣ съ такою скоростью.
И желѣзо, подобно всѣмъ металламъ, проводитъ звукъ
и еще быстрѣе, чѣмъ жидкость. Вотъ здѣсь тянется вдоль
полотна желѣзной дороги толстая желѣзная проволока, даю-
щая возможность сторожу изъ будки передвигать стрѣлки
на довольно далекомъ разстояніи '). Воспользуемся этой
проволокой, чтобы провѣрить мимоходомъ скорость распро-
страненія звука въ желѣзѣ. Одинъ человѣкъ прикладываетъ
ухо къ проволокѣ, а второй ударяетъ объ нее твердымъ
тѣломъ на разстояніи 100 метровъ. Первый слышитъ тогда
два удара: одинъ прямо черезъ проволоку, а второй черезъ
воздухъ.
Точныя измѣренія показали, что скорость распростране-
нія звука въ желѣзѣ составляютъ около 5.000 метровъ. Еще
больше эта скорость въ сухой ели, въ которой она равна
6.000 метровъ въ секунду. Чтобъ ясно представить себѣ
существующія различія, мы допустимъ, что туннель, кото-
рый хотѣли устроить недавно между Англіей и Франціей,
дѣйствительно устроенъ. Пушечный выстрѣлъ на англій-
скомъ берегу донесся бы до французскаго берега (на раз-
стояніи 33 километровъ) по воздуху въ одну минуту и
37 секундъ, въ водѣ—въ 23 секунды, по желѣзнодорожнымъ
рельсамъ^—въ 6х/г секундъ и по еловому брусу—въ 5‘/а се-
кундъ. Всѣ эти факты доказываютъ намъ, что распростра-
неніе звука невозможно объяснить поступательнымъ движе-
ніемъ частицъ тѣлъ отъ источника звука до нашего уха.
*) Рельсы для этого неудобны, потому что онѣ въ концахъ не схо-
дятся.
— 347
Но въ такомъ случаѣ мы должны найти другое объясненіе.
Найти его не трудно, если вспомнить, какъ распространяется
волнообразное движеніе. Всѣ тѣла, .проводящія звукъ, обла-
даютъ извѣстной упругостью. Мы можемъ представить себѣ
такое тѣло состоящимъ изъ ряда соприкасающихся другъ
съ другомъ упругихъ шариковъ. Ударъ объ одинъ шарикъ
приводитъ его въ движеніе; онъ ударяется о второй шарикъ
и обратнымъ ударомъ приводится въ состояніе покоя; вто-
рой же шарикъ ударяется о третій, и обратнымъ ударомъ
тоже приводится въ состояніе покоя; такъ каждый шарикъ
передаетъ свое движеніе сосѣду, пока послѣдній шарикъ полу-
чаетъ ударъ, котораго онъ не можетъ уже передавать дальше.
При распространеніи звука въ воздухѣ, слои воздуха сначала
сгущаются ударомъ, затѣмъ вслѣдствіе своей упругости
снова расширяются и тѣмъ сгущаютъ сосѣдніе слои; тѣ,
вслѣдствіе своей упругости, тоже расширяются и сгущаютъ
послѣдующіе слои и т. д. Если тѣло, приведенное въ коле-
бательное движеніе, напримѣръ, кожа барабана, струна,
ножки камертона, вызываетъ колебательное движеніе въ
воздухѣ, то отъ этого мѣста начинаютъ распространяться,
смѣняясь, сгущенія и разрѣженія воздуха, подобно тому,
какъ вокругъ брошеннаго въ воду камня начинаютъ рас-
пространяться, смѣняясь, водяныя горы и долины, образуя
движеніе волны.
На основаніи этого сходства называютъ такое сгущеніе
вмѣстѣ съ послѣдующимъ затѣмъ разрѣженіемъ воздуха
воздушной волной. Волны, въ которыхъ колебанія ча-
стицъ происходятъ въ направленіи распространенія движе-
нія, какъ звуковыя волны въ воздухѣ и водѣ, называются
продольными волнами. И въ желѣзномъ стержнѣ
можно вызвать такія же волны, если ударить его о перед-
нюю сторону. Но если ударять его сбоку или дергать натя-
нутую струну сбоку, колебанія происходятъ перпендикулярно
къ направленію распространенія волны и тогда называются
поперечными волнами.
Кромѣ хорошихъ проводниковъ звука, есть еще и плохіе.
Къ нимъ принадлежатъ неупругія тѣла и такія, которыя
имѣютъ множество промежуточныхъ стѣнокъ, какъ пухъ,
опилки, вата и т. д. Слово „упругій" слѣдуетъ понимать
здѣсь не въ томъ смыслѣ, въ которомъ оно обыкновенно
употребляется въ нашей повседневной рѣчи, а въ физиче-
скомъ смыслѣ. Если бы кто-нибудь попросилъ упругую по-
душку и ему принесли бы стальную пластину, онъ, конечно,
остался бы недовольнымъ, а между тѣмъ сталь есть осо-
бенно упругое тѣло, тогда какъ обыкновенную подушку,
наполненную перьями, физикъ нашелъ бы очень; неупругой.
Упругимъ называется то тѣло, которое само возстановляетъ
свою форму, когда ее измѣняютъ, а, вѣдь, подушка этого
348
не дѣлаетъ. Не слѣдуетъ смѣшивать понятія „упругій"
съ понятіемъ „мягкій". И въ тѣхъ мелкихъ измѣненіяхъ
формы, которыя соотвѣтствуютъ звуковымъ колебаніямъ,
все дѣло въ упругости тѣлъ. Поэтому, если мы хотимъ
оградить наши уши отъ сильныхъ звуковъ, мы вкладываемъ
въ нихъ вату. Дверь въ сосѣднюю квартиру мы завѣши-
ваемъ шерстяной матеріей или, еще лучше, наполняемъ
промежутокъ между двумя дверьми опилками.
Мы раньше сказали, что когда военный оркестръ повер-
нулъ за уголъ дома, звуки стали доноситься слабѣе. Про-
исходитъ это не только потому, что домъ хуже проводить
звукъ, чѣмъ воздухъ, но еще и потому, что стѣны дома
отражаютъ звуковыя волны.
Отраженіе звука происходитъ согласно тому же за-
кону, съ которымъ мы познакомились уже въ концѣ девятой
лекціи, при изученіи отраженія упругихъ шаровъ. И здѣсь
уголъ паденія равенъ углу отраженія. Поэтому, если звукъ
падаетъ перпендикулярно къ стѣнѣ, то онъ и отражается
въ перпендикулярномъ направленіи. На этомъ основано
явленіе эхо. Чтобъ ясно различить эхо, требуется два усло-
вія: во-первыхъ, должно быть достаточно велико время ме-
жду уходомъ и возвращеніемъ звука и, во-вторыхъ, оно не
должно спутываться многочисленными, почти одновремен-
ными отраженіями звука отъ другихъ отражающихъ сферъ.
Вотъ почему мы въ нашихъ жилыхъ помѣщеніяхъ рѣдко
слышимъ эхо. Чтобы услышать таковое, намъ обыкновенно
приходится выходитъ въ открытое поле.
Мы стоимъ на берегу рѣки; на противоположномъ берегу
стоитъ домъ-особнякъ, обращенный къ намъ передней сто-
роной. Домъ находится на разстояніи отъ насъ въ 50 ша-
гахъ, что составляетъ около 34 метровъ. Если мы произне-
семъ звукъ, то для того, чтобы пройти отъ насъ къ дому и
обратно, т. е. 68 метровъ, ему потребуется 0,2 секунды. Такъ
какъ этого времени вполнѣ достаточно, чтобы произнесть
звукъ, то на наше восклицаніе „гопъ!" эхо тотчасъ же намъ
отвѣчаетъ тѣмъ же звукомъ. Если мы отойдемъ отъ этого
мѣста еще на 50 шаговъ, то разстояніе между нами и до-
момъ и обратно увеличится вдвое, т. е. составить 136 ме-
тровъ. Такъ какъ въ секунду звукъ проходитъ 340 метровъ,
136
то 136 метровъ оно пройдетъ въ 350, т. е. въ 0,4 секунды.
Въ это время мы можемъ уже свободно произнести дву-
сложное слово. Мы восклицаемъ „ого!“, и эхо тотчасъ же
доноситъ къ намъ это слово. Если бы мы произнесли это
слово на разстояніи 50 шаговъ отъ дома, то первый слогъ
вернулся бы къ намъ слишкомъ рано, и мы услышали бы
только слогъ „го".
Если передъ нами на различныхъ разстояніяхъ нѣсколько
— 349 —
отражающихъ стѣнъ, мы слышимъ многократное эхо. То же
явленіе можетъ наступить, когда мы находимся между двумя
стѣнами, отстоящими другъ отъ друга на довольно боль-
шомъ разстояніи, такъ что звуковыя волны могутъ отра-
жаться отъ нихъ нѣсколько разъ. Такія явленія многократ-
наго эхо встрѣчаются во многихъ мѣстахъ. Въ Германіи,
между Кобленцомъ и Бингеномъ, есть мѣсто, въ которомъ
слово повторяется то съ большей, то съ меньшей ясностью
17 разъ.
Гремитъ! Этотъ примѣръ многократнаго эхо явился очень
кстати. Молнія первоначально сопровождается только однимъ
ударомъ, но этотъ звукъ отражается въ облакахъ на раз-
личныхъ разстояніяхъ, а, можетъ быть, отражается много-
кратно отъ облака къ землѣ и обратно, и потому получаетъ
характеръ болѣе продолжительнаго шума, состоящаго изъ
отдѣльныхъ то болѣе, то менѣе сильныхъ звуковъ. Только
начало грома соотвѣтствуетъ звуку, достигшему уха по
прямой линіи. Этимъ мы можемъ воспользоваться, чтобы
измѣрить съ помощью часовъ разстояніе, на которомъ мы
находимся отъ грозовой тучи. Взявъ часы въ руки, мы
отсчитываемъ, сколько проходитъ секундъ отъ появленія
молніи до начала грома. Мы насчитали 10 секундъ. Туча,
слѣдовательно, находится отъ насъ на разстояніи всего
3,400 метровъ — 3,4 километра, а такъ какъ она движется
на насъ въ прямомъ направленіи, то мы должны поспѣшить
домой, если не хотимъ принять холоднаго душа.
ЛЕКЦІЯ ПЯТЬДЕСЯТЪ ЧЕТВЕРТАЯ.
Отраженіе звука въ закрытыхъ помѣщеніяхъ. Хорошая и дурная аку-
стика. Способъ улучшить акустику. Говорная трубка и слуховая трубка.
Въ предыдущей лекціи мы познакомились съ явленіемъ
отраженія звука отъ плоскихъ стѣнъ въ открытомъ полѣ.
Въ тѣсныхъ жилыхъ помѣщеніяхъ, въ особенности уста-
вленныхъ мебелью, украшенныхъ картинами, занавѣсями и
коврами, отраженныхъ звуковъ, эхо — нѣтъ, и это вполнѣ
понятно: во-первыхъ, время между началомъ звука и отра-
женіемъ его отъ стѣнъ слишкомъ мало; во-вторыхъ, въ виду
различныхъ разстояній отъ отражающихъ стѣнъ моменты
возвращенія звука не совпадаютъ и, наконецъ, въ третьихъ,
звукъ, ударившись о мягкую мебель, занаѣѣси и ковры
лишь очень мало отражается, а больше поглощается. Иначе
обстоитъ дѣло въ помѣщеніяхъ общественныхъ учрежденій,
— 350
въ ихъ длинныхъ корридорахъ, въ большихъ залахъ, теа-
трахъ и церквахъ. Даже въ большихъ жилыхъ помѣще-г
ніяхъ, когда изъ нихъ вынесена мебель и стѣны обнажены,
слышатся отголоски голосовъ, мѣшающихъ ясно слы-
шать. Короткій отголосокъ можетъ даже быть благопріят-
нымъ для музыкальныхъ звуковъ, но болѣе длинный отго-
лосокъ портитъ звукъ, чтд обыкновенно называютъ пло-
хой акустикой. Но и
слишкомъ сильное
поглощеніе звука
многочисл енн ы м и
мягкими предмета-
ми тоже создаетъ
плохую акустику. Въ
особенности плоха
акустика въ томъ
случаѣ, когда звуко-
выя волны, вслѣд-
ствіе формы стѣнъ,
не распредѣляются
равномѣрно, а кон-
центрируются преи-
мущественно въ нѣ-
этого является то, что
сколькихъ пунктахъ. Слѣдствіемъ
лица, находящіяся вблизи этихъ пунктовъ, слышать каж-
дое слово и каждый тонъ слишкомъ громко и къ тому
же часто многократно, т. е. въ сопровожденіи эхо, между
тѣмъ какъ лица, находящіяся въ другихъ частяхъ помѣще-
нія, слышатъ очень худо, такъ какъ въ ихъ уши попадаетъ
слишкомъ мало звуковыхъ волнъ. Изъ фиг. 815 и 316 не
трудно понять какъ это про-
исходитъ.
На фиг. 315 изображенъ
эллипсъ. Эллипсъ есть, какъ
извѣстно, замкнутая кривая,
характеризущаяся тѣмъ, что
суммы, двухъ паръ прямыхъ,
проведенныхъ отъ двухъ то-
чекъ Ли В, называемыхъ фо-
Фиг. 316. кусами, ко всякой точкѣ окруж-
ности р, равны между собой, т. е. Лр-*-рВ=.Ар'-«-р'2?=
Ар"-ьр"_В и т. д.
Кромѣ того, углы паденія каждой пары лучей на окруж-
ность эллипса равны; такъ напримѣръ, уголъ а=углу а'. Пред-
ставимъ себѣ теперь, что этотъ эллипсъ вращается около
оси, проходящей черезъ точки А и В, и мы получимъ эллип-
соидъ вращенія, т. е. пространство, такъ ограниченное, что
всѣ лучи, исходящіе изъ А, послѣ отраженія отъ стѣнки
— 351
вновь скрещиваются въ В. Поэтому, если мы помѣстимъ въ
точкѣ А источникъ звука, напримѣръ, колокольчикъ, то въ
точкѣ В звукъ его будетъ слышенъ съ особенной силой, а
въ другихъ мѣстахъ помѣщенія и даже вблизи точки А
звукъ будетъ слышенъ слабѣе. Представимъ себѣ теперь
помѣщеніе, имѣющее форму эллипсоида съ фокусами въ А
и В, и мы поймемъ, что голосъ оратора, исходящій изъ
точки А, будетъ очень хорошо услышанъ слушателемъ, си-
дящимъ въ точкѣ В, а другими будетъ услышанъ гораздо
хуже. Дурныя послѣдствія отъ такого .устройства помѣще-
нія смягчаются тѣмъ, что нижняя часть его не эллипсои-
дальна-и вся аудиторія не имѣетъ правильной формы эллип-
соида, вслѣдствіе чего получается нѣкоторое разсѣяніе зву-
ковыхъ волнъ. Чтобы улучшить плохую акустику такихъ по-
мѣщеній, приходится избѣгать гладкія стѣны устройствомъ
всевозможныхъ карнизовъ, декорацій изъ гипса, развѣши-
ваніемъ люстръ и т. п. Создаютъ плохую акустику все
возможныя обширныя гладкія стѣны, даже если онѣ не
сводчаты.
Поверхности, полученныя /Г\________________
вращеніемъ параболы око- Г ]
ло ея оси,имѣютъ только у ІТ /
одинъ фокусъ. Исходящіе | ' "г Т 'V®
отъ него лучи - отражаются дД—I. I
отъ поверхности параболы м " ( у (*('
такъ, что послѣ отраженія I I
они всѣ имѣютъ направле- $иг 317
ніе, .параллельное оси па-
раболы. Поэтому, если имъ навстрѣчу ставятъ такую же
параболическую поверхность, то они всѣ собираются въ его
фокусѣ. Эти лучи, слѣдовательно, отражаются не одинъ, а
два раза. Фиг. 317 наглядно показываетъ, какъ человѣкъ
можетъ стукъ часовъ, помѣщенныхъ въ фокусѣ одной пара-
болической поверхности, ясно услышать въ фокусѣ второй
такой поверхности, хотя онъ находится на такомъ большомъ
разстояніи отъ часовъ, что прямо услышать стука онъ не
можетъ. Въ этомъ отношеніи дѣйствія шарообразныхъ поверх-
ностей схожи съ дѣйствіями параболическихъ поверхностей.
Сказаннымъ объясняются нѣкоторыя странныя и удиви-
тельныя съ виду акустическія явленія внутри церквей, пе-
щеръ и сводчатыхъ помѣщеній, давшія поводъ ко всевоз-
можнымъ фантастическимъ разсказамъ.
Выше мы сказали, что имѣетъ хорошую акустику то по-
мѣщеніе, въ которомъ звуковыя волны распредѣляются по
возможности равномѣрнѣе. Но бываютъ случаи, когда же-
лательно эти лучи по возможности объединить въ одномъ
направленіи. Для этого служатъ: говорная и слуховая
трубка.
— 352
Если мы хотимъ, чтобъ нашъ голосъ былъ слышенъ воз-
можно лучше на далекое разстояніе, то мы должны помѣ-
шать тому, чтобы звуковые лучи распространялись отъ рта
по различнымъ направленіямъ. Мы произносимъ, поэтому,
свои слова въ трубку, отъ Стѣнокъ которой звуковые лучи
по возможности отражаются такъ, что они выходятъ изъ
трубки параллельно ея оси (фиг. 318). Но мы не должны
забывать того, что трубка должна быть правильно напра-
влена, потому что иначе звуковые лучи пройдутъ мимо
слушателя и онъ услышитъ еще меньше, чѣмъ безъ трубки.
Фиг. 318.
Съ хорошей говорной трубкой въ рукахъ можно въ тихую
погоду сговориться на разстояніи одного километра. Такими
трубками пользуются особенно часто на корабляхъ, воздуш-
ныхъ шарахъ, башняхъ и т. д.
Назначеніе слуховой трубки иное. Своимъ широкимъ, от-
верстіемъ она собираетъ больше звуковыхъ лучей, чѣмъ мо-
жетъ войти въ ухо безъ нея, и проводитъ ихъ послѣ мно-
гократныхъ отраженій въ ухо (фиг. 319). Впрочемъ, какъ въ
той, такъ и въ другой трубкѣ должны быть приняты во
вниманіе еще нѣкоторыя другія обстоятельства, о которыхъ
мы здѣсь еще разсказать не
можемъ. Такъ какъ звукъ про-
водятъ и твердыя тѣла, слѣ-
довательно, и кости черепа и
Л/ зубы, то люди съ слабымъ слу-
// хомъ могутъ брать въ зубы,
/г // чтобы лучше слышать, какое
нибудь большое упругое тѣло,
напримѣръ, вѣеръ изъ упру-
гаго дерева: звуковые лучи, по-
ФЯГ 319 павши на вѣеръ, могутъ по-
пасть въ уши черезъ зубы и
черепныя кости. Для людей, не желающихъ почему либо вста-
влять въ ухо слуховую трубку, устраиваютъ особые аппа-
раты, въ которыхъ эта трубка, въ видѣ цвѣточной вазы, ста-
вится на столѣ или въ той или другой формѣ помѣщается
подъ кресломъ, а отъ этого аппарата отходитъ упругая
трубка, конецъ которой человѣкъ можетъ незамѣтно вста-
влять въ ухо.
Говорной трубкой или рупоромъ часто также называется
трубка, проведенная отъ одного мѣста къ другому, напри-
— 353 —
мѣръ, отъ капитанскаго мостика корабля въ машинное по-
мѣщеніе. Какъ это было доказано на пустыхъ водопровод-
ныхъ трубкахъ, можно такимъ образомъ свободно разгова-
ривать на разстояніи въ 900 метровъ.
ЛЕКЦІЯ ПЯТЬДЕСЯТЪ ПЯТАЯ.
Тоны. Происхожденіе тоновъ. Высота и сила тоновъ. Число колебаній.
Сирена. Зависимость музыкальныхъ скалъ отъ отношенія между числами
колебаній ихъ тоновъ. Гаммы. Аккорды.
Въ 53 лекціи мы раздѣлили всевозможные виды звука
на неправильные и правильные и первые, назвали шумами,
а вторые—тонами. Обратимся теперь къ подробному изуче-
нію тоновъ. Чтобы лучше отвѣтить на вопросъ, что такое
тонъ, мы изслѣдуемъ вопросъ, какимъ образомъ онъ обра-
зуется. Тонъ можетъ образоваться самымъ различнымъ обра-
зомъ: дергаютъ, водятъ или ударяютъ по струнамъ (гитара,
скрипка, фортепіано), дуютъ въ трубы (органъ, флейта, клар-
нетъ, всевозможныя трубы), ударяютъ о камертонъ, стальную
пружину, перепонку (фисгармонія, барабанъ) и, наконецъ,
посредствомъ человѣческаго органа звука. Во всѣхъ этихъ
Фиг. 320.
аппаратахъ мы находимъ одну общую всѣмъ имъ часть,
именно, упругое тѣло, которое, будучи приведено въ пра-
вильное колебательное движеніе, вызываетъ такія же коле-
банія въ‘граничащемъ съ нимъ воздухѣ, гдѣ они въ видѣ
волнъ и распространяются далѣе. Колебанія эти очень не-
велики, но тѣмъ не менѣе они во многихъ случаяхъ видимы
или могутъ быть сдѣланы видимыми самыми простыми
средствами. Если приклеить воскомъ обломокъ пера или
тонкую латунную полоску къ ножкѣ камертона и, приведя
камертонъ въ колебательное движеніе, водить перомъ по
стеклянной пластинкѣ, покрытой тонкимъ слоемъ сажи, мы
получаемъ очень красивую змѣеобразную линію (фиг. 320).
— 354 —
При медленномъ движеніи рукой линія получаетъ форму I
(фиг. 321), при болѣе быстромъ движеніи—форму II, при еще
болѣе быстромъ движеніи—форму III. Длина колебаній (ам-
плитуда) зависитъ отъ силы колебаній. Такъ какъ эта сила
уменьшается по мѣрѣ • движенія камертона, то умень-
шается и длина колебаній, какъ это ясно видно изъ фиг. 1.
Если бы мы были въ состояніи водить камертономъ по
стеклянной пластинкѣ въ теченіе цѣлой секунды, мы могли
бы сосчитать число колебаній въ секунду. Нормальный ка-
мертонъ, употребляющійся обыкновенно при настраиваніи
музыкальныхъ инструментовъ и настроенный по тону а,
далъ бы намъ 435 колебаній въ секунду. При этомъ совер-
шенно безразлично, водимъ ли мы камертономъ медленно
или быстрѣе, но только въ первомъ случаѣ линіи будутъ
тѣснѣе, а во второмъ—дальше другъ отъ друга, какъ это
видно на фиг. 321 Іи III. Въ физическихъ кабинетахъ
имѣются такіе апцараты, съ помощью которыхъ можно начер-
чивать эти колебанія въ теченіе опредѣленнаго числа секундъ
и затѣмъ сосчитывать число колебаній въ секунду. Если
вмѣсто нормальнаго камертона берутъ камертонъ съ болѣе
низкимъ тономъ, то получает-
I ДДЛДЛЛАЛДЛЛЛЛ/Илллл ся меньшее число колебаній
іг ілллллалал въ секУндУ> а отъ камертона
* ѵѵѴѴѴѴѴѴѵІ съ болѣе высокимъ тономъ, по-
лучается большее число коле-
л баній. Такимъ образомъ высо-
фиг 321 та тона зависитъ отъ чи-
сла колебаній въ секунду,
а сила тона—отъ длины колебаній.
Первое наше положеніе мы можемъ доказать еще и дру-
гимъ образомъ съ помощью прибора, который окажется намъ
полезнымъ еще и въ другомъ отношеніи. Аппаратъ этотъ
изображенъ на фиг. 322. Онъ состоитъ изъ двухъ колесъ,
соединенныхъ безконечнымъ ремнемъ. Вращая ручку боль-
шого колеса, мы можемъ привести въ быстрое и болѣе или
менѣе постоянное вращеніе меньшее колесо. Послѣднее
сдѣлано изъ картона и снабжено восемью концентрическими
рядами отверстій, отстоящихъ другъ отъ друга на равномъ
разстояніи. Число этихъ отверстій въ различныхъ рядахъ
различное, измѣняясь въ слѣдующемъ порядкѣ:
24, 27, 30, 32, 24, 40, 36, 32,
Если теперь приставить отверстіе какой нибудь трубки
къ одному ряду отверстій и дуть въ трубку, очень ме-
дленно вращая картонъ, мы почувствуемъ ударъ воздуха вся-
кій разъ, какъ отверстіе картона пройдетъ мимо отверстія
трубки. Пока отдѣльные удары отдѣлены другъ отъ друга
еще по времени и могутъ быть различены въ отдѣльности.
— 355 —
При болѣе быстромъ вращеніи замѣчается сначала нѣкото-
рый трескъ, который съ ускореніемъ вращенія постепенно
получаетъ характеръ низкаго тона Происходитъ это тЬгда,
когда мимо отверстія трубки проходитъ въ секунду прибли-
зительно 30 отверстій. Каждый изъ воздушныхъ ударовъ
приводитъ воздухъ въ колебательное движеніе. Нашъ
опытъ слѣдовательно показалъ, что для полу-
ченія самого низкаго тона необходимо при-
близительно 30 колебанійвъ’секунду.
Чѣмъ, быстрѣе мы вращаемъ колесо, тѣмъ болѣе высо-
кій тонъ получается. Если мы держимъ отверстіе трубочки у
самаго внутренняго ряда имѣющаго всего 24 отверстія, то,
при 18 вращеніяхъ картона въ секунду, получающійся тонъ
Фиг. 322.
имѣетъ высоту, очень близкую къ высотѣ тона нормальнаго
камертона, такъ какъ число колебанійравно тогда 24x18 =
432 колебаній въ секунду. Разумѣется, на аппаратѣ, изобра-
женномъ на фиг. 322, сосчитать число оборотовъ колеса не
очень-то удобно, но есть аппараты, устроенные такъ, что
числа колебаній тоновъ могутъ быть сосчитаны съ полной
точностью.
Начнемъ теперь вращать колесо съ средней, но возможно
болѣе равномѣрной скоростью и будемъ дуть черезъ трубку
на отверстія диска, двигая трубкой отъ центра къ перифе-
ріи. Кто знаетъ пѣсню подъ названіемъ: „что нѣмцу отече-
ство", тотъ не мало будетъ изумленъ, услышавъ мелодію
24 Іакат 1018
— 356 —
первой строфы пѣсни. Намъ придется только подвигать
трубку такъ, чтобы получился и ритмъ пѣсни.
Тоны, образующіе эту мелодію, обозначаются обыкно-
венно слѣдующими буквами:
сйе/сад/.
Чтобы получить обыкновенную мажорную гамму, мы
должны были бы въ нашемъ дискѣ сдѣлать ряды съ инымъ
числомъ отверстій и Именно:
24, 27, 30, 32, 36, 40, 45, 48.
Теперь сдѣлаемъ слѣдующій важный опытъ: мы оста-
вляемъ ,прежній дискъ, но вращаемъ его гораздо быстрѣе и
когда скорость опять становится возможно болѣе равномѣр-
ной, мы опять дуемъ черезъ трубочку на отверстія. Мы по-
лучаемъ ту же мелодію, но въ болѣе высокихъ тонахъ.
Повторивъ тотъ же опытъ, уменьшая скорость, мы полу-
чаемъ ту же мелодію въ болѣе низкихъ тонахъ.
Тотъ же опытъ мы можемъ повторить съ мажорной гаммой.
Отсюда мы дѣлаемъ слѣдующій важный выводъ: высота
музыкальной скалы опредѣляется не числами
колебаній тоновъ, а ихъ отношеніемъ. Когда мы
быстрѣе вращаемъ дискъ, то число отверстій, проходящихъ
мимо отверстія трубки въ одну секунду, увеличивается во
всѣхъ кругахъ въ одномъ и томъ же отношеніи.
Но всякое отверстіе, проходя мимо отверстія трубки, вызы-
ваетъ колебаніе воздуха, вслѣдствіе чего въ томъ же отно-
шеніи воэростаютъ числа колебаній всѣхъ тоновъ. Допу-
стимъ, что въ первый разъ дискъ дѣлалъ 10 оборотовъ въ
секунду. Дѣйствительныя числа колебаній тоновъ нашей
пѣсни были:
240, 270, 300, 320, 240, 400, 360, 320.
Если затѣмъ вращать дискъ вдвое скорѣе, то числа ко-
лебаній будутъ:
480, 540, 600, 640, 480, 800, 720, 640.
Если же вращать дискъ вдвое медленнѣе, числа коле-
баній будутъ:
120, 135, 150, 160, 120, 200, 180, 160.
Мы замѣчаемъ, что во второй разъ тоны мелодій на одну
октаву выше, а въ третій разъ—на одну октаву ниже, чѣмъ
въ первый разъ.
Отсюда ясно, что ступень тона, которую музыканты на-
зываютъ октавой, соотвѣтствуетъ удвоенію числа его коле-
баній. Поэтому если взять дискъ, въ которомъ число отвер-
стій каждаго послѣдующаго ряда отъ центра къ периферіи
— 357 —
вдвое больше числа отверстій предыдущаго ряда, мы при
равной скорости вращенія, получимъ рядъ октавъ.
Подобнаго рода опытами мы убѣждаемся вѣ томъ, что
отношенію 2:8 соотвѣтствуетъ квинта
п 5:4 м кварта
п 3:5 секста
п 4:5 большая терція
п 5:6 малая терція
Такимъ образомъ, если мы, напримѣръ, избираемъ, въ ка-
чествѣ основнаго тона, тонъ въ 240 колебаній, то его квинта
имѣетъ 3/2\240=360 колебаній, его кварта 4/зХ240=320 ко-
лебаній и т. д.
Числа колебаній тоновъ мажорной гаммы относятся другъ
къ другу, какъ числа вышеприведеннаго ряда или какъ слѣ-
дующія дроби:
с е 9 а 4 С
і 7» */.* Ѵз 7з 15Д 2
сЗ
сЗ §
*
Д О
сч я Д
• о • ф> ф •
н о ф
сЗ сЗ И 3 а сб н сЗ 3 3 я сс а сб
Я Дц Я д сЗ
№ X ч сЗ Ём 5 ь
Ф о д о я
и О Хф И Хф хф о
Минорной гаммѣ соотвѣтствуютъ слѣдующія отношенія:
а ез г 9
7» */ь
5
д Л •
сб ф ь
« Я § ч сЗ сЗ я я
Ф Ф СО М И §
На фиг. 323 мы сопоставили клавіатуру съ принятыми
въ музыкѣ нотными значками и абсолютными числами ко-
лебаній уравновѣшенной гаммы, отнесенной къ интерна-
ціональному основному тону а = 435 колебаній.
— 358 —
Инструментъ съ вращающимся дискомъ, которымъ мы
пользовались выше, называется сиреной. Нельзя сказать,
чтобъ его тоны были особенно привлекательны; называется
онъ такъ только потому, что звуки могутъ быть въ немъ
вызваны и подъ водой, для чего пользуются не воздухомъ,
а струей воды.
Съ помощью сирены легко также показать, что созвучіе
образуютъ только такіе тоны, числа колебаній которыхъ
стоятъ другъ къ другу въ простомъ отношеніи, выражае-
момъ числами отъ 1 до 6. Два тона, числа колебаній кото-
рыхъ относятся другъ къ другу, напримѣръ, какъ 8:9, какъ
с и Л (прима и секунда) или какъ 5:9 (прима и малая сеп-
тима), не даютъ созвучія, а диссонансъ. Если складываются
три тона, изъ которыхъ каждый образуетъ съ каждымъ изъ
остальныхъ двухъ созвучіе, то такая комбинація называется
трезвучіемъ или аккордомъ. Такъ, напримѣръ, ма-
жорный аккордъ образуется изъ трехъ тоновъ съ слѣдую-
щимъ отношеніемъ чиселъ колебаній:
1: •/<: 3/г или, что одно и то же: 4:5:6 (прима, большая
терція и квинта), а минорный аккордъ образуется изъ трехъ
тоновъ съ слѣдующимъ отношеніемъ чиселъ колебаній
— 359 —
1: */5:3/2 или, что одно и то же: 10:12:15 (прима, малая тер1
ція и квинта).
Такъ какъ 10:12=5:6, 10:15=2:3, 12:15=4:5, то оче-
видно, что всѣ эти три тона на самомъ дѣлѣ стоятъ другъ
къ другу въ отношеніяхъ, выражаемыхъ числами отъ 1 до 6.
Замѣнивъ самый низкій тонъ въ этихъ двухъ главныхъ
аккордахъ его Октавой, можно получить по два новыхъ
аккорда, такъ что всего имѣется 6 различныхъ аккордовъ,
раздѣленныхъ на двѣ группы. Новая гармоническая музыка
съ ея двумя гаммами (мажорной и минорной) имѣетъ въ
своей основѣ именно эти аккорды. Древнимъ аккорды были
неизвѣстны; ихъ гамма, названная по имени Пиѳагора. была
годна только для однозвучной музыки. Подробнѣе остана-
вливаться на этой весьма интересной темѣ мы не можемъ.
ЛЕКЦІЯ ПЯТЬДЕСЯТЪ ШЕСТАЯ.
Поперечныя и продольныя волны. Отношеніе ихъ другъ къ другу. Узлы,
пучности, сгущенія и разрѣженія. Связь между длиной волны, числомъ
колебаній и скоростью звука. Стоячія волны. Резонансъ.
Мы сказали уже, что звукъ распространяется волнообраз-
нымъ движеніемъ. Въ настоящей лекціи мы познакомимся
подробнѣе съ различными волнами и способомъ ихъ обра-
зованія. Мы различаемъ прежде всего двоякаго рода волны:
попереЧ'ныя и продольныя волны. Первыя обра-
зуются въ натянутыхъ струнахъ, веревкахъ, проволокахъ и
въ твердыхъ стержняхъ, а вторыя — въ жидкостяхъ и га-
захъ исключительно и могутъ также образоваться въ твер-
дыхъ упругихъ стержняхъ. Разсмотримъ сначала образованіе
поперечныхъ волнъ. Линія О на фиг. 324 изображаетъ часть
натянутой струны. Приведемъ точку О въ колебательное
движеніе, перпендикулярное къ направленію струны, уда-
ривъ по ней сверху внизъ. Точка эта приходитъ въ ко-
лебательное движеніе, но въ то время какъ точка О до-
ходитъ до самаго низкаго своего положенія, движніе это
вслѣдствіе упругаго состоянія струны переносится на со-
сѣднія точки, которыя съ нѣкоторымъ опозданіемъ тоже
приходятъ въ это колебательное движеніе. Допустимъ, что
въ данный моментъ движеніе это распространяется до точки
3, что изображено въ рядѣ 1: точка О занимаетъ самое
крайнее нижнее положеніе, точка 1 менѣе удалена изъ со-
стоянія покоя, точка 2 — еще менѣе, а точка 3 находится
еще въ положеніи покоя. Этимъ закончена первая четверть
360 —
полнаго колебанія для точки О. Въ концѣ второй четверти
точка О возвращается въ положеніе покоя, точки 1 и 2 на-
ходятся еще на обратномъ пути къ нему, точка 3 находится
въ крайнемъ нижнемъ положеніи, точки 4 и 5 находятся
на пути къ этому положенію, а точка 6 находится еще въ
положеніи покоя. Этотъ моментъ изображенъ въ рядѣ 2.
Къ концу третьей четверти точка О дошла до крайняго
верхняго положенія, точки 1 и 2 находятся на пути къ
этому положенію, точка 3 проходитъ черезъ положеніе по-
коя, точки 4 и 5 находятся на обратномъ пути къ этому
положенію, точка 6 находится въ самомъ крайнемъ ниж-
немъ положеніи, точки 7 и 8 находятся на пути къ этому
положенію и точка 9 находится еще въ положеніи покоя.
Этотъ моментъ изображенъ въ рядѣ 3.
Фиг. 324.
Въ теченіе четвертой четверти волнообразное теченіе рас-
пространяется до точки 12. Рядъ 4 изображаетъ положеніе
всѣхъ точекъ въ концѣ одного цѣлаго колебательнаго пе-
ріода. Въ этотъ моментъ мы имѣемъ цѣлую волну; она со-
стоитъ изъ одного пониженія волны и слѣдующаго одного
повышенія волны. Такъ движеніе распространяется дальше;
послѣ двухъ цѣлыхъ колебаній точки О, движеніе распрос-
траняется' до точки 24 и тогда мы имѣемъ двѣ цѣлыя волны.
Такимъ образомъ, всѣ точки совершаютъ одно и тоже коле-
баніе, но каждая послѣдующая начинаетъ это колебаніе
позже предыдущей на '/и часть продолжительности одного
цѣлаго колебанія и потому остается позади ея на такую же
часть. Образующіяся пониженія и возвышенія распростра-
— 361 —
няются слѣва на право. Такъ образуются поступатель-
ныя поперечныя волны.
Не такъ легко наглядно представить образованіе продоль-
ной волны. Пусть фиг. 325 изображаетъ .образованіе про-
дольной волны въ упругомъ тѣлѣ (воздушномъ столбѣ).
Рядъ О изображаетъ покойное состояніе тѣла. Представимъ
себѣ, что точка О потянута налѣво. Такъ какъ эта точка
связана съ сосѣдней силой упругости, то она тянетъ ее за
собой. Въ тотъ моментъ, когда точка О доходитъ до край-
няго своего положенія (рядъ 1) движеніе это распространи-
лось до точки 3. Но каждая точка начинаетъ это движеніе
немного позже. Чтобы вѣрнѣе и скорѣе представить происхо-
дящій здѣсь процессъ, мы опираясь на фиг. 324, скажемъ,
что здѣсь происходитъ тоже передвиженіе точекъ, какъ и
А 6 А Ь А" А* 6” А'"*
Сгущеніе. Разрѣженіе. Сгущеніе.
Фиг. 325.
тамъ, съ той только разницей, что тамъ эти передвиженія
происходили внизъ и вверхъ, а здѣсь они происходятъ на-
лѣво и направо. Если послѣдовательно примѣнить тѣ же
разсужденія, мы придемъ къ тому результату, что къ концу
перваго колебанія движеніе распространится до точки 12,
что изображаетъ рядъ 4. Здѣсь, слѣдовательно, мы имѣемъ
цѣлую продольную волну, состоящую изъ группы точекъ,
которыя въ серединѣ нѣсколько сгущены, а по концамъ
образуютъ разрѣженія. Къ концу второго колебанія волна
распространяется до точки 24 и положеніе всѣхъ точекъ въ
этотъ моментъ изображено въ рядѣ 8. Точки к, к', к“ к"',
к"", находятся въ этотъ моментъ въ положеніи покоя, какъ
точки того же названія на фиг. 324. Мы называемъ эти-
точки узловыми точками.
— 362 —
Сосѣднія точки слѣва и справа точекъ к', к“, к'", пере-
двинулись изъ своего положенія покоя въ направленіи отъ
к" къ к' и къ к'"-, расположенныя симметрически, онѣ обра-
зуютъ рядъ смѣняющихся сгущеній и разрѣженій. Многіе
полагаютъ, что эти разрѣженія и сгущенія соотвѣтствуютъ
пониженіямъ и возвышеніямъ поперечныхъ волнъ, но это
мнѣніе совершенно ошибочно. Чтобы ясно представить дѣй-
ствительное положеніе дѣла, мы на фиг. 326 изобразили по-
перечную и продольную волну съ соотвѣтствующими ча-
стями. Какъ это видно изъ фиг. соотвѣтствуетъ
въ поперечной волнѣ въ продольной волнѣ
пониженіе сдвиженію влѣво
возвышеніе „ „ вправо
понижающаяся часть волны сгущенію
повышающаяся „ „ разрѣженію
Центры сгущеній и разрѣженій передвинуты отъ вер-
шинъ пониженій и повышеній на четверть длины волны.
Длина волны равна разстоянію между такими двумя
точками волны, которыя находятся въ вполнѣ равномъ со-
стояніи (фазѣ); въ поперечной волнѣ это будетъ разстоянеі
Поперечная
волна.
3 6 9 12 /3 1в 21 29
П родо л ъ н ая ш ~
воли.. • • • Л' * ?' * * *Л ‘
Фиг. 326.
между вершинами двухъ возвышеній или двухъ пониженій
или разстояніе между двумя узлами съ равнымъ наклономъ
кривой волны т. е. разстояніе между первымъ узломъ и
третьимъ, или между вторымъ и четвертымъ. Въ продоль-
ной волнѣ длина волны равна разстоянію между двумя цен-
трами сгущенія или двумя центрами разрѣженія или тоже
разстоянію между двумя четными или между двумя нечет-
ными узловыми точками.
Продолжительность колебанія волны есть про-
должительность колебанія одной точки. Подъ числомъ ко-
лебаній подразумѣвается число колебаній въ секунду, от-
куда слѣдуетъ, что число колебаній —----------------
г г ’ продолжительность
колебанія.
Скорость распространенія волны есть путь, на
который волна распространяется въ одну секунду. Ясно, что
этотъ путь равенъ числу содержащихся въ немъ волнъ,
помноженному на длину волны.
— 363 —
Отсюда мы получаемъ слѣдующія важныя соотношенія:
скорость распространенія волны=длина волны х число коле-
баній
длина волны==вУоРость Распространенія
число колебаній
. . скорость распространенія
число колебаній = —-------------—---------
>в
А
А
В'
>в
А
В~
длина волны
Когда мы приводимъ въ движеніе какую нибудь точку
упругаго тѣла, напримѣръ, стержня, пластинки, натянутой
струны или оболочки, воздушнаго столба и т. д., то отъ этой
точки тотчасъ же начинаетъ распространяться поперечная
или продольная волна до предѣловъ тѣла, которыхъ она
достигаетъ большей частью въ теченіе небольшой части се-
кунды. Достигши этихъ предѣловъ, волна разбивается на
двѣ части: одна переходитъ на сосѣднія тѣла, напримѣръ,
воздухъ, а другая отражается и, встрѣтившись на обратномъ
пути съ новыми волнами, такъ
или иначе съ ними склады-
вается, вновь отражается и т.
д. Этотъ процессъ называется
интерференціей волнъ
и въ общемъ приводитъ къ
весьма сложнымъ результа-
тамъ. Если колебанія въ мѣстѣ
возбужденія продолжаются, то
сложеніе прямыхъ и отражен-
ныхъ волнъ можетъ прп* бла-
гопріятныхъ условіяхъ при-
вести къ образованію болѣе
сильныхъ стоячихъ волнъ
т. е. такихъ волнъ, въ которыхъ узловыя точки, пониженія
и возвышенія, сгущенія и разрѣженія остаются на своихъ
мѣстахъ. Въ такихъ случаяхъ всѣ соотвѣтствующія точки
обѣихъ волнъ проходятъ одновременно черезъ положеніе по-
коя, а соотвѣтствующія точки по' обѣимъ сторонамъ каждаго
узла колеблются всегда въ противоположныхъ направле •
ніяхъ. Выяснимъ образованіе этихь стоячихъ волнъ на про-
стомъ примѣрѣ.
На фиг. 327 прямая линія АВ изображаетъ часть натя-
нутой струны, въ которой слѣва направо распространяется
волна. На этомъ пути она встрѣчается съ отраженной вол-
ной, изображенной въ видѣ пунктирной линіи. Такъ какъ
каждая точка струны должна колебаться одновременно въ
противоположныхъ направленіяхъ, то эти движенія взаимно
уничтожаются и точка остается въ покоѣ; въ этотъ моментъ
струна имѣетъ форму прямой линіи, изображенной черточ-
ками. Послѣ четверти колебанія прямая волна распростра-
Фиг. 327.
— 364 —
нилась далѣе вправо на четверть длины волны, а отражен-
ная—настолько же влѣво; вслѣдствіе этого обѣ волны при-
ходятъ въ одно и тоже положеніе, что на фиг. 827 предста-
влено линіей А' В', гдѣ полная и пунктирная кривая почти
совпадаютъ; волны тутъ складываются и равнодѣйствующая,
начерченная черточками, кривая имѣетъ, поэтому,' вдвое
большія возвышенія и пониженія, чѣмъ складывающіяся
волны. Съ дальнѣйшимъ передвиженіемъ на четверть волны
обѣ волны приходятъ въ положеніе А’’ В'т. е. тоже взаимно
уничтожаются. Съ дальнѣйшимъ передвиженіемъ на чет-
верть волны, волны приходятъ въ положеніе А В1" и снова
складываются. Снова образуются вдвое большія возвышенія
и вдвое большія пониженія, по въ сравненіи съ А' В' воз-
вышенія и пониженія помѣнялись мѣстами. Если мы из-
слѣдуемъ тѣмъ же способомъ промежуточныя положенія,
мы убѣдимся въ томъ, что интерференція обѣихъ волнъ
приводитъ къ образованію стоячей волны съ двойной дли-
ной колебанія: узловыя точки и вершины возвышеній и по-
ниженій остаются на своихъ мѣстахъ на струнѣ, а всѣ со-
отвѣтствующія точки обѣихъ волнъ проходятъ одновременно
черезъ положеніе покоя.
Во всякомъ непрерывно звучащемъ тѣлѣ
образуются стоячія волны и только въ случаѣ стоя-
чихъ волнъ образуется постоянный тонъ. Поэтому, всѣ му-
зыкальные инструменты покоятся на тѣлахъ, въ которыхъ
образуются стоячія волны. Эти волны вызываютъ образова-
ніе въ воздухѣ поступательныхъ волнъ съ тѣмъ же числомъ
колебаній и, когда эти волны достигаютъ нашего уха, мы
слышимъ тоны. Кромѣ того, эти тѣла могутъ также воспри-
нять достигающія до нихъ поступательныя волны того же
числа колебаній и превращать ихъ въ стоячія волны. Это
явленіе называется резонансомъ.
ЛЕКЦІЯ ПЯТЬ ДЕСЯ ТЪ СЕДЬМАЯ.
Музыкальные инструменты. Струнные инструменты. Обертоны. Музы-
кальные ящики. Камертонъ. Духовые инструменты. Органныя трубы,
трубы съ языкомъ, фисгармонія. Человѣческій органъ звука.
Послѣ сказаннаго въ предыдущей лекціи не трудно по-
нять дѣйствіе различныхъ музыкальныхъ инструментовъ.
Начнемъ наше изученіе съ струнныхъ инструмен-
товъ. Въ настоящее время находятся въ употребленіи слѣ-
дующіе струнные инструменты: арфа, гитара и цйтра (въ
которыхъ струны приводятся въ колебаніе дерганіемъ), рояль
— 365 —
и цимбалы (въ которыхъ онѣ приводятся въ колебаніе по-
средствомъ ударовъ молоточками) и, наконецъ, различные
инструменты (въ которыхъ эти колебанія получаются дви-
женіемъ смычка по струнамъ), какъ скрипка, віолончелъ и
басъ. Число колебаній, а, слѣдовательпо, и высота зависитъ
отъ толщины и вѣса струнъ, отъ ихъ напряженія и длины
и наконецъ, отъ способа, которымъ они приводятся въ ко-
лебательное движеніе.
Прежде всего ясно, что струпа можетъ быть приведена
только въ такія стоячія колебанія, въ которыхъ узловыя
точки приходятся на мѣста ихъ прикрѣпленія. Это возможно
только въ томъ случаѣ, если стоячія волны принимаютъ
формы, изображенныя на фиг. 328. Такъ, въ случаѣ 1 обра-
зуется только половина волны, въ которой возвышеніе
вмѣстѣ съ наибольшей длиной колебанія оказывается по-
срединѣ струны. При этомъ получается самый низкій тонъ,
который струна вообще можетъ дать; это именно тотъ тонъ,
который обыкновенно и вызываютъ въ струнѣ. Назовемъ
его основнымъ тономъ струны. Если теперь укрѣпить сере-
Фвг. 328.
дину струны, то каждая половина вновь дастъ свой наибо-
лѣе низкій тонъ, но этотъ тонъ имѣетъ двойное число ко-
лебаній й, слѣдовательпо, соотвѣтствуетъ октавѣ основного
тона всей струны. Тотъ же тонъ образуется и тогда, когда
мы только надавливаемъ слегка середину струны легкимъ при-
косновеніемъ пальца или пера. При этомъ приходитъ въ ко-
лебаніе вся струна и получается одна цѣлая волна. Она пе-
реходитъ изъ положенія АааВ въ положеніе Аа'а'В и ея по-
ловины колеблются въ противоположныхъ направленіяхъ.
Съ прикосновеніемъ къ двумъ точкамъ, дѣлящимъ струну
на 3 части, или къ одной изъ нихъ, получается форма 3;
соотвѣтствующій ’ тонъ имѣетъ тройное число колебаній, а
высота тона образуетъ квинту октавы (дуодециму) основ-
наго тона. При дѣленіи струны на четыре части образуется
тонъ съ четвернымъ числомъ колебайій, что составитъ вто-
рую октаву основного тона. Такъ струна можетъ дать цѣ-
лый рядъ тоновъ, числа колебаній которыхъ относятся другъ
къ другу, какъ цѣлыя числа, указывающія на порядокъ тоновъ.
— 366 —
1- 2. 3. 4.
Основной тонъ. 1. октава. Дуодецима. 2. октава.
5. 6. 7. 8. 9.
Терція 2. октавы. Квинта 2. октавы 3. октавы.
Всѣ эти тоны называются частичными тонами или обер-
тонами. Первые шесть созвучны другъ другу, а седьмой и
девятый, какъ и высшіе тоны, не созвучны ни имъ, ни
другъ другу.
Чтобы доказатъ, что струна дѣйствительно такъ дѣлится
во время своего колебанія, мы помѣстимъ въ мѣстахъ, гдѣ
образуются пучности или узлы, бумажки (фиг. 329); тамъ,
гдѣ образуются пучности, бумажки спадаютъ, а тамъ, гдѣ
образуются узлы, онѣ остаются висѣть. 'Такъ мы можемъ,
напримѣръ, раздѣлить струну скрипки иа четыре части, по-
вѣсить въ точкахъ <1‘, с', Ъ" синія бумажки (фиг. 328), а по
серединѣ этихъ частей въ точкахъ а, а‘, а, а1, — красныя бу-
мажки; если затѣмъ коснуться струны у Ь" и осторожно во-
дить смычкомъ по серединѣ между Ь" и Л, то всѣ красныя
бумажки слетятъ, а синія останутся на своихъ мѣстахъ.
Мы выше уже сказали, что въ одной
--——уА;....... и той же равно напряженной струнѣ
число колебаній основного тона всегда
Фиг. 329 обратно пропорціонально длинѣ струны.
Отсюда вытекаетъ очень простое сред-
ство, съ помощью котораго можно въ струнѣ вызвать рядъ
опредѣленныхъ Тоновъ: чтобы получить тотъ или другой тонъ,
остается измѣнить длину струны, что можно сдѣлать давле-
ніемъ пальца на струну. Такъ, напримѣръ, если струна
даетъ тонъ въ 400 колебаній, то, чтобы получить квинту этого
тона въ 600 колебаній, остается сократить длину струны на
600_а.
400 '»•
Рѣже прибѣгаютъ для полученія болѣе высокаго тона къ
усиленію напряженія струны. Дѣлается это, напримѣръ, на
арфѣ, а иногда на цитрѣ; въ послѣдней это достигается да-
вленіемъ струны въ сторону, чѣмъ можно достичь повыше-
нія полъ-тона.
Въ струнахъ, ударяемыхъ молоточками, напримѣръ на
рояли, образуется рядомъ съ основнымъ тономъ тѣмъ бблыпе
обертоновъ, т. е. струна дѣлится на тѣмъ меньшія, отдѣльно
колеблющіяся части, чѣмъ меньше продолжается ударъ.
Твердые молоточки даютъ, поэтому, высокіе обертоны, на-
рушающіе аккордъ. Рйяль даетъ тогда тренкающіе тоны. Во
избѣжаніе этого покрываютъ молоточки войлокомъ; они
тогда дольше задерживаются на струнѣ и поглощаютъ всѣ
тѣ, нарушающіе аккордъ обертоны, чьи колебанія продол-
— 367 —
жаются меньше того времени, въ теченіе котораго молото-
чекъ остается въ соприкосновеніи со струной.
Фиг. ззо.
Фиг. 331.
Фиг. 382.
Чтобы усилить тонъ, струны натягиваютъ на упругой
доскѣ надъ замкнутыми помѣщеніями; и въ деревѣ, и въ
воздухѣ образуются тогда такія
же колебанія (резонансъ) и въ
окружающій воздухъ попадаютъ
усиленныя волны.
Если взять, въ качествѣ ко-
леблющагося тѣла, не струну, а
упругій стержень, мы можемъ
укрѣпить его не по концамъ, а
въ серединѣ. Въ такомъ случаѣ
долженъ образоваться по середи-
нѣ узелъ, а на концахъ—пуч-
ности. Стержень колеблется тогда
полуволной, видъ которой изо-
браженъ на фиг. ЗЗО. Если оста
вить совсѣмъ одну половину, т.
е. укрѣпить стержень въ одномъ
концѣ, то въ этомъ мѣстѣ дол-
женъ образоваться узелъ, а на
другомъ концѣ—пучность; стер-
жень колеблется четвертью дли-
ны волны (фиг. 831). Таковы коле-
банія стальныхъ стержней
въ музыкальныхъ ящикахъ.
Если же укрѣпляютъ стержень
въ двухъ мѣстахъ, какъ это, на-
примѣръ, бываетъ въ стеклянной
гармоникѣ (фиг. 832) и въ устро-
енной изъ деревянныхъ брусковъ
деревянной гармопикѣ'(фиг. 333),
то стержень дѣлится на три ко-
леблющіяся части съ двумя уз-
лами въ мѣстахъ укрѣпленія.
Сюда же слѣдуетъ отнести ка-
мертонъ, въ которомъ, какъ
это показываютъ фиг. 334 и 335,
тоже имѣются два узла, а сере-
дина съ ножками камертона ко-
камертонъ и поставить его на столъ
или—еще лучше—на ящикъ, настроенный на тотъ же тонъ,
Фиг. ззз.
леблется. Если ударить
— 368 —
Фиг. 334.
ются на два класса: къ одному
всѣ тѣ, въ которыхъ приводится
то колебанія переходятъ черезъ ручку на дерево и оттуда
въ воздухъ, заключен-
ный въ ящикѣ, вслѣд-
ствіе чего тонъ значи
тельно усиливается.
Перейдемъ теперь ко
второй важной группѣ
музыкальныхъ инстру-
ментовъ — духовымъ
инструментамъ. Къ
нимъ принадлежать:
органъ, трубы, тром-
бонъ, рожекъ, флейта,
кларнетъ, гобой, фа-
готъ, фисгармонія и
человѣческій ор-
ганъ звука. Эти
инструменты распада-
при надлежать
въ колебаніе
только воздушный столбъ въ какой нибудь трубѣ !
(органныя трубы, флейта), а ко второму тѣ, въ і
которыхъ кромѣ того колеблется еще и твердое
тѣло—языкъ.
Органная труба (фиг. 336) есть деревян- :
ная или оловянная труба четыреугольной или кру-
глой формы, на верху открытая или закрытая съ- і
нижнимъ отверстіемъ о, узкимъ просвѣтомъ з и ;
боковымъ отверстіемъ (устьемъ »>, ограниченнымъ
сверху заостреннымъ краемъ. Токъ воздуха, при- Ч-..Х
веденный въ движеніе органнымъ мѣхомъ, по- Фиг335
падаетъ черезъ духовой ящикъ, служащій резер-
вуаромъ, въ органную трубу черезъ отверстіе
о и здѣсь ударяется объ острый край надъ
устьемъ трубы. Токъ воздуха скопляется въ
нижней части трубы, затѣмъ выходитъ черезъ
отверстіе когда скопленіе прекращается,
въ трубу устремляется черезъ отверстіе о
новый токъ воздуха который, скопившись въ
нижней части трубы, вновь задерживаетъ
дальнѣйшій токъ воздуха и постепенно вы-
ходитъ черезъ отверстіе т; вслѣдствіе этого
образуются періодическіе воздушные удары,
которые приводятъ къ образованію стоячихъ
волнъ. Если труба наверху открыта, то нахо-
дящійся въ ней воздушный столбъ свободно-
движется въ обоихъ своихъ концахъ.
Такимъ образомъ здѣсь можетъ образоваться только стоя-
Фиг. 336’
369 —
чая волна .съ пучностями на обоихъ концахъ. Будь волна
поперечной, она имѣла бы форму 1 на фиг. 337. Но такъ
какъ въ воздушномъ столбѣ возможны только продоль-
ныя волны, то для изображенія таковыхъ мы превращаемъ
поперечныя перемѣщенія въ продольныя, что изображено
на фиг. 337. II и III.
Воздушные слои принимаютъ при этомъ поперемѣнно
положенія II и III, между которыми они и колеблются. На
половинѣ высоты у к находится узелъ, гдѣ воздухъ нахо-
дится въ покоѣ,- Съ этого пункта 'воздушные слои колеб-
лются поперемѣнно въ противоположныя направленія, обра-
зуя у узла то сгущеніе, то разрѣженіе, между тѣмъ какъ у
концовъ плотность ихъ остается постоянной.
Въ этихъ случаяхъ колебанія происходятъ въ видѣ по-
луволны и труба даетъ самый низкій тонъ, который она мо-
жетъ дать и которымъ мы обыкновенно пользуемся. Высоту
этого тона не трудно вычислить. Если I есть длина трубы,
340
то 27 = длина волны и - 7= п
число колебаній. Изъ этого
уравненія мы можемъ, наобо-
ротъ, при данной высотѣ тона п
вычислить длину трубы 1;1 =
340 тт ,
= —- метровъ. Чтобы полу-
чить напримѣръ, тонъ С въ
32 колебанія, намъ нужна от-
х 340
крытая труба въ —— — 5,31
4.0 4
метровъ длины. Чтобы полу-
чить нормальный тонъ а въ
435 колебаній, намъ нужна от-
крытая труба въ 0,391 метра длины. И ширина трубы имѣ-
етъ, конечно, нѣкоторое значеніе, но такъ оно мало, то
мы имъ здѣсь пренебрегаемъ.
•Если болѣе сильно дуть въ трубу, можно получить и бо-
лѣе высокіе тоны; воздушный столбъ дѣлится тогда на нѣ-
сколько колеблющихся Частей съ двумя или даже нѣсколь-
кими узлами. Такъ, напримѣръ, получается слѣдующій по
высотѣ тонъ, октава, если, какъ это изображено на фиг. 337
IV и V, образуются два узла к, к, такъ что на всю длину
трубы приходится одна цѣлая длина волны.
Перейдемъ теперь къ трубамъ, на верху закрытымъ. Та-
кая труба даетъ самый низкій тонъ, когда колебанія въ ней
образуютъ четверть волны. Въ закрытомъ концѣ ея обра-
зуется тогда узелъ съ поперемѣнными сгущеніями и разрѣ-
женіями, а у устья трубы образуются періодическія пучности.
— 370 —
Фпг. 338.
Въ этомъ случаѣ, слѣдовательно, длина волны = 4/, а вы-
340 „ ,
сота тона п = -т-р- Труба, о которой мы говорили выше, съ
34о
длиной въ 5,31 метра, даетъ, слѣдовательно тонъ въ=16
4. ЭуО 1
колебаній; этотъ тонъ есть вообще самый низ-
кій тонъ, употребляющійся въ музыкѣ, именно
топъ С.
И эта труба даетъ болѣе высокіе тоны,
если дуть въ нее сильнѣе, но такъ какъ у
закрытаго конца долженъ всегда образоваться
узелъ, а у устья—пучность, то здѣсь воз-
можны только такія стоячія волны, которыя
образуютъ нечетное произведеніе изъ чет-
верти волны т. е. въ1/!, 3/4, ®/4 и т. д. длины
волны. Слѣдующій по высотѣ тонъ ДЛЯ 3/1 дли-
ны волны есть тогда не октава, а дуодецима.
Чтобы измѣнить высоту тона трубы, приходится или из-
мѣнять ея длину, или верхній ея копецъ закрыть отчасти.
Какъ при удлиненіи, такъ и при закрытіи тонъ становится
ниже.
Вмѣсто
того, чтобы укоротить трубу, можно достичь того
же открытіемъ бокового окошка въ трубѣ. Этотъ
принципъ н’аходитъ примѣненіе у большинства
остальныхъ духовыхъ инструментовъ (флейта,
кларнетъ и т. д.). Удлиненія и укороченія трубы
можно достичь также тѣмъ, что вдвигаютъ одну
трубу въ другую (тромбонъ) или отчасти за-
крываютъ отверстіе, вставивъ въ трубу руку
(горнъ). Въ обыкновенной трубѣ болѣе высокіе
тоны получаются тѣмъ, что болѣе сильно дуютъ
въ трубу.
Въ этихъ инструментахъ колебанія возни-
каютъ иначе: сначала приводится въ колеба-
тельное движеніе упругое твердое тѣло, которое
затѣмъ передаетъ колебанія воздушному столбу.
Къ этимъ инструментамъ принадлежатъ трубы
съ языкомъ, гармоніи, надуваемыя ртомъ и
мѣхами, фисгармонія, въ которыхъ колеблются
черезъ отверстія упругія стальныя пластинки.
Въ гобоѣ, фаготѣ и кларнетѣ въ образованіи
тона участвуютъ тонкія пластинки. Въ тром-
бонѣ, горнѣ и обыкновенной трубѣ приходятъ
въ колебательное движеніе и передаютъ эти
воздушному столбу губы играющаго. Мы не
Фиг. 339.
колебанія
можемъ здѣсь останавливаться на подробномъ описаніи
этихъ инструментовъ, а разсмотримъ только болѣе по-
дробно человѣческій органъ звука, который тоже
— 371 —
сюда относится. Попробуемъ сдѣлать изъ дерева аппаратъ,
напоминающій этотъ органъ. Беремъ деревянную трубку
діаметромъ приблизительно въ 3 сантиметра и срѣзываемъ
наискось одинъ конецъ ея, какъ это изображено на фиг. 338.
Сверху мы накладываемъ и скрѣпляемъ нитками двѣ тон-
кія каучуковыя полоски, какъ это изображено на фиг. 339,
такъ что вдоль аЪ остается узенькая щель.
Если теперь съ другого конца дуть въ трубку, мы полу-
чимъ звукъ, напоминающій крикъ
малаго ребенка. Трубка представ-
ляетъ верхній конецъ дыхатель-
наго горла, каучуковыя полос-
ки соотвѣтствуютъ голосовымъ
связкамъ, щель соотвѣтствуетъ
голосовой щели, а все вмѣстѣ
соотвѣтствуетъ гортани. На фиг.
340 изображена человѣческая голо-
совая щель. Число колебаній зави-
ситъ отъ большаго или меньшаго
напряженія голосовыхъ связокъ.
6
Фиг. 340.
Но человѣческій органъ звука имѣетъ еще и другія суще-
ственныя части, какъ трубковидныя полости неба, рта, зубы
и губы, вліяющія на звучность голоса, такъ что образуются
различныя гласныя, а также шумы, которые мы называемъ
согласными.
ЛЕКЦІЯ ПЯТЬДЕСЯТЪ ВОСЬМАЯ.
Звуки. Резонаторы. Обертоны. Анализъ гласныхъ звуковъ. Фонографъ
Эдиссона.
Въ послѣдней лекціи мы говорили о различныхъ музы-
кальныхъ инструментахъ. Если мы играемъ одну и ту же
ноту . на различныхъ инструментахъ, если, напримѣръ, мы
вызываемъ тонъ а на камертонѣ, а затѣмъ играемъ ту же
ноту на рояли, гитарѣ или скрипкѣ, или, наконецъ, ее поемъ,
мы замѣчаемъ довольно значительную разницу. Очевидно,
что высота и сила тона могутъ совпадать, а въ звукѣ все
же можетъ быть разница. Въ чемъ же различіе этихъ раз-
личныхъ звуковъ? За исключеніемъ камертона и закрытыхъ
органныхъ трубъ, дающихъ только одинъ простой тонъ,
звуки всѣхъ остальныхъ инструментовъ, какъ и человѣче-
скаго голоса, имѣютъ всегда, кромѣ основного тона, большее
или меньшее число обертоновъ, числа колебаній которыхъ
— 372 —
кратны числу.колебаній основного тона. Итакъ, звуки со-
стоятъ изъ нѣсколькихъ тоновъ. Люди съ тон-
кимъ слухомъ и развитой способностью наблюденія могутъ
это замѣтить, прислушиваясь къ самому звуку. Особенно,
легко это замѣтить на звукахъ рояля. Ударимъ, напримѣръ,
предварительно педаль, такъ
напряженномъ вниманіи мы
слышимъ въ сопровожденіи
этого тона сначала его окта-
ву с, а мтѣмъ квинту этой
октавы д и вторую октаву
с7 Чтобы лучше замѣтить
обертонъ, мы сначала на-
поминаемъ его себѣ, вызы-
вая на роялѣ.
Въ резонаторахъ,
изобрѣтенныхъ Гельмголь-
цемъ, мы имѣемъ гораздо
клавишу для тона с, надавивъ
что тонъ звучитъ долго. При
фнг. З4і. лучшее средство для та-
кого анализа звуковъ. Это
—особыя полости, воздухъ которыхъ способенъ совершать
колебанія того тона, присутствіе котораго мы желаемъ
установить. Если днемъ, когда до нашего уха доходятъ
нѣсколько заглушенными всевозможные тоны и шумы,
приставить къ одному уху большую раковину, склянку,
ламповый абажуръ и т. д., а другое ухо закрыть, мы слы-
шимъ всегда одинъ и тотъ же тонъ, характер-
ный для этого сосуда. Стоитъ намъ ногами
шаркать о полъ или иначе производить шумъ,
чтобъ этотъ тонъ тотчасъ же былъ слышенъ
сильнѣе. Наиболѣе цѣлесообразной формой та-
кихъ резонаторовъ является изображенный на
фиг. 341 стеклянный или мѣдный полый шаръ
съ большимъ круглымъ отверстіемъ а на одной
сторонѣ и воронкообразнымъ, болѣе узкимъ
отверстіемъ Ъ на противоположной сторонѣ.
Употребляются также цилиндрическіе сосуды
съ вставленными въ нихъ трубками (фиг. 342).
Къ одному уху мы плотно приставляемъ.болѣе
узкое отверстіе резонатора, а другое ухо за-
крываемъ, и тогда мы всѣ остальные тоны
слышимъ лишь очень слабо, а тонъ резонатора,
если только онъ имѣется въ этой смѣси тоновъ,
Фиг. 342.
мы слышимъ очень сильно.
Беремъ еш$ разъ на роялѣ тонъ е и, приставивъ къ уху
резонаторъ с, слышимъ изъ всего звука_только с; еслибы,
мы приставили къ уху резонаторъ для д, мы слышали бы
373
только его и т. д. Еслибы мы взяли резонаторы другихъ
тоновъ, не содержащихся въ звукѣ рояли с, мы не слы-
шали бы ничего или очень мало.
Рядъ обертоновъ основного тона с:
с с д с с д Ь с Л е
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ’).
Такимъ образомъ, если у насъ есть рядъ резонаторовъ,
изъ которыхъ каждый воспринимаетъ одинъ изъ этихъ
обертоновъ, то въ каждомъ звукѣ, въ которомъ имѣется
основной тонъ с, мы можемъ найти его обертоны. Такими
изслѣдованіями было установлено, что на хорошемъ роялѣ
первые шесть обертоновъ очень слышны, а остальные за-
глушены. На плохомъ или испорченномъ долгой игрой
роялѣ слышны въ соотвѣтствующіе резонаторы и высшіе
обертоны.
ВЪ звукѣ тѣхъ струнныхъ инструментовъ, на которыхъ
игра производится со смычкомъ, основной тонъ относи-
тельно гораздо сильнѣе, чѣмъ на роялѣ, а ближайшіе обер-
тоны, наоборотъ, слабѣе, тогда какъ обертоны отъ 5 до 9
гораздо сильнѣе. Инструменты, у которыхъ звукъ вызы-
вается ударомъ о Металлическія пластинки, колокола, какъ
и трубы съ языкомъ, имѣютъ много высокихъ обертоновъ.
Простые тоны безъ обертоновъ, получаемые на камертонахъ
и закрытыхъ трубахъ, звучатъ мягко, но слабо и къ концу
глухо; звуки, содержащіе обертоны до 5 звучатъ полнѣе, му-
зыкальнѣе (открытыя трубы, рояль). Если звукъ содержитъ
только нечетные и высокіе обертоны, онъ имѣетъ гнусавый
.характеръ. Если высокихъ обертоновъ больше^ звуки по-
лучаются сиплые и рѣзкіе (трубы съ языкомъ, фисгармонія,
металлическіе инструменты).
Особенно интересно изслѣдованіе гласдыхъзвуковъ;
при равной высотѣ основного тона они различаются между
собой только по присутствію извѣстныхъ обертоновъ. Такъ,
напримѣръ, гласный звукъ у имѣетъ лишь слабые обертоны
или даже никакихъ обертоновъ не имѣетъ, въ гласномъ
звукѣ о особенно сильно слышится первая октава, а часто
и вторая октава, въ гласномъ звукѣ а особенно сильны
частичные тоны 8 и 9, а другіе слышатся слабѣе, въ глас-
ныхъ звукахъ е и и имѣется много гораздо болѣе сильныхъ
обертоновъ.
Если все сказанное выше вѣрно, то должно быть воз-
можно искусственно составить гласные звуки изъ простыхъ
х) Обозначая обертоны номерами, обозначаютъ самый основной тонъ
номеромъ 1, такъ что первый обертонъ с есть второй частичный тонъ
всего звука.
— 374 —
тоновъ, получаемыхъ на камертонахъ. Это и удалось сдѣ-
лать Гельмгольцу.
Теперь не трудно намъ понять, какъ образуются гласные
звуки человѣческаго голоса. Голосовая щель, подобно вся-
кой трубѣ, даетъ сначала рядъ обертоновъ. Но когда эта
смѣсь звуковъ проходитъ сквозь полости глотки и рта, многіе
изъ этихъ обертоновъ ослабляются, а другіе въ зависимости
отъ формы рта и отверстія губъ усиливаются, пока, наконецъ,
не останется только та смѣсь тоновъ, т. е. тотъ гласный
звукъ, который мы хотимъ произнести. Чтобы произнести
звукъ у, мы раскрываемъ ротъ очень мало, при о больше,
при а еще больше. Такимъ образомъ можно искусственно
получить - гласные звуки съ помощью трубъ съ языкомъ и
особыхъ полостей. Съ большимъ или меньшимъ успѣхомъ
можно также искусственно возсоздать шумъ согласныхъ,
что доказали говорящія машины Фабера и др.
Резонаторами могутъ служить не только полости, напол-
ненные воздухомъ; въ общемъ всякое звучащее тѣло, на-
строенное на опредѣ-
х. ленный тонъ; способно
—х. х------’Х отозваться, когда вбли-
\ зи раздается этотъ тонъ
/ / о | 5 ♦ | или звукъ, еГо содер-
1 I \ / жащій. На каждомъ
\ / X / роялѣ можно произве-
----' сти слѣдующій инте-
Фпг. 343. Фиг. 344. ресный и красивый
опытъ: открываютъ
крышку рояля, такъ чтобы струны были обнажены, спу-
скаютъ педаль, чтобы струны могли свободно откликаться,
и громкимъ голосомъ произносятъ въ рояль различные
гласные звуки или короткіе слоги и рояль повторяетъ ихъ
очень ясно; въ тихую ночь этотъ опытъ особенно хорошо
удается.
Въ стеклянныхъ сосудахъ, ламповыхъ абажурахъ обра-
зуются иногда вслѣдствіе резонанса такія сильныя колеба-
нія, что они лопаются. Люди съ сильнымъ чистымъ голо-
сомъ могутъ, напѣвая въ треснувшіе стаканы тотъ самый
тонъ, который получается при постукиваніи ихъ, совершенно
разбить ихъ. Этотъ фактъ былъ извѣстенъ уже древнимъ;
въ талмудѣ говорится о томъ, что пѣніе пѣтуховъ и крикъ
ословъ могутъ разбить стеклянные сосуды.
Въ тѣсной связи съ изложеннымъ выше находится ге-
ніальное изобрѣтеніе фонографа Эдисона. Сущность
изобрѣтенія заключается въ томъ, что колебанія, произ-
веденныя человѣческимъ голосомъ, образуютъ отпечатки
въ пластической массѣ и этими отпечатками пользуются
затѣмъ для полученія этихъ колебаній. На упрощенномъ
—г 375 —
схематическомъ рисункѣ фиг. 343 Т изображаетъ воронку,
нижнее отверстіе которой закрыто оболочкой т или тонкой
пластинкой изъ слюды. Въ серединѣ ея укрѣпленъ штифтъ *,
упирающійся въ поверхность покрытаго воскомъ вала. Если
провести въ воронку тонъ камертона или закрытой органной
трубы или глухо произнесеннаго звука у, оболочка начи-
наетъ колебаться простыми колебаніями. Если въ то же
время вращаютъ валъ въ направленіи стрѣлки, то штифтъ
оболочки образуетъ на поверхности вала глубокую волно-
образную линію, формы изображенной на фиг. 345 I. Если
въ воронку проводятъ тонъ выше на одну октаву и менѣе
сильный, то на быстро-вращаемомъ валу получается отпеча-
токъ формы, изображенной на фиг. 345 II. Если въ воронку
проводятъ оба тона одновременно, то результаты ихъ дѣй-
ствій складываются и отпечатки получаются тоже сложные;
тогда получается кривая фиг. 345 III; между большимъ воз-
вышеніемъ и большимъ пониженіемъ здѣсь имѣется еще
маленькое возвышеніе и маленькое пониженіе. Но та же
кривая получается, если вмѣсто двухъ отдѣльныхъ тоновъ
ввести въ воронку звукъ, сложенный изъ этихъ тоновъ.
Такъ, напримѣръ, почти именно это
получается, если произнесть въ во-
ронку гласный звукъ о. Этотъ
звукъ, слѣдовательно, вызываетъ
на поверхности вала отпечатокъ
какъ на IV' (фиг. 344). Если за-
тѣмъ удалить воронку со штиф-
томъ, повернуть валъ въ первона-
чальное положеніе, снова помѣ-
стить въ прежнее положеніе воронку со штифтомъ и снова
вращать валъ въ направленіи стрѣлки, штифтъ долженъ
скользить вдоль кривой и съ тѣмъ же ритмомъ опускаться
и подниматься, какъ онъ это дѣлалъ раньше, когда онъ
образовывалъ кривую. Движеній эти передаются пластинкѣ,
а отъ нея граничащему съ ней воздуху, въ которомъ обра-
зуется сложная поступательная волна, а дѣйствіе этой волны
на наше ухо вызываетъ ощущеніе гласнаго-звука о. То же
самое происходитъ съ остальными гласными, какъ и со-
гласными звуками и т. д.
Фонографъ Эдисона былъ значительно усовершенство-
ванъ. Королевская академія въ Вѣнѣ воспользовалась имъ
для того, чтобы съ помощью путешественниковъ-лингви-
стовъ воспринять чужіе языки и діалекты и сохранять ихъ.
Гальванопластическіе валики могутъ сохраняться очень
долго, вслѣдствіе чего получается полная возможность со-
хранить для будущихъ поколѣній рѣчь знаменитаго мужа.
Въ продажѣ очень распространены болѣе или менѣе де-
шевые аппараты, но ихъ работа, конечно, менѣе совершенна.
х
ш
Фиг. 345.
— 376 —
ЛЕКЦІЯ ПЯТЬДЕСЯТЪ ДЕВЯТАЯ.
Органъ слуха и его строеніе. Предѣлы его функціональной способности.
Одновременныя звуковыя впечатлѣнія. Зависимость высоты тона отъ
движенія источника звука. Принципъ Допплера. Наблюденіе звуковыхъ
тѣней и отраженныхъ звуковъ.
Изложеніе явленій звука мы закончимъ бѣглымъ обзо-
ромъ устройства и функцій того органа, черезъ посредство
котораго мы воспринимаемъ звуковыя впечатлѣнія. Въ этомъ
обзорѣ мы будемъ руководствоваться изображеніемъ этого
органа на фиг. 346. Направляясь снаружи вовнутрь, мы
прежде всего находимъ ушную раковину, служащую
Фиг. 346.
для того, чтобъ собирать звуки и направлять ихъ въ слу-
ховой проходъ дд. Послѣдній покрытъ жирнымъ веще-
ствомъ, назначеніе котораго, какъ предполагаютъ, мѣшать
проникновенію въ ухо насѣкомыхъ.
Слуховой проходъ на другомъ концѣ закрытъ оболоч-
кой— барабанной перепонкой //. Съ пей съ другой
стороны срощена косточка, названная изъ-за своей формы
молоточкомъ Л. Къ этой косточкѣ примыкаетъ вторая—
наковальня а, а за ней слѣдуетъ третья—стремячко а.
(Эти части, какъ и вообще все внутреннее ухо, ясности ради,
изображены на фиг. въ увеличенномъ видѣ). Косточки на-
ходятся въ особой полости рЛ — барабанной полости,
соединенной особой трубкой оі—такъ называемой евста-
хіевой трубой—съ полостью рта.
— 377 —
Остальная часть уха называется лабиринтомъ. Въ
немъ два окна, закрытыя оболочками: овальное окно,
покрытое и сращенное со стременемъ, и круглое окно
г/. Отъ преддверія лабиринта ведутъ три дугообразные
каналы — полукружные каналы Ьд. Далѣе сюда при-
мыкаетъ улитка, раздѣленная внутри во всей своей длинѣ
на двѣ отдѣльныя части особой оболочкой, на фиг. необоз-
наченной, — основной оболочкой. Эта оболочка есть
плотная ткань, волокна которой увеличиваются въ длинѣ
отъ основанія улитки до ея верхущки, подобно струнамъ
фортепьяно или арфы. Въ дѣйствительности она имѣетъ въ
длину около 34 миллиметровъ, а волокна имѣютъ въ длину
отъ 0,04 до 0,5 миллиметра. Предполагаютъ, что эти во-
локна служатъ для резонанса, но это еще не доказано. Въ
улитку поступаетъ тянущійся отъ мозга нервный стволъ
(необозначенный на фиг.), вѣтви котораго доходятъ до
основной оболочки какъ и до органовъ остального лабиринта.
Во избѣжаніе ошибочнаго пониманія рисунка, необходимо
еще прибавить, что лабиринтъ не свободенъ снаружи, т. е.
находится не въ какой нибудь полости, а въ особой кости—
каменистомъ отросткѣ височной кости, подобно
шахтамъ, прорытымъ въ каменистой массѣ какой- нибудь
горы. Наконецъ, лабиринтъ наполненъ еще нѣкоторой жид-
костью.
Мы описали внутреннее ухо въ самыхъ грубыхъ чертахъ,
но анатомическое и гистологическое изслѣдованіе доказало
присутствіе въ ухѣ еще многихъ другихъ болѣе мелкихъ
органовъ.
Теперъ мы перейдемъ къ вопросу о томъ, для чего слу-
жатъ всѣ эти отдѣльныя части. Къ сожалѣнію, объ этомъ
извѣстно еще мало точнаго. Что барабанная перепонка вос-
принимаетъ колебанія и передаетъ ихъ дальше черезъ упо-
мянутыя выше косточки, подобно перепонкѣ и штифту фо-
нографа, кажется несомнѣннымъ; не менѣе несомнѣнно, что
концы слуховыхъ нервовъ воспринимаютъ впечатлѣніе то-
новъ и передаютъ ихъ мозгу. Но между первымъ и вторымъ
процессомъ лежитъ еще пѣлый рядъ неразрѣшенныхъ зага-
докъ. Относительно полукружныхъ каналовъ предполагаютъ,
что ихъ задача — оріентировать человѣка относительно по-
ложенія его головы. Барабанная перепонка и косточки мо-
гутъ быть разрушены безъ того, чтобы слухъ исчезъ совер-
шенно. Болѣе изслѣдованы предѣлы функціональной спо?
собности уха.
Ухо можетъ точно различать такіе тоны, какъ таковые, и
оцѣнивать ихъ высоту, которые соотвѣтствуютъ числамъ
колебаній отъ 24 до 40.000 и больше въ секунду; это соста-
вляетъ приблизительно 10‘/2 октавъ, но изъ нихъ употреб-
ляется въ музыкѣ около 7 октавъ (до 3900 колебаній въ се-
— 378 —
кунду). Но не всѣ люди въ состояніи услышать высокіе тоны;
для многихъ высшими тонами являются тоны, которымъ
соотвѣтствуютъ 30.000 колебаній въ секунду, а для нѣкото-
рыхъ и именно для людей старыхъ, и эти тоны уже недо-
ступны. Такъ можетъ случиться, что одно лицо, когда раз-
даются такіе высокіе тоны (ихъполучаютъ на очень малень-
кихъ трубочкахъ), совершенно не услышало ихъ, а другое
закрыло бы уши, чтобы прекратить болѣзненное ощущеніе,,
вызываемое ими.
Собаки, какъ извѣстно, начинаютъ лаять, а кошки бро-
саются въ бѣгство, когда раздаются звонъ колоколовъ, или
звуки трубъ. Причина' этого заключается, повидимому, въ
томъ, что эти животныя особенно болѣзненно ощущаютъ
обертоны, сопровождающіе высокіе тоны.
Мы достаточно занимались физикой въ комнатѣ, и намъ
пора отправиться на прогулку. Насъ тотчасъ же поражаетъ,
сколь много различныхъ тоновъ мы въ состояніи воспринять
одновременно. Мы слышимъ сразу дюжину инструментовъ
военой музыки, звонъ колоколовъ, грохотъ пушекъ, лай со-
бакъ, свистъ локомотива, стукъ колесъ и рѣчь людей. Каж-
дый изъ этихъ возбудителей звуковъ въ отдѣльности- даетъ
не одинъ тонъ, а цѣлый звукъ, т. е. смѣсь многихъ тоновъ,
каждый изъ этихъ тоновъ приводитъ воздухъ сто или ты-
сячу разъ въ секунду въ колебательное движеніе, всѣ эти
колебанія перекрещиваются, не мѣшая другъ другу и не
искажая другъ друга, всѣ онп дѣйствуютъ на нашу бара-
банную перепонку, распространяются черезъ слуховыя ко-
сточки вплоть до жидкости лабиринта, гдѣ они восприни-
маются находящимися тамъ органами, разбираются, система
тизируются и черезъ слуховой нервъ доходятъ до нашего
сознанія. И весь аппаратъ, съ помощью котораго все это со-
вершается, въ своихъ главныхъ частяхъ такъ малъ, что онъ
могъ бы весь помѣститься въ орѣховой скорлупѣ! Врядъ ли
можетъ быть еще что нибудь, болѣе удачно устроенное и
болѣе поразительное.
Мы вышли за городъ. Уличный шумъ становится все
глуше и глуше и, наконецъ, исчезаетъ. Но здѣсь тысячью
голосовъ говоритъ намъ природа: мы слышимъ жужжа-
ніе насѣкомыхъ, чириканье кузнечиковъ и стрекозъ, ревъ
потока и свистъ вѣтра. Проходя мимо телеі’рафнаго столба,
мы слышимъ шумъ, какъ бы идущій извнутри деревяннаго
столба и вйзываемый въ проволокахъ воздушными тече-
ніями. Тѣ же звуки получаются и на такъ называемой эоло-
вой арфѣ, экземпляръ которой мы видимъ на крышѣ той
дачи, и происхожденіе ихъ точно еще не изслѣдовано.
Арфа эта представляетъ собой двойную воронку, внутри
которой натянуто нѣсколько тонкихъ проволокъ. Воздушныя
велны, попадая въ эту воронку, вызываютъ въ ея проволо-
— 379 —
бахъ колебанія различнаго рода, становящіяся источникомъ
меланхолическихъ звуковъ. Такіе же звуки получаются,
когда вѣтеръ колышетъ камышъ и вѣтви деревьевъ. Но мы
не только узнаемъ о существованіи множества возбудителей
звуковъ, а мы можемъ даже ясно судить объ ихъ движеніи,
узнать, приближаются ли они къ намъ или удаляются. Вотъ
къ намъ приближается желѣзнодорожный поѣздъ. Маши-
нистъ, ведущій поѣздъ, впускаетъ паръ въ свистокъ локо-
мотива и въ нашихъ ушахъ раздается рѣзкій свистокъ.
Обратите вниманіе на высоту тона! Въ тотъ моментъ, когда
локомотивъ проходитъ . мимо насъ, высота тона измѣняется
и свистъ становится глуше. Машинистъ и пассажиры тоже
слышатъ свистъ, но не той же высоты, что и мы, а нѣко-
торой средней высоты, остающейся постоянной. Какъ объ-
яснить это явленіе?
Совершенно независимо отъ того, находится ли свистокъ
въ покоѣ или движется, онъ отдаемъ въ воздухъ 435 коле-
баній въ секунду, если онъ настроенъ на тонъ а: время
между двумя* слѣдующими другъ за другомъ сгущенідми
воздуха составляетъ, слѣдовательно, всегда і/із& секунды.
Столь же велико было бы время между двумя ударами .этихъ
сгущеній въ ухо наблюдателя, если бы свистокъ находился
въ покоѣ. Но такъ какъ въ теченіе этого времени свистокъ
приближается къ уху на нѣкоторое разстояніе, то послѣ-
дующее сгущеніе достигаетъ уха изъ пункта болѣе близ-
каго и потому достигаетъ его немного раньше, чѣмъ на Ѵ-*35
секунды послѣ прибытія предыдущаго сгущенія. То же са-
мое повторяется при всѣхъ послѣдующихъ сгущеніяхъ.
Такъ какъ сгущенія достигаютъ уха въ болѣе короткій про-
межутокъ времени, чѣмъ въ у<зз секунды, то оно въ секунду
слышитъ болѣе 435 колебаній, т. е. болѣе высокій тонъ.
Насчитаемъ теперь, насколько этотъ тонъ долженъ быть
выше.
Въ і/485 секунды локомотивъ вмѣстѣ со свисткрмъ про-
ходитъ путь въ 14/<з5 метра по направленію къ наблюдателю;
путь 14
звукъ проходитъ этотъ путь въ — ^^-4357340-
секунды. На эту часть секунды каждое послѣдующее сгу-
щеніе доходитъ до уха раньше предыдущаго. Отсюда слѣ-
дуетъ, что время между прибытіемъ двухъ сгущеній до
1 14 1 ( 14 \ 1
уха=-------------=-------1 і______I —-----секунды. Итакъ,
3 435 435.340 435 ( 340) 453,7 д
число колебаній тона 453,7. Это число больше 435 въ отно-
шеніи 25:24 и соотвѣтствуетъ музыкальному тону а*», кото-
рый на „полъ-тона" выше тона а.
Подобнымъ же расчетомъ можно доказать, что когда ло-
комотивъ со свисткомъ удаляется отъ наблюдателя съ той
— 380
же скоростью въ 14 метровъ, то тонъ его становится ниже
на полъ-тона, т. е. вмѣсто тона а получается тонъ аз. Въ тотъ
моментъ, когда локомотивъ со свисткомъ проходитъ мимо
наблюдателя, тонъ его падаетъ отъ аз до аз, т. е. на цѣлый
тонъ, между тѣмъ какъ машинистъ все время слышитъ
средній тонъ а 1)-
Приблизительно тотъ же результатъ получается, если, на-
оборотъ, свистокъ остается на одномъ мѣстѣ, а наблюдатель
къ нему приближается; если же наблюдатель и свистокъ дви-
гаются по противоположнымъ направленіямъ, то дѣйствіе
получается двойное. Такой случай можно наблюдать, сидя
въ быстро несущемся поѣздѣ, если ему на встрѣчу прихо-
дитъ другой поѣздъ и при этомъ раздается свистокъ. Если
оба поѣзда движутся со скоростью предыдущаго поѣзда,
т. е. со скоростью. 14 метровъ въ секунду, то тонъ для на-
блюдателя падаетъ на цѣлую терцію. Когда поѣздъ несется
ко входу въ туннель и при этомъ раздается свистокъ, то эхо
доноситъ намъ звукъ назадъ, какъ будто бы тонъ несуща-
гося намъ на встрѣчу локомотива. Тогда можно особенно
ясно замѣтить, что тонъ эхо ниже тона свистка.
Разскажемъ еще о нѣкоторыхъ другихъ наблюденіяхъ,
для которыхъ, впрочемъ, требуются болѣе тонкій слухъ и
болѣе напряженное вниманіе.
Мы проходимъ по аллеѣ, усаженной толстыми деревьями.
Въ концѣ аллеи, на большомъ отъ насъ разстояніи, находится
нѣкоторый, постоянный источникъ звука, напримѣръ, водо-
падъ, шумящій потокъ, желѣзнодорожный поѣздъ и т. д.
Проходя мимо деревьевъ, мы замѣчаемъ, что каждое дерево
бросаетъ какъ бы нѣкоторую тѣнь на доносящійся до насъ
шумъ: въ тотъ моментъ, когда мы находимой подъ дере-
вомъ, шумъ замѣтно заглушается. Еще болѣе тонкое, но и
болѣе трудное наблюденіе * *) заключается въ слѣдующемъ; съ
одной стороны до насъ доносится какой-то непрерывный
шумъ, а съ другой стороны на разстояніи отъ насъ въ */2—2
метра находится стѣна. Если мы прислушиваемся, обратив-
шись къ стѣнѣ, мы слышимъ невысокій тонъ, высота кото-
раго съ приближеніемъ къ стѣнѣ становится больше, а съ
удаленіемъ отъ нея — меньше . Мы поэтому всего лучше
воспринимаемъ тонъ, если быстро, но тихо приближаемъ
ухо къ стѣнѣ и опять отдаляемъ и во время этого движе-
нія прислушиваемся къ тону. Услышавъ его разъ, мы безъ
труда слышимъ его еще разъ.
і) Изложенный здѣсь принципъ быль открытъ профессоромъ Доп-
плеромъ въ Прагѣ (1842) и былъ нмъ примѣненъ также къ свѣто-
вымъ явленіямъ.
*) Этими наблюденіями авторъ обязанъ сообщенію своего учителя,
профессора Баумгартена въ Иннсбрукѣ.
— 381 —
Каково происхожденіе этого тона? Каждое отдѣльное сгу-
щеніе исходящее изъ отдаленнаго источника шума дохо-
дить до нашего уха два раза: разъ—прямо, а дрѵгой разъ —
послѣ отраженія отъ стѣны. Ухо наше, слѣдовательно, слы-
шитъ въ равные промежутки времени безчисленные звуко-
вые импульсы, и получается впечатлѣніе тона. Допустимъ,
что наше ухо удалено отъ стѣны на 1,7 метра; разстояніе
отъ уха до стѣны и обратно равно тогда 3,4 метра. Это раз-
стояніе тонъ проходитъ въ 0,01 секунды. Эхо, слѣдовательно,
достигаетъ уха на 0,01 секунды позже прямо услышаннаго
тона. Мы слышимъ тогда тонъ съ числомъ колебаній 100
т. е. ді$. Легче намъ услышать болѣе высокіе тоны, требую-
щіе большей близости къ стѣнѣ. Чтобы, напримѣръ, услы-
шать тонъ а въ 435 колебаній, мы должны приблизиться къ
стѣнѣ на -т .т,-;- — 0,30 метра. То же самое мы наблюдаемъ,
когда приближаемся къ дереву, а такъ какъ тонъ при этомъ
всегда сначала падаетъ, а затѣмъ повышается, то получается
впечатлѣніе, будто слышишь тихій вздохъ. Этому наблюде-
нію обязанъ, вѣроятно, своимъ происхожденіемъ греческій
мифъ, будто деревья близъ журчащихъ источниковъ насе-
лены вздыхающими ореадами.
ЛЕКЦІЯ ШЕСТИДЕСЯТАЯ.
Источники свѣта. Единица силы свѣта. Уменьшеніе силы свѣта съ уве-
личеніемъ разстоянія. Измѣреніе силы свѣта (фотометрія). Зависимость
силы свѣта отъ угла паденія свѣтовыхъ лучей. Самое выгодное поло-
женіе источника свѣта. Волнообразное распространеніе свѣта. Скорость
распространенія свѣта. Звѣздное небо, накъ картина разновременныхъ
объектовъ, являющихся намъ одновременно.
Изъ всѣхъ нашихъ органовъ чувствъ глазъ рядомъ
съ ухомъ доставляетъ намъ всего больше впечатлѣній изъ
окружающаго насъ міра тѣлъ. Было бы трудно рѣшить,
отсутствіе какого органа чувствъ намъ было бы легче пере-
нести: слуха или зрѣнія. Свѣтовыхъ явленій уже въ повсе-
дневной нашей жизни, оставляя въ сторонѣ наблюденія
физика, такое неисчислимое множество, что въ виду огра-
ниченности мѣста намъ очень трудно сдѣлать правильный
выборъ и намъ придется оставить безъ разсмотрѣнія мно-
жество явленій, разсмотрѣніемъ которыхъ мы охотно заня-
лись бы.
— 382 —
Мы начнемъ наше изложеніе обзоромъ источниковъ
свѣта.
Въ большинствѣ случаевъ свѣтъ обязанъ своимъ проис-
хожденіемъ излученію сильно нагрѣтыхъ тѣлъ. Самый
обильный и важный источникъ свѣта среди нихъ есть
солнце. Свѣтъ, исходящій изъ неподвижныхъ звѣздъ,
рядомъ со свѣтомъ солнца, совершенно незамѣтенъ.
Что касается земныхъ источниковъ свѣта, то и здѣсь та-
ковыми являются тѣла, накаленныя до бѣла. Первое мѣсто
среди нихъ занимаетъ раскаленный углеродъ: въ формѣ
угольныхъ стержней электрическихъ дуговыхъ лампъ и
въ формѣ угольныхъ нитей электрическихъ лампочекъ на-
каливанія онъ, накаленный электрическимъ токомъ до бѣ-
лаго каленія, даетъ намъ „электрическій свѣтъ"; въ формѣ
мельчайшихъ, выдѣленныхъ частичекъ онъ горитъ въ пла-
мени свѣтильнаго газа, ацетилена, керосина, жирныхъ ма-
селъ, стеарина, парафина, воска, жира и смолы. Кромѣ угле-
рода имѣютъ еще нѣкоторое значеніе въ качествѣ свѣтящихся
тѣлъ нѣкоторые земельные металлы, какъ окиси кальція,
магнія и др.; такъ, напримѣръ, въ Друммондовомъ свѣтѣ
горитъ раскаленная пламенемъ гремучаго газа окись каль-
ція, въ свѣтѣ магнія—полученная сожженіемъ магнія и рас-
каленная окись магнія, въ Ауэровой горѣлкѣ—содержащаяся
въ мѣшочкѣ Ауэра окись торія и церія и въ лампѣ Нернста—
раскаленныя электрическимъ токомъ палочки магнезіи. И свѣтъ
такъ-называемыхъ бенгальскихъ огней римскихъ свѣчей и т. д.
обязанъ своимъ происхожденіемъ накаленію окисей, обусло-
вленнымъ сгораніемъ углерода и сѣры съ кислородомъ се-
литры и бертолетовой соли.
Свѣтъ, не сопровождаемый замѣтнымъ развитіемъ тепло-
ты, отличается весьма малой интенсивностью; таковъ свѣтъ
свѣтящихся минераловъ и остальныхъ фосфоресцирующихъ
веществъ, свѣтящихся червячковъ и морскихъ животныхъ,
бактерій въ свѣтящемся деревѣ, мясѣ и т. д.
Чтобы измѣрить интенсивность различныхъ источниковъ
свѣта, мы должны имѣть единицу свѣта. Въ качествѣ
таковой служитъ обыкновенно свѣтъ нормальной свѣчи (па-
рафиновой свѣчи опредѣленныхъ размѣровъ), свѣтъ лампы
Г е ф н е р а (лампы съ уксуснокислымъ амиломъ, въ которой
фитиль имѣетъ опредѣленные размѣры и пламя—опредѣлен-
ную высоту), свѣтъ французской лампы Карселя (въ которой
горитъ оливковое масло) и, наконецъ, свѣтъ раскаленнаго
до точки плавленія куска платины величиной въ одинъ
квадратный сантиметръ (единица Віоля, Сименса).
Точныя измѣренія силы свѣта не легки, и для нихъ
требуются болѣе или менѣе Дорогіе аппараты. Мы здѣсь
опишемъ одинъ методъ, вполнѣ достаточный для потребно-
стей обыденной жизни, но для этого намъ необходимо раньше
— 383 —
познакомиться съ закономъ, опредѣляющимъ зависимость
силы свѣта отъ разстоянія источника свѣта. Законъ этотъ
ясенъ изъ рисунка, изображеннаго на фиг. 347. Если про-
тивъ небольшого источника свѣта, напримѣръ, пламени
<щѣчи, поставить бѣлую ширму на разстояніи іо', іо"
(Ію" — 21,о') и Ію'" (Ію'" = ЗЬо'), то во второмъ случаѣ
свѣтъ, ограниченный предѣльными лучами іа', Ы/, Ъс а ІЛ',
упадетъ на площадь въ четыре раза большую, чѣмъ въ пер
вомъ случаѣ, а въ третьемъ случаѣ—на площадь въ девять
разъ большую. Отсюда слѣдуетъ, что на каждый квадратъ,
равный квадрату а’Ь’с'Л', падаетъ на двойномъ разстояніи
только четвертая, а на тройномъ разстояніи—только девятая
часть того количества свѣта, которое падаетъ на квадратъ
л'б'с'а', отстоящій отъ источника свѣта на разстояніи іо'.
Изъ сказаннаго слѣдуетъ, что сила свѣта обратно
пропорціональна квадрату разстоянія. Если бы
мы хотѣти, чтобы ширма во второй и въ третій разъ была
такъ же освѣщена, какъ въ первый разъ, мы должны были бы
Фиг. 317.
во второй разъ взять вмѣсто одной свѣчи четыре свѣчи, а
въ третій разъ девять свѣчей. Отсюда мы можемъ получить
общую формулу, опредѣляющую силу свѣта въ зависимости
отъ разстоянія источника свѣта: если источникъ свѣта Ѣ'
даетъ на разстояніи Е свѣтъ такой силы, какъ источникъ
свѣта і на разстояніи Е, то
і : і‘ == Е* : Е,г.
Темнѣетъ. Теперь мы можемъ примѣнить этотъ законъ,
для чего будутъ достаточны самыя простыя средства. Вотъ
здѣсь двѣ свѣчи, изъ которыхъ одна лучше, но и дороже
второй. Мы хотимъ узнать, какая свѣча для насъ болѣе вы-
годна, т. е. при той же стоимости даетъ больше свѣта. Мы
сдѣлаемъ это съ помощью метода тѣни (фиг. 348). Мы
ставимъ на столъ перпендикулярно къ нему чертежную
доску, покрытую бѣлой бумагой, а на нѣкоторомъ разстояніи
отъ нея укрѣпляемъ воскомъ линейку въ положеніи перпен-
дикулярномъ столу и, слѣдовательно, параллельномъ доскѣ.
Затѣмъ, мы ставимъ на столъ обѣ свѣчи и разставляемъ ихъ
такъ, чтобы обѣ тѣни, во-первыхъ, тѣсно соприкасались и,
— 384 —
во-вторыхъ, были одинаково ярки (темны), чего не трудно
достичь передвиженіемъ свѣчей по столу. Затѣмъ, мы измѣ-
ряемъ разстоянія свѣчей отъ тѣней. Допустимъ, что мы на-
шли, что эти разстоянія равны 50 и 60 сант. Отсюда слѣдуетъ,
что силы свѣта обѣихъ свѣчей относятся какъ 502 : 602 =
= 2500 : 8600 = 25 : 36. Само собой разумѣется, что тѣнь В
получаетъ свой свѣтъ только отъ пламени Ь, а тѣнь В'—
только отъ В. Если свѣчу В поставить на такомъ же раз-
стояніи отъ доски, какъ свѣча Ъ, то тѣнь В 6у ютъ темнѣе Ь',
потому что В' получаетъ отъ В больше свѣта, чѣмъ В
отъ В
Чтобы получить вполнѣ точные результаты, мы должны
позаботиться о томъ, чтобы свѣтъ не отражался отъ ближай-
шихъ стѣнъ и отъ поверхности стола (для чего можно столъ
покрыть темнымъ матовымъ сукномъ), затѣмъ должны поза-
ботиться о томъ, чтобы пламя обѣихъ свѣчъ горѣло одина-
ково хорошо (для чего необходимо обрѣзать фитили одина-
Фпг. 348.
ково хорошо и ждать пока пламя на обѣихъ свѣчахъ не
достигнетъ равной высоты). Только при этихъ условіяхъ-
отношеніе 25 : 36 есть отношеніе силы свѣта обѣихъ свѣчей.
Но получивъ это отношеніе, мы еще не знаемъ отношенія
ихъ стоимости, потому что одна свѣча можетъ же горѣть
еще дольше другой. Мы должны, поэтому, изслѣдовать еще,
сколько времени горятъ эти двѣ свѣчи при равной величинѣ
ихъ. Допустимъ, что свѣча Ь горитъ 40 минутъ, а свѣча
В—44,5 минутъ. Если мы эти числа перемножимъ соотвѣт-
ственно съ числами 25 и 36, мы получимъ отношеніе стои-
мости обѣихъ свѣчъ: 25 X 40:36 X 44,5 = 1000 :1600 = 5:8.
Теперь намъ нетрудно узнать, какая свѣча при той же стои-
мости даетъ больше свѣта, т. е. болѣе выгодна. Этотъ методъ
только тогда трудно примѣнить, когда источники свѣта бы-
ваютъ различно окрашены, потому что тогда не такъ легко-
точно рѣшить, какая изъ различно окрашенныхъ тѣней
темнѣе.
— 385 —
Фиг. 350.
чего еще больше теряемъ въ
Кромѣ разстоянія освѣщенной поверхности отъ источника
свѣта, сила свѣта зависитъ еще отъ угла паденія свѣтовыхъ
лучей. Допустимъ, что изъ очень отдаленнаго источника
свѣта падаютъ перпендикулярно на поверхность, изображен-
ную йа фиг. 349 линіей ОА, параллельные лучи. Если эту
поверхность перевести изъ положенія ОА въ положеніе <0В,
то, какъ видно изъ фиг. 0,1
свѣта пойдетъ мимо этой по-
верхности и сила свѣта будетъ
на эту часть меньше, чѣмъ
раньше. Если освѣщаемую по-
верхность помѣстить въ поло-
женіе ОС, образующее съ О А
уголъ въ 60°, сила свѣта бу-
детъ вдвое меньше, чѣмъ въ
первый разъ и, наконецъ, = 0, когда освѣщаемая поверхность
находится въ положеніи 01), образующемъ съ ОА прямой
уголъ.
Разсмотримъ еще случай, когда на силу свѣта вліяютъ и
разстояніе источника свѣта отъ освѣщаемой поверхности и
наклонное положеніе его лучей. Намъ нужно возможно
лучше освѣтить сере-
дину А чертежной до-
ски пламенемъ, которое
мы можемъ передви-
гать вверхъ и внизъ
(фиг. 350). Передвигать
источникъ свѣта въ
горизонтальномъ на-
правленіи мы, по тѣмъ
или другимъ причи-
намъ, совершенно не
можемъ.
Опуская пламя очень
низко, мы приближа-
емъ свѣтъ и потому
выигрываемъ въ его
силѣ, но за то дѣлаемъ
лучи его гораздо болѣе
наклонными, вслѣдствіе
силѣ свѣта. Съ другой стороны, поднимая пламя слиш-
комъ высоко, мы выигрываемъ въ силѣ свѣта, потому что
дѣлаемъ лучи менѣе наклонными, но за то теряемъ въ
этой силѣ, потому что увеличиваемъ разстояніе источника
свѣта отъ освѣщаемой поверхности. Очевидно, что самое вы-
годное положеніе пламени должно быть гдѣ то по серединѣ.
Вычисленія, которыхъ, мы здѣсь привести не можемъ, пока-
зываютъ, что самое выгодное есть то положеніе, при кото-
386
ромъ высота источника свѣта Ь отъ доски составляетъ 0,7
часть его разстоянія въ горизонтальномъ направленіи или—
что одно и то же—когда уголъ между свѣтовыми лучами и
доской = Зб1/*0. На фиг. пламя Ь изображено именно въ
этомъ положеніи. Къ сожалѣнію, оно именно въ этомъ по-
ложеніи не всегда пріятно для глазъ, если оно не закрыто
абажуромъ. Изложенное здѣсь имѣетъ особенно важное
практическое значеніе, когда приходится повѣсить висячую
лампу.
Явленія тѣней показываютъ намъ, что свѣтовые лучи
распространяются прямолинейно, покуда среда,
черезъ которую они проходятъ, имѣетъ вездѣ одинаковыя
свойства и одинаковую плотность. Но, спрашивается, ну-
ждается ли и свѣтъ въ матеріальной средѣ для своего рас-
пространенія, подобно звуку. Тотъ фактъ, что свѣтъ дости-
гаетъ земли отъ солнца сквозь „пустое" міровое простран-
ство, доказываетъ, что матеріальное вещество такого рода,
какъ наши земныя тѣла, вещество вѣсомое, для этого не тре-
буется. Тѣмъ не менѣе, мы для полнаго объясненія свѣто-
выхъ явленій вынуждены принять существованіе чрезвы-
чайно тонкой невѣсомой среды, наполняющей вселенную до
самыхъ отдаленныхъ неподвижныхъ звѣздъ. Эту среду на-
зываютъ свѣтовымъэфиромъ или просто эфиромъ.
Затѣмъ физики доказываютъ, что распространеніе свѣта
основано на поперечныхъ колебаніяхъ этого эфира и
что свѣтъ, слѣдовательно, распространяется волнообразными
движеніями.
Отсюда ясно и то, что для этого распространенія необхо-
димо извѣстное время. Время это измѣрялось самыми -раз-
личными методами и было доказано, что скорость распро-
страненія свѣта чрезвычано велика. Она равна приблизи-
тельно 300.000 километрамъ въ секунду. Разстояніе отъ
солнца до земли свѣтъ проходитъ приблизительно въ 8 ми-
нутъ. Такимъ образомъ какъ отдаленный пушечный вы-
стрѣлъ былъ данъ гораздо раньше, чѣмъ мы его услышали,
такъ и солнце восходитъ на 8 минутъ раньше, чѣмъ мы это
видимъ.
Наступила полная ночь и черезъ открытое окно передъ
нами открывается прекрасная картина неба, усѣяннаго яр-
кими звѣздами. Существуютъ ли дѣйствительно всѣ эти
звѣзды, которыя мы видимъ? Странный вопросъ! Почему же
имъ не существовать? Вопросъ однако не лишенъ основанія.
Вотъ та яркая неподвижная звѣзда въ созвѣздіи Оріона,
Сиріусъ, находится отъ насъ, согласно измѣреніямъ астро-
номовъ, на такомъ разстояніи, что свѣтъ отъ него доходитъ
до насъ черезъ 17 лѣтъ. Такимъ образомъ она могла потух-
нуть еще 17 лѣтъ тому назадъ, и тѣмъ не менѣе мы ее
видимъ, потому что свѣтовыя волны, которыя опа нѣкогда
387 —
испускала, находятся еще въ пути. Но, слѣдуетъ полагать,
что именно наиболѣе яркія звѣзды суть въ общемъ и наи-
болѣе близкія къ намъ. Многія звѣзды еще гораздо болѣе
удалены отъ насъ, такъ что до сихъ поръ не удалось еще
опредѣлить это разстояніе. Очень можетъ быть, что мы ви-
димъ теперь тотъ свѣтъ, который онѣ испускали во время
рожденія Христа. Такимъ образомъ, смотря на звѣздное
небо, мы можемъ дѣлать заключенія не о его настоящемъ,
а о его прошломъ и для каждой звѣзды въ отдѣльности о
другомъ прошломъ болѣе или менѣе отдаленномъ. Въ этомъ
мы можемъ усмотрѣть новое доказательство сказанному нами
въ первой лекціи, а именно, что мы воспринимаемъ міръ
не такимъ, каковъ онъ есть въ дѣйствительности, а только
такимъ, какимъ онъ является нашимъ чувствамъ.
ЛЕКЦІЯ ШЕСТЬДЕСЯТЪ ПЕРВАЯ.
Отраженіе свѣта. Правильное и разсѣянное отраженіе. Отраженіе въ
зеркалѣ. Законъ отраженія въ плоскомъ зеркалѣ. Мнимое изображеніе.
Зеркало съ амальгамой, его испытаніе и Обращеніе съ нимъ. Отраже-
ніе въ параллельныхъ зеркалахъ. Отраженіе въ зеркалахъ, наклонен-
ныхъ подъ угломъ. Калейдоскопъ, тайный глазокъ, магическая трубка,
аппаратъ для Черченія, представленіе призраковъ, геліостатъ, гоніо-
метръ, секстантъ.
Въ предыдущей лекціи мы говорили о тѣлахъ, испускаю-
щихъ свѣтъ, который образуется въ нихъ самихъ, какъ
солнце, звѣзды или другія раскаленныя тѣла. Но, кромѣ
этихъ тѣлъ, мы видимъ и луну, облака, горы и всевозмож-
ныя другія окружающія насъ тѣла, которыя испускаютъ
только свѣтъ, заимствованный отъ солнца или искусствен-
ныхъ источниковъ свѣта. Это доказываетъ, что свѣтъ имѣетъ
свойство отражаться—по крайней мѣрѣ, отчасти — отъ по-
верхностей тѣлъ, на которыя его лучи падаютъ. Отраженіе
это происходитъ весьма различно: если поверхность тѣла
очень гладка и равномѣрно ограничена—какъ говорятъ, по-
лирована,—то отраженіе бываетъ правильнымъ, а тѣло та-
кое называется зеркаломъ; если же поверхность тѣла бо-
лѣе или менѣе шероховата, какъ, напримѣръ, у листа бу-
маги, отраженіе свѣта бываетъ неправильнымъ, и мы гово-
римъ тогда, что свѣтъ разсѣивается; такія тѣла кажутся
свѣтлыми и матовыми, тогда какъ зеркальныя тѣла блестятъ.
Затѣмъ бываютъ еще тѣла, которыя вовсе или почти не от-
тражаютъ свѣта, а почти совсѣмъ поглощаютъ его, какъ, на-
26 іаюп ИВЯ
388 —
примѣръ, поверхность, покрытая сажей. Такія тѣла мы да-
ваемъ черными. Наконецъ, бываютъ еще и такія тѣла, ко-
торыя большую часть свѣтовыхъ лучей пропускаютъ черезъ
себя и лишь небольшую часть отражаютъ или поглощаютъ.
Примѣромъ такихъ тѣлъ можетъ служить стеклянная пла-
стинка. Такія тѣла мы называемъ прозрачными. Во
всѣхъ этихъ случаяхъ возможно однако же и то, чтобы
только часть содержащихся въ бѣломъ солнечномъ свѣтѣ
видимыхъ лучей отражалась, поглощалась или проходила
черезъ тѣло, и тогда тѣло бываетъ окрашеннымъ. О цвѣто-
выхъ явленіяхъ мы поговоримъ впослѣдствіи, а теперь зай-
мемся изученіемъ зеркалъ.
Зеркала бываютъ плоскія и кривыя. Черезъ малень-
кое отверстіе въ закрытыхъ ставняхъ окна мы пускаемъ
пучекъ солнечныхъ лучей на плоское зеркало. Направленіе
лучей намъ нетрудно узнать по несущейся въ воздухѣ пыли
Фиг. 851.
или—еще лучше—по небольшому облачку папиросы. Если
плоскость зеркала перпендикулярна къ лучамъ, послѣдніе
возвращаются въ отверстіе ставня. Стоитъ намъ немного на-
гнуть зеркало, чтобъ на противоположной сторонѣ появился
такъ называемый зайчикъ, который и перебѣгаетъ съ мѣста
на мѣсто при малѣйшемъ передвиженіи зеркала въ полной
отъ него зависимости. Самыми простыми пріемами, напри-
мѣръ, помѣщеніемъ на стѣнѣ бѣлаго картона, на которомъ
появляется нашъ пучекъ въ видѣ свѣтлой полоски, намъ не
трудно убѣдиться въ томъ, что отраженный пучекъ
лучей остается въ той плоскости, которая можетъ
быть проведена черезъ пучекъ падающихъ лучей, и перпен-
дикуляръ, опущенный на отражающую плоскость; кромѣ
того мыубѣждаемся въ томъ, что уголъ отраженія
равенъ всегда углу паденія (фиг. 351). При каж-
389 —
5'
Фиг. 352
Домъ вращеніи зеркала около оси, перпендикулярной къ
плоскостипаденія, на уголъ а увеличиваются на тотъ же уголъ
а и уголъ паденія и уголъ отраженія, вслѣдствіе чего отра-
женныйлучъ описываетъ всегда вдвое боль-
шую дугу, чѣмъ вращающееся зеркало.
На этихъ законахъ основано
главное свойство зеркала от-
ражать изображеніе тѣхъ пред-
метовъ, отъ поверхности кото-
рыхъ исходятъ, лучи.
Чтобъ ясно это понять, мы
разсмотримъ подробнѣе фиг. )
352. Пусть 88 изображаетъ -2^
зеркало, отражающая поверх-
ность котораго направлена
вправо, Ь—точка, отъ которой
исходятъ лучи (въ данномъ
случаѣ безразлично, есть ли
точка Ь самостоятельный
источникъ свѣта или она от-
ражаетъ свѣтъ {другого источ-
ника свѣта). Всѣ лучи, падаю-
щіе отъ этой точки на зеркало,
какъ напримѣръ, Ъа, ЪЪ, Ьс
отражаются отъ послѣдняго такъ,
исходили отъ точки Ь', лежащей на перпендикулярѣ къ
зеркалу ЬЬ' и на такомъ же разстояніи позади зеркала, на
какомъ X находится впереди зеркала. Глазъ о, находящійся
гдѣ либо въ направленіи отраженныхъ лучей, получить,
поэтому, только такіе
лучи, которые какъ
будто бы отходятъ
отъ Ъ'. Отсюда по-
лучается та иллюзія,
будто мывъ Ь‘видимъ
точку Ь. Въ дѣйстви-
тельности отъ 7'не от-
ходитъ ни одинъ лучъ
свѣта, потому что за
лучъ свѣта. Эту точку
или также мнимымъ
какъ будто-бы они
Фиг. 353.
зеркало не попадаетъ ни одинъ
7/ мы называемъ зеркальнымъ
изображеніемъ точки Ь.
Этимъ названіемъ мы отличаемъ это изображеніе отъ
тѣхъ изображеній, у которыхъ отъ I/ дѣйствительно исхо-
дятъ лучи и которыя называются дѣйствительными
изображеніями; съ послѣдними мы скоро познакомимся
ближе.
Всякій предметъ состоитъ изъ безконечнаго множества
26*
— 390 —
отдѣльныхъ точекъ, а такъ какъ каждая изъ нихъ даетъ
за зеркаломъ мнимое изображеніе, то тамъ и получается
мнимое изображеніе всего предмета (фиг. 353).
Изъ фиг. ясно, что зеркало можетъ быть и вдвое
меньше, чѣмъ подлежащій отраженію пред-
метъ , и все же предметъ отразится во всей своей вели-
чинѣ. Крайняя верхняя точка а отражается черезъ лучъ лт,
а крайняя нижняя точка Ь—черезъ лучъ Ьп. Такимъ обра-
зомъ, для полученія всего зеркальнаго изображенія а'Ь' тре-
буется поверхность зеркала только отъ т до п, а эта длина
должна составлять половину отъ аЬ. Если человѣкъ хочетъ
себя увидѣть въ зеркалѣ съ головы до ногъ, онъ долженъ
взять зеркало, по крайней мѣрѣ, не меньше половины его
роста.
Самое древнее зеркало, которымъ пользовались люди,
была, безъ сомнѣнія, поверхность воды. Народы древней
культуры приготовляли свои зеркала изъ металловъ и ихъ
сплавовъ, изъ бронзы, серебра и т. д. Стекляныя зеркала, по-
крытыя сзади металломъ, появились лишь гораздо позже
въ XIII столѣтіи: ихъ готовили, выливая на горячее стекло
расплавленный свинецъ или олово. Въ XIV столѣтіи были
впервые въ Венеціи приготовлены зерк.ала съ амаль-
гамой, которыми мы пользуемся и въ настоящее время. Къ
сожалѣнію, эти зеркала не годятся для многихъ физиче-
скихъ опытовъ, такъ какъ они даютъ двойныя изображенія;
часть свѣта здѣсь отражается отъ первой поверхности
стекла и только остальная часть, проходящая- черезъ стекло,
отражается металлической поверхностью. Конечно, изобра-
женіе, полученное отъ поверхности стекла, очень слабо и
при прямомъ взглядѣ на него совпадаетъ со вторымъ изо-
браженіемъ, вслѣдствіе чего это въ обыдецной жизни не мѣ-
шаетъ. Физикъ, однако, охотнѣе пользуется стекляннымъ
зеркаломъ, покрытымъ слоемъ серебра, причемъ посере-
брена не задняя, а передняя поверхность стекла.
Каковы качества хорошаго зеркала? Оно должно быть
хорошо отшлифовано, что всего проще узнать, если раз-
сматривать въ очень косомъ отраженіи рядъ прямыхъ тон-
кихъ линій, напримѣръ, края' оконныхъ рамъ: линіи не
должны казаться искривленными. Затѣмъ долженъ бытъ
изслѣдованъ цвѣтъ отраженныхъ бѣлыхъ поверхностей:
онъ не долженъ казаться синеватымъ или зеленоватымъ.
Наконецъ, доброкачественность зеркала зависитъ еще отъ
толщины стекла. Чтобы узнать ее,приставляютъ къ зер-
калу какое нибудь остріе: зеркальное изображеніе острія
удалено отъ самаго остры на двойную толщину стекла. - Чѣмъ
толще стекло зеркала, тѣмъ оно считается лучшимъ.
Чтобъ сохранить зеркало. отъ порчи, его необходимо
прежде всего охрацить отъ механическихъ поврежденій. Об-
— 391 —
ращаясь осторожно съ слоемъ амальгамы и вытирая перед-
нюю сторону не грязными тряпками, въ которыхъ могутъ
оказаться мелькія крупицы песку, а совершенно чистыми,
мягкими, льняными тканями или лайкой и безъ всякаго
давленія. Приставшая сажа
пропитанной спир-
томъ. Затѣмъ зер-
кало не должно на-
ходиться подъ дѣй-
ствіемъ п р ям ы х ъ
солнечныхъ лучей
или теплоты печки,
чтобъ не испорти-
лась амальгама; въ
случаѣ ея порчи от-
раженіе получается
мутное.
Зеркальное изо-
браженіе предмета
можетъ снова отра-
зиться въ другомъ зеркалѣ.
должна быть удалена губкой,
Фиг. 354.
Этимъ обстоятельствомъ мы,
какъ извѣстно, пользуемся для того, чтобъ осматривать себя
спереди и сзади. Вотъ у насъ два зеркала: одно мы вѣ-
шаемъ или ставимъ въ вертикальное положеніе, а второе
держимъ въ рукахъ такъ, чтобы отражающія поверхности
обоихъ зеркалъ были
параллельны; между
ними помѣщаемъ яркій
предметъ, пламя свѣчи
и смотримъ въ заднее
зеркало поверхъ края
передняго или стоя за
задней его стороной.
Мы видимъ безконеч-
ный радъ изображеній
пламени; этотъ рядъ
образуетъ прямую ли-
нію, когда зеркала
вполнѣ параллельны
(фиг. 354) и дугу круга,
когда зеркала накло-
Фиг. 355. йены другъ къ другу
(фиг. 355); ось этой
дуги лежитъ всегда, въ линіи, гдѣ пересѣклись бы плоскости
зеркалъ, если ихъ продолжить.
На фиг. 354 Ь есть дѣйствительное пламя, котораго мы
не видимъ, такъ какъ оно закрыто переднимъ зеркаломъ: I'
есть зеркальное изображеніе его въ заднемъ зеркалѣ, I —
— 392
невидимое изображеніе этого изображенія въ переднемъ
зеркалѣ, ри есть изображеніе- изображенія въ заднемъ
зеркалѣ, ІІѴ—невидимое изображеніе его въ переднемъ зер-
калѣ и, наконецъ, Іу есть изображеніе этого послѣдняго изо-
Фиг. 356.
браженія въ заднемъ зеркалѣ, кромѣ того пламя Ь вызы-
ваетъ невидимое изображеніе Іі въ переднемъ зеркалѣ, ко-
торое вызываетъ изображеніе йвъ заднемъ зеркалѣ, это по-
слѣднее вызываетъ изображеніе Із въ .переднемъ зеркалѣ и т. д.
г . Всѣ эти изображенія вид-
Фиг. 357.
ны глазу, смотрящему сзади
напередъ. Дѣйствительный
ходъ лучей изображёнъ въ
линіяхъ на фиг. 356. Всѣ
лучи, исходящіе изъ пла-
мени Ь идутъ отъ одного
: зеркала къ другому, пока,
наконецъ, не выходятъ за
предѣлы зеркалъ и попа-
даютъ въ глазъ. Изображе-
ніе I1 получается однократ-
нымъ отраженіемъ .у а, изо-
браженіе Р1—двукратнымъ
отраженіемъ у а и' Ь, изо-
браженіе /1П—трекратнымъ
отраженіемъ у а' Ь' с'. Такъ
какъ при отраженіи часть
свѣта поглощаетсй, то изо-
браженія становятся все ме-
нѣе и менѣе яркими, пока
не становятся совершенно
невидимыми.
Этими явленіями отраженія зеркалъ воспользовался въ
1814 году Брюстеръ, чтобъ построить свой калейдо-
скопъ. Аппаратъ этотъ, несмотря на всю свою простоту,
вызвалъ такое изумленіе, что въ Парижѣ ежедневно прода-
893
внутрь угла 8'88".
Фпг. 358-
исходящихъ изъ Ь,
Фиг. 359.
валось около 60.000 экземпляровъ, такъ что изобрѣтатель
въ короткое время разбогатѣлъ. Опишемъ его устройство.
Линіи 88' и 88' на фиг.. 857 изображаютъ оба зеркала, обра-
щенныя зеркальными поверхностями внутрь угла 8'88".
Предметъ вызываетъ черезъ зер-
кало 88 свое изображеніе въ А, от-
сюда получается изображеніе В во
второмъ зеркалѣ, которое въ свою
очередь вызываетъ изображеніе С
въ первомъ зеркалѣ. Кромѣ того
Ь вызываетъ изображеніе Е во вто-
ромъ зеркалѣ, которое, въ свою
очередь, вызываетъ изображеніе !)
въ первомъ зеркалѣ. И здѣсь ходъ
лучей таковъ, что изъ всѣхъ'лучей,
нѣкоторые попадаютъ въ глазъ въ такомъ направленіи, что
кажется, будто они исходятъ изъ изображеній. Одинъ лучъ,
исходя изъ Ъ отражается въ а и вызываетъ въ глазу вмѣстѣ
съ сосѣдними лучами изображеніе А. Второй
лучъ, исходя изъ Г, попадаетъ въ глазъ
по пути ЪѴ и вызываетъ въ немъ изобра-
женіе В, третій лучь попадаетъ въ глазъ,
проходя точки с, с', с", четвертый попада-
етъ въ глазъ, проходя черезъ точки & й
и пятый черезъ точку е. Наконецъ, попа-
даютъ еще въ глазъ лучи, исходящіе прямо
отъ Ь. Такимъ образомъ получается, включая
и самый предметъ, шесть изображеній, со-
бранныхъ въ кругѣ. Въ общемъ образуется
всегда столько изображеній, сколько разъ
уголъ зеркалъ содержится въ цѣломъ кругѣ.
Такимъ образомъ, если угодъ этотъ= И7, то об-
разуется -^-изображеній,. считая и самый
слѣдовательно, дѣйствительныхъ изображеній
только -5^2-------------1
ѵ>
Обыкновенный калейдо-
скопъ, который можно купить
въ магазинѣ игрушекъ, состо-
итъ изъ картонной трубки, въ
которую вставлены подъ уг-
ломъ въ 60° двѣ, а иногда три
зеркальныя пластинки (фиг. 358). Въ одномъ концѣ трубки на-
ходится отверстіе, черезъ которое смотрятъ въ трубку, а въ
другомъ—находится небольшая камера, отдѣленная съ одной
стороны прозрачнымъ стекломъ, а съ другой—матовымъ; Въ
этой камерѣ помѣщены мелкіе осколки цвѣтныхъ стеколъ,
объектъ, и
образуется
Фиг. 360.
— 394
мохъ, мишура и тому подобныя тѣла неправильной формы.
При вращеніи трубки около ея оси тѣла эти мѣняютъ себѣ
положеніе и, самымъ разнообразнымъ образомъ комбини-
руясь, образуютъ всевозможныя фигуры. На фиг. 358 этотъ
инструментъ изображенъ
Фиг. 361.
Магическая трубка (фиг.
наклоненныхъ подъ угломъ 4
сбоку и безъ камеры.
Сюда же должны быть
отнесены и игрушки, изо-
браженныя на фиг. 359 и
360. На фиг. 359 изобра-
женъ такъ называемый тай-
ный глазокъ, позволяю-
щій съ помощью вставлен-
наго зеркала разглядывать
человѣка, не будучи имъ
замѣченнымъ, такъ какъ от-
верстіе трубки имѣетъ со-
всѣмъ другое направленіе.
360) имѣетъ четыре зеркала,
>°, такъ что лучъ, падая въ
трубку у Ъ, попадаетъ въ глазъ не прямымъ, а окольнымъ
путемъ. Вслѣдствіе этого можно между обѣими трубками
вставить руку или доску и про-
должать видѣть предметы, на-
ходящіеся на другой сторонѣ,
такъ что получается впечатлѣ
ніе, что эта рука или доска
прозрачны.
На фиг. 361 изображено
другое примѣненіе отраженія
зеркалъ, имѣющее болѣе важ-
ное значеніе. Стекляная пла-
стинка 18' укрѣплена перпен-
дикулярно къ чертежной дос-
кѣ. Глазъ а видитъ въ о' мни-
мое изображеніе предмета е,
стоящаго передъ стеклянной
пластинкой и подлежащаго
срисовыванію. Въ то же время
глазъ черезъ стекло видитъ ко-
нецъ карандаша у. Соотвѣт-
ствующимъ освѣщеніемъ или
усиленіемъ тѣни можно до-
биться того, чтобы изображеніе
И конецъ карандаша были одинаково освѣщены и, обводя ка-
рандашомъ по контурамъ изображенія, можно получить ри-
сунокъ предмета. Тотъ же приборъ въ гораздо большихъ раз-
мѣрахъ употребляется на сценѣ для полученія живыхъ при-
зраковъ (фиг. 362). Человѣкъ, одѣтый въ бѣлыя ткани,
— 395
находится подъ сценой, такъ что публика его совершенна
не видитъ. На фиг. 362 человѣка этого представляетъ точка о.
Большая стеклянная доска наклонена немного впередъ. Иногда
стекянная доска поставлена въ положеніе у#', а человѣкъ,
представляющій привидѣніе, становится въ О и является пу-
бликѣ въ (У. Другой актеръ, находящійся на сценѣ, можетъ
вступить въ разговоръ съ привидѣніемъ (котораго онъ самъ,
впрочемъ, не видитъ). Освѣщая и затѣмняя мѣсто, въ ко-
торомъ находится человѣкъ, представляющій привидѣніе,
можно достичь того, чтобы послѣднее то появлялось, то
исчезало.
Примѣненія плоскаго зеркала въ наукѣ и техникѣ чрез-
вычайно многочисленны; мы упомянемъ только о геліо-
статѣ, зеркалѣ посредствомъ котораго солнечнымъ лучамъ
дается направленіе, необходимое экспериментатору, гоніо-
метрѣ, инструментѣ, служащемъ для измѣренія угловъ въ
кристаллахъ, секстантѣ — инструментѣ, съ помощью ко-
тораго на неустойчивомъ кораблѣ измѣряется высота солнца,
необходимая для опредѣленія мѣста
Такъ какъ,эти аппараты не употребляются въ обыденной
жизни, то мы ихъ описывать не будемъ.
ЛЕКЦІЯ ШЕСТЬДЕСЯТЪ ВТОРАЯ.
Вогнутое зеркало, его фокусъ, дѣйствительныя и мнимыя изображенія.
Примѣненіе вогнутаго зеркала въ качествѣ рефлектора и для полученія
различныхъ волшебныхъ фокусовъ. Выпуклое зеркало и его мнимыя изо-
браженія. Зеркало для рисованія.
Кромѣ плоскихъ зеркалъ, о которыхъ мы говорили въ
предыдущей лекціи,
употребляются еще зер-
кала кривыя. Изъ нихъ
наиболѣе важное зна-
ченіе имѣютъ зеркала
сферическія (ша-
рообразныя). Сфериче-
скія зеркала дѣлятся
на вогнутыя, въ ко-
торыхъ внутренняя по-
верхность полирована,
и выпуклыя, въ ко-
торыхъ полирована на-
ружная поверхность.
Займемся сначала изу-
ченіемъ вогнутыхъ зер-
калъ. На фиг; 363 дуга сс’ изображаетъ вертикальный раз-
— 396 —
рѣзъ черезъ такое зеркало, а С есть центръ шаровой по-
верхности (онъ называется еще также центромъ кривизны).
ОС называется осью зеркала. Впрочемъ, можно разсматри-
вать, какъ ось, и всякій другой діаметръ, такъ какъ форма
ограниченія зеркала большей частью не имѣетъ значенія.
Прежде всего мы разсмотримъ слѣдующій важный вопросъ:
что происходитъ съ свѣтовыми лучами, падающими на зер-
кало параллельно, какъ это происходитъ со всѣми лучами,
исходящими изъ очень отдаленнаго источника свѣта. Одинъ
изъ этихъ лучей, проходящій черезъ центръ кривизны, мы
называемъ осью; она проходитъ черезъ точку о, тогда какъ
остальные лучи достигаютъ зеркала въ точкахъ аа\ ЬЬ, сс'.
Соединивъ эти точки съ С, мы получаемъ радіусы круга, а
тайъ какъ радіусъ перпендикуляренъ къ касательной въ
точкѣ касанія, то эти радіусы будутъ перпендикулярами,
которые съ лучами образуютъ углы паденія. Построивъ углы
г = г, г = і', і" = Г, мы получаемъ отраженные лучи а«',
ЬЪ', сс и т. д. Лучи эти въ различныхъ точкахъ пересѣкаютъ
ось, Причемъ чѣмъ ближе направленіе этихъ лучей къ оси,
тѣмъ ближе точки пересѣченія лучей съ осью къ точкѣ Е,
лежащей посрединѣ между точками О и С. Поэтому, если
зеркало св меньше радіуса ос или, какъ говорятъ, отверстіе
зеркала не велико, можно съ достаточнымъ въ практиче-
скомъ отношеніи приближеніемъ принять, что всѣ лучи,
параллельные СО, послѣ-отраженія пересѣкаются въ точкѣ Е.
Въ случаѣ солнечныхъ лучей въ этой точкѣ получается
столь сильная концентрація свѣтовыхъ и тепловыхъ лучей,
что горючія тѣла могутъ загорѣться. Эта точка Е называется
фокусомъ. И сравнительно небольшого вогнутаго зеркала
достаточно для того, чтобы зажечь трутъ солнечными лу-
чами. Большія зеркала діаметромъ въ одинъ или нѣсколько
метровъ плавятъ металлы и даже минералы съ довольно
высокой точкой плавленія. Зеркала эти приготовляются изъ
особаго зеркальнаго металла—сплава изъ 66,2 частей мѣди,
33,1 частей олова и 0,7 частей мышьяка—или серебреніемъ
вогнутыхъ стеколъ или мѣдныхъ полосъ и т. д. Чтобы по-
лучить только концентрацію тепловыхъ лучей, достаточны
вогнутыя зеркала, приготовленныя изъ позолоченнаго гипса
или- картона.
Такъ какъ обратно свѣтъ распространяется тѣмъ же пу-
темъ, что и впередъ, то изъ сказаннаго выше слѣдуетъ, что
если источникъ свѣта помѣстить въ фокусѣ Е, то лучи его
послѣ отраженія въ зеркалѣ будутъ имѣть направленіе, па-
раллельное оси. Этимъ обстоятельствомъ и-пользуются въ
рефлекторахъ, употребляемыхъ съ военной цѣлью, на
корабляхъ и т. д.; во всѣхъ нихъ источникомъ свѣта служитъ
электрическая дуговая лампа, помѣщенная въ фокусѣ во-
гнутаго зеркала. Точнѣе и совершеннѣе та же цѣль дости-
— 397
гается въ параболическихъ вогнутыхъ зеркалахъ, такъ какъ
здѣсь вполнѣ параллельны не только лучи, блйзкіе къ оси,
до и отраженные отъ самаго- края зеркала.
Каково будетъ направленіе отраженныхъ лучей, если по-
мѣстить источникъ свѣта въ центрѣ кривизны зеркала? Они
отбрасываются обратно къ источнику свѣта, такъ что они
складываются съ тѣми лучами, которые отходятъ отъ источ-
ника свѣта въ противоположную сторону. Въ этомъ случаѣ
лучи остаются расходящимися, какъ и раньше, но только
сила свѣта возрастаетъ. Такое примѣненіе вогнутаго зеркала
мы находимъ въ обыкновенномъ отраЖающемъзеркалѣ
простого фонаря.
Обратимся теперь къ изученію изображеній вогну-
таго зеркала. Пусть МУ на фиг. 364 изображаетъ раз-
рѣзъ черезъ вогнутое зеркало, центръ кривизны котораго
находится въ С, фокусъ—въ а центръ—въ О. Гдѣ нибудь
за точкой С помѣщаютъ источникъ свѣта; пусть, напримѣръ,
въ точкѣ і находится пламя свѣчи. Какъ мы уже знаемъ,
лучъ свѣта, идущій отъ Ь черезъ С къ зеркалу, отражается
въ томъ же направленіи, а лучъ Ьр, идущій отъ Ъ парал-
лельно оси, отразившись, пройдетъ черезъ фокусъ Г. Эти
два луча пересѣкаются въ точкѣ I. Но черезъ ту же точку I
должны пройти всѣ другіе лучи, исходящіе отъ Ь, какъ, на-
примѣръ, лучъ 2>. Если глазъ находится въ а, то въ него
попадаютъ лучи, исходящіе изъ I, и онъ видитъ въ I источ-
никъ свѣта Ь. Мы говоримъ тогда, что I есть изображеніе Ъ.
Но это изображеніе существенно отличается отъ того изобра-
женія, съ которымъ мы познакомились раньше при изученіи
плоскаго зеркала; на этотъ разъ свѣтъ дѣйстви-
тельно исходитъ изъ 1. Мы называемъ поэтому I
дѣйствительнымъ изображеніемъ. Это изображе-
— 398
ніе мы можемъ получить и на экранѣ, чего съ мнимымъ
изображеніемъ сдѣлать невозможно.
Попробуемъ теперь получить дѣйствительное изображеніе
отъ остальныхъ точекъ пламени и свѣчи, какъ мы его по-
лучили для вершины пламени Ь. Окажется, что всѣ эти
изображенія размѣщаются такъ, что отъ всей свѣчи Ы/ по-
лучается обратное уменьшенное изображеніе II. Повторяя
вычерчиваніе этихъ изображеній, каждый разъ все больше
приближая РЬ' къ (7, мы находимъ, что и И’ съ другой сто-
роны приближается къ С, причемъ и величина II' прибли-
жается къ величинѣ ЪР. Наконецъ, когда ЬР помѣщаютъ
въ С, то и II' оказывается въ С, причемъ ІГ = ЬР. Когда
ЬР передвигаютъ за фокусъ, то его дѣйствительное изобра-
женіе передвигается еще дальше вправо и величина его все
возрастаетъ. Наконецъ, когда ЬР переходитъ въ фокусъ Р,
дѣйствительное изображеніе исчезаетъ, такъ какъ всѣ лучи
уходятъ, параллельные другъ къ другу, въ безконечность.
Теперь помѣстимъ источ-
никъ свѣта ЬР за фокусомъ
и проведемъ одинъ лучъ
тС, проходящій черезъ
центръ кривизны и другой
параллельный оси лучъ Ьр,
который послѣ отраженія
проходитъ черезъ Р (фиг.
365); на этотъ разъ отра-
женные лучи расходятся
вправо и дѣйствительное
изображеніе не получает-
ся. Глазъ, находящійся въ
а гдѣ нибудь внутри ко-
нуса отраженныхъ лучей, получаетъ впечатлѣніе, будто
лучи исходятъ отъ Ь,: за зеркаломъ получается изо-
браженіе ДЬ/, мнимое, прямое и увеличенное. Приближая
источникъ свѣта къ зеркалу и повторяя вычерчиваніе лу-
чей, мы находимъ, что это мнимое изображеніе тѣмъ бо-
лѣе приближается къ зеркалу слѣва, чѣмъ болѣе къ нему же
приближается справа предметъ, причемъ величина его съ
этимъ приближеніемъ уменьшается; наоборотъ, съ прибли-
женіемъ источника свѣта къ фокусу, мнимое изображеніе
удаляется отъ зеркала и величина его возрастаетъ. Это мни-
мое изображеніе вогнутаго зеркала сходно съ изображеніемъ,
съ которымъ мы познакомились въ плоскомъ зеркалѣ. Такое
изображеніе нашего лица мы видимъ въ зеркалахъ, встрѣ-
чающихся вь нѣкоторыхъ парикмахерскихъ.
Эти положенія дѣйствительнаго изображенія, полученныя
нами до сихъ поръ вычерчиваніемъ лучей, мы можемъ под-
твердить опытнымъ путемъ съ помощью вогнутаго зеркала
— 399
и горящей свѣчки. Повѣсивъ въ темной комнатѣ вогнутое
зеркало въ вертикальномъ положеніи, мы приближаемся къ
нему по оси зеркала съ горящей свѣчкой въ рѣкахъ. Сна-
чала мы видимъ небольшое обратное изображеніе пламени
между зеркаломъ и фокусомъ. Чѣмъ болѣе мы приближаемся,
тѣмъ болѣе приближается къ намъ и изображеніе и при
этомъ увеличивается. Когда мы приходимъ со свѣчей въ
центръ кривизны, тамъ же оказывается и изображеніе; при
этомъ оно по величинѣ равно самой свѣчѣ, но имѣетъ по-
ложеніе обратное. Что оно дѣйствительно паритъ въ воздухѣ,
мы можемъ всего лучше замѣтить, двигая немного головой
то въ одну, то въ другую сторону. Если мы продолжаемъ
придвигаться къ зеркалу, изображеніе, становясь все боль-
ше, передвигается намъ навстрѣчу. И этимъ опытомъ часто
пользовались въ средніе вѣка для устройства волшебныхъ
представленій: подвѣшивали черепа въ перевернутомъ поло-
женіи и, закрывъ ихъ отъ зрителей ширмой, ярко освѣщали
и тогда казалось, что
эти черепа въ прямомъ
положеніи свободно па-
рятъ въ воздухѣ.
Сходный съ этимъ
опытъ изображенъ на
фиг. 366. На столикѣ
близъ центра кривизны
зеркала стоитъ малень-
кая цвѣточная ваза
безъ цвѣтовъ, а подъ
нимъ виситъ въ пере-
вернутомъ положеніи
и закрытый листомъ
бумаги, дѣйствитель-
ный букетъ цвѣтовъ,
вещей, глазъ а видитъ букетъ помѣщеннымъ въ вазѣ.
"Чтобы опытъ этотъ удался вполнѣ, его устраиваютъ въ тем-
ной комнатѣ, вмѣсто листа бумаги берутъ черную бархатную
ткань, букетъ изъ яркихъ цвѣтовъ освѣщаютъ достаточно
ярко закрытой лампой, которую можно постепенно или вне-
запно открыть, а вазу освѣщаютъ спереди слабѣе прямымъ
свѣтомъ.
Перейдемъ теперь къ изученію выпуклаго зеркала. Здѣсь
дѣло обстоитъ немного проще. Подобно плоскому зеркалу,
это зеркало даетъ только мнимыя прямыя изображенія за
зеркаломъ. Эти изображенія отличаются отъ изображеній
плоскаго зеркала только тѣмъ, что они нѣсколько меньше
и болѣе или менѣе искажены. Мы часто видимъ такія зер-
кала въ видѣ садовыхъ шаровъ, внутри посеребренныхъ
(фиг. 367). Лучи, исходящіе отъ і и ѣ', отразившись отъ
Фиг. 366.
При удачномъ размѣщеніи всѣхъ
400 —
шара, попадаютъ въ глазъ и вызываютъ впечатлѣніе, будто
они исходятъ изъ мнимаго изображенія И'.
Находитъ примѣненіе выпуклое зеркало у художниковъ,
которые пользуются имъ при срисовываніи ландшафтовъ.
Такимъ зеркаломъ служитъ четыреугольный черный кусокъ
стекла, лишь слабо выпуклый. Художникъ садится спиной
къ ландшафту, который онъ хочетъ срисовать, и видитъ
въ зеркалѣ, которое онъ держитъ въ лѣвой рукѣ, этотъ
ландшафтъ уменьшеннымъ и въ болѣе слабомъ освѣщеніи
и окруженнымъ какъ
\ ш бы рамкой краями стек-
V ла’что облегчаетъ сри-
—~~ совываніе. Такія зер-
кала въ большемъ ви-
часто выставляютъ
для пользованія пуб-
О/ лики на высокихъ баш-
няхъ.
фиг- 367 • Кромѣ сферическихъ
зеркалъ употребляются еще въ качествѣ игрушекъ вы-
пуклыя цилиндрическія и конусообразныя зер-
кала. Они даютъ, конечно, всегда искаженныя изображенія,
вытянутыя въ длину или ширину лица и т. п. Въ ста-
рыхъ физическихъ кабинетахъ можно найти начерченныя
изображенія, искаженныя въ обратномъ направленіи, такъ
что въ этихъ зеркалахъ они даютъ изображеніе правильное.
Дольше на этомъ останавливаться врядъ ли стоитъ.
ЛЕКЦІЯ ШЕСТЬДЕСЯТЪ ТРЕТЬЯ.
Скорость распространенія и длина волны свѣта въ воздухѣ, водѣ и
стеклѣ. Теорія волнообразнаго движенія свѣта Гюгенса. Объясненіе
этой теоріей явленій отраженія и преломленія свѣта. Показатель пре-
ломленія. Построеніе преломленнаго луча. Полное отраженіе. Камера-
люцида. Свѣтящіеся фонтаны. Мнимая высота положенія предмета въ-
водѣ, обусловленная преломленіемъ лучей въ водѣ.
Въ шестидесятой лекціи мы сообщили уже, что свѣтъ
распространяется въ міровомъ пространствѣ съ чрезвычай-
ной скоростью, равной 300.000 километрамъ въ секунду.
Почти съ той же скоростью свѣтъ распространяется въ воз-
духѣ, но въ другихъ тѣлахъ скорость его распространенія
значительно меньше. Такъ, напримѣръ, въ водѣ скорость-
его распространенія составляетъ приблизительно 3/ъ въ обык-
— 401 —
новенномъ стеклѣ—3/з, въ алмазѣ даже только Чг скорости
распространенія его въ пустомъ пространствѣ. Но это за-
медленіе не остается постояннымъ: какъ только свѣтъ, пройдя
черезъ стекло, вновь попадаетъ въ воздухъ, скорость его
распространенія тотчасъ же становится такой же, какой она
была, до того, какъ попала въ стекло. Мы сообщили уже
также, что свѣтъ распространяется поперечными волнами.
Ясно, что мыслимы два случая: или свѣтъ, падая въ стекло,
замедляетъ колебанія на 2/з, такъ что въ то же время обра-
зуется меньше волнъ равной длины, или длина волнъ умень-
шается до 2/з, а продолжительность колебанія и число ко-
лебаній остаются тѣ же.
Выяснимъ это простымъ сравненіемъ. Допустимъ, что
движется отрядъ солдатъ и одна какая нибудь часть его по
той или другой причинѣ вынуждена замедлить ходъ. Это
она можетъ сдѣлать, или замедливъ шаги, или сокративъ
ихъ. Обыкновенно она дѣлаетъ послѣднее, такъ какъ при
этомъ она сохраняетъ тактъ со всѣмъ отрядомъ. То же са-
мое происходитъ со свѣтомъ: онъ не замедляетъ колебаній,
Фиг. 363.
а сокращаетъ длину волнъ. Сокращеніе это наглядно изо-
бражено на фиг. 868, причемъ слѣдуетъ имѣть въ виду, что
въ дѣйствительности длина волнъ приблизительно въ 10.000
разъ меньше, чѣмъ она изображена на фигурѣ.
Это замедленіе въ скорости распространенія свѣта имѣетъ
своимъ слѣдствіемъ одно чрезвычайно важное явленіе, ко-
торое называется преломленіемъ свѣта.
Чтобы не быть вынужденными ограничиться сообщеніемъ
голыхъ фактовъ, а быть въ состояніи дать имъ посильное
объясненіе, мы предпримемъ небольшую экскурсію въ выс-
шую оптику, которая объясняетъ всѣ свѣтовыя явленія, при-
нимая распространеніе его не лучами, а въ видѣ волнъ, ка-
ковой методъ вообще одинъ дѣлаетъ возможнымъ удовле-
творительное объясненіе наиболѣе сложныхъ явленій свѣта.
Эта новая теорія, придуманная голландскимъ физикомъ Г ю-
генсомъ, принимаетъ, что всякая частичка эфира, захва-
ченная движеніемъ свѣта, образуетъ вокругъ себя своими
колебаніями шарообразную волну, подобно тому какъ бро-
шенный въ воду камень образуетъ вокругъ себя кругообраз-
— 402 —
ную водяную волну. Каждая изъ частичекъ воды, находя-
щихся въ такомъ кругѣ и тоже увлеченныхъ въ движеніе,
становится исходнымъ пунктомъ для новой кругообразной
волны, а всѣ эти небольщія
волны вмѣстѣ образуютъ одну
общую волну, какъ это изобра-
жено на фиг. 369. То, что на-
зывается „свѣтовымъ лучомъ",
есть не что иное, какъ мы-
слимый радіусъ такого круга
(шара), который, въ дѣйстви-
тельности, однако, не суще-
ствуетъ, Когда такая волна рас-
пространилась далеко, то не-
большая часть ея предѣльной
поверхности имѣетъ такую
небольшую кривизну, что она
Фиг. 369. едва замѣтна, какъ вообще
часть шарообразной волны, ис-
ходящей изъ какой нибудь точки на солнцѣ, можетъ быть
принята на землѣ плоской. Пусть на фиг. 370 такой пло-
скій кусокъ подобной поверхности волны изображенъ пря-
мой линіей тп. Послѣ чрезвычайно короткаго промежутка
времени эта волна приходитъ въ .положеніе т'гі, послѣ столь
же короткаго промежутка времени—въ положеніе тп"л" и
т. д., пока, наконецъ, въ извѣстный моментъ волна не до-
стигаетъ положенія аа‘ и здѣсь наталкивается на поверх-
— 403 —
ность МУ, образующую границу между воздухомъ и стек-
ломъ. Въ то время какъ остальная часть волны продолжаетъ
свое движеніе до е, приходятъ въ колебательное движеніе
одна за другой частички эфира, лежащія на границѣ отъ а
до е; каждая изъ нихъ становится центромъ шарообразной
волны, распространяющейся вверхъ въ воздухъ и внизъ въ
стекло, потому что и стекло, подобно всѣмъ тѣламъ, пропи-
тано и наполнено свѣтовымъ эфиромъ.
Но до того момента, въ который первоначальная волна
достигла точки е, частички эфира, лежащія между е и а,
имѣли весьма различное время для образованія шарообраз-
ныхъ волнъ: частичка, находящаяся въ й, имѣла для этого
только одну часть времени, частичка, лежащая въ с,—двѣ
такія части, частичка, лежащая въ Ь,—три, а частичка, ле-
жащая въ а, даже четыре такія части. Радіусы образовав-
шихся въ воздухѣ шарообразныхъ волнъ будутъ, поэтому,
имѣть различную длину и именно радіусы волнъ, образо-
вавшихся въ точкахъ <1, с,Ъ, и а будутъ послѣдовательно
равны ей', сс',е.Ь' и еа'. Если мы этими радіусами проведемъ
круги (чтобы не усложнить рисунка, мы провели лишь не-
большія дуги этихъ круговъ), мы увидимъ, что они соеди-
няются вдоль ее' въ одну прямую поверхность волны, кото-
рая тѣмъ яснѣе, чѣмъ больше промежуточныхъ точекъ мы
выбираемъвъ качествѣ центровъ круговъ. Эта волна въ слѣ-
дующія промежутки времени занимаетъ положенія дд‘,кк‘
и она есть отраженная волна. Теперь, понимаемъ так-
же, почему уголъ паденія долженъ быть равенъ углу отра-
женія: лѣвая часть нашего рисунка вполнѣ симметрична
съ правой. Посмотримъ теперь, что происходитъ въ стеклѣ.
Здѣсь происходитъ то же самое, что и въ воздухѣ, съ тѣмъ
только существеннымъ различіемъ, что въ стеклѣ радіусы
шарообразныхъ волнъ короче, потому что скорость распро-
страненія свѣта въ стеклѣ равна только 2/з скорости его
распространенія въ воздухѣ. Если, поэтому, мы изъ всѣхъ
точекъ между е и а опишемъ дуги радіусами, длина кото-
рыхъ составляетъ только 2/з длины радіусовъ верхнихъ
дугъ, то эти дуги тоже образуютъ одну прямую волну вдоль
ее'", которая въ послѣдующія единицы времени будетъ за-
нимать положенія да'", М'". Какъ мы уже упоминали,
скорость распространенія этой волны будетъ равна 2/з ско-
рости распространенія волны въ воздухѣ. Эта волна и есть
преломленная волна. Можно было бы еще спросить,
что же происходитъ съ волнами, которыя распространяются
за ее” кверху и за ее'" книзу. Опытъ какъ будто показы-
ваетъ, что кромѣ отраженнаго и переломленнаго пучка лу-
чей отъ преломляющёй плоскости не исходитъ никакой свѣтъ.
Тѣмъ не менѣе существуютъ еще и другія свѣтовыя
волны, какъ это доказывается въ ученіи объ отклоненіи
27 Заказ 101Я
— 404 —
свѣтового луча. Эти волны гораздо слабѣе и не непрерывны,
потому что за ее" и ее‘" въ общемъ совпадаютъ свѣтовыя
волны неравныхъ фазъ, т. е. не возвышенія волнъ съ воз*
вышеніями и пониженія съ пониженіями, а возвышенія съ
пониженіями, что ведетъ къ уничтоженію свѣта. Дольше
останавливаться на этомъ вопросѣ мы не можемъ. Обратимся
теперь къ закону, опредѣляющему отношеніе между углами *
и г и зависимость его отъ скорости свѣта.
Боли принимаютъ скорость распространенія свѣта въ пу-
стомъ пространствѣ равной 1 и если скорость въ какой нибудь
средѣ=ѵ, то 1/ѵ называется абсолютнымъ показате-
лемъ преломленія этой среды; онъ обозначается боль-
шей частью буквой я, такъ что п=1/ѵ, ѵ—1/п.
Если скорость свѣта въ одной средѣ = ѵи а во второй = ѵ,
то ѵ,=1/% ѵг = 1/п„
ѵ3
Послѣднее отношеніе называютъ относительнымъ
показателемъ преломленія для перехода свѣта изъ
среды I въ среду П. Если среда I есть воздухъ, то съ до-
статочной въ практическомъ отношеніи точностью можно
Фиг. [371.
пг относительнымъ по-
казателемъ преломленія
между воздухомъ и сре-
дой. II. Для воздуха и
ц_ стекла относительныя ско-
рости равны 1 и а/з или
3 и 2, откуда слѣдуетъ,
что относительный ко-
эффиціентъ преломленія
при переходѣ свѣта изъ
воздуха въ стекло=* 3 * * * */г=
= 1,5, а для обратнаго перехода =8/з=о,67.
Теперь мы можемъ уже перейти къ вопросу о томъ, какъ
по данному падающему свѣтовому лучу найти соотвѣтствую-
щій преломленный лучъ. Изъ многочисленныхъ служащихъ
для этого пріемовъ мы предпочитаемъ нижеслѣдующій,
потому что онъ очень легко осуществимъ и легко запоми-
нается.
Пусть МУ (фиг. 371) есть плоскость соприкосновенія
двухъ средъ I и II, соотвѣтствующіе абсолютные показатели
преломленіяи »„ а то есть падающій лучъ. Мы прово-
димъ двѣ дуги, радіусы которыхъ относятся другъ къ другу
какъ я,: п, или какъ 1: —. Затѣмъ мы продолжаемъ лучъ то
Пі
до того круга, радіусъ котораго соотвѣтствуетъ показателю
преломленія среды, изъ которой лучъ приходить. Изъ точки р
— 405 —
пересѣченія продолженія то съ этимъ кругомъ мы прово-
димъ перпендикуляръ на линію МЯ и продолжаемъ его въ
противоположную сторону до пересѣченія съ кругомъ, ра-
діусъ котораго соотвѣтствуетъ показателю преломленія той
среды, въ которую лучъ переходитъ. Если мы соединимъ
точку о съ точкой $ пересѣченія этого перпендикуляра съ
этимъ кругомъ, мы получимъ искомый преломленный лучъ.
Примѣры. Фиг. 871. Переходъ луча изъ воз-
духа въ стекло. Намъ данъ лучъ то. Пусть о1 = 1 сан-
тиметру, о*/й=1,5 санти-
метра; проведя дуги, мы
продолжаемъ то до пе-
ресѣченія съ кругомъ 1
и проводимъ перпенди-
куляръ къ МЯ. Соеди-
нивъ о съ точкой пере-
сѣченія д этого перпен-
дикуляра со второй ду-
гой, мы получаемъ иско-
мый преломленный лучъ.
Фиг. 372. Переходъ луча изъ воды въ стекло.
Проведя дуги радіусами 1,33=4/з и 1,5=‘/г, мы продол-
жаемъ то до круга 1,33, проводимъ перпендикуляръ рд и,
соединивъ о съ д, получаемъ искомый преломленный лучъ.
Въ этихъ двухъ случаяхъ преломленный лучъ прибли-
жается къ перпендикуляру, опущенному въ точку паденія
луча, такъ что г<і. Такъ бываетъ всегда, когда вторая среда
имѣетъ большій коэффиціентъ преломленія, чѣмъ первая.
Фиг. 373. Переходъ луча изъ воды въ воздухъ
Мы опять проводимъ дуги радіусами 1 и 1,33, продолжаемъ
то до дуги 1,83 (потому что радіусъ его соотвѣтствуетъ по-
казателю преломленія той среды, изъ которой лучъ прихо-
дить), проводимъ рд и, соединивъ о съ ц, получаемъ иско-
мый преломленный лучъ; на этотъ разъ лучъ удалился отъ
перпендикуляра, опущеннаго въ точку паденія, и г больше ».
Попробуемъ найти преломленный лучъ для случая, когда
уголъ паденія гораздо больше (фиг. 374). Оказывается, что
преломленнаго луча нѣтъ, такъ какъ перпендикуляръ, опу-
щенный въ точкѣ р, вовсе не пересѣкаетъ второй дуги. Лучъ
— 406 —
вовсе не переходитъ во вторую среду (въ воз-
духъ); какъ извѣстно изъ опыта, онъ только отражается
(лучъ оа). Такъ какъ въ данномъ случаѣ свѣтъ отражается
со всей силой, въ то время какъ обыкновенно отражается
только часть свѣта, то это отраженіе называется полнымъ
отраженіемъ. Этотъ случай отраженія былъ открытъ въ
1604 году Кеплеромъ. Очевидно, что между случаемъ
фиг. 873 и случаемъ фиг. 374 долженъ быть предѣльный
случай. Этотъ случай представленъ на фиг. 375; перпенди-
куляръ, опущенный изъ точки р, только касается дуги въ
точкѣ Преломленный лучъ имѣетъ, поэтому, направленіе
од, т. е. онъ касается поверхности воды. Уголъ преломле-
нія =90°, а соотвѣтствующій уголъ паденія д образуетъ пре-
дѣльный уголъ для полнаго отраженія. Когда уголъ паде-
нія больше д, наступаетъ полное отраженіе, а когда онъ
меньше, свѣтовой лучъ можетъ попасть въ воздухъ *)• Для
воздуха и воды предѣльный уголъ д = 48,5°, для воздуха и
стекла = 41°.
Явленіе полнаго отраженія находитъ весьма различное
примѣненіе. Во всѣхъ тѣхъ слу-
чаяхъ, гдѣ необходимо получить
совершенное отраженіе безъ вся-
кихъ потерь и въ особенности,
гдѣ зеркала съ амальгамой не
годятся изъ-за своихъ двойныхъ
изображеній, а металлическія зер-
кала недостаточно прочны, фи-
зикъ пользуется явленіемъ пол-
наго отраженія. Для этой цѣли
пользуются большей частью пря-
моугольной равнобедренной стеклянной призмой, помѣщая ее
въ положеніе, изображенное на фиг. 376 Р’. Свѣтъ, исходя-
щій изъ источника свѣта Ь', падаетъ на призму перпендику-
лярно къ поверхности катета, сполна отражается отъ вну-
тренней поверхности гипотенузы и такимъ образомъ до-
стигаетъ <У. Рядомъ съ этой призмой помѣщена другая такая
же призма Р, помѣщенная такъ, что свѣтъ, исходящій отъ
источника свѣта і, отражается отъ наружной поверхности
гипотенузы. Въ этомъ случаѣ отраженіе неполное. Если,
поэтому, смотрѣть въ обѣ призмы, помѣщенныя такъ, какъ
4) Читателю, знакомому съ тригонометріей, будетъ нетрудно изъ усло-
вій построенія вывести, что =• п, относительному показателю прелом-
ленія. Для случая предѣльнаго (фиг. 374). г—90°, аіпг — 1, а=-і-> откуда
лай* и, слѣдовательно, і==48,5°.
— 407 —
Фиг. 377.
изображено на фиг. 377, то въ правой призмѣ изображеніе
пламени будетъ гораздо ярче, чѣмъ въ лѣвой.
На фиг. 378 изображенъ маленькій аппаратъ, извѣстный
подъ названіемъ камеры-люциды и служащій для сри-
сованія предметовъ и пейзажей. Стеклянная призма Р удер-
живается (неизображеннымъ на фиг.) штативомъ, который
можетъ стоять и на
столѣ. Свѣтъ Ь, исхо-
дящій изъ подлежаща-
го срисованію пред-
мета (ландшафта), по-
ступаетъ въ призму,
не преломляясь, и, от-
разившись у Ъ и а, па-
даетъ въ глазъ. По-
слѣдній помѣщаютъ
такъ, чтобы свѣтъ, ис-
ходящій изъ призмы,
попадалъ только напо-
ловину зрачка. Второй
свободной половиной глазъ видитъ остріе карандаша и пло-
скость чертежа и такимъ образомъ рисовальщикъ можетъ
свободно обвести карандашомъ очертанія изображенія пред-
мета.
Другое примѣненіе явленія полнаго отраженія мы нахо-
димъ въ такъ называемыхъ свѣтя-
щихся фонтанахъ. Такой фонтанъ
нетрудно устроить намъ самимъ
слѣдующимъ образомъ. Въ резер-
вуарѣ, наполненномъ водой (фиг.
379), вдѣланы другъ противъ друга
два круглыхъ окна, изъ которыхъ
одно д закрыто стеклянной пластин-
кой, а другое д'—заслонкой, кото-
рая можетъ открываться. Въ темной
комнатѣ направляютъ, лучъ солнеч-
наго или электрическаго свѣта по
прямому направленію Ьд въ резер-
вуаръ и открываютъ заслонку. Свѣ-
товые лучи попадаютъ внутрь струи
воды и, такъкакъ уголъ паденія
ихъ больше 48,5®, то они все
снова и снова отражаются у а, Ь,
с..., не выступая изъ струи. Будь
вода совершенно чиста, мы этого совершенно не могли бы
видѣть, но если она хоть немного мутна или содержитъ
фосфоресцирующія вещества, то часть свѣта разсѣивается
по всѣмъ направленіямъ и тогда струя воды становится по-
— 408 —
хожей на расплавленный бѣлый металлъ. Помѣстивъ у д
цвѣтныя стекла, можно измѣнить цвѣтъ струи, какъ и уси-
лить отраженіе.
Такимъ же образомъ проводитъ свѣтъ и согнутый стеклян-
ный стержень, чѣмъ въ послѣднее время пользуются для
освѣщенія объектовъ въ микроскопѣ;
Воздушные пузырьки, нахо-
дящіеся подъ водой, часто бле-
стятъ, какъ будто покрытые се-
ребромъ, что то же происходитъ
вслѣдствіе полнаго отраженія
свѣта отъ ихъ поверхности.
Если свѣтовые лучи, исходя-
щіе отъ предметовъ, находящихся
подъ водой, преломляются, то
получается впечатлѣніе, будто
эти предметы ближе къ поверх-
ности воды, чѣмъ они бываютъ
въ дѣйствительности (фиг. 880)
Такъ, напримѣръ, если мы смот-
римъ на рыбу, находящуюся въ
Е отъ точки а', то намъ кажет-
ся, что она находится въ Е', а
нее отъ точки н", то намъ кажется,
Е“. Такимъ образомъ чѣмъ наклон-
на
въ
Фйг. 380.
Фиг. 379.
если мы смотримъ
что она находится
нѣе къ водѣ нашъ взглядъ, направленный на предметъ,
тѣмъ предметъ кажется ближе къ поверхности воды и это
приближеніе все болѣе увеличивается. Поэтому, стрѣляя въ
рыбу, необходимо прицѣли-
ваться глубже и тѣмъ глубже,
чѣмъ наклоннѣе направленіе
выстрѣла. Этимъ объясняется
также то, что палка, погружен-
ная въ воду, кажется изогну-
той. При болѣе точномъ выпол-
неніи построенія оказывается
еще, что предметы должны
казаться не только приподня •
тыми, но и искривленными,
что доказывается и опытомъ.
Наконецъ, явленіемъ полнаго,
отраженія объясняется и слѣ-
дующій всѣмъ извѣстный опытъ: если помѣстить монету на
дно непрозрачной чашки, то при опредѣленномъ количествѣ
воды мы монеты не увидимъ, а, если прилить немного воды,
мы монету увидимъ.
— 409 —
ЛЕКЦІЯ ШЕСТЬДЕСЯТЪ ЧЕТВЕРТАЯ.
Ходъ свѣтовыхъ лучей черезъ призму. Основной опытъ Ньютона.
Спектръ. Сложеніе и разложеніе бѣлаго свѣта. Дополнительные цвѣта.
Ахроматическія и разсѣивающія призмы. Спектроскопы. Принципы
спектральнаго анализа.
Чтобы получить полное отраженіе свѣта, мы въ прошлой
лекціи воспользовались стеклянной призмой. Тотъ же
аппаратъ служитъ также для устройства многихъ важныхъ
опытовъ преломленія,какъ и цвѣторазсѣянія свѣта.
Уже съ давнихъ поръ пользуются для украшенія всевозмож-
ныхъ вещей шлифованными стеклами, такъ какъ было за-
мѣчено, что они даютъ красивую игру цвѣтовъ; по той же
причинѣ цѣнится такъ высоко алмазъ. Въ 1666 году
причинѣ цѣнится такъ высоко алмазъ. Въ 1666
Ньютонъ произвелъ съ
стекляной призмой изъ
флинтгласа (стекло,
содержащее свинецъ)
свой знаменитый
опытъ, ставшій исхо-
днымъ пунктомъ для
самыхъ блестящихъ от-
крытій въ оптикѣ.
Прежде, чѣмъ пе-
рейти къ изложенію
этого опыта, мы долж-
ны научиться находить съ помощью построенія
Фпг. 381.
ходъ
свѣтового луча въ призмѣ.. Пусть АВС (фиг/381) изобра-
жаетъ разрѣзъ черезъ такую призму, имѣющую форму рав-
носторонняго треугольника; ЖО есть падающій лучъ, а по-
казатель преломленія этого сорта стекла = 1,6, какъ оно
приблизительно бываетъ въ дѣйствительности. Мы прово-
димъ изъ точки О двѣ дуги: одну радіусомъ 1, и другую—
радіусомъ 1,6. Отъ точки р, гдѣ дуга 1 пересѣкается съ ли-
ніей ЖО, мы проводимъ перпендикуляръ рд на сторону АС.
Соединивъ О съ з, мы получаемъ ходъ луча внутри приз-
мы. Второй поверхности лучъ этотъ достигаетъ у г. Изъ
этой точки мы вновь проводимъ двѣ дуги радіусами 1 и
1,6, продолжаемъ ог до дуги 1,6 и изъ точки пересѣченія а
мы опускаемъ перпендикуляръ зі на сторону ВС; соединивъ
точки г и і, мы получаемъ направленіе луча з а призмой *).
і) Построеніе можетъ быть еще упрощено, если перенести точку О
въ С. Тогда приходится обѣ дуги провести лишь разъ. НаАдѳнныя на-
правленія могутъ быть потомъ перенесены параллельно самимъ себѣ
въ другія мѣста призмы.
— 410 —
Такимъ образомъ, лучъ два раза отклоняется отъ своего
направленія и притомъ такъ отклоняется, что предметъ ка-
жется отклоненнымъ отъ вершины С. Глазъ, находящійся
въ В, получаетъ впечатлѣніе, будто лучъ идетъ не снизу
вверхъ, какъ оно есть въ дѣйствительности, а сверху
внизъ.
Допустимъ теперь, что показатель преломленія стекла
равенъ не 1,6, а 1,7. Повторимъ тотъ же чертежъ съ тѣмъ
только различіемъ, что
радіусъ второй дуги, мы
примемъ равнымъ 1,7. На
фиг. 382 изображены ря-
домъ оба построенія и
хотя теперь фиг. кажется
немного сложной, она въ
дѣйствительности совер-
шенно проста. Линіи, про-
веденныя черточками, со-
отвѣтствуютъ показателю
преломленія 1,6, а ли
ніи, проведенныя точками—показателю преломленія 1,7.
Какъ и слѣдовало ожидать, результатъ получается тотъ,
что лучъ въ послѣднемъ случаѣ оба раза еще сильнѣе от-
клоняется, такъ что за призмой онъ получаетъ направленіе
уже не г.В, а г'Ѵ.
Познакомившись съ ходомъ луча въ призмѣ, мы можемъ
уже познакомиться съ основнымъ опытомъ Ньютона (фиг. 883).
Въ темную комнату мы черезъ небольшое отверстіе въ
Фиг. 383
ставнѣ пропускаемъ узкій
пучекъ солнечнаго свѣта и
съ помощью зеркала на-
правляемъ его на призму,
помѣщенную такъ, что пре-
ломляющій край находит-
ся въ горизонтальномъ по-
ложеніи и параллельномъ
окну. Преломленный свѣтъ
мы воспринимаемъ на бѣ-
ломъ экранѣ. Мы полу-
чаемъ на экранѣ цвѣтную
полосу, верхній конецъ которой окрашенъ въ красивый
красный цвѣтъ, за которымъ слѣдуютъ послѣдовательно
оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синій и, нако-
нецъ, фіолетовый цвѣтъ. Это явленіе называется спект-
ромъ. Какъ это объяснить? Послѣ сказаннаго выше объ-
яснить это будетъ нетрудно. Мы должны придти къ тому
заключенію, что падающій бѣлый свѣтъ состоитъ
изъ семи основныхъ цвѣтовъ, показатели пре-
— 411 —
ломленія которыхъ въ стеклѣ имѣютъ различ-
ную величину: наименьшій показатель преломленія
имѣетъ красный цвѣтъ, наибольшій—фіолетовый и сред-
ній—желтый цвѣтъ. Но изъ 63 лекціи мы уже знаемъ, что
большему показателю преломленія соотвѣтствуетъ меньшая
скорость распространенія свѣта. Отсюда слѣдуетъ, что фіо-
летовый свѣтъ распространяется въ стеклѣ
медленйѣе, чѣмъ красный. Въ міровомъ простран-
ствѣ этой разницы нѣтъ, да иг въ воздухѣ онъ едва замѣ-
тенъ, такъ какъ иначе, т. е., если бы красные лучи распро-
странялись бы скорѣе остальныхъ, солнце при самомъ своемъ
восходѣ должно было бы намъ казаться темно-краснаго цвѣта.
Чѣмъ собственно отличается фіолетовый свѣтъ отъ крас-
наго, желтаго и т. д.? Для нашего глаза—ничѣмъ инымъ,
какъ различнымъ ощущеніемъ, которое мы и называемъ
именами фіолетовый, красный, желтый и т. д. Но какое
физическое свойство лежитъ въ основѣ этого различнаго
дѣйствія на нашъ глазъ? Прежде, чѣмъ ближе изслѣдовать
этотъ вопросъ, мы установимъ аналогію между этими явле-
ніями и ощущеніями звуковъ. И тамъ мы имѣемъ различ-
ныя ощущенія, характеризующіяся высотой тона, и мы
знаемъ, что эта высота зависитъ отъ числа колебаній, т. е.
отъ числа волнъ, достигающихъ нашего уха въ одну се-
кунду. На этомъ основаніи мы принимаемъ, что различіе
цвѣтовъ тоже зависитъ отъ различія въ числѣ колебаній.
Итакъ, различные цвѣта свѣта объясняются такимъ же обра-
зомъ, какъ тоны различной высоты. Подобно тому, какъ мы
изъ доносящейся къ намъ издалека музыки слышимъ одно-
временно и высокіе, и низкіе тоны, такъ мы при восходѣ
солнца видимъ одновременно всѣ цвѣта. Ясно, что скорость
распространенія свѣта въ міровомъ пространствѣ и воздухѣ
равна для всѣхъ цвѣтовъ. Чтобы это было возможно, длины
волнъ отдѣльныхъ цвѣтовъ должны быть обратно пропор-
ціональны числамъ ихъ колебаній, т. е. числамъ исходя-
щихъ въ секунду волнъ. И дѣйствительно, числа колебаній
для краснаго и фіолетового цвѣтовъ относятся другъ къ
другу приблизительно какъ 4:7, а длины волнъ—какъ 7:4.
Когда свѣтъ проникаетъ въ стекло, распространеніе волнъ
замедляется, такъ какъ длина волны сокращается; еслибы
это сокращеніе произошло для всѣхъ сортовъ свѣта въ томъ
же отношеніи, какъ для краснаго цвѣта, именно въ отноше-
ніи 1,6 :1, мы имѣли бы преломленіе свѣта, но безъ
цвѣтного разсѣянія: свѣтовые лучи не только вступили бы
въ стекло вмѣстѣ, но такъ же и выступили бы. Но въ томъ
то и дѣло, что фіолетовые лучи замедляются въ отношеніи
1,7 :1, . а Промежуточные цвѣта замедляются въ соотвѣт-
ствующихъ промежуточныхъ отношеніяхъ, и поэтому они
выходятъ изъ призмы раздѣленными и разсѣянными.
— 412 —
Итакъ, свѣтъ, исходящій изъ солнца и другихъ раска-
ленныхъ тѣлъ, въ дѣйствительности состоитъ изъ многихъ
цвѣтныхъ лучей свѣта, образующихъ спектръ. Фактъ этотъ
подтверждается еще и тъмъ, что сложеніе всѣхъ этихъ цвѣ-
товъ даетъ опять бѣлый цвѣтъ. Достигается это различными
путями: второй призмой, поставленной въ обратномъ поло-
женіи, съ помощью чечевицы, быстрыми колебаніями призмы
или зеркалами. Если же складываются не всѣ цвѣта, а только
нѣкоторые изъ нихъ, то получается не бѣлый свѣтъ, а цвѣт-
ная смѣсь. Точно также и пропущенные цвѣта даютъ вмѣстѣ
нѣкоторую цвѣтную смѣсь. Если обѣ эти смѣси сложить, мы
получаемъ бѣлый свѣтъ. Мы говоримъ тогда, что онѣ допол-
няютъ другъ друга къ бѣлому свѣту и называемъ ихъ до-
полнительными цвѣтами.
Если часть спектра пропустить черезъ щель въ экранѣ
и этотъ пучекъ снова пропустить черезъ призму, пучекъ
расширится, но новыхъ цвѣтовъ въ немъ не образуется. Та-
кимъ образомъ цвѣта спектра неразложимы болѣе. Зеленый
цвѣтъ спектра, напримѣръ, остается зеленымъ, а не распа-
дается на желтый и голубой цвѣтъ, какъ можно было бы
ожидать въ виду того, что желтая и синяя краски даютъ
въ смѣси зеленую краску. Вообще слѣдуетъ различать между
смѣшеніемъ цвѣтовъ и смѣшеніемъ красокъ. Мы вер-
немся къ этому вопросу еще въ другомъ мѣстѣ.
Если передъ глазами держать призму и черезъ нее смо-
трѣть на ярко освѣщенную точку, напримѣръ, на отверстіе
въ ставнѣ, или на отдаленное пламя, то тоже виденъ спектръ,
отклоненный къ основанію призмы, и фіолетовый цвѣтъ тоже
наиболѣе отклоненъ, а красный—наименѣе.
Болѣе удобны такіе аппараты, въ которыхъ спектръ ви-
денъ въ томъ же направленіи, въ которомъ находится свѣтъ,
разлагающійся на спектръ. Комбинаціей нѣсколькихъ призмъ
различныхъ сортовъ стекла оптикамъ удалось приготовить
такіе аппараты, носящіе названіе ручныхъ спектроско-
повъ. Если смотрѣть черезъ такой аппаратъ (а также че-
резъ простую призму) на большую, ярко освѣщенную поверх-
ность, напримѣръ, на оконное стекло, на бѣлый листъ бумаги,
то свѣтъ ея оказывается разложеннымъ на цвѣта только у
краевъ, гдѣ можно различить красновато-желтые и синевато-
фіолетовые цвѣтные кр і. Если же наблюдаютъ темный пред-
метъ на яркомъ фонѣ, то получаютъ тѣ же цвѣтные края,
но въ обратномъ порядкѣ: болѣе отклоненный край имѣетъ
синеватый цвѣтъ, а менѣе отклоненный—красный цвѣтъ.
Гете, который былъ столь же слабымъ физикомъ, сколь
великимъ поэтомъ, въ свое время на основаніи этого явле-
нія пришелъ къ Тому ошибочному заключенію, что цвѣта
образуются комбинаціей свѣта и темноты и что ньютоново
объясненіе происхожденія цвѣтовъ ложно. Но при ближай-
— 413 —
темъ изслѣдованіи оказывается, что и это явленіе находится
въ полномъ согласіи съ объясненіемъ происхожденія цвѣ-
товъ Ньютона.
Допустимъ, что мы черезъ призму наблюдаемъ бѣлую
полоску аЬ (фиг. 884) и что мы держимъ призму такъ, что
въ а'д' появляется изображеніе полоски.
Представимъ себѣ полоску аЬ раздѣленной на опредѣ-
ленное число узенькихъ полосокъ и отыщемъ для каждой
изъ нихъ положеніе соотвѣтствующей части спектра. Части 1
соотвѣтствуетъ спектръ 1,1, части 2 соотвѣтствуетъ сдвину-
тая часть спектра 2,2 и т. д. Мы получаемъ такимъ образомъ
рядъ равныхъ спектровъ, изъ которыхъ каждый немного
передвинутъ вправо. Теперь представимъ себѣ, что всѣ эти
спектры наложены другъ на друга, и мы получимъ спектръ
а'Ь'. Онъ начинается слѣва краснымъ цвѣтомъ (г), затѣмъ
слѣдуетъ смѣсь изъ желтаго цвѣта (д) съ краснымъ (г), что
Фиг. 384.
даетъ оранжевый цвѣтъ (ог); потомъ слѣдуетъ смѣсь изъ
краснаго (г), желтаго (д) и желто-краснаго (дг) цвѣтовъ, что
даетъ желтый цвѣтъ (д), потомъ присоединяется еще синій
цвѣтъ (&), что даетъ блѣдный желтовато-зеленый цвѣтъ (д, дг),
потомъ слѣдуетъ поле со всѣми цвѣтами, наложенными другъ
на друга, что даетъ бѣлый цвѣтъ. Подобнымъ же образомъ
находятъ результаты смѣшенія цвѣтовъ до конца, гдѣ нахо-
дится фіолетовый цвѣтъ.
Будь полоска аЬ длиннѣе, то въ а'Ь' только средняя бѣ-
лая часть была бы настолько же длиннѣе, а края остава-
лись бы окрашенными, какъ и раньше. Вотъ почему только
края между свѣтлыми и темными поверхностями мы видимъ
окрашенными, между тѣмъ какъ обширныя яркія или тем-
ныя поля остаются внутри безъ измѣненія.
Не во всѣхъ сортахъ стекла отклоненіе пропорціонально
цвѣторазсѣянію. Въ сортахъ, содержащихъ свинецъ,—въ
— 414 —
флинтгласѣ—цвѣторазсѣяніе относительно велико, и потому
ими пользуются для различныхъ украшеній и для пригото-
вленія мнимыхъ алмазовъ, между тѣмъ какъ изъ обыкно-
веннаго стекла или, такъ-называемаго, кронгласа можно
приготовить призму, дающую почти вдвое большее откло-
неніе и столь же большое цвѣторазсѣяніе, какъ призма изъ
флинтгласа съ меньшимъ угломъ. Если скомбинировать двѣ
такія призмы въ противоположныхъ положеніяхъ,.то раз-
сѣяніе одной уничтожается противоположнымъ разсѣяніемъ
второй призмы, а изъ отклоненія одной половина остается
неуничтоженной. Такая двойная призма даетъ тогда откло-
неніе безъ всякаго цвѣторазсѣянія и называется ахрома-
тической призмой. Съ другой стороны,можно скомби-
нировать двѣ призмы съ равной способностью отклоненія,
но въ противоположныя стороны и съ неравной способностью
разсѣянія свѣта, такъ что свѣторазсѣяніе одной уничтожаетъ
лишь часть свѣторазсѣянія другой. Такая призма называется
разсѣивающей призмой. Если такую систему призмъ
помѣстить въ трубку, снабженную на заднемъ концѣ узкой
вертикальной щелью, а на переднемъ концѣ—окуляромъ
(выпуклой чечевицей), мы получаемъ такъ-называемый пря-
мой спектроскопъ, съ помощью котораго можно изслѣдовать
составъ сложнаго свѣта и опредѣлить, какіе цвѣта въ этомъ
сложномъ свѣтѣ отсутствуютъ. Такое изслѣдованіе назы-
вается спектральнымъ анализомъ.
У насъ слишкомъ мало мѣста для того, чтобъ дать здѣсь
мало-мальски удовлетворительное изложеніе основъ спек-
тральнаго анализа. Такъ какъ къ тому же такими изслѣдо-
ваніями въ обыденной жизни не занимаются, а они предо-
ставлены спеціалисту, и такъ какъ далѣе существуетъ мно-
жество превосходныхъ руководствъ для этого, то мы огра-
ничимся здѣсь только сообщеніемъ тѣхъ общихъ принци-
повъ, которые должны быть знакомы всякому образованному
человѣку.
Задача спектральнаго анализа—съ помощью спектра изу-
чить составъ тѣлъ. Изученіе это возможно двумя путями:
или изслѣдуется спектръ, полученный разложеніемъ свѣта,
исходящаго отъ свѣтящагося тѣла, и по этому спектру су-
дятъ о составѣ этого тѣла, или изслѣдуется спектръ, полу-
ченный послѣ прохожденія бѣлаго свѣта черезъ какое-нибудь
тѣло, которое часть свѣта поглощаетъ, и по тѣмъ сортамъ
свѣта, которые отсутствуютъ въ спектрѣ, т. е. которые тѣло
поглотило, судятъ о составѣ этого послѣдняго. Первый
спектръ называется спектромъ излученія, а второй—
спектромъ поглощенія. Если внести какую-нибудь
соль, напримѣръ, поваренную соль (хлористый натрій) въ
не свѣтящееся пламя бунзеновой горѣлки, то пламя окра-
сится: соли натрія окрашиваютъ пламя въ желтый цвѣтъ,
— 415 —
соли литія—въ кармино-красный цвѣтъ, соли кальція—въ
кирпично-красный, соли стронція—въ огненно-красный и
мѣдныя соли—въ зеленый цвѣтъ. Такимъ образомъ свѣтъ,
испускаемый раскаленными парами этихъ солей, не содер-
житъ всѣхъ цвѣтовъ бѣлаго свѣта. Поэтому, когда разла-
гаютъ этотъ свѣтъ на его спектръ, то въ немъ оказывается
въ формѣ узенькихъ полосокъ (линій) только тѣ сорта
свѣта, которые въ изслѣдуемомъ свѣтѣ содержится. Если же
свѣтъ какой-нибудь соли содержитъ только одинъ сортъ
свѣта, то отъ всего спектра остается одна узенькая линія;
такъ пламя поваренной соли даетъ только одну желтую ли-
нію, пламя литія—красную и рядомъ съ ней желтую линію,
пламя стронція—четыре красныя линіи и т. д. Если у насъ
есть соль, составъ которой намъ неизвѣстенъ, мы вносимъ
ее въ пламя и по линіямъ, которыя показываются въ ея
спектрѣ и которыя намъ уже знакомы, мы можемъ заклю-
чить о присутствіи въ этой соли тѣхъ металловъ, которымъ
эти линіи соотвѣтствуютъ. Этимъ способомъ, впервые при-
мѣненнымъ Кирхгофомъ и Бунзеномъ, удалось открыть но-
вые элементы, существованіе которыхъ было до тѣхъ поръ
неизвѣстно: найдя въ спектрѣ какого-нибудь вещества среди
знакомыхъ линій, соотвѣтствующихъ извѣстнымъ элемен-
тамъ, новыя линіи, приходили къ заключенію о существо-
ваніи неизвѣстныхъ еще элементовъ.
Не всегда удается вещества, подлежащія изслѣдованію,
превращать въ пары въ пламени бунзеновой горѣлки, такъ
какъ для этого требуется болѣе высокая температура; въ та-
комъ случаѣ пользуются пламенемъ гремучаго газа или
электрическими искрами или вольтовой дугой. Такъ, чтобы
изслѣдовать пары и газы, ихъ нагрѣваютъ электрическими
искрами, пока они не начинаютъ искускать свѣтъ. Жидко-
сти, въ особенности растворы цвѣтныхъ веществъ, крови
и т. д., какъ и прозрачныя цвѣтныя твердыя тѣла изслѣ-
дуются съ помощью спектра поглощенія: пропускаютъ
черезъ нихъ бѣлый свѣтъ, который потомъ проводятъ въ
щель спектроскопа и въ полученномъ спектрѣ находятъ
только цвѣта, пропущенные этими тѣлами, а между ними—
болѣе или менѣе широкія, яркія или темныя полосы по-
глощенія, характерныя для изслѣдуемаго вещества. Что-
бы опредѣлить,, напримѣръ, присутствіе крови, растворяютъ
подозрительное вещество въ стаканчикѣ съ водой и, поста-
вивъ растворъ передъ щелью спектроскопа, пропускаютъ
черезъ него бѣлый свѣтъ: зная полосы поглощенія крови,
можно этимъ способомъ открыть малѣйшіе слѣды крови и
отличить кровавое пятно отъ всякихъ другихъ пятенъ.
И солнечный спектръ есть спектръ поглощенія, такъ какъ
при болѣе точномъ изслѣдованіи оказалось, что въ немъ
нѣтъ всѣхъ сортовъ свѣта, образующихъ бѣлый свѣтъ.
416 —
Фраунгоферъ показалъ, что даже въ самомъ чистомъ
солнечномъ спектрѣ есть много болѣе сильныхъ и болѣе
слабыхъ темныхъ линій, и болѣе сильныя онъ обозначилъ
буквами отъ А до Я. Съ тѣхъ поръ были наблюдены и из-
мѣрены тысячи такихъ линій. Большая часть изъ нихъ сов-
падаетъ съ яркими линіями спектра излученія; такъ, напри-
мѣръ, въ желтой полосѣ солнечнаго спектра находится тем-
ная двойная линія Я и на томъ самомъ мѣстѣ, на которомъ
пламя поваренной соди даетъ двойную яркую линію на тем-
номъ фонѣ. Основываясь на этихъ наблюденіяхъ, пришли
къ тому заключенію, что солнечное ядро испускаетъ вполнѣ
бѣлый свѣтъ, но вещества, находящіяся въ атмосферѣ солнца
и среди нихъ, между прочимъ, пары натрія, поглощаютъ нѣ-
которые сорта свѣта, вслѣдствіе чего они въ солнечномъ
спектрѣ отсутствуютъ и на ихъ мѣстѣ имѣются темныя
полосы.
Такимъ образомъ, спектральный анализъ даетъ намъ воз-
можность произвести химическій анализъ отдаленныхъ мі-
ровыхъ тѣлъ, такъ какъ и другія звѣзды, кометы и т. д.
даютъ характерный спектръ.
Болѣе того! Изъ акустики мы узнаемъ, что съ прибли-
женіемъ къ намъ источника звука тоНъ его повышается.
Точно также измѣняется цвѣтъ, когда къ намъ прибли-
жается источникъ свѣта, причемъ это измѣненіе направлено
къ фіолетовому концу спектра. Поэтому, съ приближеніемъ
къ намъ свѣтящагося тѣла, должны передвинуться по на-
правленію къ фіолетовому цвѣту и тонкія линіи спектра.
Этотъ принципъ, установленный Допплеромъ еще въ
1842 году, даетъ возможность физику изслѣдовать, подни-
маются ли части солнечной атмосферы или опускаются,
приближается ли къ намъ та или другая отдаленная звѣзда
или удаляется отъ насъ—открытіе, поистинѣ великолѣпное!
ЛЕКЦІЯ ШЕСТЬДЕСЯТЪ ПЯТАЯ.
Чечевицы и роды ихъ. Собирающія чечевицы, ихъ фокусное разстоя-
ніе, діоптрія и изображенія; примѣненія собирательныхъ чечевицъ.
Разсѣивающія чечевицы и ихъ изображенія. Комбинаціи чечевицъ.
Ахроматическія чечевицы.
Чечевицей въ оптикѣ называется прозрачное тѣло,
ограниченное съ двухъ сторонъ или, по крайней мѣрѣ, съ
одной стороны шарообразной, а иногда и цилиндрической
поверхностью; вторая сторона можетъ быть также и плоской.
Мы здѣсь ограничимся изученіемъ сферическихъ чече-
— 417 —
вицъ, т. е. такихъ, которыя ограничены только шарообраз-
ными или плоскими поверхностями.
Эти чечевицы дѣлятся на два основныхъ типа, изъ ко-
торыхъ каждый въ свою очередь подраздѣляется на три
подъ-типа; на фиг. 385 изображены поперечные разрѣзы
всѣхъ шести видовъ сферическихъ чечевицъ.
Собирающія чечевицы:
1. Двояко-выпуклая чечевица
2. Плоско-выпуклая „
3. Вогнуто-выпуклая „
формы 3 и 6 называются еще
Разсѣвающія чечевицы:
4. Двояко-вогнутая чечевица
5. Плоско-вогнутая „
в. Выпукло-вогнутая „
менисками.
Края чечевицы могутъ быть отшлифованы такъ, что она
представляетъ круглый или овальный
дискъ: въ очкахъ употребляются пре-
имущественно овальные диски. Линія,
соединяющая оба центра шаровыхъ
поверхностей (центры кривизны) или
перпендикуляръ, опущенный изъ
центра кривизны на плоскую поверх-
ность, называется осью чечевицы.
Чечевицы съ одной плоской поверх-
ностью могутъ разсматриваться, какъ чечевицы съ шаровой
поверхностью безконечно большого радіуса.
Займемся сначала собирающими чечевицами.
Фиг. 386.
Называются онѣ такъ потому, что лучи параллельные онѣ
собираютъ въ одной точкѣ. Чтобы объяснить, какъ это
происходить, мы разсмотримъ, какъ случай наиболѣе про-
стой, дѣйствіе плоско.-внпуклой чечевицы (фиг. 386). По-
смотримъ, что происходитъ съ тремя параллельными оси лу-
чами, изъ которыхъ одинъ Ъа проходитъ недалеко отъ оси,
второй ЬЪ проходить немного дальше, а третій Ьс—у края
— 418 —
чечевицы. Они проходятъ перпендикулярно къ плоской по-
верхности до точекъ а, Ь, с, гдѣ они и преломляются. Чтобы
найти направленія преломленныхъ лучей, мы поступаемъ
согласно правиламъ, изложеннымъ въ лекцій 63. Изъ каж-
дой изъ этихъ трехъ точекъ мы проводимъ двѣ дуги: одну—
радіусомъ, равнымъ 1, а’ другую—радіусомъ, равнымъ п =
показателю преломленія стекла, который мы принимаемъ
равнымъ */2. Вторыя дуги пересѣкаютъ продолженія лучей
въ точкахъ а', Ъ', с'. Изъ этихъ точекъ мы проводимъ ли-
ніи, параллельныя перпендикулярамъ, опущеннымъ на точки
паденія лучей а, Ъ и с, т. е. радіусамъ Са, СЬ, Сс. Эти парал-
лельныя линіи пересѣкаютъ внутреннія дуги въ точкахъ
во 3» </з, а, соединивъ эти точки съ точками а, Ь, и с, мы по-
лучаемъ направленія преломленныхъ лучей. Они пересѣ-
каютъ ось въ точкахъ
Изъ этого построенія ясно, что, строго говоря, пере-
сѣкаютъ ось въ одной точкѣ только такіе лучи, которые па-
даютъ на чечевицу на равномъ разстояніи отъ оси и что
чѣмъ дальше лучъ падаетъ отъ оси, тѣмъ ближе къ чече-
вицѣ онъ пересѣкается съ осью; эта разница въ отклоненіи
называется сферическимъ отклоненіемъ. Если огра-
ничиться лучами, близкими къ оси чечевицы, т. е. такъ на-
зываемыми центральными лучами, то не трудно замѣтить,
что они всѣ собираются очень близко отъ одной точки Е,
которую и называютъ фокусомъ чечевицы, такъ какъ она
обладаетъ подобными же свойствами, которыя мы нашли у
фокуса вогнутаго зеркала.
Всѣ чечевицы формы 1,2 и 3, т. е. всѣ собирательныя чече-
вицы, имѣютъ по обѣимъ сторонамъ на равномъ разстояніи
по одному такому фокусу. Положеніе послѣдняго зависитъ
не только отъ кривизны чечевицы, но и отъ показателя пре-
ломленія даннаго сорта стекла. Разстояніе фокуса отъ чече-
вицы называется фокуснымъ разстояніемъ и обоз-
начается обыкновенно буквой /1 Чѣмъ чечевица болѣе вы-
пукла и чѣмъ сильнѣе, поэтому, она отклоняетъ лучи, тѣмъ
меньше фокусное разстояніе /*. Поэтому, обозначаютъ дробью
1/У преломляющую или собирающую силу чече-
вицы. Единицей этой силы выбрали силу чечевицы съ фо-
куснымъ разстояніемъ, равнымъ 1 метру, и эту единицу на-
звали діоптріей. Такимъ образомъ чечевица, фокусное
расзтояніе которой равно 2 метра,мъ имѣетъ ’/з діоптріи, че-
чевица, фокусное разстояніе которой равно 3 метрамъ, имѣетъ
’/з діоптріи и т. д.
Вотъ здѣсь очки, которые обыкновенно носятъ люди ста-
рые (дальнозоркіе). Поставивъ ихъ противъ солнца такъ,
чтобы лучи падали на нихъ перпендикулярно, мы улавли-
ваемъ лучи на листѣ бумаги. Намъ не трудно найти то
разстояніе листа отъ чечевицы, на которомъ параллельные
— 419 —
солнечные лучи всего лучше концентрируются и выжигаютъ
въ бумагѣ отверстіе. Измѣривъ это разстояніе, мы находимъ,
что оно равно 25 сантиметрамъ; такимъ образомъ фокусное
разстояніе = */< метра и чечевица имѣетъ 4 діоптріи. Будь
въ солнцѣ только одна яркая точка, центральные лучи тоже
собрались бы въ одной точкѣ, но такъ какъ солнечный
дискъ состоитъ изъ многихъ, лежащихъ рядомъ точекъ,
образующихъ одну круговую поверхность, то и лучи его
собираются въ фокусѣ, представляющемъ маленькій дискъ
изъ столькихъ же точекъ; иначе говоря, мы получаемъ на
фокусномъ разстояніи отъ чечевицы изображеніе солнца. Но
собираются въ одной точкѣ не только тѣ лучи, которые
исходятъ изъ—такъ сказать—безконечно отдаленной точки.
Вычисленія, построеніе и опытъ показываютъ намъ, что со-
бираются также въ одной точкѣ лучи такихъ точекъ, которыя
находятся отъ чечевицы на разстояніи дальше фокуса. Чтобъ
найти эту точку, мы поступаемъ слѣдующимъ образомъ.
Пусть на фиг. 387 изображена собирательная чечевица съ
ценромъ о. Въ Ь находится точка, изъ которой исходитъ
снѣгъ, напримѣръ, конецъ пламени свѣчи. Отъ этой точки
Фиг. 387.
исходитъ много лучей. Направленіе двухъ изъ этихъ лучей
мы знаемъ. Одинъ изъ нихъ есть центральный лучъ ко,
пересѣкающій поверхности чечевицы въ двухъ точкахъ, гдѣ
онѣ параллельны; лучъ этотъ проходитъ безъ преломленія.
Второй лучъ, направленіе котораго намъ извѣстно, есть
лучъ кр, параллельный оси, и мы о немъ знаемъ, что
онъ долженъ пройти за чечевицей черезъ фокусъ К Оба
эти луча пересѣкаются въ точкѣ I. Въ этой же точкѣ пере-
сѣкаются всѣ остальные лучи, исходящіе изъ X. Глазъ, на-
ходящійся въ а, воспринимая лучи, исходящій изъ I, ви-
дитъ въ I свѣтящуюся точку, которая разсматривается, какъ
дѣйствительное изображеніе точки Ь. Точно также
соотвѣтствуетъ каждой точкѣ, лежащей между к и М изо-
браженіе, находящееся между I и т. Такимъ образомъ мы
отъ предмета ЬМ получаемъ дѣйствительное изображеніе
въ Іт, но это изображеніе обратное, и въ нашемъ случаѣ
уменьшенное.
Если бы, наоборотъ, Іт было предметомъ, то ЬМ было бы
соотвѣтствующимъ дѣйствительнымъ изображеніемъ его и
это изображеніе было бы больше самаго предмета.
28 Зака) 1038
— 420 —
Передвинемъ теперь предметъ ЬМ въ положеніе между
чечевицей и фокусомъ, напримѣръ, въ положеніе ЬМ, какъ
это изображено на фиг. 388. Повторивъ предыдущее по-
строеніе, мы найдемъ, что лучи за чечевицей не пересѣ-
каются, а расходятся. Въ глазъ находящійся въ а попадаетъ
конусъ лучей, вершина котораго находится въ I и онъ ви-
дитъ въ I изображеніе отъ Д хотя въ дѣйствительности отъ I
вовсе не исходятъ лучи; 2, слѣдовательно, есть лишь мни-
мое изображеніе отъ Г. Точно также Іт есть мнимое
изображеніе отъ предмета ЬМ\ оно прямое и увеличенное
и находится въ той же сторонѣ чечевицы, что и предметъ
и за предметомъ.
Попробуемъ подтвердить наши выводы, полученные по-
строеніемъ, на опытѣ съ нашими очками. Роль солнца мы
заставляемъ исполнять пламя свѣчи: приближая его посте-
пенно въ темной комнатѣ къ чечевицѣ, мы наблюдаемъ изо-
браженіе его на экранѣ.
Фиг. 388.
І-й случай: предметъ находится на безконечно дале-
комъ разстояніи (солнце); изображеніе на-
ходится за чечевицей въ фокусѣ; оно дѣй-
ствительное, обратное и уменьшенное.
Въ этомъ случаѣ, который мы разобрали уже выше, че-
чевица дѣйствуетъ, какъ зажигательное стекло.
ІІ-й случай: предметъ находится на разстояніи отъ че-
чевицы, большемъ двойного фокуснаго раз
стоянія; изображеніе находится за чечеви-
цей между однократнымъ и двойнымъ фо-
куснымъ разстояніемъ; оно—дѣйствитель-
ное, обратное и уменьшенное.
Этимъ случаемъ мы пользуемся въ камерѣ-обскурѣ при
фотографированіи въ уменьшенномъ масштабѣ.
III й случай: предметъ находится на разстояніи, рав-
номъ двойному фокусному разстоянію; изо-
браженіе находится за чечевицей тоже на
разстояніи, равномъ двойному фокусному
разстоянію; оно дѣйствительное, обратное
и по величинѣ равно предмету.
— 421 —
Этимъ случаемъ мы пользуемся въ камерѣ-обскурѣ при
фотографированіи въ натуральной величинѣ.
ІѴ-й случай: предметъ находится между однократнымъ
и двойнымъ фокуснымъ разстояніемъ; изо-
браженіе находится за чечевицей дальше
двойного фокуснаго разстоянія и оно дѣй-
ствительное, обратное и увеличенное.
Этимъ случаемъ мы пользуемся въ камерѣ-обскурѣ при
фотографированіи въ увеличенномъ масштабѣ, какъ
и въ волшебномъ фонарѣ для проэктированіи изображеній
на экранѣ.
Ѵ-й случай: предметъ находится въ фокусѣ; лучи за
чечевицей параллельны и изображенія во-
все нѣтъ.
Въ этомъ случаѣ мы пользуемся чечевицей для освѣ-
щенія.
ѴІ-й случай: предметъ находится между чечевицей и
фокусомъ; изображеніе получается лцшь
мнимое; мы видимъ его не за чечеви-
цей, а на той же сторонѣ, гдѣ находится
предметъ, и за предметомъ; оно прямое и
увеличенное.
Въ этомъ случаѣ чечевица служитъ въ качествѣ уве-
личительнаго стекла или лупы.
Сюда необходимо присоединить еще тотъ случай, когда
лучи доходятъ до чечевицы ни параллельными, ни расходя-
щимися, а сходящимися, что можетъ имѣть мѣсто, напри-
мѣръ, тогда, когда мы расходящіеся или параллельные лучи
предварительно пропустили черезъ другую собирательную
чечевицу. Въ этомъ случаѣ вторая чечевица усиливаетъ
схожденіе лучей, такъ что они собираются въ одной точкѣ
раньше, чѣмъ это случилось бы безъ нея.
При этомъ діоптріи обѣихъ чечевицъ склады-
ваются. Если, напримѣръ, у насъ есть двѣ пары очковъ
съ фокусными разстояніями, равными ‘/г и 1/'з метра, то ихъ
діоптріи равны 2 и 3, діоптрія обѣихъ паръ = 5, а фокус-
ное разстояніе всей комбинаціи = ’/з метра.
Обратимся теперь къ чечевицамъ формы 4,5 и 6, (фиг. 385)
т. е. разсѣевающимъ чечевицамъ. Повторивъ по-
строеніе, сходное съ построеніемъ фиг. 388, мы тотчасъ
убѣждаемся въ томъ, что параллельные лучи выходятъ изъ
такихъ чечевицъ расходящимися, такъ что получается впе-
чатлѣніе, будто они исходятъ изъ точки, находящейся на
той же сторонѣ чечевицы, на которой находится предметъ;
по аналогіи съ предыдущимъ и эта точка называется фоку-
сомъ, а лучше называть ее разсѣевающей точкой.
Фиг. 389 показываетъ намъ, какъ здѣсь найти изображеніе
для предмета ЬМ. Центральный лучъ и лучъ параллельный
28*
— 422 —
оси послѣ преломленія не пересѣкаются, а пересѣкается
лишь въ точкѣ I обратное продолженіе второго луча съ пер-
вымъ лучемъ; въ этой точкѣ и появляется мнимое изобра-
женіе Ь.
Всѣ изображенія, получающіяся съ такой чечевицей, бы-
ваютъ только мнимыми,прямыми и уменьшенными.
Подтвердить сказанное можно опытомъ съ очками близо-
рукаго человѣка. Въ отличіе отъ фокуснаго разстоянія и
діоптріи собирательныхъ стеколъ можно фокусное разстоя-
ніе и діоптрію разсѣевающихъ стеколъ называть отрицатель-
ными. И здѣсь комбинація изъ двухъ чечевицъ имѣетъ
діоптрію, равную суммѣ діоптрій слагающихся чечевицъ.
При комбинаціи собира-
тельной чечевицы съ раз- _____
сѣевающей діоптрія комби- —?
націи тоже равна суммѣ __________Я
діоптрій входящихъ въ ком-
бинацію чечевицъ, но при ІЛ
этомъ сложеніи необходимо Фиг. 389.
имѣть въ виду, что доіптрія
разсѣевающей чечевицы должна быть взята съ отрицатель-
нымъ знакомъ.
Примѣръ: мы комбинируемъ собирательную чечевицу,
фокусное разстояніе которой равно 25 сантиметрамъ, съ
разсѣевающей чечевицей, фокусное разстояніе которой равно
50 сантиметрамъ.
Первая чечевица имѣетъ -+- 4 діоптріи, а вторая — двѣ
діоптріи; сложивъ вмѣстѣ, мы получаемъ: 4 — 2 = 2
діоптріи; фокусное разстояніе, слѣдовательно, = 1/г метра=5О
сантиметрамъ. Наша комбинація, слѣдовательно, дѣйствуетъ
какъ собирательная чечевица, вдвое менѣе сильная, чѣмъ
та, которая входитъ въ комбинацію.
Комбинація такихъ двухъ че-
р чевицъ служитъ, однако, не-
1 - только для того, чтобы измѣнить
-------іД фокусное разстояніе, но и для
другой весьма важной цѣли. И
преломленіе въ чечевицахъ, какъ
Фиг. зэо. и преломленіе въ призмахъ со-
провождается цвѣторазсѣе-
н і е м ъ, всѣдствіе котораго изображенія выходятъ нечи-
стыми и окруженными цвѣтными краями. Но подобно
тому, какъ тамъ было возможно комбинаціей двухъ обратно
поставленныхъ призмъ изъ кронгласа и флинтгласа устра-
нить цвѣторазсѣеніѳ и все же сохранить часть способности
отклоненія призмы, такъ возможно и здѣсь комбинаціей со-
бирательной чечевицы изъ кронгласа и болѣе слабо разсѣе-
вающей чечевицы изъ флинтгласа (фиг. 390) устранить цвѣ-
— 423 —
торазсѣеніе и сохранить часть собирательной способности
чечевицы. Будь чечевица С изъ кронгласа не въ комбина-
ціи, а одна, то фокусъ красныхъ лучей былъ бы, напримѣръ,
въ г, а фокусъ фіолетовыхъ лучей—въ ѵ. Но разъ она ском-
бинирована съ чечевицей Г изъ флинтгласа, то оба фокуса
передвинуты, но фокусъ фіолетовыхъ лучей больше передви-
нутъ, чѣмъ фокусъ красныхъ лучей, и именно такъ, что
оба фокуса совпадаютъ въ гѵ. Допустимъ, что фокусныя раз-
стоянія первой чечевицы для красныхъ и фіолетовыхъ лу-
чей соотвѣтственно равны V4 и Ѵ4,2 метра; а тѣ же разстоя-
нія для второй чечевицы соотвѣственно равны ’/з и г/г,2 метра;
въ такомъ случаѣ сложная чечевица будетъ имѣть для кра-
ныхъ лучей 4 — 2 = 2 діоптріи, а для фіолетовыхъ лучей
4,2 — 2,2 = 2 діоптріи и, слѣдовательно, фокусныя разстоя-
нія красныхъ и фіолетовыхъ лучей будутъ равны между со-
бой и именно равны ‘/г метра. Если, кромѣ красныхъ и фіо-
летовыхъ лучей, у насъ имѣются еще и всѣ другіе цвѣта
бѣлаго свѣта, они складываются подобнымъ же образомъ (по
крайней мѣрѣ почти такъ) и соединяются въ томъ же фо-
кусѣ системы: комбинація даетъ неокрашенныя изображенія.
Болѣе того: выбирая чечевицы соотвѣтствующей кривизны,
можно комбинаціей двухъ чечевицъ въ значительной сте-
пени устранить сферическое отклоненіе краевыхъ лучей,
такъ что однимъ ударомъ устраняютя два недостатка. При-
готовленіемъ ахроматическихъ чечевицъ мы обязаны англій-
скому оптику До длону (1757). Эти чечевицы играютъ
очень важную роль въ приготовленіи зрительныхъ трубъ,
микроскоповъ и фотографическихъ объективовъ, но объ
этихъ инструментахъ мы поговоримъ въ слѣдующей лекціи
ЛЕКЦІЯ ШЕСТЬДЕСЯТЪ ШЕСТАЯ.
Оптическіе инструменты. Галилеева зрительная труба (бинокль). Астро-
номическая зрительная труба Кепплера. Земная зрительная труба. Уве-
личительныя стекла. Лупы. Сложный микроскопъ. Система иммерсіи.
Примѣненія микроскопа.
Бъ настоящей лекціи мы займемся изученіемъ оптиче-
скихъ инструментовъ. Начнемъ наше изученіе съ зритель-
ныхъ трубъ. На фиг. 391 изображена древнѣйшая зри-
тельная труба, изобрѣтенная въ 1609 году Галилеемъ;
сочетаніе двухъ такихъ трубокъ, носящее названіе бинок-
ля, извѣстно всякому. Трубка эта состоитъ изъ ахроматиче-
ской чечевицы АВ, служащей объективомъ, и разсѣеваю-
— 424 —
щей чечевицы, служащей окуляромъ; послѣдняя вмѣстѣ
съ своей оправой можетъ быть приближена къ первой и
удалена.
Способъ дѣйствія всей системы ясенъ изъ фиг. 392. Будь
въ трубкѣ только собирательная чечевица, она дала бы отъ
предмета отдаленнаго ЬМ (невиднаго на фиг.) дѣйствитель-
ное, уменьшенное и обратное изображеніе Іт немного даль-
ше фокуса Е. Это изображеніе не получается потому, что
разсѣвающая чечевица дѣлаетъ лучи Р() и ОН расходя-
щимися, такъ что кажется, что
они исходятъ изъ точки і'; по-
этому, глазъ видитъ въ Гт' мни-
мое прямое изображеніе и подъ
большимъ угломъ зрѣнія, чѣмъ
прямо глазами, т. е. безъ трубки.
Преимущества галилеевой
трубы—небольшая величина ея
и прямое положеніе изображе-
нія, а недостатки—незначитель-
ная величина поля зрѣнія и сравнительно небольшое
увеличеніе, которое можетъ быть усилено только насчетъ
величины поля зрѣнія; далѣе неудобно здѣсь также то, что
инструментъ не можетъ служить для измѣренія угловыхъ
разстояній, такъ какъ нельзя въ немъ устроить перекрест-
ныхъ нитей. Подобный инструментъ впервые самъ себѣ
устроилъ Галилей. Съ его помощью этому великому уче-
ному удалось въ 1609—1610 годахъ сдѣлать рядъ астроно-
мическихъ открытій: онъ впервые увидалъ горы луны,
спутниковъ Юпитера, кольца Сатурна, свѣтовыя фазы Венеры.
Фиг. 391.
Астрономическая зрительная труба или труба Кеп-
плера есть изобрѣтеніе не менѣе извѣстнаго ученаго, чѣмъ
былъ Галилей, что видно и изъ ея названія. Существенныя
ея части—двѣ собирательныя чечевицы, изъ которыхъ одна
служитъ объективомъ, а другая—окуляромъ. Въ инструмен-
тахъ, приготовляемыхъ въ настоящее время, объективомъ
служитъ астрономическая двойная чечевица, а окуляромъ—
комбинація изъ двухъ плоско—выпуклыхъ чечевицъ, помѣ-
щенныхъ на опредѣленномъ разстояніи другъ отъ друга
(окуляръ Гюгенса или Рамсдена), благодаря чему полу-
чаются ахроматическія изображенія. Объективъ помѣщенъ
— 425 —
на самомъ крайнемъ концѣ трубки (фиг. 898), а окуляръ—
въ вытяжной трубкѣ, такъ что передвиженіемъ этой трубки
можно измѣнять разстояніе между объективомъ и окуля-
ромъ по произволу; кромѣ того, въ большинствѣ инструмен-
товъ можетъ еще быть передвинуто немного переднее стекло
окуляра. На фиг. 393 изображенъ такой инструментъ; труба
здѣсь помѣщена на подставкѣ и снабжена шарниромъ, даю-
щимъ возможность бы-
стро и безъ труда пере-
мѣщать трубу по всѣмъ
направленіямъ. Ходъ лу-
чей ясенъ изъ фиг. 394, — ц*
гдѣ окуляръ представ-
ленъ- только одной чече-
вицей. И здѣсь объективъ
даетъ отъ отдаленнаго
предмета дѣйствительное
обратное и уменьшенное
изображеніе въ ті, кото-
рое оказывается за фо- е?
кусомъ чечевицы окуля- .
ра. Эта послѣдняя дѣ- фяг’3 ’
лаетъ лучи РО и ОІі расходящимися такъ, что кажется,
будто они исходятъ изъ точки Г, вслѣдствіе чего въ Ѵт'
видно обратное мнимое изображеніе и подъ большимъ угломъ
зрѣнія, чѣмъ если смотрѣть на предметъ прямо глазами безъ
трубки. Подобно дѣйствительному изображенію 1»> даетъ
мнимое изображеніе въ І'т' всякій, находящійся въ Іт дѣй-
ствительный предметъ, какъ, напримѣръ, натянутая нить.
Если, поэтому, помѣстить въ мѣстѣ Іт перекрестныя паутин-
і
Фиг. 394.
ныя нити, то получается возможность отмѣтить въ серединѣ
зрительнаго поля точку и покрыть ею какую нибудь точку
наблюдаемаго предмета, въ данномъ случаѣ какой нибудь
звѣзды. Это даетъ возможность пользоваться астрономической
зрительной трубой въ качествѣ измѣрительнаго инструмента,
что является большимъ преимуществомъ этой трубы сравни-
тельно съ галилеевой трубой. Другія ея преимущества за-
ключаются, какъ мы уже сказали, въ большемъ полѣ зрѣнія
и въ значительно большемъ увеличеніи наблюдаемаго пред-
мета. Недостатки ея—большая длина трубы и обратное по-
— 426 —
ложеніе изображенія, что впрочемъ, при астрономическихъ
наблюденіяхъ значенія не имѣетъ. Для наблюденія же на
землѣ было бы во многихъ случаяхъ непріятно видѣть все
въ обратномъ видѣ, вслѣдствіе чего Рейта въ 1665 году
изобрѣлъ такъ называемую земную зрительную трубу.
Эта труба отличается отъ астрономической тѣмъ, что оку-
лярная ея трубка снабжена еще двумя собирательными
чечевидами, задача которыхъ обратно перевернуть изо-
браженіе.
Фиг. 395.
На фиг. 395 изображена наиболѣе распространенная фор-
ма этого инструмента, часто употребляемая туристами и др.
Труба состоитъ изъ системы выдвижныхъ трубокъ. Ахрома-
тическій объективъ помѣщенъ на самомъ крайнемъ концѣ
трубки, закрываемомъ обыкновенно крышкой. На переднемъ
концѣ первой выдвижной трубки находится окуляръ, со-
стоящій изъ двухъ собирательныхъ чечевицъ, а на заднемъ
(внутреннемъ) ея концѣ—двѣ другія чечевицы, задача ко-
торыхъ обратно перевернуть изображеніе.
« Врядъ ли необходимо подробно разобрать
ходъ лучей и въ этомъ инструментѣ. Мы за-
то покажемъ, какъ безъ особыхъ вспомога-
тельныхъ средствъ узнать, по крайней мѣрѣ,
приблизительно, степень увеличенія зритель-
ной трубы. Мы направляемъ зрительную тру-
бу на какой нибудь предметъ, раздѣленный
на равныя части, напримѣръ, на какой нибудь
масштабъ или также на кирпичную крышу,
і если кирпичи ея равной величины. Сосчи-
тавъ число кирпичей, которое мы видимъ
вдоль діаметра поля зрѣнія, мы смотримъ
Фиг. 396. на ту же крышу безъ зрительной трубы
и опредѣляемъ число кирпичей, которое мы
видимъ безъ нея на той же длинѣ: раздѣливъ второе
число на первое, мы получаемъ степень увеличенія зритель-
ной трубы. Такъ, напримѣръ, въ случаѣ, изображенномъ на
фиг. 396 въ полѣ зрѣнія зрительной трубы видны два кир-
пича, а безъ нея—двѣнадцать; поэтому, можно принять, что
труба увеличиваетъ приблизительно въ 6 разъ. Съ большей
точностью это можно опредѣлить при помощи камеры-лю-
циды, но это врядъ ли.необходимо, потому что доброкаче-
— 427 —
ственность и цѣнность зрительной трубы зависитъ не только
отъ степени увеличенія, но въ гораздо большей степени отъ
яркости и ясности изображеній, какъ и совершенства ахро-
матическихъ стеколъ. Поэтому при покупкѣ такихъ инстру-
ментовъ всего лучше провѣрить, какія мелочи удается еще
замѣтить на томъ или другомъ разстояніи, напримѣръ, какую
печать удается еще разобрать на опредѣленномъ разстояніи.
Сравненіе съ хорошими инструментами надежныхъ фирмъ
можетъ дать болѣе надежную руководящую нить для оцѣнки
инструмента, чѣмъ измѣреніе степени его увеличенія.
Во всѣхъ разобранныхъ нами до сихъ поръ зрительныхъ
трубахъ существенную часть составляли чечевицы, такъ что
лучи въ нихъ преломлялись; поэтому, они называются еще
рефракторами. Но въ астрономіи употребляются еще
другія трубы съ вогнутыми зеркалами, которыя и назы-
ваются рефлекторами. Такъ какъ эти послѣдніе въ по-
вседневной жизни не играютъ никакой роли, то будетъ до-
статочно сообщить о нихъ только то, что въ нихъ реальное
изображеніе объекта, полученное вогнутымъ зеркаломъ,
наблюдается или прямо черезъ лупу, или послѣ повторнаго
отраженія во второмъ зеркалѣ. Эти инструменты имѣли
очень большое значеніе до тѣхъ поръ, пока не удавалось
еще приготовлять большія ахроматическія чечевицы, между
тѣмъ какъ зеркала съ самаго начала давали ахроматическія
изображенія.
Наибольшее увеличеніе, достигнутое зрительной трубой,
составляетъ около 6.400, а луна удалена отъ земли на раз-
стояніе 51.000 миль. Такимъ образомъ въ такой трубѣ луна
удалена отъ насъ всего на 8 миль.
Но задача оптики сдѣлать для насъ видимымъ не только
великое, но удаленное, а и близкое, но слишкомъ малое.
Этой цѣли служатъ увеличительныя стекла, лупы
и микроскопы.
Уже въ 65-й лекціи мы показали, что всякая собиратель-
ная чечевица можетъ служить въ качествѣ увеличительнаго
стекла, если ее приблизить къ объекту на разстояніи хоть
немного меньше фокуснаго разстоянія. Мы въ такихъ слу-
чаяхъ получаемъ изображеніе мнимое, но увеличенное и
прямое. Увеличеніе при этомъ тѣмъ больше, чѣмъ больше
кривизна поверхности чечевицы. Можно приготовить себѣ
простой микроскопъ съ ' значительнымъ увеличеніемъ, по-
мѣстивши каплю воды въ маленькомъ отверстіи полоски
жести. Могутъ для этого служить и маленькіе стеклянные
шарики. И глазъ, и наблюдаемый предметъ должны быть
очень близки къ этому шарику. Но получаемыя такимъ
образомъ изображенія слишкомъ неясны и искажены цвѣт-
ными каймами, такъ что практическаго значенія они имѣть
не могутъ. Искаженіе и цвѣтныя каймы изображеній устра-
— 428 —
няются тѣмъ, что въ одномъ аппаратѣ вставляются двѣ или
три чечевицы; аппаратъ называется тогда дублетомъ, три-
плетомъ и т. д.
Для значительныхъ увеличеній эти аппараты не годятся,
а для этого служитъ сложный микроскопъ.
Этотъ, столь необходимый для научнаго изслѣдованія,
инструментъ стараніями спеціалистовъ по оптической фи-
зикѣ доведенъ до чрезвычайно высокой степени совершен-
ства, но зато онъ сдѣлался и столь сложнымъ, что о пол-
Фиг. 397.
Изъ ЭТОГО
XX ХЭ ѴіЦ'ЕШСкМ.Ѵ'Л. XX ѴЛѴѴЛХ» Ѵ</1 ѴЛѴДДіт 1ХѴ7 V ХІѴѴХ’
номъ описаніи всѣхъ его частей въ физикѣ
повседневной жизни и рѣчи быть не можетъ.
Болѣе простыя формы этого инструмента по-
лучили, однако, столь большое распростра-
неніе, благодаря своей относительной деше-
визнъ и несомнѣнной пользѣ, которую они
приносятъ, что не описать ихъ здѣсь невоз-
можно.
Сначала мы изложимъ теорію микроскопа,
пользуясь фиг. 397. Существенныя его части
—двѣ собирательныя чечевицы: объективъ ОЬ
и окуляръ Ос. Въ обычныхь нынѣ микро-
скопахъ объективъ представляетъ всегда ком-
бинацію изъ нѣсколькихъ кронгласовскихъ
и флинтгласовскихъ чечевицъ, дающихъ въ
ті ахроматическое изображеніе объекта МЬ.
Изображеніе это—дѣйствительное, обратное и
увеличенное. Оно получается тогда, когда
объектъ МЬ находится немного ниже фо-
куснаго разстоянія объектива. Окуляръ Ос и
здѣсь играетъ роль лупы, дѣлая лучи, исхо-
дящіе изъ дѣйствительнаго изображенія ті,
расходящимися, такъ что глазъ видитъ въ
т'І’ мнимое изображеніе. Чтобы это было
возможно, дѣйствительное изображеніе ті
должно находиться немного выше фокуса
окуляра.
описанія ясно, что устройство сложнаго ми-
кроскопа очень сходно съ устройствомъ астрономической
зрительной трубы. Но у послѣдней объективъ имѣетъ очень
большое фокусное разстояніе, тогда какъ у микроскопа фо-
кусное разстояніе объектива очень не велико. Затѣмъ оку-
ляръ микроскопа въ дѣйствительности никогда не бываетъ
простой чечевицей, а состоитъ всегда изъ двухъ отдѣльно
расположенныхъ плоско выпуклыхъ чечевицъ, чѣмъ—правда,
другимъ образомъ—тоже достигаются ахроматизмъ и нѣко-
торыя другія преимущества. Внѣшняя форма инструмента
изображена на фиг. 898, гдѣ изображенъ сравнительно про-
стой микроскопъ.
— 429 —
Штативъ соединенъ съ гильзой Л, которая вращеніемъ
головки винта к можетъ быть медленно приподнята или
опущена. Въ гильзу вставлена трубка ТТ, движу-
щаяся въ ней съ легкимъ треніемъ и несущая на нижнемъ
концѣ объективъ ОЬ и на верхнемъ концѣ—
окуляръ Ое. Предметъ, подлежащій наблюде-
нію, Долженъ быть сдѣланъ очень плоскимъ
и тѣмъ болѣе плоскимъ, чѣмъ сильнѣе сте-
пень увеличенія. Сдѣлавъ тонкій разрѣзъ
предмета, его помѣщаютъ на такъ называемое
предметное стекло (небольшую полоску тонка-
го стекла), смачиваютъ капелькой воды или
какой нибудь другой соотвѣтствующей жид-
костью и покрываютъ спеціально для этого
приготовляемымъ очень тонкимъ стеклыш-
комъ—такъ называемымъ покровнымъ стек-
лышкомъ. Приготовленный такимъ образомъ
препаратъ кладутъ на столикъ Р съ отвер-
стіемъ посрединѣ—такъ называемый пред-
метный столикъ. Зеркало <с, съ одной сто-
роны плоское, а съ другой—вогнутое, слу-
житъ для того, чтобы дать соотвѣтствующее
освѣщеніе предмету снизу или сверху, смотря
потому, прозраченъ ли онъ или не прозра-
ченъ.
Въ лучшихъ микроскопахъ изображеніе предмета можетъ
быть увеличено въ 3000 разъ, но рѣдко пользуются боль-
шимъ увеличеніемъ, чѣмъ въ 1000 разъ, а большинство
изслѣдованій производится при увеличеніи, не превышаю-
щемъ 500 разъ. Здѣсь происходитъ
то же, что и въ зрительныхъ тру-
бахъ: съ возрастаніемъ степени уве-
личенія сила освѣщенія и ясность
изображенія ослабляются, а между
тѣмъ всего важнѣе именно послѣд-
нія.
. Для изслѣдованія мельчайшихъ
организмовъ, напримѣръ, бактерій,
нужны, конечно, сильнѣйшія уве-
личенія. Пользуются тогда большей
частью такъ называемой систе-
мой иммерсіи: пространство
между объектомъ и объективомъ
съ соотвѣтствующимъ показате-
лемъ преломленія, благодаря чему на предметѣ соби-
рается больше свѣтовыхъ лучей. Если хотятъ устранить
послѣдніе остатки цвѣторазсѣянія, пользуются при этомъ
объективами, составленными профессоромъ Аббе. На
Фиг. 399.
заполняется жидкостью
— 430 —
фиг. 399 изображенъ такой объективъ, увеличенный втрое.
Онъ состоитъ изъ 10 отдѣльныхъ чечевицъ самой различной
формы и различныхъ сортовъ стекла. Трудно себѣ предста-
вить, какая сила абстрактной мысли необходима была для
того, чтобы теоретически вычислить всю систему такого
объектива, сколько нужно было упорнаго труда и ловкости,
чтобы эти небольшія чечевицы (вѣдь онѣ въ три раза меньше
чечевицъ, изображенныхъ на фиг.) приготовить, чтобы рас-
плавить стекло, измѣрить коэффиціентъ преломленія для
всѣхъ цвѣтовъ, отшлифовать, отполировать и правильно
вставить всѣ чечевицы.
Пришлось бы написать объемистую книгу, если пожелать
разсказать обо всемъ, что относится къ приготовленію такого
объектива.
Трудно также изложить въ немногихъ словахъ, сколь
многимъ естествознаніе во всѣхъ отрасляхъ обязано усовер-
шенствованію микроскопа: всѣми нашими знаніями о болѣе
тонкомъ строеніи различныхъ частей животныхъ и растеній,
о формѣ клѣтокъ, объ условіяхъ жизни и размноженія
мельчайшихъ живыхъ существъ, какъ и о мельчайшихъ
частяхъ минераловъ, мы обязаны наблюденіямъ ихъ подъ
микроскопомъ.
Было бы большимъ заблужденіемъ думать, что всѣ эти
открытія имѣютъ интересъ и значеніе только для ученыхъ
и не имѣютъ никакого значенія въ обыденной нашей жизни.
Для опроверженія такого ложнаго мнѣнія достаточно будетъ
указать на то, что съ помощью микроскопа и въ связи съ
соотвѣтствующими методами удалось открыть въ опредѣ-
ленныхъ низшихъ растительныхъ формахъ, грибахъ, бацил-
лахъ, возбудители такихъ опасныхъ болѣзней, какъ хо-
лера, тифъ, туберкулезъ, дифтеритъ, столбнякъ и т. д.
Возбудители маляріи (болотной лихорадки) были найдены
въ тѣлахъ комаровъ, и было доказано, что они переносятся
на человѣка укусомъ. Болѣзнь, причиненная триіинами,
тоже была выяснена съ помощью микроскопа, что привело
къ почти полному уничтоженію болѣзни.
Благодаря сдѣланнымъ открытіямъ, у насъ есть возмож-
ность успѣшно бороться съ этими врагами нашего здоровья.
Конечно, достиженіе этой цѣли должно быть предоставлено
спеціалисту. Но и въ повседневной нашей жизни есть мно-
жество случаевъ, когда микроскопы съ небольшимъ увели-
ченіемъ, которые достать нетрудно, могутъ оказаться чрез-
вычайно полезными. Такъ, напримѣръ, они могутъ оказаться
полезными для отличія доброкачественнаго товара отъ фаль-
сифицированнаго. Хозяйка, умѣющая пользоваться микро-
скопомъ, безъ труда научится отличать чистый шелкъ отъ
нечистаго, чистую шерсть отъ хлопчатки, чистое полотно
и т. д. Стоитъ посмотрѣть на фиг. 400, чтобы увидъть, какія
— 431 —
различія существуютъ между волокнами этихъ тканей. Точно
такъ же не трудно отличить, напримѣръ, настоящую юхто-
вую кожу отъ поддѣльной, слоновую кость отъ другой ко-
сти, настоящую черепаховую кость отъ поддѣльной и т. д.
Точно такъ же можно часто съ помощью микроскопа дока-
зать всевозможныя фальсификаціи питательныхъ веществъ.
Фиг. 400.
Само собой, разумѣется, что для этого нужны еще и спе-
ціальныя знанія, которыя необходимо пріобрѣсти изъ соот-
вѣтствующихъ книгъ; наша же задача была только позна-
комить съ соотвѣтствующими предварительными свѣ-
дѣніями изъ физики.
ЛЕКЦІЯ ШЕСТЬДЕСЯТЪ СЕДЬМАЯ.
Камера-обскура. Фотографическая камера. Дагерротипъ. Современная
фотографія. Приготовленіе негатива и позитива. Пигментный способъ.
Портретный объективъ Пецваля. Апланатъ Штейнейля. Волшебный фо-
нарь.' Проэкціонный аппаратъ. Чудесная камера или эпископъ.
Мы уже упоминали въ лекціи 65, что чечевица употреб-
ляется между прочимъ и въ аппаратѣ, который носитъ на-
званіе к а м е р ы-о б с к у р ы (темной камеры). Такой камерой
можетъ быть всякій закрытый сосудъ съ непрозрачными
стѣнками, ящикъ изъ картона или дерева или даже наша
комната, если закрыть въ ней ставни и въ одномъ изъ нихъ
сдѣлать маленькое отверстіе. Чтобы получить изображенія
— 432 —
камеры-обскуры, можно даже обойтись безъ чечевицы, а до-
статочно одного очень маленькаго отверстія. Провѣримъ
сказанное на опытѣ (фиг. 401).
Въ темной комнатѣ мы помѣщаемъ передъ пламенемъ
свѣчи ѢМ на разстояніи половины метра, экранъ 8 изъ
картона съ круглымъ отверстіемъ, имѣющимъ въ діаметрѣ
не болѣе одного миллиметра; за этимъ экраномъ мы помѣ-
щаемъ на такомъ же раз-
стояніи отъ него второй
бѣлый экранъ 8'. На этомъ
послѣднемъ мы видимъ сла-
бо освѣщенное, не вполнѣ
ясное, обратное изображе-
ніе пламени той же вели-
чины. Если передвинуть
экранъ 8' дальше, изобра-
женіе увеличивается про-
порціонально разстоянію,
а съ приближеніемъ его
къ другому экрану изобра-
Фаг. 4"1.
женіе въ томъ же отноше-
ніи уменьшаэтся.
Съ увеличеніемъ отверстія изображеніе становитсы ярче,
но менѣе ясно Съ уменьшеніемъ отверстія изображеніе
сначала тоже становится яснѣе, но съ дальнѣйшимъ умень-
шеніемъ отверстія оно становится и менѣе яркимъ, и ме-
нѣе яснымъ. Послѣднее есть результатъ уклоненія свѣта,
но мы здѣсь подробнѣе на этомъ останавливаться не можемъ.
Если разстоянія экрана 8' отъ отверстія равны 30, 20,10
сантиметрамъ, то наиболѣе благопріятные діаметры
отверстія—0,6, 0,5, 0,4 миллиметра. Если сдѣлать
отверстіе очень большимъ, съ діаметромъ, напри-
мѣръ, превышающимъ 3 сантиметра, мы получимъ
вмѣсто изображенія пламени неясное прямое изо-
браженіе самаго отверстія. Такъ напримѣръ, если
отверстіе имѣетъ форму треугольника, то и изобра-
женіе будетъ треугольнымъ. Изображеніе тѣмъ
яснѣе, чѣмъ пламя меньше и чѣмъ больше разстоя-
Фиг. 402ще между нимъи отверстіемъ.
Какова бы ни была форма маленькаго отверстія, мы
тѵѵѵч
ѵѵѵѵѵ
ѴѴѴѴѴ
Ѵѵѵѵѵ?
ѵѵѵѵѵ»
ѵѵѵѵѵѵ
ѵѵѵѵѵѵ
чѵѵѵѵу
ѵѵѵуу
ѵѵ?
V
всегда получаемъ только изображеніе пламени.
Объяснить это явленіе не трудно.
Если пламя велико сравнительно съ отверстіемъ, то на
экранѣ каждая свѣтящаяся точка пламени вызываетъ изо-
браженіе отверстія. Всѣ эти изображенія отверстія склады-
ваются въ одно обратное изображеніе пламени, какъ это
изображено на фиг. 402, причемъ они отчасти наклады-
ваются другъ на друга и одинаково ярко освѣщаютъ все
— 433 —
пространство, занимаемое изображеніемъ пламени; форма
отверстія при этомъ безразлична. Если же, наоборотъ, пламя
сравнительно съ отверстіемъ мало, то получается множество
изображеній пламени, которыя складываются въ одно изо-
браженіе отверстія.
Если солнце свѣтитъ сквозь листья деревьевъ, то каждое
отверстіе между листьями даетъ маленькое изображеніе
А
000000000^
Фиг. 403.
солнца на землѣ. Изображенія, полученныя черезъ малень-
кое отверстіе, могутъ также служить для фо-
тографическихъ съемокъ, но вслѣдствіе сла-
бости освѣщенія требуетъ много времени для
проявленія.
Поэтому гораздо болѣе удобно пользо-
ваться камерой обскурой, снабженной
чечевицей или системой чечевицъ. Но здѣсь
разстояніе между экраномъ и отверстіемъ
не можетъ быть произвольнымъ, а должно
быть такой величины, чтобы дѣйствитель-
ное изображеніе предмета оказалось въ пло-
скости экрана. На фиг. 404 изображена такая камера-об-
скура въ наиболѣе простой ея формѣ. Меньшій ящикъ К'
плотно вставленъ въ большій ящикъ К, въ которомъ онъ
можетъ педвигаться, а въ задней своей части закрывается
заслонкой, въ которой вставлено въ качествѣ ширмы мато-
вое стекло <5. Въ трубкѣ О помѣщена чечевица или состоя-
щій изъ двухъ (или болѣе) чечевицъ объективъ, который
винтомъ Н можно передвигать. Вмѣсто внутренняго ящика
лучше брать кожаный мѣхъ,
который можетъ складываться
и растягиваться.
Когда мы направляемъ объ-
ективъ на ярко освѣщенный
предметъ, напримѣръ, на ланд-
шафтъ, то на матовомъ стеклѣ
5 появляется обратное дѣй-
ствительное изображеніе этого
предмета, которое вполнѣ ясно
Фиг. 401. видно, если укрыть голову чер-
нымъ сукномъ отъ дневного
свѣта и смотрѣть на матовое стекло. Этотъ приборъ былъ впер-
вые изобрѣтенъ Порта въ 1558 г. и впослѣдствіи исправленъ
Гукомъ въ 1679 году. До изобрѣтенія фотографіи имъ
пользовались- для того, чтобы прямо срисовывать видимыя
изображенія на прозрачной бумагѣ. Съ помощью зеркала,
наклоненнаго подъ угломъ въ 45°, отбрасывали изображенія
на горизонтальное матовое стекло, которое образовывало
верхнюю крышу камеры; положивъ на этотъ экранъ листъ
434 —
прозрачной бумаги, можно было обвести карандашомъ кон-
туры изображенія.
Гораздо большее значеніе камера-обскура получила въ
качествѣ фотографической камеры. Если не при-
нять во вниманіе всѣхъ прежнихъ попытокъ, начавшихся
еще въ 1802 году, то первыми, которымъ удалось получить
хорошія изображенія съ помощью хорошей камеры, слѣ-
дуетъ назвать Дагерра и его сотрудника Ніепса. Онъ
подвергалъ въ темнотѣ серебрянную пластинку дѣйствію па-
ровъ іода, эту пластинку, покрытую тонкимъ слоемъ іоди-
стаго серебра, вставлялъ на мѣсто матоваго стекла въ ка-
меру и подвергалъ ее дѣйствію свѣта. Подъ дѣйствіемъ лу-
чей свѣта іодистое серебро въ свѣтлыхъ мѣстахъ изображе-
нія разлагалось, выдѣляя металлическое серебро. Послѣ
этого онъ вновь вносилъ пластинку въ темное помѣщеніе,
наполненное парами ртути; ртуть амальгамировалась съ ме-
таллическимъ серебромъ, и соотвѣтствующія мѣста покры-
вались зеркальной поверхностью. Неразложившееся іодистое
серебро смывалось растворомъ поваренной соли, и изображе-
ніе закрѣплялось. Это изобрѣтеніе стало извѣстнымъ въ
1839 году и вызвало чрезвычайное изумленіе. Въ настоя-
щее время рѣдко можно встрѣтить еще такіе дагерротипы
сороковыхъ годовъ прошлаго столѣтія. Главный недостатокъ
ихъ заключается въ томъ, что на нихъ приходится смотрѣть
только съ извѣстныхъ сторонъ.
Тальботъ сталъ готовить другія чувствительныя пла-
стинки: вмѣсто іодистаго серебра онъ сталъ употреблять
хлористое, а потомъ бромистое: сначала онъ помѣщалъ этотъ
слой на бумагѣ, а впослѣдствіи—на стеклянной пластинкѣ,
покрытой слоемъ коллодія. Такъ одно улучшеніе слѣдовало
за другимъ, пока весь способъ не достигъ той степени со-
вершенства, которой онъ обладаетъ въ настоящее время.
Опишемъ еще коротко современный способъ фотографиро-
ванія. Въ темной комнатѣ стеклянная пластинка обливается
теплымъ растворомъ жалатины, въ которомъ плаваютъ мел-
кія частицы бромистаго серебра, и высушивается. Такія чув-
ствительныя пластинки продаются дюжинами въ магази-
нахъ въ особыхъ коробочкахъ.
Когда мы хотимъ произвести съемку, мы направляемъ
камеру на этотъ предметъ и измѣняемъ разстояніе чече-
вицы до тѣхъ поръ, пока на матовомъ стеклѣ не получается
ясное изображеніе предмета. Въ этотъ моментъ мы замѣ-
няемъ матовое стекло особой кассеттой, въ которой вста-
влена наша чувствительная пластинка, закрытая отъ дѣй-
ствія свѣта особой заслонкой. Сдѣлавъ это, мы закрываемъ
объективъ особой крышкой, поднимаемъ заслонку кассетты
и на короткое время, часто только на часть секунды, уда-
ляемъ крышку объектива, такъ что свѣтъ можетъ дѣйство-
435 —
вать на пластинку. Закрывъ затѣмъ кассетту заслонкой, мы
уходимъ съ ней въ помѣщеніе, слабо освѣщенное лишь
краснымъ свѣтомъ, который на пластинку или вовсе не дѣй-
ствуетъ, или дѣйствуетъ очень медленно. На чувствител-
ной пластинкѣ не замѣчается никакихъ видимыхъ измѣне-
ній, но измѣненіе въ ней тѣмъ не менѣе произошло: тѣ
мѣста бромистаго серебра, которыя подверглись дѣйствію
свѣта, получили то свойство, что подъ дѣйствіемъ извѣ-
стныхъ веществъ, называемыхъ проявителями, они разла-
гаются, причемъ серебро выдѣляется внутри желатинавого
слоя въ видѣ чернаго порошка. Такъ, напримѣръ, мы мо-
жемъ облить пластинку смѣсью желѣзнаго купороса съ ща-
велево-кислымъ каліемъ, и мѣста, подвергшіеся дѣйствію
свѣта, тотчасъ начинаютъ чернѣть и черезъ нѣсколько ми-
нутъ изображеніе готово. Это—негативъ, т. е. такое изобра-
женіе, въ которомъ мѣста, въ дѣйствительной жизни свѣт-
лыя, какъ напримѣръ, небо, бѣлыя стѣны домовъ и т: д.
Темны, а мѣста, въ дѣйствительности темныя, свѣтлы.
Этимъ свойствомъ извлекать бромъ изъ бромистаго сере-
бра и такимъ образомъ извлекать серебро, обладаютъ кромѣ
щавелево-кислаго желѣза еще многія другія вещества, какъ
пирогалловая кислота, гидрохинонъ и др., и поэтому они
тоже могутъ служить проявителями. Теперь остается полу-
ченное изображеніе закрѣпить. Для этого мы опускаемъ
нашу пластинку въ растворъ сѣрноватокислаго натра, кото-
рый растворяетъ и смываетъ неразложившееся бромистое се-
ребро. Это совершается въ нѣсколько минутъ, что мы узнаемъ
потому, что пластинка въ свѣтлыхъ мѣстахъ становится со-
вершенно прозрачной. Оставивъ пластинку на часъ въ водѣ
и высушивъ ее затѣмъ, мы получаемъ готовый фотографи-
ческій негативъ. Чтобы съ его помощью получить такъ на-
зываемый позитивъ, т. е. такое изображеніе, въ которомъ
были бы темны и свѣтлы, тѣ мѣста, которыя темны и свѣтлы
въ дѣйствительности, мы кладемъ негативъ на бумагу,, по-
крытую слоемъ хлористаго или бромистаго серебра (бумага
эта во» множествѣ сортовъ существуетъ въ продажѣ) и, по-
мѣстивъ все въ раму, подвергаемъ дѣйствію свѣта. Такъ
какъ свѣтлыя мѣста негатива лучше пропускаютъ лучи
свѣта, чѣмъ темныя, то на бумагѣ получается позитивное
изображеніе. Это изображеніе тоже фиксируется, часто измѣ-
няется въ своемъ цвѣтѣ дѣйствіемъ золотыхъ солей, про-
мывается и высушивается, подобно чувствительнымъ пла-
стинкамъ, и бумага, покрытая бромистымъ серебромъ, должна
быть подвергнута дѣйствію какого нибудь проявителя. Упо-
требляется для позитивныхъ копій и бумага, пропитанная
солями платины, да и вообще методы фотографированія въ
высшей степени разнообразны.
Важное измѣненіе способа основано на томъ свойствѣ
29 Закаі 1018
— 436 —
хромовокислыхъ солей, что желатина или гумми, пропитан-
ныя такими солями, послѣ дѣйствія свѣта становятся не-
растворимыми. Если покрыть бумагу растворомъ желатины
или гумми съ примѣсью красящихъ веществъ и хромово-
кислаго калія и, высушивъ эту бумагу въ темномъ помѣ-
щеніи, подложить ее подъ негативъ и подвергнуть все дѣй-
ствію свѣта, то тѣ мѣста желатины, которыя подвергнутся
дѣйствію свѣта, сдѣлаются нерастворимыми. Поэтому, если
потомъ обработать эту бумагу теплой водой, то неосвѣщен-
ныя мѣста желатины растворятся вмѣстѣ съ красящими ве-
ществами, а освѣщенныя (и слѣдовательно соотвѣтствую-
щія темнымъ мѣстамъ предмета) нерастворятся, и потому
останутся темными (пигментный способъ).
За послѣднія десятилѣтія методы фотографіи въ высшей
степени развились, и это развитіе шло двумя путями. Съ
одной стороны непрестанно улучшались чувствительность
пластинокъ и методы проявленія негатива, какъ и пригото-
вленія позитива, усовершенствовались способы закрытія
камеры въ отношеніи быстроты и точности, а съ другой сто-
роны— и это, пожалуй, самое важное—оптическая сторона
дѣла доведена до такой степени совершенства, на которую
и надѣяться трудно было. Д а г е р р ъ, работавшій простой
чечевицей, долженъ былъ для полученія портрета пользо-
ваться дѣйствіемъ свѣта въ теченіе многихъ минутъ. Изо-
браженія предметовъ архитектуры имѣли по краямъ иска-
женныя линіи. Лишь Пецваль построилъ въ Вѣнѣ въ
1843 году, основываясь на долголѣтнихъ вычисленіяхъ, пор-
третный объективъ съ большой сидой свѣта. Въ 1865 году
ІІІтейнгейль показалъ, что комбинаціей двухъ симме-
трическихъ ахроматическихъ чечевицъ съ помѣщенной по
срединѣ заставкой можно устранить всѣ искаженія и та-
кимъ образомъ дошелъ до устройства апланатнаго объектива.
За этимъ существеннымъ усовершенствованіемъ послѣдо-
валъ въ послѣдніе годы цѣлый рядъ другихъ; появились
объективы подъ названіемъ антипланета, анастигмата и т. д.,
но на подробномъ изложеніи ихъ устройства мы здѣсь оста-
навливаться не можемъ.
Благодаря всѣмъ этимъ усовершенствованіямъ удалось
съ одной стороны чрезвычайно ускорить процессъ фотогра-
фированія, до того ускорить, что теперь удается даже сфо-
тографировать пушечное ядро во время его полета, а съ
другой стороны усовершенствовать ясность и вѣрность изо-
браженія до самыхъ краевъ его. Наконецъ, новые способы
приготовленія позитива удовлетворяютъ всѣмъ художествен-
нымъ требованіямъ.
Только отчасти и далеко еще не удовлетворительно раз-
рѣшена другая задача фотографіи — фотографія въ есте-
ственныхъ краскахъ, хотя мы и здѣсь имѣемъ уже много-
— 437
обѣщающіе начатки въ печатаніи тремя красками съ одной
стороны, и въ способѣ Липпмана—съ другой.
Въ тѣсной связи съ камерой-обскурой и фотографіей на-
ходится волшебный фонарь или, какъ его въ послѣд-
нее время стали называть, проекціонный фонарь.
Камера-обскура даетъ отъ предмета, находящагося на раз-
стояніи, большемъ двойного фокуснаго разстоянія/ обратное,
дѣйствительное и уменьшенное изображеніе на матовомъ
стеклѣ, находящемся на разстояніи большемъ одного и мень-
шемъ двойного фокуснаго разстоянія. Въ волшебномъ фо-
нарѣ дѣло происходитъ какъ разъ наоборотъ: онъ даетъ отъ
обратнаго дѣйствительнаго изображенія, находящагося на
мѣстѣ матоваго стекла, прямое увеличенное изображеніе на
отдаленномъ экранѣ. Такимъ образомъ передъ нами въ сущ-
ности тотъ же аппаратъ, но мы только замѣняемъ предметъ
экраномъ и заботимся о томъ, чтобъ изображеніе, помѣщен-
ное на мѣстѣ матоваго стекла, было достаточно сильно
освѣщено.
Какъ это дѣлается, ясно изъ фиг. 405, на которой изобра-
женъ волшебный фонарь. Главную часть его составляетъ фо-
нарь съвозможно болѣе яркимъ и концентрированнымъ истчо-
никомъ свѣта О, для чего можетъ служить пламя, раскален-
ная известь или электрическая дуга. Вогнутое зеркало 88,
отбрасываетъ задніе лучи свѣта обратно въ точку О. Исхо-
дящіе изъ О лучи свѣта падаютъ на двѣ, стоящія рядомъ
плоско выпуклыя стеклянныя чечевицы, называемыя сгу-
стителями свѣта; онѣ дѣлаютъ лучи слабо сходящимися и
направляютъ ихъ на вставленное въ обратномъ положеніи
въ раму прозрачное изображеніе, обыкновенно позитивную
фотографію на стеклѣ (діапозитивъ). Отъ этого ярко освѣ-
щеннаго изображенія объективъ Р отбрасываетъ сильно уве-
личенное изображеніе на бѣломъ экранѣ, находящемся на
разстояніи въ нѣсколько метровъ. Объективъ Р состоитъ
438 —
обыкновенно изъ двухъ ахроматическихъ чечевицъ по си-
стемѣ апланатъ или по системѣ портретнаго объектива Пец-
валя. Если экранъ не прозраченъ, то помѣщаютъ изображе-
ніе спереди, если же онъ пропускаетъ лучи свѣта (мокрое
полотно, папиросная бумага), то изображеніе помѣщаютъ
сзади.
Но этимъ же способомъ можно отбрасывать изображенія
на стѣнѣ и отъ непрозрачныхъ предметовъ. Служащій для
этого аппаратъ называется чудесной камерой или эпи-
скопомъ. На фиг. 406 дано схематическое изображеніе
этого аппарата. Въ двухъ отдѣленіяхъ жестяной коробки
помѣщены въ о и о' яркіе источники свѣта, которые вста-
вляются черезъ дверцы і и V. Оба они отбрасываютъ свой
свѣтъ, усиленный вогнутыми
Фиг. 406.
зеркалами 8 и 84 съ помощью
чечевицъ—сгустителей С
и С на поверхность ЬМ.
Предметъ, который нуж-
но проэцировать, помѣ-
щается черезъ дверцу Т
въ плоскость ЬМ; если
это—плоское изображеніе
(фотографія, вырѣзанная
на деревѣ фигура), то
его укрѣпляютъ на зад-
ней сторонѣ дверьцы Т
и затѣмъ послѣднюю за-
хлопываютъ. Можно та-
кимъ же образомъ помѣ-
стить въ положеніе ЬМ
этого освѣщеннаго такимъ
книгу съ рисункомъ. Отъ
образомъ объекта система проэкціонныхъ чечевицъ Р даетъ
тогда на экранѣ дѣйствительное увеличенное изображеніе.
Для эпископа нужны болѣе сильные источники свѣта, чѣмъ
для волшебнаго фонаря, потому что здѣсь отражается только
часть падающихъ лучей.
Описанные здѣсь аппараты оказались очень полезными
для цѣлей преподаванія и все болѣе и болѣе находятъ ши-
рокое распространеніе. Особенно они стали распространяться
съ тѣхъ поръ, какъ въ продажѣ появился богатый выборъ
діапозитивовъ (проэкціонныхъ картинъ).
— 439 —
ЛЕКЦІЯ ШЕСТЬДЕСЯТЪ ВОСЬМАЯ.
Глазъ. Его строеніе. Аккомодація. Близорукость и дальнозоркость. Очки.
Астигматизмъ. Обратное изображеніе на сѣтчаткѣ и его значеніе.
Съ камерой-обскурой, описанной въ предыдущей лекціи,
имѣетъ нѣкоторое сходство аппаратъ, имѣющій величайшее
значеніе для человѣка и животныхъ. Этотъ аппаратъ есть
нашъ і’ л а з ъ. Не останавливаясь на подробностяхъ, мы въ
краткихъ словахъ опишемъ его устройство. Все глазное
яблоко (фиг. 407). окружено плотной оболочкой, нѣсколько
болѣе выпуклой въ передней своей части с; послѣдняя про-
зрачна и называется роговой оболочкой, а бѣлая не-
прозрачная часть з,з называется бѣлковой оболочкой.
За роговой оболочкой слѣдуетъ радужная оболочка,
которая большей частью бываетъ окрашена въ голубой, сѣ-
рый или карій цвѣтъ. Въ серединѣ ея находится круглое
отверстіе, бывающее всегда почти чернаго цвѣта—з рачекъ.
За радужной оболочкой лежитъ, закрывая отверстіе зрачка,
Фиг. 407.
хрусталикъ. Пространство ѵ между роговой оболочкой и
радужной называется передней глазной камерой; оно напол-
нено водянистой влагой. Хрусталикъ есть роговидное про-
зрачное тѣло, имѣющее форму двояко-выпуклой чечевицы,
въ задней части болѣе выпуклой, чѣмъ спереди; тѣло это
находится въ особой сумкѣ, укрѣпленной по краямъ и на-
пряженіе коей можетъ измѣняться. Пространство за хруста-
ликомъ наполнено студенистымъ тѣломъ (стекловиднымъ
тѣломъ) д. Что касаеттся задней части глаза, то здѣсь за
бѣлковой оболочкой слѣдуетъ сосудистая а, а за ней—
сѣтчатка (ретина) п. Эта послѣдняя есть окончаніе
зрительнаго нерва и выстилаетъ внутреннюю часть
глаза на подобіе сѣтки; зрительный нервъ поступаетъ въ
глазъ у АГ и соединяетъ его съ мозгомъ. Въ этой чудесной
камерѣ-обскурѣ сѣтчатка выполняетъ роль матоваго стекла:
на ней образуются дѣйствительныя обратныя изображенія,
отбрасываемыя предметами внѣшняго міра, напримѣръ, свѣ-
чей ЬМ. Въ сѣтчаткѣ и въ особенности въ средней ея части
находится множество расположенныхъ въ рядъ цилиндри-
— 440 —
ческихъ палочекъ и колбочекъ, пзъ которыхъ каждая
связана съ нервнымъ волокномъ. Свѣтъ, дѣйствуя на эти
мелкіе органы, вызываетъ въ нихъ опредѣленныя измѣненія,
которыя черезъ зрительный нервъ передаются мозгу, гдѣ
они—неизвѣстнымъ еще для насъ образомъ—сознаются нами,
какъ свѣтовыя ощущенія.
Хрусталикъ вмѣстѣ съ преломляющими средами впереди
и позади его дѣйствуютъ, какъ собирательная чечевица, фо-
кусное разстояніе которой равно 15 миллиметрамъ. Отсюда
слѣдуетъ, что нормальный глазъ имѣетъ 1/о,оіб=66,7 діоптрій.
Если бы это фокусное разстояніе совершенно не измѣня-
лось, мы могли бы ясно смотрѣть нашими глазами только
на опредѣленномъ разстояніи: отъ очень отдаленныхъ пред-
метовъ ясное изображеніе получалось бы впереди сѣт-
чатки ближе въ хрусталику, а отъ очень близкихъ предме-
товъ оно получалось бы позади сѣтчатки. Въ фотографи-
ческой камерѣ-обскурѣ въ такихъ случаяхъ дѣлу помочь
нетрудно: чтобы приспособиться ко всякому разстоянію изо-
браженія, измѣняютъ по произволу разстояніе между чече-
вицей и матовымъ стекломъ. Въ глазѣ это достигается инымъ
образомъ: согласно открытіямъ Гельмгольца здѣсь, на-
оборотъ, измѣняется разстояніе изображенія, чтобы приспо-
собить его къ разстоянію сѣтчатки. Достигается это тѣмъ,
что дѣйствіемъ мускуловъ, прилежащихъ къ хрусталику,
измѣняется форма послѣдняго, и именно, если предметъ на-
ходится очень близко, то усиливается кривизна передней
поверхности хрусталика, а если предметъ находится очень
далеко, то хрусталикъ, наоборотъ, больше сплющивается.
Этотъ процессъ называется аккомодаціей (приспособле-
ніемъ) глаза. Очень легко убѣдиться въ томъ, что всякій
разъ, когда мы хотимъ ясно разсмотрѣть слишкомъ отда-
ленные отъ насъ или слишкомъ близкіе къ намъ предметы,
мы дѣйствительно, хотя правда не всегда сознательно, при-
бѣгаемъ къ такой аккомодаціи. Будемъ держать передъ гла-
зами остріе карандаша на разстояніи 15 сантиметровъ и
книгу на разстояніи 50 сантиметровъ. Мы не можемъ тогда
одновременно и ясно видѣть остріе карандаша и читать
книгу. Измѣняя каждый разъ аккомодацію глаза, мы можемъ
дѣлать или то, или другое. Въ состояніи покоя нормальный
глазъ всегда направленъ вдаль; его фокусное разстояніе по-
этому равно тогда разстоянію сѣтчатки. Отъ предмета слиш-
комъ близкаго получается тогда дѣйствительное изображе-
ніе за сѣтчаткой. Чтобы приблизить его къ хрусталику,
способность преломленія послѣдняго должна быть усилена,
что и достигается усиленіемъ кривизны его передней по-
верхности.
У людей, много занимающихся чтеніемъ, письмомъ или
другими работами, во время которыхъ приходится смотрѣть
— 441 —
на близкіе предметы, глаза часто получаютъ недостатокъ,
который мы называемъ близорукостью или міопіей.
Недостатокъ этотъ заключается въ томъ, что лучи свѣта
преломляются слишкомъ сильно, такъ что изображенія отда-
ленныхъ предметовъ получаются впереди сѣтчатки. Чтобы
устранить этотъ недостатокъ, мы должны искусственно уве-
личить фокусное разстояніе, т. е. уменьшить число діоптрій.
Въ 65-й лекціи мы узнали, что діоптріи двухъ чечевицъ
складываются или вычитываются, смотря потому, комбини-
руются ли двѣ чечевицы одного и того же рода или про-
тивоположныя. Отсюда ясно, что для того, чтобы уменьшить
діоптріи глаза, мы должны скомбинировать его дѣйствіе съ
дѣйствіемъ разсѣевающей чечевицы. Поэтому близору-
кимъ нужны очки съ разсѣев ающими чече-
вица м и.
Противоположный недостатокъ глаза дальнозоркость.
Глазъ въ такихъ случаяхъ слиткомъ коротокъ сравнительно
съ его фокуснымъ разстояніемъ, и послѣднее должно быть
поэтому искусственно сокращено. Достигается это съ по-
мощью очковъ съ собирательными чечевицами.
Отъ этой настоящей дальнозоркости, встрѣчающейся
сравнительно рѣдко, должно еще отличать другое бѣдствіе,
очень часто встрѣчающееся и обусловленное очень слабой
способностью аккомодаціи. Люди молодые съ здоровыми гла-
зами обладаютъ столь великой способностью аккомодаціи,
что они одинаково ясно видятъ всѣ предметы отъ тѣхъ, ко-
торые находятся на разстояніи 15 сантиметровъ, до самыхъ
отдаленныхъ. Но съ возрастомъ эта способность, къ сожа-
лѣнію, все болѣе и болѣе ослабляется, и тогда глазъ, въ дру-
гихъ отношеніяхъ вполнѣ нормальный, теряетъ способность
аккомодаціи къ близкимъ предметамъ. Человѣкъ близорукій
этой способности не теряетъ, но зато .онъ хуже видитъ пред-
меты отдаленные.
Этотъ недостатокъ глаза называется пресбіопіей или
старческой дальнозоркостью. Людямъ, страдаю-
щимъ имъ, приходится, когда они смотрятъ на близкіе
предметы, напримѣръ, при чтеніи, надѣвать очки съ выпук-
лыми чечевицами. Но, когда имъ нужно смотрѣть вдаль,
они должны очки снимать. Очковъ, годныхъ для всѣхъ раз-
стояній, нѣтъ.
Мы выше сказали, что нормальный молодой глазъ можетъ
приспособляться къ всевозможнымъразстояніямъ отъ 15 сан-
тиметровъ до самыхъ отдаленныхъ. При всемъ томъ есть одно
разстояніе (оно принимается равнымъ приблизительно 25 сан-
тиметрамъ), на которомъ такой глазъ всего лучше читаетъ
обыкновенную печать при хорошемъ освѣщеніи. Это раз-
стояніе называется разстояніемъ яснаго зрѣнія. И
очки хороши для данныхъ глазъ только тогда, когда съ ихъ
442 —
помощью человѣкъ всего лучше читаетъ печатное на раз-
стояніи 25 сантиметровъ. Изъ этого однако еще не слѣдуетъ,
что можно выбирать себѣ номеръ очковъ безъ совѣта спе-
ціалиста: могутъ быть еще и другія аномаліи, о существо-
ваніи которыхъ не спеціалистъ можетъ и не знать.
Такъ, напримѣръ, бываютъ глаза, въ которыхъ кривизна
роговой оболочки въ вертикальномъ и въ горизонтальномъ
діаметрѣ различна. Этотъ недостатокъ называется астигма-
тизмомъ. Выражается онъ въ томъ, что глазъ горизон-
тальный край крыши, напримѣръ, видитъ вполнѣ ясно, между
тѣмъ какъ перпендикулярный къ нему громоотводъ кажется
ему расплывчатымъ и какъ будто двойнымъ; въ рѣшетчатой
оградѣ горизонтальные и вертильные прутья видны не съ
одинаковой ясностью. Такимъ глазамъ тоже можно еще по-
мощь и именно цилиндрическими чечевицами, которыя
употребляются илй однѣ или въ комбинаціи съ сфериче-
скими чечевицами опредѣленной кривизны. Наконецъ, если
оси глазъ не вполнѣ параллельны, то этому можно помочь
призматическими (клиновидными) чечевицами. Во
всѣхъ этихъ случаяхъ только спеціалистъ можетъ посовѣто-
вать, что необходимо сдѣлать, чтобы сохранить болѣе или
менѣе здоровые глаза возможно дольше.
Выше мы сказали, что на сѣтчаткѣ глаза, какъ во всякой
камерѣ-обскурѣ, изображеніе предмета получается обрат-
ное. Можетъ, поэтому, возникнуть вопросъ, почему же мы
не видимъ всего въ обратномъ видѣ? На это можно отвѣ-
тить, что самого этого изображенія мы, вѣдь, не видимъ, а
только возбужденіе, вызванное свѣтомъ въ сѣтчаткѣ, пере-
дается по нервнымъ волокнамъ зрительнаго нерва мозгу,
гдѣ мы и получаемъ соотвѣтствующее ощущеніе. Но съ са-
маго ранняго дѣтства мы привыкаемъ связывать подобныя
ощущенія съ осязательными ощущеніями, такъ что опытъ
насъ научаетъ, какое зрительное ощущеніе мы имѣемъ,
напримѣръ, отъ тѣла, которое стоитъ вертикально, наверху
имѣетъ острый конецъ, а внизу широкое основаніе. Люди,
слѣпые отъ рожденія или ослѣпшіе въ очень ранней юности
и ставшіе зрячими послѣ операціи, сначала вовсе не знаютъ
еще значенія получаемыхъ ими свѣтовыхъ впечатлѣній и
только, ощупывая предметы, они мало по малу научаются
сочетать опредѣленныя осязательныя ощущенія съ опредѣ-
ленными ощущеніями свѣта. Человѣкъ, никогда раньше не
видѣвшій рояля не будетъ знать, услышавъ тѣ или другіе
звуки его, какія клавиши при этомъ надавливались. Но
тотъ, кто умеѣтъ играть на роялѣ, слушая мелодію, можетъ
тотчасъ себѣ представить, какія именно клавиши надавли-
ваются въ тотъ или другой моментъ, двигаются ли при
этомъ пальцы направо или налѣво.
— 443 —
ЛЕКЦІЯ ШЕСТЬДЕСЯТЪ ДЕВЯТАЯ
Цвѣта. Раздѣленія ихъ. Насыщенные, ненасыщенные и преломленные
цвѣта. Условія, отъ которыхъ зависитъ цвѣтъ тѣлъ. Смѣшеніе цвѣ-
товъ и красящихъ веществъ. Субъективные цвѣта. Явленія нонстраста.
Практическіе выводы.
Цвѣта не только радуютъ взоръ человѣка, не только слу-
жатъ важнымъ вспомогательнымъ средствомъ искусства, но
и составляютъ весьма интересный предметъ научнаго из-
слѣдованія. Опытъ Ньютона съ призмой показалъ намъ, что
бѣлый солнечный свѣтъ, какъ и бѣлый свѣтъ искусствен-
ныхъ источниковъ свѣта—можемъ мы теперь прибавить—
состоитъ изъ извѣстнаго числа цвѣтовъ, располагающихся
въ спектрѣ въ слѣдующемъ порядкѣ: красный, оранжевый,
желтый, зеленый, голубой и фіолетовый. Сколько же всего
цвѣтовъ? Неужто только шесть здѣсь перечисленныхъ?
Ньютонъ перечисляъ семь цвѣтовъ, такъ какъ онъ раз-
личалъ между голубымъ и синимъ цвѣтомъ. Но точно так-
же мы можемъ различать и нѣсколько видовъ краснаго,
желтаго и др. цвѣтовъ. Собственно говоря, существуетъ без-
конечное множество цвѣтовъ, да и спектръ мы можемъ раз-
дѣлить на сколько угодно различныхъ частей. Перечислен-
ныя здѣсь названія цвѣтовъ обнимаютъ всегда цѣлую группу
цвѣтовъ болѣе или менѣе между собой сходныхъ. Но этимъ
мы не перечислили еще всѣхъ цвѣтовъ, встрѣчающихся
вообще въ дѣйствительности. Цвѣта спектра мы называемъ
еще чистыми или н а с ыщ е н н ы м и цвѣтами, но, кромѣ
нихъ, существуютъ еще цвѣта, образующіеся смѣшеніемъ
этихъ послѣднихъ между собой или съ бѣлымъ или чернымъ
цвѣтомъ. Цвѣта смѣшанные болѣе или менѣе съ бѣлымъ цвѣ-
томъ, называются блѣдными или ненасыщенными
цвѣтами. Такъ, напримѣръ, лиловый цвѣтъ есть не насыщенный
фіолетовый цвѣтъ, образующійся смѣшеніемъ этого послѣд-
няго съ бѣлымъ цвѣтомъ. Смѣсь цвѣтовъ спектра съ чернымъ
цвѣтомъ даетъ темные цвѣта; такъ, напримѣръ, смѣсь жел-
таго съ чернымъ цвѣтомъ даетъ бурый цвѣтъ. ' Смѣсь бѣ-
лаго съ чернымъ цвѣтомъ даетъ сѣрый цвѣтъ. Смѣшеніемъ
насыщенныхъ цвѣтовъ съ сѣрымъ или бѣлымъ и чернымъ
цвѣтомъ образуются такъ называемые преломленные
цвѣта.
Какъ упорядочить всѣ эти цвѣта въ одной схемѣ? Рас-
положить ихъ въ одной плоскости невозможно, а наша схема
должна быть представлена въ видѣ тѣла трехъ измѣреній,
какъ она изображена на фиг. 408. Здѣсь изображена двой-
ная пирамида. На четырехъ углахъ ихъ общаго основанія
мы помѣщаемъ основные цвѣта: красный, желтый, зеленый
— 444 —
и синій; между ними по сторонамъ основанія мы помѣ-
щаемъ переходные цвѣта: оранжевый, желто-зеленый, сине-
вато-зеленый и фіолетовый. Таковы чистые насыщенные
цвѣта или цвѣта спектра. У вершинъ обѣихъ пирамидъ мы
помѣщаемъ бѣлый и черный цвѣтъ, а въ центрѣ всего тѣла—
смѣсь изъ этихъ обоихъ цвѣтовъ — сѣрый цвѣтъ.
На боковыхъ граняхъ верхней пирамиды мы помѣщаемъ
смѣси насыщенныхъ цвѣтовъ съ бѣлымъ цвѣтомъ, т. е. не-
насыщенные цвѣта, напримѣръ, розовый цвѣтъ; на боковыхъ
граняхъ нижней пирамиды мы помѣщаемъ смѣси насыщен-
ныхъ цвѣтовъ съ чернымъ цвѣтомъ, т. е. темные цвѣта,
какъ, напримѣръ, рыжевато-красный, желтовато-бурый и т. д.
Фиг. 408.
Всѣ преломленные цвѣта оказываются въ серединѣ нашихъ
пирамидъ. Въ эту схему можно включить всѣ вообще воз-
можные цвѣта; такъ, наримѣръ, лиловый цвѣтъ есть проме-
жуточный цвѣтъ между фіолетовымъ и бѣлымъ цвѣтомъ и
поэтому онъ долженъ быть въ верхней пирамидѣ, слѣва,
между розовымъ и блѣдно-голубымъ цвѣтомъ; оливковый
цвѣтъ есть нѣчто среднее между сѣрымъ и зеленымъ цвѣ-
томъ и т. д.
Въ повседневной жизни разсматриваютъ обыкновенно
цвѣтъ тѣла, какъ свойство, самому тѣлу присущее, зависящее,
какъ намъ кажется, только отъ его вещества, формы его
поверхности и т. д. Мы говоримъ, напримѣръ: мѣлъ бѣлъ,
— 445 —
уголь черенъ, сѣра желта, киноварь красна и т. д., и при
этомъ полагаемъ, что такъ оно должно быть всегда, потому
что въ существѣ даннаго тѣла есть свойство являться намъ
именно въ этомъ цвѣтъ. Это мнѣніе, однако же, невѣрно.
Цвѣтъ, въ которомъ тѣло намъ явяется, зависитъ отъ трехъ
условій:
I. Отъ природы свѣта, падающаго на тѣло.
II. Отъ вещества и формы освѣщеннаго тѣла
III. Отъ свойствъ глаза, воспринимающаго цвѣтъ.
Обратимся къ первому условію. Если оставить въ сто-
ронѣ случай, когда тѣло само. раскалено и потому само
испускаетъ свѣтъ, какъ, напримѣръ, солнце или какое ни-
будь пламя, свѣтъ, испускаемый тѣломъ, есть всегда свѣтъ
чужой, т. е. такой свѣтъ, который это тѣло получаетъ отъ
освѣщеннаго тѣла и или отражаетъ или пропускаетъ че-
резъ себя. Поэтому, всякое такое тѣло можетъ являться
всегда только въ такомъ цвѣтѣ, который содержится въ па-
дающемъ на него свѣтѣ х). Вотъ почему въ темнотѣ всѣ
тѣла, не свѣтящіяся сами, черны, т. е. совсѣмъ не имѣютъ
цвѣта.
На этомъ бѣломъ картонѣ мы написали киноварью слово
„киноварь", желтой краской—слово „желтый", зеленой кра-
ской—слово „зеленый" и синей краской—слово „синій".
Если мы освѣтимъ этотъ картонъ бѣлымъ свѣтомъ солнца
или газоваго пламени, то эти краски будутъ освѣщены
всѣми цвѣтами спектра, изъ которыхъ состоитъ бѣлый свѣтъ.
Такъ какъ киноварь отражаетъ только красный, а желтая
краска — только желтый свѣтъ, то эти тѣла являются намъ
красными и желтыми. Но киноварь бываетъ красной и тогда,
когда она освѣщается однимъ краснымъ свѣтомъ, какъ жел-
тая краска бываетъ желтой и тогда, когда она освѣщается
однимъ желтымъ свѣтомъ н т. д. Но что произойдетъ, если
мы нашъ картонъ освѣтимъ только желтымъ цвѣтомъ? Ясно,
что будутъ освѣщены и имѣть желтый цвѣтъ только бумага
картона и слово „желтый", а киноварь, синія краска и вооб-
ще всѣ остальныя краски своего цвѣта имѣть не смогутъ и,
если онѣ совершенно не отражаютъ желтаго цвѣта, онѣ бу-
дутъ черны, а если онѣ отражаютъ немного желтый свѣтъ,
онѣ будутъ имѣть темно-желтый или бурый цвѣтъ. Сдѣ-
лаемъ такой опытъ. Для этого намъ необходимо имѣть жел-
тый свѣтъ. Въ 65 лекціи мы узнали, что мы получаемъ та-
кой свѣтъ, если вносимъ соль натрія въ несвѣтящееся
пламя. Мы обсыпаемъ поэтому фитиль спиртовой лампы по-
варенной солью (хлористымъ натріемъ) и, зажегши фитиль,
получаемъ желтый свѣтъ, которымъ и освѣщаемъ въ тем-
нотѣ нашъ картонъ. Эффектъ получается поразительный:
*) Явленія флуоресценціи здѣсь не принимаются во вниманіе.
— 446 —
слово „желтый", написанное желтой краской, едва замѣтно,
такъ какъ его цвѣтъ почти совершенно сливается съ жел-
тымъ цвѣтомъ картона, а остальныя слова, написанныя дру-
гими красками, своего обычнаго цвѣта не имѣютъ, а ка-
жутся черными или рыжевато-темными. Красный сургучъ,
освѣщенный этимъ свѣтомъ, совершенно теряетъ свой цвѣтъ;
наше лицо, освѣщенное имъ, теряетъ всякую краску и ста-
новится желтымъ, подобно лицу мертвеца; пестрый коверъ,
букетъ цвѣтовъ теряютъ въ этомъ свѣтѣ всѣ свои цвѣта и
кажутся только желтыми и черными или бурыми.
Можно было бы подумать, что свѣтъ пламени натрія по-
глотилъ всѣ остальные цвѣта. Но это было бы невѣрно: эти
остальные цвѣта вовсе не существовали и потому не могли
быть и уничтожены. Тѣло только тогда намъ кажется чисто-
краснаго цвѣта, когда оно посылаетъ въ нашъ глазъ только
красный цвѣтъ. Но это можетъ быть достигнуто различ-
ными путями: иди тѣло способно отражать свѣтъ всѣхъ
или нѣсколькихъ цвѣтовъ, между которыми находится и
Фиг. 409.
красный цвѣтъ, но оно освѣщается только краснымъ свѣ-
томъ (кусокъ мѣла въ красномъ свѣтѣ); или тѣло можетъ
отражать только красный свѣтъ, но освѣщается свѣтомъ
всѣхъ или нѣсколькихъ цвѣтовъ, среди которыхъ находится
и красный цвѣтъ (красный сургучъ); или, наконецъ, тѣло
можетъ отражать, кромѣ краснаго, еще и другіе цвѣта, но
освѣщается краснымъ свѣтомъ и кромѣ него еще только
свѣтомъ такихъ цвѣтовъ, которыхъ оно отражать не мо-
жетъ. Обыкновенно же мы называемъ красными только такія
тѣла, которыя относятся ко второму случаю, т. е. бываютъ
красными въ бѣломъ свѣтѣ солнца или лампы.
Мы говоримъ вполнѣ опредѣленно: „въ бѣломъ свѣтѣ
солнца или лампы"; почему мы не говоримъ просто: „въ
бѣломъ свѣтѣ"? Развѣ одинъ бѣлый свѣтъ не совершенно
похожъ на другой, развѣ всякій бѣлый свѣтъ не есть смѣсь
отъ всѣхъ цвѣтовъ, образующихъ спектръ Ньютона? Нѣтъ! Всѣ
цвѣта, смѣшанные въ соотвѣтствующей пропорціи, даютъ
всегда бѣлый цвѣтъ, ыо не всякій бѣлый цвѣтъ есть смѣсь
изъ всѣхъ цвѣтовъ спектра. Мы беремъ три диска и быстро
— 447 —
вращаемъ ихъ въ кругѣ (фиг. 409). Каждый изъ нихъ раз-
дѣленъ на восемь секторовъ, но въ первомъ каждый сек-
торъ окрашенъ въ другой цвѣтъ спектра, во второмъ че-
тыре сектра окрашены въ красный и четыре — въ зеленый
цвѣтъ, а въ третьемъ четыре сектра окрашены въ желтый
и четыре — въ синій пвѣтъ. Когда мы ихъ вращаемъ, они
всѣ кажутся окрашенными въ грязноватый бѣлый цвѣтъ.
Этимъ ясно доказывается то, что нашъ глазъ не въ состоя
Ніи намъ дать вполнѣ вѣрныхъ свѣдѣній объ объективныхъ
качествахъ тѣлъ. Субъективное впечатлѣніе у насъ получи-
лось одинаковое, а объективная причина его была различна.
Этимъ также еще разъ подтверждается то утвержденіе, вы-
сказанное нами во введеніи, что мы воспринимаемъ міръ не
таковымъ, каковъ онъ есть, а такимъ, какимъ онъ является
нашимъ чувствамъ.
Можно цвѣта спектра расположить въ кругѣ въ такомъ
порядкѣ, чтобы другъ противъ друга лежали цвѣта, кото-
рые, будучи смѣшаны, даютъ бѣлый цвѣтъ. Такое располо-
женіе цвѣтовъ мы имѣемъ на фиг. 409 I. Бѣлый цвѣтъ
даютъ не только красный съ зеленымъ, желтый съ синимъ
цвѣтомъ, но и голубой съ оранжевымъ, фіолетовый съ
желто-зеленымъ цвѣтомъ. Каждые два цвѣта, дающіе при
смѣшеніи бѣлый цвѣтъ, называются дополнительными цвѣ-
тами. Конечно, для этого краски должны быть правильно вы-
браны и взяты въ соотвѣтствующей пропорціи, что очень труд-
но, потому что химическія краски не могутъ вполнѣ замѣнить
чистыхъ цвѣтовъ спектра. Научные опыты этого рода произ-
водятся , поэтому, съ цвѣтами спектра, для чего требуются
спеціальные аппараты, которыхъ мы здѣсь описывать не мо-
жемъ. Даетъ бѣлый цвѣтъ смѣсь изъ трехъ, четырехъ и бо-
лѣе цвѣтовъ нашего цвѣтного круга, если только они рас-
положены на равномъ разстояніи другъ отъ друга. Для
этого нашъ цвѣтной кругъ долженъ быть раздѣленъ на еще
болѣе мелкіе секторы, и, въ сущности, эти части должны
быть такъ мелки, чтобы отъ одного цвѣта къ другому былъ
непрерывный переходъ.
Намъ могутъ возразить, что при смѣшеніи ультрамарина съ
хроможелтой краской получается не бѣлый, а зеленый цвѣтъ.
Это совершенно вѣрно и извѣстно всякому красильщику,
но не одно и тоже — смѣшеніе красящихъ веществъ
и смѣшеніе нашихъ ощущеній цвѣтовъ. Когда мы смотримъ
на вращающійся кругъ, то смѣшиваются только наши ощу-
щенія цвѣтовъ, и здѣсь синій цвѣтъ съ желтымъ даетъ не
зеленый, а бѣлый цвѣтъ. Вотъ у насъ два стекла: одно-
краснаго, а другое—зеленаго цвѣта. Можно было подумать,
что, положивъ одно на другое, мы должны получить бѣ-
лый цвѣтъ. Оказывается, однако, что сложенныя вмѣстѣ они
почти непрозрачны и, слѣдовательно, черны. Отчего же это
— 448 —
происходитъ? Очень просто: красное стекло пропускаетъ изъ
всѣхъ сортовъ свѣта только красный свѣтъ, а зеленое—
почти только зеленый свѣтъ; когда оба стекла сложены
вмѣстѣ, то черезъ красное стекло проходитъ только красный
свѣтъ, который черезъ зеленое стекло пройти уже не мо-
жетъ, и, поэтому, черезъ оба стекла не проходитъ вообще
ничего. Ясно, что здѣсь происходитъ не сложеніе цвѣтовъ,
а, наоборотъ, вычитаніе. Изъ бѣлаго солнечнаго свѣта, въ
которомъ содержатся всѣ цвѣта, кіждое стекло поглощаетъ
одинъ или нѣсколько цвѣтовъ, а остальные пропускаетъ.
Вотъ то же самое происходить, когда мы смѣшиваемъ кра-
сящія вещества или красимъ одной краской поверхъ другой,
и этимъ объясняется то, что такимъ образомъ бѣлаго цвѣта
получить нельзя. Другое дѣло, если пропускать бѣлый
свѣтъ отдѣльно черезъ красное и зеленое стекло на одинъ
бѣлый экранъ такъ, чтобы обѣ освѣщенныя поверхности
совпадали: здѣсь мы получимъ сложеніе цвѣтовъ. Если и
такимъ образомъ не удается получить настоящій бѣлый
цвѣтъ, то это происходитъ только потому, что нѣтъ такого
зеленаго стекла, которое пропускало бы только чистый зе-
леный свѣтъ требуемаго цвѣта. То же самое происходитъ
при смѣшеніи желтаго цвѣта съ синимъ.
Перейдемъ теперь къ ряду явленій, въ которыхъ осо-
бенно важную роль играютъ свойства нашего глаза: мы
имѣемъ въ виду явленія субъективныхъ цвѣтовъ.
Будемъ пропускать черезъ красное стекло красн&й свѣтъ и
освѣщать имъ поверхность бѣлой бумаги. Если мы теперь
между стекломъ и бумагой помѣстимъ нашу руку съ рас-
топыренными пальцами, она отброситъ тѣнь на бумагу и
эта тѣнь намъ будетъ казаться зеленой. Если мы возьмемъ
зеленое стекло и станемъ пропускать черезъ него зеленый
свѣтъ, то тѣнь намъ покажется красной, какъ въ случаѣ
синяго стекла—желтой и въ случаѣ желтаго стекла—синей.
Итакъ, тѣни бываютъ всегда такого цвѣта, который вмѣстѣ
съ цвѣтомъ стекла даетъ бѣлый цвѣтъ. Теперь устроимъ
другой опытъ. На листъ бумаги очень яркаго цвѣта мы
кладемъ маленькій орнаментъ (кругъ, кольцо, крестъ и т. п.)
изъ бумаги сѣраго цвѣта и сверху кладемъ, листъ шелко-
вой бухаги. Орнаментъ намъ кажется зеленымъ, если цвѣт-
ная бумага была краснаго цвѣта, краснымъ, если она была
зеленаго цвѣта и т. д.
Это явленіе называется явленіемъ одновременнаго
к о н т р а с т а, и, въ общемъ, объясняется слѣдующимъ обра-
зомъ. Глазъ имѣетъ различные органы для воспріятія цвѣ-
товъ. Утомленные процессомъ воспріятія, эти органы вре-
менно становятся менѣе способными воспринимать впеча-
тлѣнія. Когда глазъ утомляется созерцаніемъ красной по-
верхности, то изъ смѣси цвѣтовъ онъ красное восприни-
— 449 —
маетъ слабѣе, чѣмъ остальные цвѣта, , для воспріятія кото-
рыхъ онъ не утомленъ и которое онъ, поэтому, восприни-
маетъ съ полной силой. Поэтому, въ нашемъ опытѣ изъ
смѣси цвѣтовъ красный цвѣтъ или вовсе не воспринимается,
или воспринимается слабо, такъ что остальные цвѣта
вмѣстѣ получаютъ перевѣсъ и вызываютъ ощущеніе до-
полнительнаго цвѣта.
Теперь сдѣлаемъ другой опытъ (опытъ Плато). На
большую бѣлую поверхность мы кладемъ маленькій картонъ
ярко краснаго цвѣта, къ которому привязана веревочка,
смотримъ нѣкоторое время пристально на картонъ и вдругъ
сами или съ помощью помощника быстро отдергиваемъ кар-
тонъ. Нашъ глазъ видитъ на бѣлой поверхности послѣдую-
щій образъ г) картона зеленаго цвѣта.
Въ этомъ случаѣ мы вмѣсто одновременнаго имѣемъ
послѣд ующій контрастъ. Мѣсто сѣтчатки глаза, вос-
принимавшее образъ картона, утомилось для воспріятія
краснаго цвѣта и потому, когда мы отдергиваемъ картонъ,
оно на бѣлой бумагѣ или вовсе не воспринимаетъ краснаго
цвѣта или воспринимаетъ его слабѣе, чѣмъ другіе цвѣта,
вслѣдствіе чего эти послѣдніе вмѣстѣ берутъ перевѣсъ и
вызываютъ ощущеніе зеленаго цвѣта.
Если сѣрый картонъ на красной бумагѣ кажется зеле-
новатымъ, то ясно, что, если бы вмѣсто него на этой бу-
магѣ лежалъ картонъ слабаго зеленаго цвѣта, онъ казался
бы интенсивно зеленаго цвѣта, а блѣдно красный картонъ,
смѣшавшись съ зеленымъ, далъ бы сѣрый цвѣтъ.
Изложенные здѣсь факты могутъ дать руководящую нить
при выборѣ того или другого цвѣта платья. Если, напри-
мѣръ, дама, въ лицѣ которой и безъ того мало краски, одѣ-
вается въ красное платье, лицо ея кажется зеленымъ. По-
этому ей лучше всего носить зеленое платье и тогда лицо
ея будетъ казаться болѣе краснымъ. Наоборотъ, брюнетка,
лицо которой обыкновенно бываетъ желтаго или темно-жел-
таго цвѣта, должна носить желтыя платья, такъ какъ по-
слѣднія даютъ вслѣдствіе контраста синій цвѣтъ, который
вмѣстѣ съ желтымъ даетъ бѣлый цвѣтъ.
Къ сожалѣнію, у насъ слишкомъ мало мѣста, чтобы по-
дробнѣе останавливаться на этихъ фактахъ: они имѣютъ
очень важное значеніе для выбора цвѣта не только платьевъ,
но и другихъ предметовъ повседневнаго обихода, въ живо-
писи, декоративномъ искусствѣ и т. д.
і) Нѣкоторые называютъ это еще остаточнымъ, а. другіе послѣдова-
тельнымъ образомъ предмета- Нрнм. пер.
450 —
ЛЕКЦІЯ СЕМИДЕСЯТАЯ.
Атмосферныя свѣтовыя явленія: Радуга. Отраженіе радуги. Круги во*
кругъ луны и солнца. Ложныя солнца. Голубой цвѣтъ неба. Утренияя
и вечерняя заря.
Послѣ освѣжающаго дождя вновь показалось солнце.
Фиг. 410.
Мы отправляемся гулять и съ удовольствіемъ смотримъ на
красивую радугу. Опишемъ сначала подробнѣе это явле-
ніе: мы видимъ (фиг. 410) двѣ дуги — внутреннюю, болѣе
— 451
узкую, но ярче окрашенную извнутри наружу послѣдова-
тельно въ фіолетовый, синій, зеленый, желтый и красный
цвѣтъ, и наружную, слабѣе окрашенную (иногда она вовсе
не видна) и немного болѣе широкую съ обратнымъ распо-
ложеніемъ цвѣтовъ, т. е, съ краснымъ цвѣтомъ внутри и
фіолетовымъ—снаружи: такъ какъ фіолетовый цвѣтъ очень
слабъ, то рядъ видимыхъ цвѣтовъ обыкновенно начинается
синимъ цвѣтомъ.
Когда мы обращаемся лицомъ прямо къ радугѣ, то солнце
оказывается всегда за нашей спиной. Если мы мысленно
проведемъ отъ центра солнца черезъ нашъ глазъ прямую
линію къ ландшафту, на который мы смотримъ, то она прой-
детъ черезъ точку, образующую центръ О обѣихъ концен-
трическихъ дугъ. Этотъ центръ, слѣдовательно, оказывается
въ томъ же направленіи, въ которомъ падаетъ тѣнъ отъ на-
шей головы. Поэтому, если солнце находится еще высоко
на небѣ, то центръ О можетъ лежать ниже горизонта, и мы,
поэтому, видимъ лишь небольшую часть всей дуги. Если
же солнце близко къ закату или только что взошло, то
центръ О находится близко къ горизонту и мы тогда мо-
жемъ видѣть почти полный полукругъ, если только облака
достаточно широки. Дѣло въ томъ, что радуга появляется
только тамъ, гдѣ воздухъ наполненъ множествомъ водяныхъ
капелекъ. Угловое разстояніе отъ центра О до внутренняго
края меньшей дуги всегда равно приблзительно 40° 16', а
до наружнаго края — 42° 2тѣ же разстоянія для большей
дуги равны 50° 50' и 54° 10 х. Но эти края не рѣзко обозна-
чены. Фиг. 410 такъ нарисована, что когда ее держатъ на
разстояніи въ 12* /г сантиметровъ (половина разстоянія яснаго
зрѣнія) отъ глаза, то дуга кажется такой величины, какой
бываетъ дѣйствительная дуга.
Когда мы пытаемся приблизиться къ радугѣ, она отъ
насъ отступаетъ и кажется всегда равнаго діаметра. Такимъ
образомъ, р а д у г а н е имѣетъ опредѣленнаго мѣ-
ста: не будь этого, мы могли бы приблизиться къ ней или
пройти подъ ней.
Два человѣка, находящіеся на нѣкоторомъ разстояніи
другъ отъ друга, никогда, поэтому, не видятъ одной и той
же радуги; болѣе того: строго говоря, даже каждый нашъ
глазъ видитъ другую радугу.
Мы не можемъ также никогда видѣть радугу сбоку въ
перспективѣ. Такія перспективныя изображенія не слѣдуетъ,
поэтому, понимать такъ, будто радуга имѣетъ опредѣленное
мѣсто, которое она удерживаетъ, когда наблюдатель уда-
ляется отъ оси радуги.
Въ брызгахъ мощнаго водопада или въ мелкомъ дождѣ,
образованномъ струей пожарной трубы, нетрудно получить
радугу съ полнымъ кругомъ. Если во время этого опыта
ЗОЭаказ 1018
452 —
каплю, имѣющую форму
преломляется и получаетъ
стоять такъ, чтобы увидѣть тѣнь своей головы на землѣ, то
легко убѣдиться въ томъ, что ось дуги проходитъ черезѣ
эту тѣнь. Но человѣкъ, стоящій рядомъ, видитъ ось дуги
въ тѣни своей головы.
Явленіе радуги было впервые объяснено Декартомъ слѣ-
дующимъ образомъ. 1)
Если солнечный лучъ 8В (фиг. 411) падаетъ на водяную
шарика, то, войдя въ воду, онъ
направленіе къ С. Отразившись
оттуда, онъ достигаетъ точки 7)
и, выйдя изъ капли, вновь пре-
ломялется, такъ что глазъ мо-
жетъ его увидѣть въ на правле-
ніи ВА. Если этотъ рисунокъ
сдѣлать въ большемъ масштабѣ,
согласно правиламъ, изложен-
нымъ въ лекціи 63, и для всѣхъ
возможныхъ положеній падаю-
щаго луча, то нетрудно убѣдить-
ся, что, если не всѣ эти лучи,
падающіе на каплю въ параллель-
номъ направленіи, выходятъ изъ
нея параллельно, то значительная часть лучей одинако-
ваго цвѣта выходитъ почти всегда параллельно. Эти лучи
образуютъ тогда съ падающими лучами уголъ О, который
для красныхъ лучей почти равенъ 42° 2', а для фіолетовыхъ
лучей—40°16'.
Но это не едииственый путь, по которому лучъ можетъ
пойти. Какъ это изображено на фиг. 412, онъ можетъ внутри
капли отразиться два раза, имен-
но у С и у В и выйти изъ капли
въ направленіи ЕА. Въ этомъ
случаѣ уголъ О', который обра-
зуетъ'большинство лучей со сво-
имъ первоначальнымъ направле-
ніемъ, для краснаго цвѣта=5О°58',
а для фіолетоваго цвѣта=54° 10'.
Послѣ этихъ предваритель-
ныхъ разсужденій мы можемъ
перейти къ объясненію явленія двухъ дугъ радуги. Пусть
на фиг. 413 АР изображаетъ наблюдателя, а 8АР'—напра-
вленіе солнечныхъ лучей, когда солнце находится на высотѣ
20° надъ горизонтомъ. Воздухъ наполненъ множествомъ во-
дяныхъ шариковъ, нарисованныхъ на фиг. почти въ на-
туральную величину. Если мы проведемъ отъ глаза А двѣ
*) Новѣйшее болѣе обстоятельное объясненіе Эри, разсматривающее
радугу, какъ явленіе интерференціи, здѣсь изложено быть не можетъ.
— 453 —
прямыя линіи Аг и Аѵ въ направленіяхъ, образующихъ съ
направленіемъ солнечныхъ лучей углы въ 42°2' и 40° 16',
то эти прямыя встрѣтятъ на своемъ пути множество водя-
ныхъ шариковъ, направляющихъ въ глазъ красный свѣтъ
солнца въ направленіи гА и фіолетовый—въ направленіи ѵА.
Представимъ себѣ теперь, что эти прямыя вращаются около
прямой 8Р, какъ около своей оси; мы можемъ тогда мы-
сленно выдѣлить въ облакѣ, какъ результатъ этого враще-
нія, два конуса, по бокамъ которыхъ расположатся водяныя
капли, посылающія въ глазъ красный и фіолетовый свѣтъ;
между этими двумя конусами расположатся конусы водя-
ныхъ капель, посылающихъ въ глазъ остальные сорта свѣта.
Такъ образуется ярко окрашенная главная радуга. Другія
линіи Аг1 и Аѵ, встрѣтятъ на своемъ пути, капли, которыя
вслѣдствіе двойного отраженія посылаютъ въ глазъ болѣе
слабый красный и фіолетовый свѣтъ, и такъ образуется вто-
рая радуга. Капли, лежащія внѣ этихъ направленій, посы-
лаютъ большинство своихъ лучей въ другія точки, напри-
мѣръ, въ точку А‘. Если наблюдатель переходитъ изъ АР
въ А!Р‘, то попадаютъ въ его глазъ уже эти лучи, но онъ
ихъ видитъ тамъ подъ тѣмъ же угломъ, что и раньше.
30*
— 454 —
Такъ радуга передвигается вмѣстѣ съ наблюдателемъ, между
тѣмъ какъ капли не передвигаются съ радугой, а падаютъ
на землю, уступая свое мѣсто другимъ каплямъ.
Можно ли видѣть отраженіе радуги въ водѣ? Отраженія
той самой радуги, которую мы- видимъ надъ водой, на-
примѣръ, съ точки А, мы видѣть не можемъ, но мы мо-
жемъ, конечно, видѣть отраженіе другой радуги. И это
вполнѣ понятно: точка А', изъ которой можно было бы ви-
дѣть ту радугу, отраженіе которой мы видимъ изъ точки А'
находится въ вертикальномъ направленіи ниже А и на-
столько же глубоко подъ поверхностью воды, насколько А
возвышается надъ ней; такъ какъ эта точка намъ недо-
Фиг. 414.
ступна, то ясно, что мы никогда не можемъ прямо увидѣть
ту дугу, отраженіе которой мы видимъ.
Докажемъ эти разсужденія на примѣрѣ. Простоты ради
мы допустимъ, что солнечные лучи имѣютъ горизонтальное
направленіе, т. е. что солнце находится какъ разъ на гори-
зонтѣ (фиг. 414). На скалѣ, вдающейся въ море, стоитъ на-
блюдатель, глазъ котораго, находясь въ Л, видитъ главную
дугу І)гѵгі такъ, что линія АО образуетъ ось дуги. Не
будь воды и будь точка А‘, образующая отраженіе точки А,
намъ доступна, мы изъ этой точки видѣли бы прямо глав-
ную дугу, лежащую на разстояніе А А1 ниже первой, такъ
что ея осью была бы линія А'О1. Эта радуга есть дуга І)г'»'Еь
— 455
и на фиг. изображена только часть ея, которая должна
была бы оказаться надъ поверхностью воды. Отъ этой дуги
падаютъ на поверхность воды по всѣмъ направленіямъ
г'А',г "А" и т. д. лучи краснаго свѣта, которые, отразив-
шись; достигаютъ А такъ, какъ будто они исходили бы отъ
отраженной дуги 1)г,Е, находящейся подъ водой. Перспек-
тивное изображеніе фиг. не должно насъ ввести въ заблу-
жденіе и мы не должны разсматривать прямо видимую дугу,
какъ сочетаніе дѣйствительныхъ находящихся на опредѣ-
ленномъ мѣстѣ предметовъ, отъ которыхъ получаются въ
водѣ, какъ зеркалѣ, мнимыя изображенія. Вѣдь въ этомъ
явленіи принимаютъ участіе не только водяныя капли, нахо-
Фиг. 415І
дящіяся въ изображенной здѣсь дугѣ, а и всѣ остальныя во-
дяныя капли, находящіяся въ направленіяхъ лучей Аг, Аіг*.
У насъ не опредѣленные предметы, а опредѣленныя напра-
вленія лучей и устойчивы и постоянны только поверхности
конусовъ, образованныхъ этими лучами. Такимъ образомъ
мнимое изображеніе нашей радуги есть отраженіе другой
ниже лежащей дуги, которой мы прямо видѣть не можемъ,
и разстояніе между этой дугой и нашей прямо видимой
радугой равно двойному разстоянію нашего глаза отъ по-
верхности воды. Отсюда также слѣдуетъ; что видѣнное нами
отраженіе и видимая нами прямо радуга не симметричны
относительно поверхности воды, какъ это бываетъ во всѣхъ
другихъ случаяхъ отраженія предметовъ.
— 456
Перейдемъ теперь къ другимъ свѣтовымъ явленіямъ, нѣ-
сколько сходнымъ съ радугой, а именно къ такъ называе-
мымъ кругамъ, часто наблюдаемымъ въ пасмурную по-
году вокругъ луны и солнца. Чтобы воспроизвести это явле-
ніе, мы обсыпаемъ стеклянную пластинку равномѣрнымъ
слоемъ ликоподія и въ темнотѣ смотримъ черезъ нее на ка-
кой нибудь источникъ свѣта, напримѣръ, пламя свѣчи, на-
ходящейся на разстояніи отъ насъ въ нѣсколько метровъ.
Мы видимъ тогда, какъ это изображено на фиг. 415, во-
кругъ источника свѣта сначала яркій кругъ, внутренній
край котораго окрашенъ въ фіолетовый цвѣтъ, а наружный—
въ красный; за этимъ цвѣтнымъ кругомъ находится на
нѣкоторомъ разстояніи отъ него второй, а еше дальше тре-
тій кругъ, менѣе яркіе, но съ тѣмъ же расположеніемъ цвѣ-
товъ. Чѣмъ разстояніе стекла отъ источника свѣта больше,
Фиг. 416.
тѣмъ больше и круги. Явленіе это, относящееся къ такъ
называемымъ явленіямъ интерференціи, здѣсь объяснено
быть не можетъ, такъ какъ для пониманія его необходимо
обладать нѣкоторыми свѣдѣніями изъ болѣе трудныхъ обла-
стей высшей оптики. Такіе круги видны около луны и солнца
только тогда, когда воздухъ наполненъ облаками, состоя-
щими изъ очень маленькихъ водяныхъ капелекъ. Они часто
предшествуютъ дурной погодѣ. Сходны, но не тождественны
съ этими кругами большіе цвѣтные круги около солнца и
луны, изъ которыхъ радіусъ меньшаго равенъ прибли-
зительно 22°, а радіусъ большаго — 46° (фиг. 416). Оба
они имѣютъ внутри красный край и рѣдко встрѣчаются
одновременно. Вмѣстѣ съ меньшимъ изъ этихъ круговъ
— 457
видно иногда еще другое явленіе, тоже изображенное на
фиг. 416. Оно состоитъ въ томъ, что въ направленіи гори-
зонтальнаго діаметра круга видна яркая полоса, пересѣкаю-
щая кругъ и въ мѣстѣ пересѣченія наиболѣе яркая. Эти яркія
мѣста называются ложными солнцами. Иногда видна
еще часть большей дуги, касающейся только круга. Появле-
ніе этихъ круговъ объясняютъ существованіемъ въ воздухѣ
ледяныхъ иглъ, имѣющихъ форму шестигранныхъ призмъ.
Меньшій кругъ съ радіусомъ въ 22° образуется преломле-
ніемъ лучей свѣта-о грани этихъ призмъ, образующихъ
уголъ въ 60°, а большій кругъ съ діаметромъ въ 46° обра-
зуется преломленіемъ лучей о грани между боковыми сто-
ронами призмъ и ихъ основаніемъ съ угломъ въ 90°. На-
конецъ, ложныя солнца объясняются отраженіемъ лучей отъ
боковыхъ поверхностей этихъ призмъ.
Перейдемъ теперь къ другому вопросу, еще болѣе инте-
ресному, чѣмъ вопросъ о происхожденіи радуги и ложныхъ
солнцъ, а именно къ вопросу о причинахъ голубого неба.
Этотъ вопросъ долго занималъ физиковъ и только въ по-
слѣднее время былъ разрѣшенъ вполнѣ основательно.
Прежде всего само собой напрашивается такое объясне-
ніе, что самъ воздухъ голубого цвѣта. Хотя это объясненіе
подтверждается какъ будто тѣмъ открытіемъ, что жидкій
воздухъ имѣетъ синеватый цвѣтъ, оно тѣмъ не менѣе не-
правильно, потому что въ противномъ случаѣ воздухъ дол-
женъ былъ бы казаться окрашеннымъ въ синій цвѣтъ тѣмъ
сильнѣе, чѣмъ толще воздушный слой, черезъ который
прошли лучи свѣта. На высокихъ горахъ воздухъ долженъ
былъ бы казаться болѣе слабаго свѣтло голубого цвѣта и
въ направленіи къ горизонту болѣе голубымъ, чѣмъ въ на-
правленіи къ зениту. Затѣмъ намъ должны были бы ка-
заться синеватаго цвѣта и диски солнца п луны. Въ дѣйстви-
тельности все это, какъ извѣстно, не наблюдается. Несо-
мнѣнно правильное объясненіе этихъ явленій можетъ быть
дано, если сопоставить ихъ съ оптическими явленіями „мут-
ныхъ средъ". Если насыпать въ воду порошокъ мѣла, вода
мутнѣетъ и-получаетъ бѣловато сѣрый цвѣтъ; Въ этомъ
случаѣ частицы мѣла относительно велики, такъ что подъ
микроскопомъ можно ихъ еще хорошо разсмотрѣть. Но если
мы вольемъ въ воду нѣсколько, капель спиртнаго раствора
какой нибудь смолы, то послѣдняя выдѣлится изъ этой
смѣси въ такйхъ мелкихъ частицахъ, что онѣ подъ ми-
кроскопомъ не будутъ болѣе видны, такъ какъ онѣ меньше
или, по крайней мѣрѣ, не больше длины волны свѣта, т. е.
не больше нѣсколькихъ десятитысячныхъ долей миллиметра.
Если смотрѣть черезъ эту мутную жидкость на'бѣлый свѣтъ,
она намъ кажется желтовато-оранжевой, а если смо-
трѣть сбоку, и сверху внизъ на проходящіе черезъ нее свѣ-
— 458
товые лучи, она намъ кажется болѣе или менѣе голубо-
ватой.
Вопросъ этотъ былъ подвергнутъ математическому из-
слѣдованію, котораго мы здѣсь изложить, конечно, не мо-
жемъ. Какъ показалъ лордъ Рэлей въ 1871 году, резуль-
татомъ этого изслѣдованія является тотъ выводъ, что отъ
столь ничтожно малыхъ тѣлецъ правильное отраженіе свѣта
произойти не можетъ, а происходитъ только разсѣяніе свѣта
и такое разсѣяніе, что. въ сторону въ особенности откло-
няются свѣтовые лучи съ наиболѣе короткой длиной волны;
къ нимъ принадлежатъ фіолетовые, синіе и граничащіе съ
ними синевато-зеленые лучи, смѣсь которыхъ и даетъ си-
неву неба. Этими маленькими тѣльцами, обусловливающими
такое разсѣяніе свѣта, .являются или чрезвычайно малень-
кіе водяные шарики, или даже сами частицы воздуха. Этимъ
тогда объясняется также происхожденіе утренней и вечер-
ней зари: здѣсь преобладаютъ тѣ лучи свѣта, которые не
разсѣваются въ сторону, а эта смѣсь лучей даетъ желтовато-
красный цвѣтъ. Какъ только частицы, наполняющія воз-
духъ (водяные шарики или пылинки) становятся немного
больше, они начинаютъ правильно отражать свѣтъ, и тогда
небо бываетъ болѣе или менѣе бѣловатаго цвѣта.
Мы говорили уже въ лекціи 25 о происхожденіи цвѣта
морской іоды. Вліяетъ на этотъ цвѣтъ, безЬ сомнѣнія, и
мелкая муть, которую вызываютъ въ этой водѣ всевозмож-
ныя неорганическія и еще болѣе органическія частицы.
Вотъ почему моря съ почти чистой водой, т. е. съ очень
мелкой мутью, имѣютъ голубоватый цвѣтъ, а моря съ круп-
ной мутью, кажутся бѣловатыми или сѣрыми. Если принять
во вниманіе, что на цвѣтъ морской воды вліяютъ еще си-
неватый цвѣтъ самой воды и растворенныя въ ней органи-
ческія вещества, окрашивающія ее въ буроватый и желтый
цвѣтъ, то станетъ вполнѣ понятнымъ все многобразіе цвѣ-
товъ морской воды.
ЛЕКЦІЯ СЕМЬДЕСЯТЪ ПЕРВАЯ.
Основные опыты съ магнитами. Склоненіе. Изогоны. Буссоль. Компасъ.
Магнитныя силовыя линіи.
Разсказываютъ, что еще въ древности были найдены
около города Магнезіи въ Малой Азіи куски желѣзной руды,
обладавшіе тѣмъ свойствомъ, что своими противополож-
ными двумя концами притягивали и удерживали маленькіе
кусочки желѣза. Отсюда и происхожденіе названія „м а г-
нитъ“. Въ настоящее время пользуются искусственными
магнитами, приготовленными изъ стальныхъ полосокъ. Если
459 —
Фиг. 417.
такой магнитъ обсыпать желѣзными опилками, то они при-
станутъ къ концамъ его, какъ это изображено на фиг. 417,
между тѣмъ какъ средняя часть его останется свободной.
Эти концы мы на-
зываемъ полюсами
магнита. Если такой
магнитъ подв ѣсить
въ срединѣ за нитку
(фпг. 418) или помѣ-
стить на остріе (фиг.
419), такъ чтобы онъ
могъ свободно двигаться въ горизонтальной плоскости, онъ
самъ принимаетъ положеніе въ направленіи, близкомъ къ
направленію съ сѣвера на югъ, и, поэтому, называютъ
одинь полюсъ сѣвернымъ, а другой —
южнымъ. Если къ такому свободно
подвижному магниту приблизить дру-
гой магнитъ, то одноименные полюсы,
какъ извѣстно, отталкиваются, а раз-
ноименные притягиваются. Кромѣ того
каждый изъ полюсовъ притягиваетъ
желѣзо и притягивается имъ. Поэтому,
если мы хотимъ узнать, есть ли дан-
ный кусокъ желѣза (или стали) маг-
нитъ, мы должны узнать, отталки-
вается ли онъ какимъ нибудь полю-
сомъ магнита: одного притяженія не-
достаточно еще, разъ и не магнитное желѣзо притягивается
магнитомъ.
Каждый магнитъ можетъ
сообщить магнитныя свойства
какъ стальной, такъ и желѣз-
ной полоскѣ, но между резуль-
татами этого воздѣйствія су-
ществуетъ весьма важное раз-
личіе. Всякій кусокъ желѣза,
приведенный въ соприкосно-
веніе съ магнитнымъ полюсомъ
и даже оказавшійся близъ
него, самъ становится магни-
Фиг. 419.
томъ, но удерживаетъ онъ это
свойство только до тѣхъ поръ,
пока на него этотъ магнит-
ный полюсъ дѣйствуетъ. Какъ
только удаляютъ этотъ по*-
слѣдній, желѣзо теряетъ это магнитное свойство. Кусокъ
стали можно сдѣлать магнитнымъ надолго и онъ удержи-
ваетъ свой магнитизмъ и съ прекращеніемъ дѣйствія маг-
460
нита. Приготовляютъ такой магнитъ всего проще слѣдую-
щимъ образомъ: расположивъ посерединѣ куска стали два
магнита, обращенные внизъ разноименными полюсами, на-
тираютъ сталь отъ середины къ концу; въ кускѣ стали об-
разуется тогда сѣверный полюсъ въ томъ концѣ, который на-
тирался южнымъ полюсомъ магнита, и южный полюсъ—на
томъ концѣ,- который натирался сѣвернымъ полюсомъ маг-
нита. Впрочемъ, получаютъ два полюса
магнита и въ томъ случаѣ, если натираютъ
и одну половину куска стали: магнитовъ
съ однимъ полюсомъ нѣтъ. Если сломать
магнитъ посерединѣ, то каждая половина
становится полнымъ магнитомъ съ двумя
равносильными полюсами. Чтобы получить
болѣе сильный магнитъ складываютъ па-
раллельно нѣсколько отдѣльныхъ магни-
товъ такъ, чтобы они были направлены рав-
ными полюсами въ одну сторону. Часто
придаютъ также такому магниту форму под-
ковы (фиг. 420); къ полюсамъ можно тогда
приставить кусокъ мягкаго желѣза, назы-
ваемый якоремъ. Такіе магниты обла-
даютъ гораздо большей силой, чѣмъ пря-
мые, такъ какъ оба полюса дѣйствуютъ
другъ на друга, усиливая свои магнитныя
свойства Такъ какъ кусокъ желѣза, при-
магниту, получаетъ самъ магнитныя свой-
коснувшись къ
ства, то онъ можетъ притягивать къ себѣ другой кусокъ же-
лѣза и такимъ образомъ можно къ одному магниту прицѣпить
цѣлый рядъ желѣзныхъ цилиндриковъ (фиг. 421); въ этомъ
рядѣ соприкасающіеся концы двухъ цилиндриковъ имѣютъ
всегда разно именные полюсы. Такимъ же образомъ располага-
ются и желѣзные опилки вокругъ
полюсовъ магнита (фиг. 417).
Можно магнитъ лишить его
магнитныхъ свойствъ. Для этого
натираютъ такъ, чтобы его пере-
магнитить, т. е. получить обрат-
ное его намагниченіе. Въ та-
кихъ случаяхъ магнитъ сначала
теряетъ свой магнитизмъ, а если
продолжать тоже натираніе, онъ вновь намагничивается,'
но въ противоположномъ направленіи, т. е. получаетъ сѣ-
верный полюсъ тамъ, гдѣ былъ южный и южный —
тамъ, гдѣ раньше былъ сѣверный полюсъ. Если, поэтому, свое-
временно прекратить натираніе, можно магнитъ совершенно
лишить его магнитизма. Далѣе можно магнитъ лиіпить его
магнитизма накаливаніемъ. Уже одного нагрѣванія доста-
— 461
-точно, чтобы ослабить магнитныя свойства магнита, такъ
какъ при послѣдующемъ охлажденіи къ нему возвращается
лишь часть магнитныхъ свойствъ. Но если магнитъ нака-
лить до красна, онъ и послѣ охлажденія магнитныхъ свойствъ
уже не имѣетъ. Ослабляютъ магнитныя свойства магнита и
сильныя сотрясенія, напримѣръ, отрываніе отъ другого по-
люса или желѣзнаго якоря. Затѣмъ не слѣдуетъ сохранять
магниты расположенными сѣвернымъ полюсомъ къ югу, а
ихъ должно хранить въ такомъ положеніи, какое они при-
нимаютъ, будучи свободно подвѣшены на ниткѣ.
Чтобы получить магнитъ, подвѣшенный вполнѣ свободно,
мы должны подвѣсить его такъ, чтобы онъ могъ -вращаться
около горизонтальной оси, которая въ свою очередь спо-
собна вращаться около оси вертикальной,
какъ это изображено на фиг. 422. Такой
магнитъ принимаетъ направленіе не только
отъ сѣвера къ югу, а еще наклоняется въ ту
или другую сторонуи это наклоненіе тѣмъ
больше, чѣмъ дальше отъ экватора лежитъ
мѣсто, гдѣ производится опытъ. Близъ
экватора магнитная стрѣлка принимаетъ
горизонтальное положеніе, а чѣмъ дальше
отъ него, тѣмъ болѣе стрѣлка наклоняется
отъ этого положенія и притомъ такъ, что
въ сѣверномъ полушаріи наклоняется
книзу сѣверный полюсъ, а въ южномъ—
южный. Чтобц объяснить всѣ эти явленія,
принимаютъ, что сама земля есть магнитъ,
ось котораго не вполнѣ совпадаетъ съ
географической осью, а нѣсколько откло-
нена отъ нея такъ, что недалеко отъ геора-
фическаго сѣвернаго полюса находится
магнитный южный полюсъ и недалеко отъ
географическаго южнаго полюса-магнит- Фиг. 422.
ный сѣверный полюсъ. Если бы ось зем-
ного магнита вполнѣ совпадала съ географической осью, то
магнитная стрѣлка должна была бы всегда располагаться въ
плоскости географическаго меридіана даннаго мѣста, т. е. сѣ-
вернымъ своимъ полюсомъ показывать прямо на сѣверъ. Въ
общемъ магнитная стрѣлка такъ не располагается. Въ
Германіи, напримѣръ, она отклоняется на 6 — 12 градусовъ
къ западу. Уголъ, который образуетъ магнитный меридіанъ
съ географическимъ меридіаномъ, называется угломъ
склоненія. Для Кенигсберга, напримѣръ, этотъ уголъ
равенъ для. Страсбурга — 12°, для Берлина — 91/,,
для Мюнхена — ЮЧг, для Москвы — 2°18', для Екатерин-
бурга — 9°24', для Иркутска — 2°12', для Петербурга —
О°27'. Если провести линію отъ Бѣлаго моря черезъ Кас-
— 462
пійское вдоль передней Индіи до Австраліи, мы полу-
чимъ всѣ мѣста, въ которыхъ уголъ склоненія = О; тамъ
слѣдовательно, магнитная стрѣлка располагается въ напра-
вленіи географическаго меридіана, т. е. прямо указываетъ
на сѣверъ и на югъ. Въ. большей части Азіи сѣверная
стрѣлка отклонена къ востоку. Если двигаться отъ европей-
скаго материка къ западу, то на Атлантическомъ океанѣ
сѣверный полюсъ отклоненъ къ западу до опредѣленной
линіи, проходящей внутри Америки черезъ Соединенные
Штаты и Бразилію. За этой линіей и. слѣдовательно, въ
большей части сѣверной и южной Америки вплоть до Азіи
магнитная стрѣлка отклонена къ востоку. Исключеніе со-
ставляетъ область вокругъ Японіи, гдѣ склоненіе—западное.'
Знакомство съ этими видами склоненія въ высшей степени
важно для путешественниковъ и въ особенности для море-
плавателей. Существуютъ спеціальныя карты, изъ которыхъ
можно узнать склоненіе
этихъ картахъ соединены
Фиг. 423.
всякаго мѣста земнога шара; на
одной кривой линіей всѣ мѣста,
Имѣющія равное склоненіе; ли-
ніи эти называются изото-
ническими линіями или
изогонами. Вблизи сѣвер-
наго и южнаго полюса изо-
гоны сливаются въ одну точку.
Лежащій вблизи географи-
ческаго сѣвернаго полюса маг-
нитный сѣверный полюсъ (его
собственно слѣдовало бы на-
зывать южнымъ полюсомъ,
такъ какъ онъ притягиваетъ
сѣверный полюсъ магнита), былъ открытъ капитаномъ Рос-
сомъ на островѣ Мельвиль, Соотвѣтственный южный полюсъ
еще не открытъ. Зная отклоненіе какого нибудь мѣста, можно
съ помощью магнитной стрѣлки, свободно вращающейся по
горизонтальному кругу, раздѣленному на градусы (стрѣлка
склоненія, бусоль, компасъ) узнать направленіе георафиче-
скаго меридіана въ данномъ мѣстѣ. Такой инструментъ
изображенъ на фиг. 423. Онъ снабженъ зрительной трубкой.
Параллельный положенію этой трубки, діаметръ А5 дѣлитъ
кругъ на два полукруга, изъ которыхъ каждый отдѣльно
раздѣленъ на градусы такъ, что въ обоихъ счетъ градусовъ
начинается отъ точки № Если хотятъ узнать, напримѣръ,
въ окрестностяхъ Мюнхена направленіе географическаго ме-
ридіана, то, зная, что склоненіе въ этомъ мѣстѣ = 10г/2° къ
западу, мы устанавливаемъ инструментъ такъ, чтобы стрѣлка
своимъ сѣвернымъ полюсомъ отклонилась на 10г/2° влѣво
отъ точки А, и тогда визирная линія зрительной трубки
будетъ лежать въ плоскости меридіана даннаго мѣста. Упо-
— 463
требляются эти инструменты и для топографическихъ съемокъ
въ лѣсахъ, гдѣ другихъ средствъ для оріентировки нѣтъ,
и, поэтому, они называются еще также лѣсными б у с о-
лями;
Бусоли или компасы, употребляемые на корабляхъ,
должны быть такъ подвѣшены, чтобы они оставались въ го-
ризонтальномъ положеніи при всѣхъ качаніяхъ корабля
(фиг. 424). Въ такихъ бусоляхъ употребляется такъ назы-
ваемый подвѣсъ Кардана (см. лекцію 10), въ которомъ ком-
пасъ можетъ вращаться около двухъ перпендикулярныхъ
другъ къ другу осей. Компасъ располагается вблизи руле-
вого колеса, чтобы рулевой могъ его постоянно наблюдать.
Сила, съ которой полюсъ одного магнита притягиваетъ
или отталкиваетъ полюсъ другого магнита, обратно пропор-
ціональна квадрату разстоянія, между ними (законъ Ку-
лона). Но каждый магнитъ имѣетъ два полюса, изъ кото-
рыхъ одинъ притягиваетъ полюсъ магнита, а другой оттал-
киваетъ его, и, поэтому, дѣйствіе одного магнита на дру-
гой оказывается болѣе
сложнымъ. Во всякомъ
случаѣ мы всегда мо-
жемъ вычислить вели-
чину и направленіе той
силы, съ которой маг-
нитъ дѣйствуетъ на по-
люсъ другого магнита.
Все пространство во-
кругъ магнита, въ пре-
дѣлахъ котораго онъ
сказываетъ еще какое
Фиг. 424.
нибудь хотя бы мало
замѣтное дѣйствіе, называется магнитнымъ полемъ
этого магнита. Въ такомъ полѣ желѣзныя опилки становятся
магнитными и подъ дѣйствіемъ магнита располагаются въ
видѣ кривыхъ линій, называемыхъ магнитными сило-
выми линіями. Чтобы ясно разсмотрѣть эти линій, мы по-
ступаемъ слѣдующимъ образомъ: мы покрываемъ магнитъ
листомъ бумаги или картона и покрываемъ его равномѣрнымъ
слоемъ мелкихъ опилокъ; если теперь встряхнуть картонъ
ударомъ палочки, мы получаемъ магнитныя кривыя, изо-
браженныя на фиг. 425. Болѣе правильныя кривыя полу-
чаются, если берутъ' магнитъ въ видѣ подковы съ заострен-
ными полюсами (фиг. 426). Всѣ эти кривыя начинаются у
одного полюса и, образовавъ большую или меньшую дугу,
соединяются въ другомъ. На нашей фигурѣ не всѣ кривыя
изображены именно такъ, но это происходитъ только по-
тому, что рисунокъ слишкомъ малъ. Небольшія стрѣлки
склоненія, вращающіяся на остріѣ, располагаются въ такомъ
— 464 —
магнитномъ полѣ всегда въ направленіи кривыхъ, какъ это
показываетъ фиг. 426. Чѣмъ болѣе кривыя удаляются отъ
Фиг. 426.
магнита, тѣмъ онѣ становятся менѣе густыми. Поэтому-
можно измѣрять силу магнитнаго поля въ различныхъ точ-
кахъ его по густотѣ кривыхъ въ этихъ точкахъ. Если по,
Фиг. 426.
дожить въ области такихъ кривыхъ кусокъ мягкаго желѣза,
то кривыя скопляются и проходятъ черезъ это желѣзо и,
выйдя изъ него, опять расходятся (фиг. 427), и потому же-
Фиг. 427.
лѣзо само становится магнитомъ. Если въ направленіи
кривыхъ положить желѣзное кольцо (фиг. 428), то кривыя
входятъ въ желѣзо и въ немъ направляются, такъ что по-
— 465
верхность, окружающая кольцо, отъ нихъ освобождается.
Поэтому, если внести въ предѣлы этой поверхости кусокъ
Желѣза, силовыя линіи въ него не попадаютъ и оно не ста-
новится магнитнымъ; внесенная въ эту поверхность магнит-
ная стрѣлка не испытываетъ никакого или почти никакого
дѣйствія. Этимъ обстоятельствомъ пользуются, когда хотятъ
предупредить дѣйствіе па магнитную стрѣлку сосѣднихъ
магнитовъ или желѣзныхъ массъ.
Пользуются этимъ, на-
примѣръ, на пароходахъ,
чтобы предохранить ком-
пасъ отъ дѣйствія желѣз-
ныхъ массъ машинъ. Ниже
мы познакомимся еще съ
весьма важнымъ значе-
ніемъ магнитныхъ сило-
выхъ линій. Мы всегда
должны представлять се-
бѣ, что даже когда нѣтъ
желѣзныхъ опилокъ, изъ
полюсовъ магнита исхо-
дятъ силовыя линіи и на-
правленіе этихъ силовыхъ
линій слѣдуетъ предста-
влять себѣ такъ, что онѣ
исходятъ изъ сѣвернаго
Фиг. 428.
полюса, описываютъ большую или меньшую дугу и, попавъ
въ южный полюсъ, доходятъ вдоль магнита до сѣвернаго,
такъ что получается замкнутая кривая.
Кромѣ желѣза могутъ получать магнитныя свойства ник-
кель и кобальтъ и — хотя и въ значительно болѣе слабой
степени—нѣкоторые другіе металлы.
ЛЕКЦІЯ СЕМЬДЕСЯТЪ ВТОРАЯ.
Электричество. Основные опыты. Электроскопъ. Положительное и
отрицательное электричество. Проводники электричества и изоляторы.
Электризованіе сообщеніемъ и раздѣленіемъ электричества. Конден-
саторы. Электрическая искра. Дѣйствіе острія. Плотность, напряженіе,
электроемкость и количество электричества.
Кто не видѣлъ когда нибудь куска янтаря? Это—смола,
выдѣленная нѣкогда особыми двойными деревьями, исчез-
нувшими съ лица земли еще въ доисторическую эпоху, и
— 466 —
часто находимая на берегахъ Балтійскаго моря и въ дру-
гихъ мѣстахъ. Изъ янтаря приготовляютъ всевозможные
предметы украшенія, мундштуки для сигаръ и т. д. Мате-
§іалъ этотъ былъ извѣстенъ еще древнимъ финикіянамъ.
'нъ возбуждалъ интересъ у нихъ включенными въ- немъ
насѣкомыми, присутствіе которыхъ въ немъ казалось тогда
загадочнымъ, и очень высоко цѣнился, какъ предметъ укра-
шенія. Возможно, что какая нибудь финикійская дѣвушка,
чтобы придать блескъ своему янтарю, стала тереть его о
шерстяную ткань и съ удивленіемъ замѣтила, что янтарь
послѣ этого притягиваетъ ея волосы. Греческое названіе
янтаря — электронъ дало поэтому свое имя цѣлой области
физики, которая въ наши дни полу-
чила столь великое культурно-истори-
ческое значеніе. При всемъ томъ ян-
Чщ—- — —таръ—не единственное тѣло, обладаю-
хД щее свойствомъ послѣ тренія съ дру-
гими тѣлами становиться электриче-
скимъ, т. е. оказывать притягивающее
и отталкивающее дѣйствіе на другія
А тѣла. По всей вѣроятности, это свой-
ство принадлежитъ всѣмъ тѣламъ и
только требуются особыя условія, чтобы
А оно обнаружилось.
Мы будемъ производить наши
опыты, натирая палочку сургуча мѣ-
хомъ и стеклянную палочку—кускомъ
шелка; вмѣсто стеклянной палочки
можно взять и стеклянную трубочку,
ламповое стекло или стеклянную пла-
стинку.
Чтобы доказать притягивающее и
отталкивающее дѣйствіе натертыхъ
тѣлъ, мы пользуемся электроско-
помъ самаго простого устройства
(фиг. 429). Въ склянкѣ, образующей
Фиг. 429. подножку, укрѣпленъ стержень изъ
стекла или эбонита (или также изъ
хорошо высушеннаго дерева), на которомъ съ помощью
пробки укрѣплены два боковыхъ подвижныхъ стержня, а
на этихъ послѣднихъ висятъ на шелковыхъ нитяхъ шарики
изъ легкой золотой бумаги или бузиновые шарики.
Съ помощью этого простого аппарата мы производимъ
слѣдующіе основные опыты:
1. Стеклянная палочка, натертая телкомъ, сначала при-
тягиваетъ шарики, а потомъ отталкиваетъ ихъ.
2. То же самое дѣлаетъ сургучъ, натертый шерстью.
3. Способность притягивать и отталкивать можетъ пе-
— 467 —
рѳдаваться отъ натертаго тѣла другимъ тѣламъ: если
натертой палочкой прикоснуться къ одному шарику,
то этотъ шарикъ, оттолкнувшись, притягиваетъ и
отталкиваетъ другой шарикъ.
4. Притяженіе и отталкиваніе бываетъ взаимнымъ.
5. Заряженный электричествомъ шарикъ притягиваетъ
также руку наблюдателя и притягивается ею.
6. Прикоснувшись къ рукѣ, шарикъ не отталкивается,
а теряетъ свое электричество. То же самое происхо-
дитъ, когда шарикъ прикасается къ металлическому
предмету, находящемуся въ нашихъ рукахъ. Не про-
исходитъ это, если шарикъ прикасается къ нена-
тертому стеклу или сургучу. Отсюда слѣдуетъ, что
существуютъ проводники и непроводники
(изоляторы) электричества. Стекло, янтарь, сургучъ—
изоляторы: образованное въ нихъ треніемъ электри-
чество не исчезаетъ изъ ніГхъ черезъ нашу руку и
потому присутствіе его можетъ быть доказано.
7. Если скрѣпить съ палочкой сургуча латунную па-
лочку, то не трудно убѣдиться въ томъ, что и эта
послѣдняя электризуется, хотя и слабо, если нате-
реть ее шерстью.
8. Электризуется не только натираемое, но и натираю-
щее тѣло. Это не трудно доказать, прикоснувшись
къ шарикамъ шелковой или шерстяной тканью въ
тѣхъ мѣстахъ, въ которыхъ происходило натираніе,
если только предварительно не прикоснуться къ
нимъ руками. Вѣрнѣй, конечно, помѣстить ткань на
каучуковую пластинку или какъ нибудь иначе изо-
лировать.
Въ-изложенныхъ здѣсь опытахъ нѣтъ никакой разницы
между электричествомъ стекла и электричествомъ сургуча,
но въ слѣдующихъ опытахъ эта разница уже есть.
9. Если натертой стеклянной палочкой прикоснуться
къ шарику, то, оттолкнувшись, этотъ шарикъ съ
большей силой притягивается натертымъ сургучомъ
и потомъ лишь отталкивается.
10. То же самое происходитъ, если прикоснуться сте-
клянной палочкой къ шарику, наэлектризованному
сургучомъ.
11. Если одинъ изъ двухъ шариковъ наэлектризовать
стеклянной палочкой, а другой - сургучомъ, то они
съ силой взаимно притягиваются; послѣ соприкосно-
венія они или становятся неэлектрическими, или оба
обладаютъ тѣмъ электричествомъ, которое было въ
излишкѣ; обладая тогда электричествомъ одного
рода, они взаимно отталкиваются. Итакъ, суще-
ствуютъ два рода электричества: электричество сте-
3 I іакаі 1018
— 468 —
клянное и смоляное. Первое называютъ положи-
тельнымъ, а второе—отрицательнымъ элек-
тричествомъ; называютъ ихъ такъ потому, что отно-
шеніе между ними таково, какъ отношеніе между
положительными и отрицательными величинами,
между богатствомъ и долгами, между излишкомъ и
дефицитомъ.
12. Натираемое и натирающее тѣло получаютъ всегда
противоположныя электричества и всегда въ рав-
номъ количествѣ. Во всѣхъ изложенныхъ выше опы-
тахъ шерсть получаетъ положительное электриче-
ство, а шелкъ — отрицательное. Но тѣло не всегда
получаетъ при. натираніи одно и то же электриче-
ство, а получаемое имъ электричество зависитъ отъ
того, какимъ именно тѣломъ оно натирается. Такъ,
напримѣръ, стекло получаетъ положительное элек-
тричество, если натирается шелкомъ, металлами,
амальгамой на кожѣ, и отрицательное при натира-
ніи мѣхомъ. Мѣхъ, шерсть, шелкъ получаютъ поло-
ложительное электричество при натираніи сургуча,
янтаря, сѣры и отрицательное—при натираніи поли-
рованнаго стекла, слюды, горнаго хрусталя и драго-
цѣнныхъ камней. Одно и то же тѣло можетъ даже
при натираніи однимъ и тѣмъ же тѣломъ получать
и положительное и отрицательное электричество,
смотря потому, полировано ли оно или нѣть; при-
мѣромъ этого можетъ служить полированное и не-
полированное стекло, натертое шерстью.
Къхорощимъпроводникамъ электричества относятся:
всѣ металлы, уголь, кислоты, соляные растворы, обыкновен-
ная (неочищенная) вода, живыя растенія и животныя, рас-
творимыя соли, льняныя и хлопчатобумажныя ткани.
Полупроводниками можно назвать сухое дерево,
бумагу, солому, и они тѣмъ худшіе проводники, чѣмъ болѣе
они сухи.
Къ непроводникамъ или изоляторамъ принадле-
жатъ: сухія окиси металловъ (известь, охра и т. д.) пепелъ,
жирныя масла, каучукъ, фарфоръ, перья, волосы, шерсть,
шелкъ, стекло, парафинъ, воскъ, сѣра,смола.
До сихъ поръ мы познакомились съ двумя методами
наэлектризовывать тѣла: первый методъ есть треніе, а
второй — соприкосновеніе съ тѣломъ, наэлектризованнымъ
предварительно, т. е. сообщеніе или проведеніе электри-
чества.
Перейдемъ теперь къ изученію третьяго метода—раз-
дѣленію.
Мы удаляемъ одинъ ивъ шариковъ аппарата, изображен-
наго на фиг. 429, электризуемъ положительнымъ электри-
— 469 —
чествомъ стеклянную палочку, натирая ее шелкомъ, и снизу
приближаемъ ее ко второму шарику (фиг. 430). Прибли-
жаемъ мы ее снизу для того, чтобы предупредите всякое
движеніе шарика къ стеклянной палочкѣ и возможное при-
косновеніе его къ ней. Въ то время, какъ шарикъ, находясь
въ сферѣ дѣйствія стеклянной палочки, притягивается ею,
но не можетъ быть притянутой, мы прикасаемся къ какому
нибудь мѣсту шарика пальцемъ или хорошо проводящимъ
электричество тѣломъ, которое мы держимъ въ рукѣ, уда-
ляемъ проводникъ и только послѣ этого и стеклянную па-
лочку. Прикоснувшись затѣмъ къ шарику натертымъ сур-
гучомъ, мы убѣждаемся въ томъ, что шарикъ заряженъ
отрицательнымъ электричествомъ, потому что онъ отъ
него отталкивается. Какъ объяснить это явленіе?
Первоначальное состояніе шарика до его заряженія элек-
тричествомъ можно разсматривать, какъ результатъ того,
что равныя количества
положительнаго и отри-
цательнаго электриче-
ства, находившіяся въ
немъ, уравновѣсили,
нейтрализовали другъ
друга. Когда стеклян-
ная палочка, заряжен-
ная положительнымъ
электричествомъ, стала
дѣйствовать на шарикъ,
она притянула отрица-
тельное электричество
его и оттолкнула поло-
жительное, вслѣдствіе
чего первое перешло на нижнюю часть шарика, а второе—на
верхнюю. Это раздѣленіе тѣмъ больше, чѣмъ дальше можетъ
удалиться оттолкнутое положительное Электричество, такъ
какъ этимъ ослабляется его стремленіе вновь соединиться
съ отрицательнымъ электричествомъ. Когда мы затѣмъ при-
ближаемся пальцемъ или другимъ проводникомъ къ ша-
рику, то въ этомъ проводникѣ происходитъ то же самое,
что раньше произошло съ шарикомъ, но въ еще болѣе
сильной степени, такъ какъ на этотъ разъ оттолкнутое элек-
тричество можетъ совсѣмъ уйти въ землю, а отрицатель-
ное сосредоточивается въ кончикахъ пальца. Когда мы, на-
конецъ, прикасаемся пальцемъ къ шарику, то его отрица-
тельное электричество переходитъ въ шарикъ и нейтрали-
зуетъ тамъ положительное электричество. Удаливъ сначала
палецъ, а потомъ стеклянную палочку, мы получаемъ ша-
рикъ, заряженный отрицательнымъ электричествомъ.
Пытались дать этому явленію и другое объясненіе. При-
— 470 —
нимали, что образованное раздѣленіемъ электричество съ
прикосновеніемъ пальца уходитъ въ землю, между тѣмъ
какъ отрицательное электричество его, притянутое и удер-
живаемое положительнымъ электричествомъ стеклянной па-
палочки, уйти въ землю не можетъ. Но опытъ удается и
тогда, когда мы прикасаемся пальцемъ къ нижней сторонѣ
шарика, гдѣ находится, вѣдь, только отрицательное элек-
тричество. Чтобы послѣднее объяснить мы должны были бы
принять, что электричество въ противовѣсъ отталкивающей
его силѣ направляется внизъ, чтобы имѣть возможность
уйти черезъ палецъ въ землю. Поэтому первое объясненіе,
лишенное такихъ натяжекъ, лучше. Впрочемъ, не трудно
и прямо доказать, что палецъ заряжается отрицательнымъ
электричествомъ.
Итакъ, электризованіе раздѣленіемъ даетъ электричество
противоположное тому, съ которымъ мы производимъ нашъ
опытъ. Этимъ методомъ мы можемъ заряжать тѣла отрица-
тельнымъ электричествомъ, дѣйствуя на нихъ натертой сте-
клянной палочкой, и положительнымъ электричествомъ,
дѣйствуя на нихъ сургучомъ.
Раздѣляющее дѣйствіе можетъ происходить не только
черезъ воздухъ, но и черезъ другіе непроводники, какъ
напримѣръ, стекло, твердая смола и т. д., почему эти не-
проводники и называются еще діэлектрическими тѣ-
лами.
Покроемъ стеклянную пластинку съ обѣихъ сторонъ
станніолемъ или серебряной бумагой такъ, чтобы остава-
лись непокрытыми края стекла въ нѣсколько сантиметровъ
шириной. Если мы зарядимъ положительнымъ электриче-
ствомъ одну обкладку, то на второй тотчасъ же произойдетъ
раздѣленіе электричества, отрицательное ея электричество
будетъ притянуто, а положительное—оттолкнуто и, если мы
прикоснемся пальцемъ, второе уйдетъ въ землю. Но притя-
нутое отрицательное электричество будетъ дѣйствовать раз-
дѣляющимъ образомъ на первую обкладку, вслѣдствіе чего
послѣдняя получитъ способность принять новое количество
положительнаго электричества. Благодаря этому притяги-
вающему и раздѣляющему дѣйствію обѣихъ металлическихъ
поверхностей другъ на друга, мы можемъ на нихъ нако-
плять большія количества положительнаго и отрицательнаго
электричества.
Такой аппаратъ называется поэтому сгустителемъ или
конденсаторомъ, а по имени его изобрѣтателя—доской
Франклина. Болѣе удобна и распространена другая форма
конденсатора, извѣстная подъ названіемъ лейденской банки
или банки Клей ста. Она представляетъ собой стеклянный
сосудъ большей частью цилиндрическій (фиг. 431), выло-
женный внутри и снаружи станніолемъ съ непокрытымъ
— 471 —
краемъ шириною въ нѣсколько сантиметровъ, сверху за-
крытый крышкой изъ твердой смолы или пробкой, покры-
той сургучомъ; черезъ середину крышки вставленъ въ со-
судъ металлическій стержень, внизу соединенный съ вну-
тренней обкладкой, а наверху оканчивающійся металличе-
скимъ шарикомъ. Если эту склянку помѣстить на проводя-
щую подставку, мы можемъ повторнымъ прикосновеніемъ
къ шарику натертой стеклянной палочкой собирать внутри
склянки значительныя количества положительнаго электри-
чества, а на наружной обкладкѣ почти такія же количества
отрицательнаго электричества; послѣднія образуются въ ней
раздѣленіемъ и будутъ удерживаться положительнымъ элек-
тричествомъ внутренней обкладки, тогда какъ ея положи-
тельное электричество будетъ уходить въ землю.
Если соединить наружную обкладку банки
и шарикъ проводникомъ, будь это металлическій
проводникъ (разрядникъ) или человѣческое тѣло,
то еще до соприкосновенія происходитъ элек-
трическій разрядъ въ формѣ электрической
искры. Человѣческое тѣло получаетъ при та-
комъ разрядѣ болѣе или менѣе сильное сотря-
сеніе. Болѣе слабыя искры можно наблюдать
даже при натираніи стекла или сургуча.
Что это за искра, столь похожая на движу-
щуюся огненную массу? Не само ли это элек-
тричество? Нѣтъ, это послѣднее невидимо, а
искры получаются потому, что при переходѣ - 431
электричества съ одного проводника на другой,
воздухъ нагрѣвается до каленія, да и мелкія частицы ме-
талла отрываются отъ проводника и, накалившись, превра-
щаются въ пары.
Если мы проводимъ электричество черезъ массивный
металлическій шаръ, то оно проходитъ и черезъ внутреннюю
часть шара, но оставаться внутри проводника электричество
не можетъ: такъ какъ массы одноименнаго электричества
взаимно отталкиваются, то онѣ всегда должны сконцентри-
роваться на поверхности тѣла. Поэтому разъ электричество
приходитъ въ какомъ нибудь проводникѣ въ равновѣсіе, то
оно всегда находится только на его поверхности. Если про-
водникъ имѣетъ форму шара, то электричество распредѣ-
ляется на его поверхности всегда равномѣрно, такъ что на
каждый квадратный сантиметръ приходится равное коли-
чество электричества. Количество электричества, находя-
щееся на единицѣ поверхности тѣла, называется плот-
ностью электричества. Если же проводникъ имѣетъ про-
долговатую форму, напримѣръ, форму стержня, то вз. кон-
цахъ его плотность электричества должна быть больше,,
такъ какъ, взаимно отталкиваясь, массы электричества стре-
— 472 —
мятся удалиться на наибольшее разстояніе. Вотъ почему
на всѣхъ выступахъ, граняхъ, концахъ или остріяхъ про-
водника плотность электричества — наибольшая. Въ такихъ
мѣстахъ электричество также всего легче истекаетъ изъ
проводника и замѣняется противоположнымъ электриче-
ствомъ, на чемъ основано такъ называемое всасывающее
дѣйствіе острія.
Отъ электрической плотности слѣдуетъ отличать элек-
трическое напряженіе или, какъ выражается спеціа-
листъ, электрическій потенціалъ. Потенціалъ имѣетъ та-
кое же значеніе въ электричествѣ, какое температура имѣетъ
въ ученіи о теплотѣ. Какъ въ случаѣ двухъ тѣлъ съ нерав-
ной температурой, теплота переходитъ изъ болѣе теплыхъ
мѣстъ въ болѣе холодныя до тѣхъ поръ, пока температура
не становится вездѣ одинаковой, такъ и электричество пе-
реходитъ— но гораздо быстрѣе — изъ мѣстъ съ болѣе высо-
кимъ напряженіемъ въ мѣста съ менѣе высокимъ до тѣхъ
поръ, пока напряженіе это не становится вездѣ одинако-
вымъ. Такимъ образомъ, если электричество находится на
какомъ нибудь проводникѣ въ покоѣ, то и напряженіе на
немъ вездѣ одинаковое: не будь этого, электричество не
оставалось бы въ покоѣ. Шарообразный проводникъ имѣетъ
вездѣ равную плотность, и равное напряженіе, а продолго-
ватый или заостренный проводникъ имѣетъ вездѣ равное
напряженіе, но не вездѣ равную плотность. Съ увеличе-
ніемъ заряда увеличиваются въ равномъ отношеніи и на-
пряженіе и плотность. Если два проводника имѣютъ такую
величину и форму и вобще такъ устроены, что при сооб-
щеніи имъ равныхъ количествъ электричества въ нихъ
образуются равныя напряженія, то говорятъ, что они имѣютъ
равную электроемкость. Единицей электроемкости счи-
тается электроемкость шара въ одинъ сантиметръ радіусомъ,
свободнаго отъ всякихъ вліяній сосѣднихъ проводниковъ.
При такой единицѣ электроемкость большихъ шаровъ равна
ихъ радіусу въ сантиметрахъ. Если сообщить равныя коли-
чества электричества друмъ удаленнымъ другъ отъ друга
шарамъ въ 1 и 2 сантиметра радіусомъ, то зарядъ у нихъ
будетъ равный, но плотность второго шара будетъ въ че-
тыре, раза меньше плотности перваго, а напряженіе вдвое
меньше: количество электричества = электроемкость X на-
пряженіе.
Многое еще можно было бы сообщить поэтому поводу,
но мы должны ограничиться сказаннымъ, чтобы имѣть воз-
можность обратиться къ другимъ явленіямъ электричества,
играющимъ въ повседневной жизни болѣе важную роль.
— 473 —
ЛЕКЦІЯ СЕМЬДЕСЯТЪ ТРЕТЬЯ.
Гроза. Молнія. Опасность отъ удара молніи. Предохранительныя мѣры
для защиты отъ этой опасности. Громоотводъ. Смерть отъ удара
молніи.
Гроза и молнія принадлежатъ къ самымъ великолѣп-
нымъ явленіямъ природы. Еще въ 1698 году Валлъ вы-
сказалъ предположеніе, что молнія есть электрическая искра,
и въ 1752 году Франклинъ доказалъ правильность этого
допущенія; пустивъ въ облачный день бумажнаго змѣя съ
металлическимъ остріемъ, онъ сталъ получать изъ смочив-
шейся бичевы электрическія искры. Опытъ этотъ былъ впо-
слѣдствіи съ успѣхомъ повторенъ съ высокими желѣзными
шестами, наверху заостренными. Но атмосфера заряжена
электричествомъ не только во время грозы, а и при без-
облачномъ небѣ и въ тихую погоду. Наблюдаютъ это элек-
тричество съ помощью хорошихъ электроскоповъ, снабжен-
ныхъ приспособленіями для накопленія электричества; какъ
показалъ опытъ, наиболѣе удобно для этого употребиіъ пламя
или тлѣющія дымящіяся тѣла, какъ трутъ, курительныя
свѣчки и т. д.
Относительно земли атмосфера оказывается обыкновенно
заряженной положительнымъ электричествомъ. Есть осно-
ванія думать, что земля сама заряжена отрицательнымъ
электричествомъ и что черезъ вліяніе она вызываетъ въ
атмосферѣ электричество положительное. Изслѣдованія но-
вѣйшаго времени привели въ этой области къ совершенно
новымъ объясненіямъ, но мы здѣсь о нихъ разсказать не
можемъ.
Удовлетворительнаго объясненія происхожденія грозы и
молніи у насъ нѣтъ еще. Несомнѣнно, повидимому, одно, а
именно, что на явленія,, сопровождающія грозу, какъ силь-
ный вѣтеръ, образованіе облаковъ и т. д., слѣдуетъ смо-
трѣть, не какъ на слѣдствія, а какъ на причины электри-
ческихъ процессовъ.
Теорій происхожденія грозы насчитываютъ до настоящаго
времени до пятидесяти. Мы не станемъ обсуждать здѣсь
критически всѣхъ этихъ теорій, а ограничимся разрѣше-
ніемъ практическаго вопроса, какъ всего лучше охранить
себя и зданія отъ опасности, представляемой молніей. Во-
просъ этотъ въ высшей степени важенъ: въ Германіи съ
1850 года опасность эта по невыясненнымъ еще причинамъ
возросла болѣе, чѣмъ втрое. Пытались объяснить это явле-
ніе уничтоженіемъ лѣсовъ и усиленнымъ употребленіемъ
желѣза въ видѣ всевозможныхъ сооруженій. Но это объяс-
неніе оказалось неправильнымъ, такъ какъ опасность эта
возросла и въ мѣстахъ, гдѣ, наоборотъ, занимались разве-
— 474 —
деніемъ лѣсовъ и гдѣ никакихъ значительныхъ желѣзныхъ
сооруженій не было. Во Франціи было отъ 1835 до 1863 года
поражено молніей 6.714 человѣкъ, изъ которыхъ 2.238 чело-
вѣкъ было убито. Въ Пруссіи было отъ 1869 до 1872 года
убито молніей 369 человѣкъ. Ясно, что очень полезно
узнать, что слѣдуетъ дѣлать, чтобы по возможности предо-
хранить себя отъ этой опасности.
Что касается людей, то въ большинствѣ случаевъ они
бываютъ поражены молніей въ открытомъ полѣ подъ дере-
вомъ, гдѣ они ищутъ защиты отъ дождя. Многое при этомъ
зависитъ отъ сорта дерева, подъ которымъ человѣкъ скры-
вается. Всего чаще поражаются молніей дубы, всего рѣже
буковыя деревья, такъ какъ они хуже, повидимому, прово-
дятъ электричество. Поэтому, не слѣдуетъ оставаться во
время грозы подъ одиноко стоящими деревьями. Менѣе опа-
сно оставаться въ густомъ лѣсу и въ особенности подъ де-
ревьями, которыя не выше другихъ деревьевъ. Опасно так-
же оставаться во время грозы на обособленныхъ высокихъ
мѣстахъ. Даже въ низменныхъ мѣстахъ человѣческое тѣло
своими выступающими краями привлекаетъ къ себѣ молнію и
она поражаетъ его тѣмъ легче, чѣмъ болѣе влажна земля, на
которой человѣкъ стоитъ. Поэтому, въ такихъ случаяхъ
всего лучше растянуться на землѣ. Наоборотъ, въ сухой
скалистой мѣстности опасность, угрожаемая молніей, меньше.
Опасно также оставаться на желѣзнодорожномъ полотнѣ или
вблизи него, какъ и близъ металлическихъ водопроводныхъ
трубъ, а въ желѣзнодорожномъ вагонѣ мы въ полной безопас-
ности, такъ какъ вполнѣ окружены металлическими мас
сами—хорошими проводниками. Нѣкоторые полагаютъ, что
бѣгъ увеличиваетъ опасность, такъ какъ молнія слѣдуетъ за
токомъ воздуха. Вѣрно то, что если сильно дуть на вольтову
дугу, то она отклоняется въ сторону и даже можетъ потух-
нуть; тѣмъ не менѣе трудно допустить, чтобы имѣлъ за-
мѣтное вліяніе тотъ ничтожный токъ воздуха, который обра-
зуетъ человѣкъ, когда онъ бѣжитъ. Укрыться отъ молніи
подъ шелковымъ зонтикомъ столь же безсмысленно, какъ
если бы солдатъ захотѣлъ бы защититься зонтикомъ отъ
пули.
Оставаться во время грозы въ домѣ въ общемъ безопас-
нѣе, чѣмъ подъ открытымъ небомъ, но и здѣсь имѣютъ свое
значеніе нѣкоторыя обстоятельства. Если въ домѣ устроенъ
хорошій громоотводъ, то онъ защищаетъ и людей, которые
въ томъ домѣ находятся. Если громоотвода въ домѣ нѣтъ,
то верхніе этажи болѣе опасны, чѣмъ нижніе, а погребъ—
самое безопасное помѣщеніе. Оставаться у окна не слѣ-
дуетъ, но закрыто ли окно или открыто, почти безразлично.
Наиболѣе опасны такіе дома, неимѣющіе громоотводовъ,-въ
которыхъ устроены и проведены до самаго верха водо-и
— 475 —
тазопроводъ, какъ и тѣ, въ которыхъ имѣются большія
массы металла; опасны, напримѣръ, колокольни. Не слѣдуетъ
въ комнатѣ оставаться близъ металлическихъ предметовъ й
въ особенности подъ металлической висячей лампой. Из-
вѣстно множество случаевъ, когда были убиты молніей
люди, сидѣвшіе именно подъ висячей лампой. Не слѣдуетъ
также оставаться близъ камина или печки и въ особенности
въ то время, когда разведенъ огонь: какъ показалъ опытъ,
столбы дыма проводятъ электричество, а острія пламени
притягиваютъ его.
Лучшей защитой отъ молніи является при всякихъ
обстоятельствахъ хорошо устроенный громоотводъ. Разска-
жемъ о немъ немного подробнѣе.
Это плодотворное изобрѣтеніе было впервые придумано
Франклиномъ, но осуществлено не имъ.Впервые громо-
отводъ былъ устроенъ
ради научныхъ наблю-
деній Делибаромъ и Де-
лоромъ въ 1752 году въ
Парижѣ. Первый аппа-
ратъ, предназначенный
собственно для защиты
отъ молніи, былъ устро-
енъевященникомъ Ди-
ви ш е м ъ въПрендицѣ
(Моравіи), за что ему
пришлось претерпѣть
немало непріятностей.
Независимо отъ Франк-
лина громоотводъ былъ
также придуманъ Вин-
клеромъ.
Каждый громоотводъ состоитъ изъ трехъ частей: стержня
съ остріемъ, надземнаго и подземнаго провод-
ника.
Стержень (фиг. 432 аЪ) долженъ возвышаться надъ
всѣми остальными частями зданія настолько, чтобы линія
ат, проведенная отъ острія его къ землѣ подъ угломъ
въ 25 — 30°, не пересѣкала крыши, ни даже ея выступовъ.
На зданіяхъ особенно опасныхъ, какъ пороховые магазины,
этотъ уголъ долженъ быть величиной не менѣе 55°. На
зданіяхъ болѣе или менѣе длинныхъ устраивается нѣ-
сколько стержней. Какъ мы уже сказали, стержень долженъ
оканчиваться остріемъ. Чтобы послѣднее не ржавѣло, его
часто золотятъ. Это однакоже не такъ важно. Болѣе важно
то, чтобы поперечный разрѣзъ стержня былъ достаточно
великъ, такъ какъ иначе молнія можетъ расплавить его.
Берутъ обыкновенно стержень діаметромъ въ 21/»—3 санти-
— 476 —
метра. Наконецъ, стержень долженъ быть также хорошо
укрѣпленъ.
Надземный проводникъ (фиг. 432 ЪсЛе) долженъ
быть непрерывнымъ, металлическимъ и достаточной тол-
щины. Дѣлается онъ изъ желѣза или мѣди. Въ случаѣ
мѣднаго проводника, достаточенъ діаметръ въ 5—7 милли-
метровъ, а въ случаѣ желѣзнаго проводника толщина его
должна быть, по меньшей мѣрѣ, въ пять разъ больше, такъ
какъ желѣзо худшій проводникъ, чѣмъ мѣдь. Преимуще-
ства желѣза—болѣе высокая точка плавленія и большая де-
шевизна, но зато мѣдь не ржавѣетъ и болѣе удобна.
Если проводникъ состоитъ изъ нѣсколькихъ кусковъ, то
они должны быть хорошо соединены винтами или закле-
пами, а не просто спаяны. Если въ домѣ имѣются большія
металлическія массы, то онѣ должны быть соединены съ
проводникомъ, во избѣжаніе побочныхъ электрическихъ
разрядовъ.
Подземный проводникъ (фиг. 432 с/) имѣетъ осо-
бенно важное значеніе; именно эта часть оказывается во
многихъ громоотводахъ плохо устроенной и потому не
только безполезной, но даже вредной. Во избѣжаніе ржавѣ-
нія она приготовляется изъ мѣди и соединяется, гдѣ только
это возможно, съ металлическими водопроводными и газо-
проводными трубами. Подземный проводникъ оканчивается
мѣдной пластиной величиной въ 1 квадратный метръ или—
еще лучше—сшитой изъ мѣдныхъ, полосъ граблей (фиг. 432 /*),
доходящей до подпочвенной воды или опущенной, по край-
ней мѣрѣ, въ яму, наполненную водой. Согласно разсче-
тамъ автора при одной и той же затратѣ мѣди проводникъ
въ видѣ грабли въ 2х/а раза лучше дѣйствуетъ, чѣмъ въ
видѣ пластины. Тамъ, гдѣ это возможно, подземный про-
водникъ проводятъ до какого нибудь воднаго бассейна. Со-
противленіе отъ острія до земли считаютъ равнымъ не бо-
лѣе 10 омъ г). Отъ времени до времени необходимо провѣ-
рять, хорошо ли соединенъ надземный проводникъ съ под-
земнымъ.
Въ большихъ зданіяхъ устраивается на противополож-
ныхъ мѣстахъ нѣсколько подземныхъ и надземныхъ про-
водниковъ. Въ такихъ случаяхъ очень полезно соединять
всѣ подземные проводники однимъ мѣднымъ канатомъ.
Хорошо устроенный громоотводъ вполнѣ защищаетъ отъ
молніи какъ домъ, такъ и его обитателей.
Въ случаѣ удара молніи поражается или вся нервная
система, или только мышцы дыханія. Въ первомъ случаѣ
смерть наступаетъ немедленно,- а во второмъ случаѣ чело-
вѣка можно еще спасти. Когда поражаются молніей мышцы
') Это выраженіе мы объяснимъ въ слѣдующей лекціи.
— 477 —
дыханія, онѣ парализуются и человѣкъ начинаетъ зады-
хаться, но съ помощью искусственнаго дыханія можно та-
кого человѣка спасти, какъ спасаютъ утопленника. Искус-
ственнымъ дыханіемъ (поперемѣннымъ вытягиваніемъ и
сложеніемъ рукъ на груди) часто удается въ такихъ слу-
чаяхъ спасти человѣка.
ЛЕКЦІЯ СЕМЬДЕСЯТЪ ЧЕТВЕРТАЯ.
Вольтовъ элементъ. Электродвигательная сила. Электрическій токъ.
Постоянные элементы. Амперъ, вольтъ и омъ. Законъ Ома.
Извѣстно, что Вольта, провѣряя наблюденіе Галь-
вани, въ концѣ XVIII столѣтія открылъ такъ называемый
вольтовъ столбъ.
Съ тѣхъ поръ опыты Вольта не всегда находили одина-
ковое объясненіе. Мы не будемъ, однако, здѣсь разсказывать-
о тѣхъ измѣненіяхъ, которымъ подверглось съ тѣхъ поръ
объясненіе этихъ опытовъ, а прямо перейдемъ къ наиболѣе
распространенному въ настоящее время объясненію вольтова
столба. Если въ стаканъ съ разведенной сѣрной кислотой
опустить брусокъ химически чистаго цинка, то въ первый же
моментъ эта кислота дѣйствуетъ на цинкъ и образуется
сѣрнокислый цинкъ. Но это дѣйствіе тотчасъ прекращается.
При этомъ отъ цинка въ сѣрной кислотѣ отталкивается не-
большое количество положительнаго электричества; съ по-
мощью хорошаго электроскопа мы можемъ убѣдиться въ
томъ, что кислота наэлектрилизована положительно, а.
цинкъ — отрицательно. Мы приписываемъ это силѣ, вызы-
ваемой химическимъ дѣйствіемъ въ мѣстахъ соприкоснове-
нія цинка съ кислотой и называемъ ее электродвига-
тельной силой. Это движеніе электричества связано съ
химическимъ дѣйствіемъ такъ, что ни одно не наступаетъ
безъ другого и что обратное дѣйствіе электричества вызы-
ваетъ и обратное химическое дѣйствіе, т. е. выдѣляетъ
цинкъ изъ сѣрнокислаго цинка и возстановляетъ сѣрнук>
кислоту. Этимъ объясняется и то, что этотъ процессъ тот-
часъ прекращается: продолжайся онъ дальше, на цинкѣ к
кислотѣ накопились бы такія количества отрицательнаго и
положительнаго электричества, что они образовали бы обрат-
ный токъ, а такъ какъ этотъ послѣдній сопровождается про-
тивоположнымъ химическимъ дѣйствіемъ, то въ результатѣ
должно получиться прекращеніе всякаго дѣйствія.
Иначе обстоитъ дѣло, если мы отводимъ оба рода элек-
тричества, давая возможность образованію новыхъ коли-
чествъ электричества. Соединивъ кислоту и цинкъ провод-
— 478 —
Фиг.433.
никомъ, на который кислота не дѣйствуетъ (напримѣръ, изъ
мѣди, платины или угля), мы даемъ возможность противо-
положнымъ электричествамъ соединяться въ формѣ постоян-
наго тока и въ то же время дѣлаемъ возможнымъ про-
долженіе химической реакціи, т. е. дѣйствія кислоты на
цинкъ съ образованіемъ сѣрнокислаго цинка.
Такое сочетаніе цинка, кислоты и вто
рого, свободнаго отъ дѣйствія кислоты, ме-
талла или угля называется вольтовымъ
элементомъ (называютъ его еще галь-
ваническимъ элементомъ, но это непра-
вильно) (фиг. 483). Съ переходомъ цинка
въ сѣрнокислый цинкъ связано выдѣленіе
водорода; послѣдній выдѣляется, покуда идетъ
токъ, на проводникѣ, соединяющемъ цинкъ
съ кислотой, т. е. напримѣръ, на мѣди, пла-
тинѣ или углѣ. Подъ дѣйствіемъ водорода
поверхность этихъ тѣлъ измѣняется и они
тогда начинаютъ дѣйствовать такъ, какъ
цинкъ, вызывая противоположнаго направле-
нія токъ, уничтожающій дѣйствіе перваго
(поляризація цѣпи). Во избѣжаніе этого металлы раз-
дѣляютъ пористой стѣнкой изъ неглазированной гли-
ны такъ, чтобы цинкъ былъ окруженъ разведенной сѣрной
кислотой, а второй металлъ,—другой жидкостью, мѣшающей
такому дѣйствію
другой жидкостью, мѣшающей
элемента. Для мѣди, напримѣръ, берутѣ
Фиг. 436.
растворъ сѣрнокислой мѣди, а для платины или угля—кон-
центрированную азотную кислоту. Такъ получаются п о-
стоянные элементы Даніелля Грове и'Бунзена,
схематическій рисунокъ которыхъ данъ на фиг. 434.
Въ элементахъ Даніелля и Бунзена такой раздѣляющей
— 479 —
элементъ заряжается
Фиг. 437.
и пористой стѣнкой является глиняный сосудъ Т (фиг. 435
и 436). Вмѣсто второй жидкости часто берутъ и такія твер-
дыя тѣла въ порошкѣ, которыя легко отдаютъ кислородъ,
какъ перекиси. Примѣромъ такихъ элементовъ можетъ слу-
жить часто употребляемый элементъ Ленкланше, въ ко-
торомъ уголь окруженъ перекисью марганца, а сѣрная ки-
слота замѣнена растворомъ нашатыря.
Наконецъ, очень важнымъ еще элементомъ является
свинцовый аккумуляторъ (фиг. 437), состоящій изъ
двухъ свинцовыхъ пластинъ, изъ которыхъ одна покрыта
перекисью свинца, и обѣ помѣщены въ сосудъ съ 30%
растворомъ сѣрной кислоты. Этотъ
подъ дѣйствіемъ другого электриче-
скаго тока и отдаетъ электричество
при разрядѣ въ обратномъ направле-
ніи, причемъ и здѣсь перекись воз-
становляется.
Электродвигательная си-
ла, съ которой эти элементы приво-
дятъ электричество въ движеніе, из-
мѣряется единицей, названной въ
честь Вольта вольтомъ. Электро-
двигательная сила элемента Даніел-
ля = 1,1 вольтамъ, элемента съ уг-
лемъ (Бунзена) = 1,8, элемента съ
платиной (Грове) = 1,8, элемента Лекланпіе = 1,4 и свинцова-
го элемента = 2 вольтамъ. Важно еще помнить, что сила эта
совершенно не зависитъ отъ величины элементовъ. Выше
мы уже замѣтили, что одна разность напряженія вызываетъ
движеніе электричества и что электрическое напряженіе
есть величина аналогичная температурѣ. Если привести
въ соприкосновеніе два тѣла съ разностью температуръ въ
1°, то стремленіе теплоты къ переходу отъ болѣе нагрѣтаго
къ менѣе нагрѣтому тѣлу равно, велико, независимо отъ
того, велики, ли эти тѣла или малы. Точно также и стремле-
піе вызвать электрическій токъ при существованіи разницы
напряженія въ 1 вольтъ равно велико, независимо отъ
того, велики ли пластинки или нѣтъ. Количество электричества
выдѣляемое элементомъ въ секунду, называется силой
тока. Оно измѣряется единицей, названной въ честь фран-
цузскаго физика Ампера амперомъ.
Проходя по проводнику, электрическій токъ встрѣчаетъ
сопротивленіе. Это сопротивленіе тѣмъ больше, чѣмъ
длиннѣе проводникъ и меньше его илощадь поперечнаго
разрѣза и, кромѣ того, зависитъ отъ природы проводника.
Единица, служащая для измѣренія этого сопротивленія, на-
зывается омомъ. По нѣкоторымъ соображеніямъ, которыхъ
мы здѣсь излагать не можемъ, избрали въ качествѣ такой
— 480 —
единицы сопротивленіе ртутнаго столба длиной въ 106,3 сан-
тиметра и толщиной въ одинъ квадратный миллиметръ при 0°.
Связь между этими тремя единицами такова, что въ провод-
никѣ съ сопротивленіемъ въ 1 омъ, на концахъ котораго суще-
струетъ напряженіе въ 1 вольтъ, образуется токъ съ силой
въ 1 амперъ. Вообще, слѣдуетъ принять, что сила тока=
__напряженіе или электродвигательная сила
сопротивленіе
Это соотношеніе называется закономъ Ома и лежитъ
въ основѣ всѣхъ разсчетовъ гальванометріи.
Дѣйствіе такого вольтова элемента; соединеннаго съ про-
водникомъ, по которому течетъ токъ, не трудно представить
себѣ съ помощью аналогичной картины. Представимъ себѣ
пожарную трубу, насасывающую воду и направляющую ее
въ каучуковую трубу, второй конецъ которой ведетъ опять
къ пожарной трубѣ, такъ что вода двигается въ кругово-
ротѣ. Двигательная сила насоса соотвѣтствуетъ электродвига-
тельной силѣ, давленіе вызываемое ею, слѣдовательно соотвѣт-
ствуетъ напряженію, сопротивле-
ніе, которое встрѣчаетъ вода, со-
отвѣтствуетъ электрическому со-
противленію и, наконецъ, количе-
ство воды, проходящее въ се-
кунду черезъ поперечникъ труб-
ки, соотвѣтствуетъ количеству
электричества, или иначе, силѣ
электрическаго тока. Ясно, что
эта сила тока должна быть про-
порціональна силѣ насбса (элек-
тродвигательной силѣ) и обрат-
но пропорціональна сопротивле-
нію всей трубки. Если трубка длиннѣе или тоньше, то сопроти-
вленіе больше, и въ томъ же отношеніи сила тока меньше.
Если мы работаемъ двумя насосами такъ, что вода изъ
одного насоса переходитъ въ другой, то двигательная сила
становится вдвое больше, а съ ней увеличивается вдвое и
сила тока. Точно также увеличивается вдвое электродвига-
тельная сила, если мы соединяемъ два вольтовыхъ эле-
мента.
Такое сочетаніе элементовъ мы называемъ вольтовой
баттареей. На фиг. 438 изображенъ схематическій рису-
нокъ такой баттареи.
Все сопротивленіе такой баттареи состоитъ изъ двухъ
частей: сопротивленія проводящей проволоки (соотвѣтствую-
щей каучуковой трубкѣ насоса) и сопротивленія самого эле-
мента (соотвѣтствующаго насосу).
Рѣшимъ одинъ численный примѣръ. Элементъ Бунзена
имѣетъ электродвигательную силу въ 1,8 вольта и при обыч-
481 —
ной величинѣ—внутреннее сопротивленіе въ 0,1 ома. Мѣдная
проволока въ 10 метровъ длиной и одинъ квадратный мил-
лиметръ толщиной оказываетъ сопротивленіе въ 0,15 ома.
Какую силу тока мы получимъ, если мы замкнемъ элементъ
Бунзена такой проволокой? Сопротивленіе всего круга —
— о,1 н- 0,15 = 0,25 ома, откуда слѣдуетъ, что сила тока =
__ электро двигательная сила 1,8 7 2
все сопротивленіе 0,25 ’ ампеРа-
Теперь соединимъ два элемента разноименными полюсами
(послѣдовательное соединеніе) (фиг. 488); все сопротивленіе
равно тогда 0,1 +• 0,1 -+- 0,15 = 0,35 ома, электродвигатель-
ная сила = 1,8 -+- 1,8 = 3,6 и, слѣдовательно, сила тока =
= = ю,3 ампера. Если и длина проволоки вдвое боль-
ше, то все сопротивленіе = 0,1 -ь 0,1 -4-0,15 -+- 0,15 = 0,5 ома,
и, слѣдовательно, сила тока = = 7,2 ампера, какъ въ
первомъ случаѣ.
Соединимъ теперь оба элемента
Бунзена одноименными полюсами,
т. е. уголь съ углемъ и цинкъ съ
цинкомъ (параллельное соединеніе),
какъ это изображено на фиг. 439.
Здѣсь токъ находитъ внутри элемен-
товъ двойной поперечный разрѣзъ,
такъ что внутреннее сопротивленіе
должно быть такимъ, какъ въ одномъ
элементѣ вдвое большей величины,
т. е. должно быть вдвое меньше пре-
дыдущаго, и, слѣдовательно, равно
0,05, а электродвигательная сила не бо-
льше, чѣмъ въ прежнемъ элементѣ,
т. е. равна 1,8. Замкнувъ такой двойной элементъ проволокой
въ 10 метровъ длинойи 0,15 ома сопротивленія, мы получаемъ,
18 18
что сила тока = = 9,0 ампера.
Подобнымъ же ’образомъ рѣшаются всѣ такія. задачи.
Рѣшая ихъ, , легко убѣдиться въ томъ, что въ случаѣ очень
большого сопротивленія проводника (длинныя телеграфныя
проволоки) болѣе выгодно послѣдовательное сочетаніе эле-
ментовъ, а въ случаѣ ничтожнаго внѣшняго сопротивленія
выгодно параллельное сочетаніе элементовъ.
Фиг. 439.
— 482 —
ЛЕКЦІЯ СЕМЬДЕСЯТЪ ПЯТАЯ.
Химическія дѣйствія тона. Электролизъ. Гальванопластика. Гальвани-
зація. Магнитныя дѣйствія тона. Электромагниты. Гальванометръ. Аппа-
раты для измѣренія сопротивленія тока. Элеитромагнитный телеграфъ.
Познакомившись съ вольтовыми элементами, описанными
въ предыдущей лекціи, мы можемъ перейти къ изученію
дѣйствій электрическаго тока. Токи, полученные треніемъ,
слишкомъ для этого слабы. Эти дѣйствія тока мы можемъ
раздѣлить на химическія, магнитныя и термиче-
скія дѣйствія.
Химическое дѣйствіе электрическаго тока
состоитъ въ томъ, что онъ разлагаетъ всѣ жидкости, кото-
рыя его проводятъ Этотъ процессъ называется электро-
лизомъ, подлежащая разложенію жидкость называется
электролитомъ, мѣста, въ которыхъ токъ входитъ и
выходитъ, называются электродами; кромѣ того, мѣсто,
гдѣ токъ входитъ, называется анодомъ, а мѣсто, въ ко-
ромъ выходитъ,—к а т о д о м ъ; составныя части, на которыя
электролитъ разлагается, называются іонами. Разсмотримъ
нѣсколько типичныхъ случаевъ. Если мы проводимъ элек-
трическій токъ черезъ расплавленную поваренную соль, то
она распадается на натрій, выдѣляющійся на катодѣ, и
хлоръ, выдѣляющійся на анодѣ. Если мы повторимъ тотъ
же. опытъ съ растворомъ поваренной соли, то сначала прои-
зойдетъ то же самое, но выдѣленный натрій сейчасъ соеди-
нится съ кислородомъ воды въ окись натрія, которая рас-
творится, какъ натріева щелочь, въ избыткѣ воды, а водо-
родъ останется свободнымъ. Точно также соединяется хлоръ
съ водородомъ воды въ соляную кислоту, а кислородъ
остается, свободнымъ. Такимъ образомъ, мы послѣ пропуска-
нія тока получаемъ на катодѣ водородъ и на анодѣ кисло-
родъ, но въ жидкости щелочь натрія вновь соединяется съ
соляной кислотой, образуя поваренную соль и воду. Мо-
жетъ показаться, что соль вовсе не разлагается, а разла-
гается только вода. Но такое предположеніе было бы оши-
бочно, ибо совершенно чистая вода почти вовсе не прово-
дитъ тока, а потому очень мало разлагается. Также обстоитъ
дѣло и во многихъ другихъ случаяхъ. Первымъ результатомъ
дѣйствія тока является всегда выдѣленіе металла соли на
катодѣ и остальныхъ составныхъ частей ея— на анодѣ. Но
такъ дѣло остается только въ томъ случаѣ, если не насту-
паетъ вторичная реакція, и выдѣленный металлъ не всту-
паетъ вновь въ соединеніе. Примѣромъ такого рода можетъ
служить случай разложенія раствора сѣрнокислой мѣди
(мѣднаго купороса). Если нагрѣвать мѣдь на воздухѣ, она
— 483 —
какъ извѣстно, окисляется въ черную окись мѣди, легко
растворяющуюся въ сѣрной кислотѣ. Мы получаемъ тогда
жидкость красиваго синяго цвѣта, которая при испареніи
даетъ синіе кристаллы мѣднаго купороса. Наливъ растворъ
этой' соли въ стаканъ, мы опускаемъ въ наго двѣ мѣдныя
пластинки, соединенныя съ полюсами вольтовой батареи.
Мѣдь тотчасъ же выдѣляется изъ раствора на мѣдной пла-
стинкѣ, образующей катодъ, въ видѣ металлическаго слоя,
но въ то же время кислородъ и сѣрная кислота, выдѣлив-
шіеся на анодѣ, соединяются съ такимъ же количествомъ
мѣди второй мѣдной пластинки, такъ что вновь образуется
столько же мѣдной соли, сколько разлагается. Въ этомъ
случаѣ, слѣдовательно, единственнымъ результатомъ дѣй-
ствія тока является уменьшеніе количества мѣди на анодѣ
и увеличеніе его на катодѣ. Физикъ Якоби въ С. Петер-
бургѣ первый замѣтилъ; что слой выдѣленной на катодѣ
мѣди, послѣ отдѣленія отъ катода сохраняетъ вполнѣ всѣ
бывшія на немъ отпечатки, такъ что можетъ образовать
клише. Если мы тѣмъ же способомъ получимъ отъ этого
клише новый отпечатокъ, онъ будетъ представлять намъ
точную копію тѣхъ отпечатковъ, которые были на катодѣ.
Если катодомъ была монета, медаль или какой нибудь
рельефъ или другой проводникъ опредѣленной формы, мы
можемъ получить отъ нихъ сколько угодно копій. Это изо-
брѣтеніе называется гальванопластикой. Въ настоя-
щее время это изобрѣтеніе находитъ многообразное и весьма
важное примѣненіе въ художественной промышленноси, въ
графическомъ искусствѣ и т. д. Если мы въ качествѣ про-
водящей жидкости беремъ растворъ серебра, золота или
никкеля, то электрическій токъ тотчасъ же покрываетъ по-
груженный въ растворъ катодъ тонкимъ слоемъ металла;
при соотвѣтствующемъ составѣ раствора и правильно вы-
бранной силѣ тока слой получается довольно прочный.
Этотъ процессъ лежитъ въ основѣ гальваническаго
серебренія, золоченія, никкелиров анія. Далѣе
токомъ пользуются также для полученія металловъ и хи-
мическихъ соединеній въ большихъ размѣрахъ, какъ, на-
примѣръ, для полученія магнія, алюмія, кальція-карбида,
хлора для бѣленія. На большой алюминіевой фабрикѣ около
ІПафгаузена алюминій получается изъ содержащихъ гли-
ноземъ минералловъ съ помощью электрическаго тока, о
способѣ полученія котораго мы скажемъ ниже.
Магнитныя дѣйствія электрическаго тока
бываютъ двоякаго рода. В о-п е р в ы х ъ, кусокъ желѣза, не
имѣющій магнитныхъ свойствъ, становится магнитомъ, если
поперегъ него или—еще лучше - вокругъ него по многимъ
направленіямъ проводятъ токъ. Эти магнитныя свойства же-
лѣзо удерживаетъ до тѣхъ поръ, покуда течетъ токъ, но съ
32 іакаі ІОЧХ
— 484 —
прекращеніемъ послѣдняго оно ихъ теряетъ за исключе-
ніемъ небольшого остатка, который тѣмъ меньше, чѣмъ же-
лѣзо чище. Стальной стержень слабѣе намагничивается то-
комъ, но зато съ прекращеніемъ послѣдняго, онъ удержи-
ваетъ большую, часть своего магнитизма, что въ особен-
ности происходитъ тогда, когда стержень во время дѣйствія
тока находится въ движеніи или подвергается сотрясенію.
Во-вторыхъ, проводникъ, черезъ который проходитъ
токъ, приводитъ магнитъ въ движеніе, которое, смотря по
Фиг. 440.
Фиг. 441.
Фиг. 442.
Фиг. 443.
обстоятельствамъ, можетъ быть вращательнымъ или посту-
пательнымъ. При этомъ совершенно безразлично, есть ли
этотъ магнитъ самостоятельный стальной магнитъ или элек-
тромагнитъ, который самъ получился дѣйствіемъ тока на
желѣзо.
Разберемъ подробнѣе каждое изъ этихъ дѣйствій.
Обычныя формы электромагнита изображены на фиг. 440
и 441 схематически и на фиг. 442 и
443 въ полномъ видѣ. Слѣдуетъ обра-
тить вниманіе на то, какъ обвертывает-
ся проволокой подковообразный ма-
гнитъ. Само собой разумѣется, что
проволока предварительно обвивается
шерстью или шелкомъ, такъ какъ ина-
че токъ тотчасъ перешелъ бы на
желѣзо и направлялся бы вдоль него;
берется, обыкновенно, мѣдная прово-
лока. Лучше навернуть проволоку на
деревянныя катушки и эти послѣднія надѣвать на желѣзо, такъ
какъ въ такомъ случаѣ удобнѣе наворачивать проволоку и
есть возможность измѣнять способъ обвертки. Въ подково-
образномъ магнитѣ, изображенномъ на фиг. 443, два стержня
мягкаго желѣза ввинчены въ плоскую желѣзную пластинку.
Что касается положенія полюсовъ, то для опредѣ-
ленія его слѣдуетъ руководствоваться слѣдующимъ прави-
ломъ; если держать правую руку ладонью къ же-
— 485 —
лѣзу и концами пальцевъ въ сторону движенія
тока, то вытянутый большой палецъ указы-
ваетъ на сѣверный полюсъ магнита. Подково-
образный магнитъ, въ особенности въ послѣдней его формѣ
(фиг. 443) можно разсматривать, какъ сочетаніе двухъ магни-
товъ, два разноименныхъ полюса которыхъ встрѣчаются въ
нижней пластинкѣ и компенсируются. Сила электромагни-
товъ очень велика; она опредѣ-
ляется произведеніемъ изъ тока
на число оборотовъ проволоки.
При всемъ томъ для каждаго
куска желѣза существуетъ из
вѣстная граница, за предѣлами
которой его магнитизмъ болѣе
усиливаться не можетъ. Мы го-
воримъ тогда, что оно насыщено
магнитизмомъ.
Чтобы опредѣлить напра-
вленіе двигательюной си-
лы тока, дѣйствущей на
ФигЛ445.
магнитъ, мы можемъ пользо-
ваться предыдущимъ прави- дшИтшШШЯШ
ломъ: если держать правую
руку ладонью къ магниту, а кон-
цами пальцевъ въ сторону дви- Фиг. 446.
женія тока, то сѣверный полюсъ
отталкивается въ сторону вытянутаго большаго пальца, а
южный полюсъ—въ противоположную сторону. При этомъ,
смотря по обстоятельствамъ, получается поступательное или
вращательное движеніе магнита. Первое наступаетъ въ томъ
случаѣ, если мы немного вдвигаемъ прямой кусокъ желѣза
въ катушку, обвитую проволокой, по которой течетъ токъ
(фиг. 444); желѣзо тогда съ силой втягивается въ катушку.
Въ виду направленія тока, указаннаго стрѣлкой, вдвигае-
мый конецъ желѣза становится сѣвернымъ полюсомъ и
магнитъ движется внутри спирали влѣво. Если бы мы вдви-
гали желѣзо съ другой стороны (фиг. 445), то въ виду
того же направленія тока вдвигаемый конецъ желѣза сталъ
бы южнымъ полюсомъ и магнитъ двигался бы вправо. Какъ
только концы желѣза выдаются изъ катушки равными кон-
цами, обѣ силы уравновѣшиваются: обѣ стороны притяги-
ваютъ желѣзо такъ, что оно принимаетъ симметрическое
положеніе (фиг. 446).
Пропустимъ теперь токъ параллельно магнитной стрѣлкѣ
и надъ ней (фиг. 447). Въ виду направленія тока, указан-
наго стрѣлкой, сѣверный полюсъ, согласно нашему правилу,
отклонится влѣво, а южный полюсъ—вправо, и въ резуль-
татѣ получится вращательное движеніе стрѣлки. Если бы
— 486 —
земной магнитизмъ не стремился привести стрѣлку въ по-
ложеніе земного меридіана, она остановилась бы въ поло-
женіи, перпендикулярномъ къ направленію тока; въ виду
Фиг. 447.
же противоположнаго дѣйствія земного маг-
нитизма и даннаго тока, стрѣлка, отконив-
шись болѣе или менѣе, смотря по силѣ то-
ка, приходитъ въ положеніе равновѣсія. Что-
бы усилить это дѣйствіе тока, его проводятъ
по спирали, что схематически изображено на
фиг. 448.
Изложеннаго здѣсь достаточно, чтобы по-
лучить ясное представленіе объ основной
формѣ тѣхъ инструментовъ, которыми пѳль~
зуются для установленія присутствія тока и
измѣренія его силы. Инструменты эти бы-
ваютъ самой различной формы. Называются
они гальваноскопами и гальвано-
метрами. Если они устроены такъ, что от-
клоненіе стрѣлки прямо указываетъ на силу
тока въ единицахъ амперовъ, то они называ-
ются амперметрами (или, короче, аммет-
рами). Если эти инструменты имѣютъ много оборотовъ
тонкой Проволоки и, вслѣдствіе этого, очень большое
сравнительно съ источникомъ тока и остальными про-
водниками, сопротивленіе, то измѣряемая
сила тока пропорціональна напряженію,
и скала ихъ устраивается тогда такъ, что
она прямо показываетъ напряженіе въ
вольтахъ, и такіе инструменты называют-
ся вольтметрами.
Очень хорошіе и чувствительные галь-
ванометры имѣютъ множество оборотовъ
проволоки, легкіе, подвѣшенные на шел-
Фиг 448.. новой нити, магниты, соединенныя съ
маленькими зеркальцами величиной не
больше гривенника; отклоненіе этихъ магнитовъ наблю-
даютъ съ помощью зрительной трубки, направленной на
отраженную въ зеркалѣ горизонтальную скалу (зеркальный
гальванометръ). Инструменты эти такъ чувствительны, что
съ ихъ помощью можно измѣрить токъ, сила котораго не
превышаетъ одной билліонцой части ампера. Съ другой сто-
роны, есть и такіе инструменты, которыми можно измѣрить
токъ силой въ 1.000 и болѣе амперовъ.
Къ гальванометрическимъ инструментамъ относятся так-
же и аппараты для измѣренія сопротивленія
тока. Эти аппараты даютъ возможность быстро и сь точ-
ностью вводить въ цѣпь тока и исключать изъ нея сопро-
тивленія вполнѣ опредѣленнаго количества омовъ.
— 487 —
Часто употребляемая форма этого аппарага есть рео-
статъ (фиг. 449) Токъ проводится отъ зажима К' къ ру-
кояткѣ и оттуда, смотря по положенію послѣдней, въ одинъ
изъ контактовъ и въ натянутыя проволочныя спирали; чѣмъ
дальше вращается рукоятка вправо,
тѣмъ больше количество спиралей,
по которымъ токъ проходитъ. Прой-
дя по послѣдней спирали слѣва,
токъ выходитъ у К. -Такіе регули-
рующіе сопротивленіе инструмен-
ты, соединенные соотвѣтствующимъ
образомъ съ амперметромъ и вольт-
метромъ, даютъ возможность на,
такъ называемой, распредѣли-
тельной доскѣ ясно обозрѣть и
регулировать работу тока.
Практическія примѣненія элек-
тромагнита чрезвычайно велики:
онъ является превосходнымъ сред-
ствомъ, чтобы вызывать съ мгновен-
ной скоростью движенія на боль-
шихъ разстояніяхъ. Однимъ изъ
наиболѣе важныхъ примѣненій это-
го рода является электромаг-
нитный телеграфъ. Главная Фиг. 449.
его часть, пишущій аппаратъ М о р-
за (фиг. 450), состоитъ изъ подковообразнаго магнита ааЪЬ,
надъ полюсами котораго виситъ желѣзный якорь се, не-
подвижно соеди-
ненный съ рыча-
гомъ &І. Дѣй-
ствіемъ спираль-
ной пружины /
якорь притяги-
вается внизъ къ
полюсамъ магни-
та, но на нѣкото-
ромъ разстояніи
отъ нихъ остана-
вливается. Когда
токъ проходитъ
по проволокамъ,
якорь притяги-
вается пъ полю-
самъ, вслѣдствіе
Фиг. 450.
чего лѣвый конецъ рычага поднимается вверхъ и сидя-
щее на немъ остріе прижимается къ полоскѣ бумаги, увле-
каемой валькомъ г, приводимымъ въ движеніе дѣй-
— 488 —
ствіѳмъ часоваго механизма. Смотря по продолжитель-
ности тока, на бумагѣ получаются точки или черточки,, ком-
бинаціей которыхъ условились обозначать буквы азбуки.
На фиг. 451 схематически изображены остальныя части,
какъ и связь двухъ телеграфныхъ станцій: т' и т изобра-
жаютъ электромагниты обѣихъ станцій, з и з' — клавиши
(ключи), надавливаніемъ которыхъ телеграфистъ подаетъ
свой знаки; далѣе, каждая станція имѣетъ свою бата-
рею Ь, Ь', одинъ полюсъ которой соединенъ съ погружен-
ной въ землю металлической пластинкой Р, а второй по-
люсъ соединенъ съ одной стороны съ переднимъ штифтомъ
а, о который ударяется клавиша, а съ другой—съ электро-
магнитомъ и черезъ его проволоки съ заднимъ штифтомъ а1
клавиши. Отъ точки вращенія клавиши с тянется проводя-
щая проволока черезъ гальваноскопъ по линіи аа къ точкѣ
вращенія клавиши с'-второй станціи. Если хотятъ отъ А
подать знакъ въ А', пріемщикъ оставляетъ клавишу на
штифтѣ е. Его батарея Ъ‘ выдѣлена тогда изъ цѣпи. По-
дающій знакъ надавливаетъ клавишу на штифтѣ а, и токъ
идетъ изъ баттареи по а, е' АА'с'с къ электромагниту ту и
оттуда в-ъ пластинку Р' и черезъ землю и пластинку Р об-
ратно въ батарею Ь. Электромагнитъ т остается въ это
время внѣ цѣпи. Для большихъ разстояній устройство при-
бора бываетъ немного сложнѣе. Электромагниты т и т‘ въ
такихъ случаяхъ не прямо приводятъ въ движеніе пишу-
щій штифтъ, а вызываютъ токъ въ мѣстной батареѣ, кото-
рый лишь приводитъ въ движеніе пишущій аппаратъ. Для
проводокъ, соединяющихъ одну станцію съ другой, доста-
точенъ тогда болѣе слабый токъ, а токъ, приводящій въ
— 489 —
движеніе пишущій аппаратъ, сохраняетъ свою значитель-
ную силу, такъ какъ онъ протекать по этимъ проволокамъ
не долженъ. Въ этомъ случаѣ называютъ электромагниты т
и т' трансляторами (реле).
Выше мы сказали, что условились обозначать буквы
азбуки сочетаніями точекъ и черточекъ. Ниже мы приво-
водимъ такъ называемую азбуку Морзе. Подобными же зна-
ками изображаютъ числа, знаки препинанія и часто встрѣ-
чающіяся фразы.
А — I • • Е • —
Ае — — >7 8
В — • • • К — Т —
С — • - Г . — . . II
Ск М Ѵе • •
Р — . . № — V
Е о 17 • -
г . . — • Ое X — •
в Р У — •
Н • • • а X
Болѣе сложенъ печатающій теле гр а ф ъ Ю за, прямо
отпечатывающій телеграммы буквами.
ЛЕКЦІЯ СЕМЬДЕСЯТЪ ШЕСТАЯ.
Тепловыя и свѣтовыя дѣйствія электрическаго тока. Законъ Джуля.
Вольтааперъ или уаттъ, какъ мѣра электрической энергіи. Электриче-
ское отопленіе. Электрическія лампы съ накаливаніемъ. Вольтова дуга.
Опасности электрическаго освѣщенія.
Когда проводятъ электрическій токъ по проволокѣ или
по какому вибо дрѵгому проводнику, послѣдній нагрѣвается,
и, если токъ достаточно силенъ, проволока можетъ нака-
литься и даже расплавиться,
Мы беремъ кусокъ стальной проволоки и соединяемъ его
концы съ полюсами сильной батареи. Проволока сначала
накаливается до красна, потомъ до бѣла, а затѣмъ распла-
вляется, разбрасывая искры жидкихъ стальныхъ шариковъ,
которые падаютъ на землю въ видѣ маленькихъ, раскален-
ныхъ до бѣла, звѣздочекъ; какое красивое зрѣлище!
Если мы вмѣсто стальной проволоки возьмемъ платино-
вую, она накалится до бѣла, не расплавляясь, такъ какъ ея
точка плавленія.выше точки плавленія стали. Такой нака-
ленной платиновой проволокой стали пользоваться въ хирур-
— 490 —
гіи для прижиганія вмѣсто желѣза. Преимущество ея передъ
желѣзомъ заключается въ томъ, что она можетъ быть вве-
дена въ холодномъ состояніи въ тѣло и лишь потомъ нака-
лена замыканіемъ тока.
Красивый бѣлый свѣтъ, испускаемый накаленной до бѣла
платиновой проволокой, навелъ на мысль воспользоваться
ею въ качествѣ источника свѣта. Къ сожалѣнію, и эта про-
волока недостаточно прочна, такъ какъ при нѣсколько болѣе
сильномъ токѣ и она расплавляется.
Если мы вмѣсто нея возьмемъ угольную нить, то она,
конечно, не расплавится, но зато тот-
часъ сгоритъ въ воздухѣ. Чтобы это
предупредить, мы должны вставить на-
шу угольную нить въ освобожденный
отъ воздуха стеклянный шаръ; въ этотъ
шаръ мы проводимъ токъ съ помощью пла-
тиновыхъ проволокъ, вплавленныхъ въ
стѣнки его, и достаточно толстыхъ, чтобы
не расплавиться. Такъ создалась лампа
съ накаливаніемъ Эдисона (фиг.
452), нашедшая столь широкое распро-
страненіе.-Сила свѣта такой лампы зави-
ситъ отъ количества теплоты, развивае-
мой токомъ въ угольной нити. Намъ
важно, поэтому, знать, отъ чего зави-
ситъ это количество теплоты.
Ф,1Г- 4б2, Вопросъ этотъ былъ изслѣдованъ
англійскимъ физикомъ Джулемъ. Из-
слѣдованія эти привели его къ закону, названному его име-
немъ. Онъ нашелъ, что это количество теплоты пропорціо-
нально сопротивленію и квадрату силы тока.
Оно можетъ быть вычислено по слѣдующей формулѣ:
$ = 0,24 IV.
причемъ развивающееся въ секунду количество теплоты $
измѣряется въ граммъ-колоріяхъ, сопротивленіе И7" въ омахъ
и сила тока Я —въ амперахъ.
т г Е напряженіе
Такъ какъ согласно закону ома & — ,,, —---------то
IV сопротивленіе
въ вышеприведенной формулѣ мы можемъ замѣнить его
значеніемъ—^, и тогда получаемъ законъ Джуля въ дру-
гой формѣ:
$ = 0,24 ѴИ. . Л = 0,24 Е . «Л
Итакъ, количество теплоты пропорціонально
также произведенію изъ силы тока на напря-
— 491 —
ж е н і е. Такимъ образомъ, когда нужно токомъ вызвать те-
плоту въ какой-нибудь проволокѣ, то мы должны принять
во вниманіе не только силу тока, но и напряженіе въ кон-
цахъ проволоки. Мы должны помножить число амперовъ на
число волтовъ или, какъ говорятъ, разсчитать число
вольтамперовъ, потому что отъ этого числа зависитъ
дѣйствіе теплоты, т. е. эффектъ. Вмѣсто выраженія „вольт-
амперъ" ввели болѣе короткое названіе—„уаттъ", въ честь
изобрѣтателя паровой машины. Такимъ образомъ, токъ для
производства теплоты, свѣта и—какъ мы позже узнаемъ—
работы опредѣляется числомъ уаттовъ, и этой же величиной
опредѣляется продажная цѣна тока: существуетъ опредѣлен-
ная цѣна на 1000 уаттовъ, или 1 килоуаттъ или на 100 уаттовъ
(гектоуаттъ) въ часъ. Вычислимъ нѣсколько примѣровъ.
Мы беремъ кусокъ проволоки изъ нейзильбера, отличаю-
щейся сравнительно большимъ сопротивленіемъ (5 омовъ).
Введемъ эту проволоку въ цѣпь проводника электрическаго
свѣта, напряженіе котораго, какъ намъ извѣстно, равно 100
, т Е 100
вольтамъ; по проволокѣ пройдетъ токъ 7 = ^ = —— = 20 ам-
перамъ. Свернувъ изолированную проволоку въ спираль, мы
опускаемъ ее въ сосудъ съ однимъ литромъ воды въ20 град.;
вода нагрѣвается. Расчитаемъ теперь, черезъ сколько вре-
мени вода будетъ нагрѣта до кипѣнія.
Изъ первой формулы, въ которой выраженъ законъ
Джуля (у — 0,24 мы можемъ вычислить количество те-
плоты, развивающейся въ секунду: #=0,24 X 5 X 20 X 20=
X 0,24 X 2000 = 480 граммкалорій. Другая формула, въ ко-
торой выраженъ этотъ законъ, (@ — 0,24 Е7) даетъ намъ то же
самое: <2 = 0,24 X 100 X 20 = 480. Чтобъ нагрѣть одинъ литръ,
т. е. 1000 граммъ воды, отъ 20 до 100 град., требуется коли-
чество теплоты, равное 1< 00 X 80 = 80000 граммкалорій. Такъ
какъ въ секунду токъ даетъ 480 граммкалорій, то для того,
чтобы довести воду до кипѣнія, необходимо время, равное
80000:480=166,6", т. е. = 2 минутамъ и 47 секундамъ или
приблизительно тремъ минутамъ, такъ какъ часть теплоты
теряется.
Сколько это стоитъ? За 100 уаттовъ въ часъ платятъ при-
близительно 4 копѣйки (цѣна эта, разумѣется, не во всѣхъ
мѣстахъ одинакова). При 100 вольтахъ и 20 амперахъ нашъ
токъ имѣетъ 2000 вольтамперовъ, или уаттовъ, что въ часъ
будетъ стоить 4 X 20 — 80 копѣекъ, а такъ какъ намъ этотъ
токъ нуженъ только на 3 минуты, т. е. на 1/30 часа, то наши
расходы будутъ равны 4 копѣйкамъ. Если мы захотимъ до-
стичь того же самаго углемъ или даже спиртомъ, намъ это
обойдется гораздо дешевле.
Итакъ, электрическій токъ—слишкомъ дорогое топливо,—
роскошь, которую могутъ себѣ позволить только милліонеры
33 іакаі І(В8
— 492 —
или, напримѣръ, такіе люди, какъ президентъ Соединенныхъ
Штатовъ Сѣверной Америки, у котораго печи отапливаются
электричествомъ. При всемъ томъ примѣняютъ электричество
для нагрѣванія небольшихъ аппаратовъ для варки, утюговъ,
щипцовъ для завивки волосъ и т. д., что можетъ сказаться
полезнымъ, когда во избѣжаніе пожара, какъ, напримѣръ,
въ театральныхъ гардеробахъ, не хотятъ зажечь огонь.
Вернемся еще разъ къ электрическимъ лампамъ съ нака-
ливаніемъ. Лампы эти различаются между собой, помимо
способа соединенія съ проводниками тока, формы стеклянной
груши и угольной нити, главнымъ образомъ въ двухъ отно-
шеніяхъ: во-первыхъ, силой свѣта, выраженной въ нор-
мальныхъ свѣчахъ, и, во-вторыхъ, напряженіемъ, ко-
торое въ нихъ возможно. Для каждой лампы существуетъ
опредѣленная нормальная для нея сила свѣта, которую не
слѣдуетъ существенно увеличивать или уменьшать болѣе
сильнымъ и болѣе слабымъ токомъ: слишкомъ сильный токъ
можетъ разрушить угольную нить, а слишкомъ слабый мо-
жетъ довести ее только до краснаго каленія или даже вовсе
не накалить. Далѣе, не слѣдуетъ также соединять лампу съ
опредѣленнымъ нормальнымъ для нея напряженіемъ съ про-
водникомъ другого напряженія: напряженіе должно быть какъ
разъ достаточно для того, чтобы вызвать въ угольной нити
токъ, нагрѣвающій ее до бѣлаго каленія. Болѣе сильное на-
пряженіе можетъ слишкомъ сильнымъ токомъ разрушать
лампу, а болѣе слабое не даетъ тока достаточной силы.
Напряженіе опредѣляется сопротивленіемъ угольной нити,
т. е. ея длиною и толщиною. Сила свѣта зависитъ отъ энергіи,
т. е. отъ числа уаттовъ (вольтамперовъ), которые могутъ
быть сообщены угольной нити. Считаютъприблизительно 3,1
уатта на силу свѣта одной нормальной свѣчи. Если напря-
женіе невелико, то сила тока должна быть тѣмъ больше,
чтобы ихъ произведеніе достигло требуемой величины,
Допустимъ, что напряженіе въ проводникѣ равно, какъ это
всего чаще бываетъ въ дѣйствительности, приблизительно
100 вольтамъ. Съ проводниками такого напряженіи могутъ
быть соединены лампы, разсчитанныя на различную силу
свѣта и, слѣдовательно, на токъ различной силы. Зависи-
мость эта можетъ быть тогда выражена въ слѣдующей
таблицѣ:
Сила свѣта въ нормаль-
ныхъ свѣчахъ . . . = 5 10 16 32
Сила тока въ амперахъ = 0,20 0,33 о,5 1
Сопротивленія въ омахъ = 500 -300 200 100
Сопротивленія эти получаются, если раздѣлить напря-
женіе (100 вольтовъ) на силу тока въ амперахъ.
Энергію, т. е. число уаттовъ (вольтамперовъ), мы полу-
— 493 —
чаемъ, умноживъ напряженіе (100 вольтовъ) на силу тока
въ амперахъ, т. е.:
энергія (въ уаттахъ) . — 20 33 50 100.
Если мы теперь раздѣлимъ эти числа на силу свѣта, т. е.
на число нормальныхъ свѣчей, мы получимъ, что въ на-
шихъ примѣрахъ на соотвѣтственную нормальную свѣчу
приходится:
энергія (въ уаттахъ) = 4 3,3 3,1 3,1.
Въ лампахъ съ слабой силой свѣта затрачиваемая энергія,
очевидно, больше: въ лампахъ съ силой свѣта еще большей
(отъ 50 до 100 свѣчей) затрачиваемая энергія меньше и
именно, равна 2,9 и 2,8. Ясно, что лампы съ большой силой
свѣта болѣе выгодны.
Допустимъ теперь, что мы беремъ лампу, разсчитанную
на вдвое меньшее напряженіе, т. е. на 50 вольтовъ. Въ та-
комъ случаѣ для лампы съ силой свѣта въ 16 свѣчей тре-
буется вдвое болѣе сильный токъ, т. е. не въ 0,5, а въ
1 амперъ Сопротивленіе тогда равно 50:1 — 50 омовъ
вмѣсто 200 омовъ, а энергія равна 50 х 1 = 50, какъ и
раньше, такъ что на свѣчу приходится опять 3,1 уатта,
какъ и раньше.
Изъ изложеннаго ясно, почему съ даннымъ проводни-
комъ можно соединить только лампы, разсчитанныя на опре-
дѣленное напряженіе; это напряженіе большей частью над-
писывается на проводникѣ. Но, какъ мы уже сказали, съ
тѣмъ же проводникомъ могутъ быть соединены лампы раз-
личной силы свѣта, зависящей отъ ихъ угольной нити.
Способъ, которымъ лампы соединяются съ проводникомъ,
ясенъ изъ схематической фигуры 453. Отъ полюсовъ источ-
ника тока отходятъ двѣ изолированныя, проводящія токъ,
проволоки, тянущіяся рядомъ до мѣста, гдѣ должна быть
помѣщена лампа, и здѣсь каждая изъ нихъ соединяется
соотвѣтствующей платиновой проволокой такъ, что угольная
нить образуетъ какъ бы мостъ, соединяющій одну прово-
дящую токъ проволоку съ другой.
Допустимъ, что у насъ есть проводникъ съ напряженіемъ
въ 100 вольтовъ, а мы хотимъ съ нимъ соединить лампы,
разсчитанныя на напряженіе въ 50 вольтовъ. Въ такомъ слу-
чаѣ мы вводимъ въ цѣпь сразу по двѣ лампы, какъ это
изображено на фиг. 454, и тогда напряженіе въ Юо вольтовъ
распредѣляется между двумя*лампами, такъ что каждой изъ
нихъ приходится выдержать напряженіе только въ 50 воль-
товъ. Отсюда недалеко до мысли вводить въ цѣпь всѣ лампы
одну за другой, какъ это изображено на фиг. 455.' Мы
имѣли бы тогда только одну проводящую проволоку, ко-
торая, начавшись отъ одного полюса источника тока, про-
33»
— 494 —
вела бы токъ во всѣ лампы и вернулась бы къ другому по-
люсу. Но на практикѣ это для большого числа лампъ
невыполнимо. Для 100 лампъ съ напряженіемъ съ 50 воль-
товъ потребовалось бы тогда напряженіе у полюсовъ источ-
ника тока въ 50 X ЮО — 5000 вольтовъ, а токъ таного
напряженія слишкомъ опасенъ для того, чтобы его можно
было вводить въ жилыя помѣщенія, да и изоляція такого
проводника слишкомъ трудна и стоила бы очень дорого.
Кромѣ того, неудобно здѣсь еще то, что стоило бы одной
ламцѣ испортиться, чтобы потухли и всѣ остальные. Затѣмъ
и пользоваться мы могли бы тогда или всѣми лампами или
ни одной, чего при другомъ устройствѣ нѣтъ, а каждая
лампа можетъ быть введена въ цѣпь и выведена изъ нея
внѣ связи съ другими. Всѣ эти соотношенія были впервые
изсдѣдовапы Эдисономъ.
Перейдемъ теперь къ другому способу электрическаго
освѣщенія и именно съ помощью вольтовой дуги.
Если Привести въ соприкосновеніе проволоки, отходящія отъ
полюсовъ батареи въ 40 - 50 вольтовъ напряженія, и затѣмъ
удалить ихъ другъ отъ друга на разстояніе въ нѣсколько
миллиметровъ, то электрическій токъ пробѣгаетъ воздушный
слой между концами проволокъ и образуетъ свѣтовую дугу
съ выдѣленіемъ громаднаго количества теплоты. Если эта
дуга образуется между двумя металлическими проволоками,
то онѣ тотчасъ расплавляются. Если же снабдить концы ихъ
угольными стержнями, приготовленными изъ плотнаго твер-
даго угля, то свѣтъ дуги получаетъ чрезвычайную яркость,
которая, смотря по силѣ тока, можетъ доходить до яркости
600—ІоОО свѣчей и болѣе. Конечно, и концы угольныхъ
стержней постепенно уменьшаются, т. е. сгораютъ, но это
происходитъ довольно медленно, такъ что парой угольковъ
длиной нъ палецъ можно сохранить свѣтъ въ теченіе нѣ-
сколькихъ часовъ, если только заботятся о томъ, чтобы раз-
стояніе между ними оставалось приблизительно однимъ и
— 495 —
тѣмъ же. Послѣднее достигается или прямымъ регулирова-
ніемъ рукой, или—что удобнѣе—съ помощью остроумныхъ
механизмовъ, въ которыхъ это дѣлается автоматически.
Существуютъ самыя разнообразныя конструкціи этихъ ре-
гуляторовъ свѣтовой дуги, и на описаніи ихъ мы здѣсь
останавливаться не можемъ. Для такой лампы требуется
напряженіе, равное приблизительно 40—50 вольтамъ, и сила
тока—отъ 6 до 30 амперъ. При равной затратѣ электриче-
ской энергіи свѣтъ здѣсь гораздо сильнѣе, чѣмъ въ случаѣ
освѣщенія лампочки съ накаливаніемъ, но зато этотъ спо-
собъ освѣщенія имѣетъ другія неудобства: его труднѣе раз-
дѣлять, вблизи онъ слишкомъ ярокъ и, если имѣется только
одна или нѣсколько лампъ, контрастъ между свѣтомъ и
тѣнью слишкомъ великъ и, наконецъ, этотъ свѣтъ не такъ
спокоенъ, какъ свѣтъ лампочекъ съ накаливаніемъ. По
этимъ причинамъ пользуются этимъ способомъ электриче-
скаго освѣщенія преимущественно внѣ жилыхъ помѣщеній,
для рефлекторовъ и т. п. Пользуются также и теплотой,
развиваемой вольтовой дугой: получаемая при этомъ темпе-
ратура есть наивысшая изъ температуръ, которыя вообще
можно получить, и составляетъ не менѣе 2500 град. Ц. Только
не многіе матеріалы могутъ противостоять этой темпе-
ратурѣ.
Существенную часть электрической печи образуетъ устро-
енная въ известковой глыбѣ камера, въ которую проведены
два угольныхъ стержня. Въ такой печи можно довести до
кипѣнія и возгонки серебро, расплавлять силикаты и приго-
товлять искусственнымъ образомъ драгоцѣнные камни. Ме-
таллическія пластинки могутъ быть вольтовой дугой раз-
рѣзаны или, наоборотъ, сплавлены другъ съ другомъ. Воль-
това дуга можетъ быть причиной пожара. Если случайно при-
ходятъ въ соприкосновеніе двѣ проволоки, между которыми
существуетъ напряженіе, превышающее 30 вольтовъ, то со-
прикасающіяся мѣста расплавляются и» между ними по-
является свѣтовая дуга, которая своей теплотой можетъ
зажечь находящіеся вблизи горючіе матеріалы. Возможенъ
также пожаръ и въ томъ случаѣ, если по слабой проволокѣ
проводятъ слишкомъ сильный токъ, который накаливаетъ
проволоку. Говорятъ тогда; что произошло короткое
замыканіе. Чтобы по возможности избѣгнуть эту опас-
ность, вводятъ въ цѣпь на безопасномъ въ пожарномъ отно-
шеній мѣстѣ небольшой кусокъ свинцовой проволоки: когда
сила тока слишкомъ возрастаетъ—проволока расплавляется,
вслѣдствіе чего токъ совершенно прерывается (свин-
цовое предохранительное соединеніе).
Скажемъ еще нѣсколько словъ объ опасностяхъ, кото-
рыми электрическій токъ угрожаетъ человѣческому тѣлу.
Человѣческое тѣло—не особенно хорошій проводникъ элек-
— 496 —
трическаго тока. Но сопротивленіе его току весьма раз-
лично въ зависимости отъ поверхности проводниковъ, кото-
рой послѣдніе прикасаются къ тѣлу, въ зависимости отъ
влажности кожи, съ которой соприкосновеніе происходитъ,
и т. д. Если къ сухой кожѣ приставить двѣ металлическія
пластинки въ одинъ сантиметръ толщины, то сопротивленіе
между ними равно, смотря по разстоянію между ними,
100.000 и болѣе омовъ. Если напряженіе равно даже
100 вольтамъ, то черезъ тѣло проходитъ лишь токъ въ
ІОО^ХЮ "ТбЬо амперовъ, а такой токъ ему повредить
не можетъ. Но если толщина пластинокъ равна 5 санти-
метрамъ и кожа влажна, то сопротивленіе равно только,
можетъ быть, 3000 омамъ и сила тока можетъ дойти до
*/эо ампера и тогда онъ можетъ чувствоваться довольно
сильно. Если же тѣло находится въ наполненной водой
ваннѣ изъ металла и человѣкъ прикасается мокрой рукой
къ одному полюсу, а второй полюсъ соединенъ съ ванной,
то токъ можетъ достичь силы, опасной для жизни человѣка.
Если стоять сухими сапогами на сухомъ деревянномъ полу,
то можно безъ вреда для себя прикоснуться пальцемъ къ
одному полюсу, хотя бы напряженіе достигало 500 вольтовъ,
а прикосновеніе одной рукой къ обоимъ полюсамъ очень
опасно.
Такимъ образомъ, если электрическій токъ опредѣленной
силы не всегда одинаково опасенъ для человѣческаго тѣла,
то это имѣетъ свое объясненіе. Напряженія до 100 вольтовъ
могутъ быть признаны при обыкновенныхъ обстоятельствахъ
неопасными.
Болѣе опасны обыкновенныхъ постоянныхъ токовъ пере-
мѣнные токи: они гораздо сильнѣе дѣйствуютъ на нервную
систему, и, вызывая сильное сокращеніе мускуловъ, часто
лишаютъ, человѣка возможности выпустить изъ рукъ прово-
локу, по которой течетъ токъ.
ЛЕКЦІЯ СЕМЬДЕСЯТЪ СЕДЬМАЯ.
Магнитная индунція. Машина Пачинотти-Грамма. Динамоэлеитриче-
скій принципъ. Машина Гефнеръ-Альтенека. Значеніе динамоиашины.
Вольтовы (гальваническіе) элементы, описанные въ 74
лекціи, суть гораздо болѣе мощные источники электричества,
чѣмъ треніе, но и они значительно уступаютъ, въ особенно-
сти со стороны прибыльности, динамо-электрическимъ маши*-
— 497 —
намъ, введеннымъ въ серединѣ прошлаго столѣтія. Машины
эти получили столь великое значеніе въ нашей культурной
жизни, что основныя черты ихъ устройства и дѣйствія
должны быть знакомы всякому образованному человѣку.
Этотъ источникъ электричества былъ открытъ англій-
скимъ физикомъ Фарадеемъ. Еще въ 30 годахъ про-
шлаго столѣтія Фарадей впервые замѣтилъ, что въ каждомъ
металлическомъ проводникѣ развивается электродвигатель,
ная сила, когда онъ движется, пересѣкая магнитныя силовыя
линіи.
Фиг. 456. изображаетъ намъ магнитъ съ его силовыми
линіями, исходящими изъ сѣвернаго полюса Лг и возвра-
щающимися къ южному полюсу 8. Мы должны еще пред-
ставить себѣ, что такая же система кривыхъ линій нахо-
дится не только въ плоскости рисунка, но и вокругъ всей
оси магнита. Если
мы теперь будемъ \ \ I / / ____ \ \ I / /
передвигать коль- \ \ I / / /
цеобразныйпрово- \\\ I / /
дникъ надъ маг- 9щ\
нитомъ справа на- _ ..[Г~.ІІ — ІиШі
лѣво до середины
его, то, какъ это
видно изъ фигу- / / / I I I \ \ // ВІ
ры, всѣ силовыя / / \ V4- -/ \ \ ' /
линіи будутъ пе- '
ресѣкаться въ на- фиг. 456
правленіи снару-
жи внутрь. Какъ это извѣстно изъ опыта, результатомъ этого
является то, что въ проводникѣ появляется электрическій токъ
съ направленіемъ, указаннымъ стрѣлками. Этотъ токъ Фара-
дей назвалъ индукціоннымъ или наведеннымъ токомъ. Напра-
вленіе его таково, что онъ отталкиваетъ сѣверный полюсъ
влѣво. Ясно,что развивающійся токъпроизвод итъ
дѣйствіе обратное тому движенію, черезъ ко-
торое онъ возникаетъ. Разъ проводникъ достигъ се-
редины магнита, передвиженіе его влѣво и вправо не вызы-
ваетъ никакихъ токовъ, такъ какъ въ этомъ положеніи ни-
какія силовыя линіи не пересѣкаются. Если же передвинуть
проводникъ дальше влѣво за южнымъ полюсомъ, то опять
пересѣкаются всѣ силовыя линіи, но на этотъ разъ извну-
три наружу. И здѣсь въ результатѣ является токъ, но об-
ратнаго направленія. Этотъ токъ стремится сдвинуть юж-
ный полюсъ влѣво и, слѣдовательно, задержать проводникъ.
И онъ, слѣдовательно, тормозитъ то движеніе, черезъ кото-
рое онъ образовался. Для преодолѣнія этой тормозящей
силы необходимо затратить работу и энергія э.той работы
превращается въ энергію тока. Результатомъ дѣйствія тока
— 498 —
является выдѣленіе теплоты. При обратномъ движеніи -про-
водника вправо образуются токи противоположнаго напра-
вленія. Чтобы усилить дѣйствіе тока мы вмѣсто одного
кольца беремъ катушку со множествомъ оборотовъ про-
волоки (фиг. 4565); концы проволоки мы соединяемъ съ
гальванометромъ, чтобы доказать присутствіе тока. Передви-
гая катушку надъ всѣмъ магнитомъ, мы получаемъ два
удара тока, противоположнаго направленія. Само собой ра-
зумѣется, что съ тѣмъ же успѣхомъ мы можемъ, наоборотъ,
держать неподвижной катушку и вдвигать въ нее магнитъ.
Какъ же получить этимъ способомъ постоянный токъ
одного направленія? Ясно, что для этого мало про-
водить спираль надъ маг-
нитомъ, а необходимъ не-
прерывный рядъ прово-
локъ, чтобы токъ не пре-
рывался ни на одинъ мо-
ментъ, а всѣ образующіе-
ся въ этихъ проволокахъ
токи мы должны соби-
рать въ одномъ провод-
никѣ такъ, чтобы дѣй-
ствія ихъ складывались,
а не уничтожали другъ
друга. Приборъ, которымъ
все это достигается, былъ
впервые описанъ и по-
строенъ А. Пачинотти во
Флоренціи въ 1864 году.
Этотъ приборъ остался,
однако же, незамѣчен-
нымъ и въ 1871 году бель-
гіецъ Л. Граммъ снова изобрѣлъ его независимо отъ
Пачинотти и далъ ему форму вполнѣ пригодную для
техническихъ цѣлей. Фиг. 457 даетъ схематическое изо-
браженіе его машины. Между двумя мощными магнитными
полюсами У и 5, въ которыхъ вырѣзана кругообразная по-
лость, вращается около перпендикулярной къ плоскости ри-
сунка оси желѣзное кольцо, обмотанное замкнутой, изоли-
рованной проволокой. На фиг. изображены лишь немногіе
обороты проволоки, но въ дѣйствительности ими покрыто
все кольцо. Кривыя, начерченныя пунктиромъ, показываютъ,
какъ силовыя линіи тянутся отъ сѣвернаго полюса къ юж-
ному, причемъ, слѣдуя по желѣзу кольца, оставляютъ се-
редину свободной,- что мы выяснили уже въ 71 лекціи. Если
кольцо вращается вправо въ направленіи стрѣлки, то всѣ
обороты проволоки пересѣкаютъ всѣ силовыя линіи у края
кольца и пересѣкаютъ ихъ въ теченіе одного оборота кольца
— 499 —
одинъ разъ у сѣвернаго полюса и одинъ разъ у южнаго.
Если мы будемъ изслѣдовать направленія тока, мы найдемъ,
что во всѣхъ оборотахъ проволоки правой стороны кольца
эти направленія идутъ .спереди внутрь, а въ оборотахъ лѣ-
вой стороны кольца—спереди наружу. Въ оборотахъ прово-
локи верхней и нижней части. кольца не образуются ника-
кіе токи магнитной индукціей, такъ какъ тамъ никакія си-
ловыя линіи не пересѣкаются. Всѣ токи правой и. лѣвой
сторонъ кольца скопляются въ одной точкѣ надъ буквой 6,
которая и является, поэтому, положительнымъ полюсомъ
«того источника тока, а отрицательный полюсъ находится
подъ буквой Ь', такъ какъ отсюда положительное электри-
чество направляется въ обороты проволоки обѣихъ поло-
винъ кольца. Намъ остается, поэтому, еще позаботиться .о
томъ, чтобы во время вращенія кольца тѣ обороты прово-
локи, которые занимаютъ высшее и низшее положеніе,
приходили въ соприкосновеніе съ отводящими токъ провод-
никами Ъ И 5', Для этого отходятъ отъ оборотовъ проволоки
радіальные проводники къ оси, гдѣ, изогнувшись подъ
прямымъ угломъ кпереди, они тянутся, изолированные другъ
отъ друга, по поверхности, осевого цилиндра. Надъ ними
находится наверху и внизу по щеткѣ Ь и V, которыя и вос-
принимаютъ токъ.
Въ дѣйствительныхъ машинахъ токъ отходитъ по провод-
нику къ оси не отъ каждаго оборота въ отдѣльности, а отъ нѣ-
которой группы оборотовъ. Совокупность щетокъ и мѣднаго
футляра, куда собирается токъ, называется коллекто-
ромъ или собирателемъ тока, вращающееся кольцо
называется якоремъ или кольцомъ Грамма, а маг-
ниты, вызывающіе поле магнитныхъ силовыхъ линій, назы-
ваются магнитами под я. Пачинотти бралъ для этого
•стальные магниты.
Очевидно, что лучше вмѣсто нихъ брать болѣе мощные
электромагниты. Но для этого необходимъ токъ, который,
какъ это показываетъ фиг. 457, могъ бы пройти все колѣно
электромагнита отъ п до р. Является вопросъ^ нельзя ли
воспользоваться тѣмъ самымъ токомъ, который выходитъ
изъ щетокъ коллектора у т и о для того, чтобы заряжать
магнитъ поля. Для этого намъ остается только соединить
т съ я, какъ это на фиг. начерчено пунктиромъ; о ир были
бы тогда полюсами машины и стоило только ихъ соединить
чтобы цѣпь тока была замкнута. Съ перваго взгляда это ка-
жется невыполнимымъ: чтобы получить токъ, долженъ же
быть раньше готовъ магнитъ, а для того, чтобы этотъ маг-
нитъ зарядить, намъ уже нуженъ этотъ токъ. Тѣмъ не ме-
нѣе это удается, и впервые это удалось В. Сименсу, о
чемъ онъ и сообщилъ Берлинской Академіи въ 1867 году.
Какъ же это возможно? Происходитъ это слѣдующимъ обра-
— 500 —
зомъ. Почти всякое желѣзо немного магнитно: оно дожно быть
таковымъ уже вслѣдствіе вліянія земного магнитизма. Поэтому,
еще до появленія тока въ полюсахъ На 8 имѣются слабые
слѣды магнитизма. Когда мы начинаемъ вращать колесо,
то этотъ магнитиэмъ вызываетъ въ оборотахъ проволоки очень
слабые токи; эти послѣдніе усиливаютъ немного магнитиэмъ,
который опять усиливаетъ токи; такъ эти двѣ силы природы
взаимно усиливаютъ другъ друга, пока магнитъ не > насы-
щается. Можно сравнить этотъ процесъ со случаемъ, когда
купецъ затѣваетъ какое нибудь торговое предпріятіе съ не-
большимъ капиталомъ и барышъ присоединяетъ къ капи-
талу, не истрачивая его, такъ что этотъ капиталъ все бо-
лѣе и болѣе возростаетъ, пока онъ не достигаетъ цифры,
желательной купцу. Когда капиталъ достигаетъ этой цифры,
купецъ можетъ уже часть барыша тратить, стараясь только
не уменьшать капитала. Такъ же мы можемъ поступить съ
нашей машиной: какъ только магнитъ насыщенъ, что проис-
ходитъ послѣ нѣсколькихъ оборотовъ кольца, мы можемъ
часть тока или энергіи тока отводить изъ машины и тра-
тить, оставляя въ оборотахъ проволоки кольца лишь столько
электрической энергіи, сколько нужно для того, чтобы маг-
нитъ оставался насыщеннымъ.
Этотъ принципъ — намагничивать магнитъ машины ея
собственнымъ токомъ — называется динамоэлектриче-
скимъ принципомъ Сименса. Пачинотти и Граммъ,
когда они изобрѣтали свои машины, этого принципа еще
не знали; ихъ магниты были заранѣе заряжены и потому
ихъ машины были сначала названы магнитоэлектри-
ческими машинами. Только съ примѣненіемъ прин-
ципа Сименса онѣ стали динамоэлектрическими ма-
шинами, откуда произошло сокращенное названіе динамо-
машины. Было бы однако же ошибочно изъ различій на-
званій заключить, что въ магнитоэлектрическихъ машинахъ
энергія электрическаго тока получается, насчетъ магнитизма;
а не насчетъ потраченной работы, при вращеніи якоря.
Магнитиэмъ вовсе и не истрачивается, а служить лишь по-
средникомъ при превращеніи механической энергіи въ
электрическую.
Выше мы сказали, что мы можемъ брать изъ машины
часть тока или энергіи тока. Послѣднее сдѣлалъ впервые
Сименсъ, помѣстивъ между полюсами у о и р тотъ или
другой приборъ, приводимый въ дѣйствіе токомъ, какъ, на-
примѣръ, дуговую лампу, электромоторъ и т. д. Вызывая
образованіе теплоты, производя химическую или механиче-
скую работу, токъ теряетъ въ своей силѣ. При этомъ мы
имѣемъ всего только одну цѣпь тока, которая внутри кольца
дѣлится на двѣ вѣтви, чтобы потомъ вновь соединиться.
Но можно также, какъ это почти одновременно предложилъ
— 501 —
Уитстонъ,, раздѣлить токъ у полюса р и одну вѣтвь сое-
динить съ о и прямо направлять обратно въ машину, чтобы
сохранить ее въ дѣйствіи, и только второй побочной вѣтвью
между р и о пользоваться для того, чтобы вызвать тѣ или
другія дѣйствія внѣ машины. Выгода отъ такого устройства
заключается въ томъ, что машина остается всегда магнит-
ной, даже когда токъ, дающій полезную работу, прерывается
или слишкомъ слабъ. Первыя машины называются маши-
нами съ по слѣдо в ател ьнымъ возбужд еніемъ, ѣ
вторыя-машинами съ параллельнымъ возбужде-
ніемъ. И тотъ и другой родъ машинъ имѣетъ,'смотря по
Обстоятельствамъ^ свой преимущества и свои недостатки:
Машина Пачинот-
ти-Грамма не един-
ственная машина,
дающая, при посред-
ствѣ магнитной ин-
дукціи, постоянный
токъ прямого напра-
вленія. Въ мастер-
скихъ фирмы Симен-
са была построена,
придуманная масте-
ромъ Г е ф н е р ъ-
Альтенекомъ ма-
шина неменѣе удач-
но разрѣшающая эту
задачу. Чтобы озна-
комиться съ ней, мы
разсмотримъ схема-
тическую фиг. 458.
Между полюсами
Уи 8 вращается же-
лѣзный цилиндръ,
обмотанный изоли-
Фиг. 458.
рбванными проволоками. Представимъ себѣ концы этихъ
проволокъ -ь и -г- соединенными между собой. Силовыя
линіи, идущія поперекъ цилиндра отъ полюса & къ по-
люсу ./? (отмѣченныя пунктиромъ) пересѣкаются идущи-
ми вдоль, цилиндра проволоками такъ, что образуются
токи, направленные, какъ это показываютъ стрѣлки, на
правой сторонѣ наружу и на лѣвой сторонѣ назадъ и
вкладывающіеся въ одинъ токъ, который у -+- выходитъ изъ
спирали и у—въ нее возвращается. Если мы къ этимъ кон-
цамъ. проводника приставимъ щетки, мы получимъ при
каждомъ оборотѣ два раза токъ равнаго направленія. Такъ
была построена въ своихъ существенныхъ частяхъ и первая,
такъ называемая, Т — индукціонная машина, нъ которой
— 502 —
Сименсъ впервые примѣнилъ свой принципъ. Чтобы сдѣ-
лать токъ постояннымъ, остается еще обмотать цилиндръ
проволоками и въ другихъ плоскостяхъ, чтобы въ каждомъ
его положеніи одна или нѣсколько проволокъ пересѣкали
силовыя линіи и вызывали образованіе тока. Проволоки эти
слѣдуетъ такъ соединить другъ съ другомъ и привести къ
одному коллектору, чтобы всѣ токи одного направленія
были соединены вмѣстѣ. Чтобы получить ясное представле-
ніе о томъ, какъ проволоки намотаны на цилиндръ, мы
представимъ себѣ, что мы держимъ цилиндръ между боль-
шимъ и указательнымъ пальцемъ за концы его оси и, вра-
щая его около оси, правой рукой наматываемъ на него
проволоку. Изображеніе на фиг. 459, представляющей схе-
Фвг. 259.
матически цилиндръ съ намотанными проволоками въ связи
съ коллекторомъ, нѣсколько сложнѣе этого представленія,
но и въ немъ не трудно разобраться, если присмотрѣться
внимательнѣе. Отыскавъ на передней сторонѣ точку 1, мы
отъ нея доходимъ до точки 1 на задней сторонѣ, оттуда по
вертикальной линіи внизъ до точки 2, затѣмъ двигаемся
сзади напередъ до точки 2 потомъ до точки 3 и т. д. и, на-
конецъ, отъ точки 16 возвращаемся къ точкѣ 1. Отъ сере-
дины каждой проволоки, лежащей на передней сторонѣ ци-
линдра отходитъ по радіальному куску проволоки, изогну-
тому подъ прямымъ угломъ, къ стержнямъ коллектора Ъ и
Ь', на которыхъ находятся щетки. Куски проволоки 15 — 15
8 — 8, 13 — 13, 6 — 6, 11 — 11, и 4 — 4, проходя во время
вращенія цилиндра вправо черезъ магнитное поле, полу-
— 503 —
чаютъ токи, направленные впередъ, а противоположные имъ
куски.проволоки на лѣвой сторонѣ получаютъ токи, напра-
вленные назадъ; куски же проволоки 1 — 1, 10 — 10, 2 — 2,
и 9 — 9 не получаютъ никакихъ токовъ черезъ магнитную
индукцію, а ихъ пробѣгаютъ токи, образующіяся въ дру-
гихъ проволокахъ. Если мы прослѣдимъ Движеніе токовъ,
мы убѣдимся, что у точки, обозначенной знакомъ -ь, ско-
пляется съ обѣихъ сторонъ положительное электричество.
Соотвѣтствующій стержень коллектора долженъ, поэтому,
именно здѣсь придти въ соприкосновеніе съ одной щеткой.
Отрицательный полюсъ маіпины находится напротивъ у
точки. — Въ дѣйствительной машинѣ вмѣсто одной про-
волоки берется группа параллельныхъ проволокъ, концы
которыхъ связаны съ коллекторомъ. И здѣсь, разумѣется,
находитъ примѣненіе динамоэлектрическій принципъ, такъ
какъ въ цѣпь тока, исходящаго изъ щетокъ, вводятся и
проволоки, обмотанныя вокругъ магнита.
Якорь Гефнеръ-Альтенбека имѣетъ то теоретическое пре-
имущество передъ якоремъ — кольцомъ Пачинотти Грамма,
что въ немъ черезъ магнитное поле проходитъ большая
часть проволокъ якоря. При всемъ томъ вопросъ о Томъ,
какой конструкціи слѣдуетъ отдать предпочтеніе, въ цѣ-
ломъ еще не рѣшенъ.
Во всѣхъ описанныхъ выше машинахъ образующіеся
токи имѣютъ сначала поперемѣнно противоположное напра-
вленіе но, благодаря особому устройству коллектора полу-
чаютъ такъ называваемыя машины съ постояннымъ
токомъ. Машина съ перемѣннымъ токомъ; токъ
этихъ машинъ мѣняетъ непрестанно полюсы и потому го-
дится для тепловыхъ и свѣтовыхъ дѣйствій, какъ и для
передачи силы, но не для химическихъ дѣйствій. Перемѣн-
ный токъ можетъ еще при нѣкоторыхъ условіяхъ пред-
ставлять особыя премущества, но на изложеніи ихъ мы оста-
навливаться не можемъ, такъ какъ это завело бы насъ
слишкомъ далеко въ область электротехники.
Подобно паровымъ машинамъ, динамомашины послѣ все-
возможныхъ улучшеній достигли въ настоящее время вы-
сокой степени совершенства. Именно онѣ даютъ намъ тѣ
мощные токи, которые играютъ столь важную роль въ тех-
никѣ освѣщенія, въ электрохиміи и, какъ мы это узнаемъ
въ слѣдующей лекціи, въ электрической передачѣ силъ.
504 —
ЛЕКЦІЯ СЕМЬДЕСЯТЪ ВОСЬМАЯ.
Законъ Ленца. Динамомашина, какъ двигатель Электрическая пере-
дача силы. Электрическій трамвай. Телефонъ. Электрическій токъ на
службѣ человѣчества.
Въ предыдущей лекціи мы показали, что если движе-
ніемъ проводника надъ магнитомъ возникаетъ токъ, то онъ
имѣетъ всегда такое направленіе, что онъ самъ можетъ
вызвать движеніе противоположнаго направленія. Этотъ
принципъ, извѣстный подъ названіемъ закона Ленца,
находйтъ примѣненіе и въ динамомашинѣ. Вращеніе якоря
вызываетъ образованіе тока. Если же, наоборотъ, сообщить
спокойно стоящей динамомашинѣ тотъ же токъ извнѣ,
якорь начинаетъ вращаться въ противоположномъ направле-
ніи. Ясно, что динамомашина можетъ служить и въ каче-
ствѣ электрическаго двигателя. Если соединить
полюсы динамомашины, приведенной въ движеніе паровой
машиной или дѣйствіемъ воды, съ полюсами другой дина-
момашины, то токѣ первой приводитъ въ движеніе вторую.
На этомъ основанъ принципъ электрической пере-
дачи силы.
Принципъ этотъ нашелъ безчисленное множество полез-
ныхъ примѣненій: такъ какъ нѣтъ ничего легче провести,
куда угодно, двѣ изолированныя проволоки, то этимъ спо-
собомъ всего удобнѣе передавать дѣйствіе силы. Правда,
часть энергіи при этомъ для насъ пропадаетъ, такъ
какъ токъ въ соединенныхъ проводникахъ развиваетъ те-
плоту и потому теряетъ часть своей энергіи. Потеря эта
больше, чѣмъ больше сопротивленіе проводника. Поэтому,
чѣмъ длиннѣе проволока, тѣмъ она должна быть толще,
чтобы сопротивленіе, а, слѣдовательно, и потеря не были
слишкомъ велики.
Мы уже выше сообщили, что токъ, напряженіе котораго =
вольтамъ, а сила = 1 амперамъ, развиваетъ 0,24 ІЕ грамм-
калорій въ секунду. Если тотъ же токъ превращается не
въ теплоту, а въ работу, то должно образоваться количе-
ство работы, эквивалентное тому количеству теплоты1. Какъ
мы знаемъ, одна граммкалорія эквивалентна 0 425 метр-
килограмма. Отсюда слѣдуетъ, что механическая энергія
тока = 0,24 X 0,425 ІЕ = 0,102 ІЕ = ІЕ метркило-
грамма.
Такъ какъ одна лошадиная сила =75 метркилограм-
мамъ въ секунду, то выраженная въ лошадиныхъ силахъ
механическая работа для тока въ 1 вольтамперъ или 1 уаттъ =
— 505 —
9~а х 75 ~ 736 лошаДиной силы. Отсюда слѣдуетъ, что
одной цѣлой лошадиной силѣ соотвѣтствуетъ 736 уаттовъ.
Многіе- малосвѣдущіе люди полагаютъ, что электриче-
скіе двигатели могутъ замѣнить или вытѣснить паровую ма-
шину. Это мнѣніе ошибочно. Нельзя забыть того, что элек-
трическій двигатель не можетъ создать механической ра-
боты изъ ничего. Чтобы получить токъ, который въ элек-
трическомъ двигателѣ превращался бы въ работу, мы должны
его создать въ динамомашинѣ, приведенной въ. движеніе
паровой машиной или водянымъ двигателемъ. Такимъ об-
разомъ работа не создается, а только передается обѣими
динамомашинами и связывающимъ ихъ проводникомъ. Ясно,
что безъ паровой машины или турбины обойтись нельзя.
Но электрическая передача работы имѣетъ то преимущество,
Фиг. 460.
что паровая машина или турбина вовсе не должны нахо-
диться на томъ самомъ мѣстѣ, гдѣ сила находитъ примѣ-
неніе. Далѣе, она имѣетъ также то преимущество, что ра-
бота, Произведенная большой паровой машиной или боль-
шимъ водянымъ двигателемъ, можетъ быть распредѣлена
на меньшія части и доставлена въ различныя мѣста гораздо
проще и съ меньшими затратами, чѣмъ это было бы воз-
можно посредствомъ механической передачи.
Примѣромъ этому можетъ служить электрическій
трамвай. Въ вагонѣ электрической желѣзной дороги на-
ходится подъ поломъ динамомашина, соединенная съ ко-
лесами вагона такъ, что ея вращеніе передается имъ, что
приводить въ движеніе вагонъ. Токъ образуется на какой
нибудь станціи линіи трамвая или въ сторонѣ отъ нея съ
помощью парового или водяного двигателя и большой ди-
намомашины, проводится по крѣпкой мѣдной проволокѣ
— 506 —
вдоль линіи и съ помощью контакта передается въ малень-
кую динамомашину вагона, дѣйствующую вь качествѣ дви-
гателя (фиг. 460).
Когда дѣло идетъ о передачѣ силы на большія разстоя-
нія, то выгоднѣй въ произведеніи ЕІ сдѣлать Е, т. е. на-
пряженіе возможно больше и зато I, т. е. силу тока, воз-
можно меньше, ибо потеря энергіи въ проводникѣ при дан-
номъ сопротивленіи пропорціональна квадрату силы тока.
Поэтому, пользуются въ такихъ случаяхъ напряженіями,
доходящими до нѣсколько тысячъ вольтовъ, и они, конечно,
могутъ быть опасны для жизни.
Работоспособность электрическаго тока можно сравнить
съ работоспособностью тока воды. И въ послѣднемъ работа
зависитъ отъ двухъ величинъ: во-первыхъ, отъ количества
воды, протекающей въ секунду (сила тока), и, во-вторыхъ,
отъ давленія или высоты паденія воды (напряженіе). Работа
Фиг. 461.
равна произведенію изъ этихъ двухъ величинъ. Мельница
можетъ быть приведена въ движеніе одинаково какъ боль-
шимъ количествомъ воды при слабомъ паденіи, такъ и ма-
лымъ ея количествомъ, но при сильномъ паденіи. Послѣд-
ній случай соотвѣтствуетъ случаю электрическаго тока вы-
сокаго напряженія. Въ случаѣ электрическаго тока высо-
каго напряженія намъ приходится брать тонкую проволоку,
а въ случаѣ тока воды — трубку съ малымъ поперечнымъ
разрѣзомъ.
Разсмотримъ теперь случай электрической передачи ра-
боты въ самомъ маломъ маштабѣ; это—телефонъ Белля
въ наиболѣе простой его формѣ. Представимъ себѣ два
магнита Е8 и Л’і/и расположенными на какомъ угодно раз-
стояніи другъ отъ друга и указаннымъ на фиг. 461 спосо-
бомъ обмотанными и соединенными одной замкнутой изоли-
рованной проволокой. У обоихъ сѣверныхъ полюсовъ помѣ-
щено на небольшомъ разстояніи отъ нихъ по тонкой же-
лѣзной пластинкѣ. Силовыя линіи сѣверныхъ полюсовъ
магнитовъ доходятъ до этихъ желѣзныхъ пластинокъ и вы-
— 507 —
Фвг. 462.
зываютъ въ ихъ серединѣ южные полюсы 9,8, а края пла-
стинокъ становятся сѣверными полюсами.
Если мы пропускаемъ по проволокѣ такой токъ, который
усиливаетъ полюсы магнитовъ, то упругія желѣзныя пла-
стинки притягиваются къ магнитамъ, а если мы по этой
проволокѣ пропускаемъ токъ противоположнаго направле-
нія, то это притяженіе ослабляетъ и упругія пластинки от-
клоняются отъ магнита. Вспомнимъ теперь законъ Ленца,
по которому всякое движеніе, вызванное какимъ нибудь
электрическимъ токомъ, само вызываетъ токъ противополож-
наго направленія, а всякій токъ, вызванный какимъ нибудь
движеніемъ, самъ вызываетъ
движеніе противоположнаго на-
правленія.
Итакъ, если мы пластинку на
правой сторонѣ фигуры придви
немъ къ магниту, то въ проволо-
кѣ долженъ образоваться токъ,
отталкивающій пластинку и, слѣ-
довательно, ослабляющій сѣвер-
ный полюсъ магнита; этотъ токъ
долженъ имѣть направленіе, ука-
занное на фиг. стрѣлкой. Но тотъ
же самый токъ усиливаетъ сѣ-
верный полюсъ магнита и,
слѣдовательно, пластинку Р'Р"
притягиваетъ къ магниту.
Такъ всякое движеніе, сооб-
щенное пластинкѣ Р Р, передает
ся электрической передачей си-
лы пластинкѣ Р'Р', которая дол-
жна двигаться такимъ же об-
разомъ, какъ и первая пла-
стинка. Поэтому, если до пла-
стинки РР доходятъ, ударяясь
о нее, звуковыя колебанія, то они въ томъ же ритмѣ пе-
редаются пластинкѣ Р'Р', которая и отдаетъ ихъ гра-
ничащему съ ней ‘воздуху, вслѣдствіе чего въ немъ раз-
дается тотъ же звукъ. То же самое происходитъ съ слож-
ными колебаніями гласныхъ звуковъ и неправильными ко-
лебаніями согласныхъ. Движенія желѣзныхъ пластинокъ
при этомъ чрезвычайно малы, до того малы, что глазъ ихъ
обыкновенно даже не замѣчаетъ. Такой телефонъ изобра-
женъ на фиг. 462. Я8 изображаетъ магнитъ, IV—катушку
съ намотанными проволоками, концы которыхъ а и Ь про-
ведены черезъ окружающую магнитъ деревянную втулку, е
есть тонкая желѣзная пластинка, которая прикрѣпляется
посредствомъ ввинчиванія воронки Т, гдѣ раздается звукъ.
__ 508 —
Приставивъ, такой телефонъ къ уху въ то время, Какъ въ
другой, такимъ же образомъ построенный, телефонъ, соеди-
ненный съ этимъ проволокой, говорятъ, человѣкъ ясно мо-
жетъ разслышать слова. Но телефонъ такого простого
устройства годится только для небольшихъ разстояній не
превышающихъ 100 метровъ. Для большихъ разстояній
пользуются такимъ телефономъ въ качествѣ пріемника, сое-*
дийеннаго съ микрофономъ, который служитъ переда-
вателемъ. Существенная часть послѣдняго — сочетаніе нѣ-
сколькихъ, слабо соприкасающихся другъ съ другомъ, уголь-
ныхъ стерженьковъ, черезъ которые проводится постоянный
токъ одного элемента, проходящій затѣмъ и по проволокамъ
телефона. Когда говорятъ близъ этихъ угольныхъ стержень-
ковъ, то звуковыя колебанія заставляютъ и ихъ колебаться
и въ ритмѣ этикъ колебаній они поперемѣнно то больше,
то меньше соприкасаются между собой. Этимъ поперемѣнно
то ослабляется, то усиливается сопротивленіе мѣстъ сопри-
косновенія, вслѣдствіе чего то увеличивается, то умень-
шается сила тока, что приводитъ къ ритмическому притя-
гиванію и отталкиванію желѣзной пластинки въ телефонѣ.
Еще сложнѣе тѣ телефонные приборы, въ которыхъ имѣются
еще индукціонныя катушки, но обсужденіе ихъ вывело бы
насъ далеко за предѣлы, которые мы должны были себѣ
поставить въ физикѣ обыденной жизни.
Этотъ телефонъ представляетъ собой дальнѣйшее разви-
тіе аппарата, изобрѣтеннаго еще въ 1860 году Рейсомъ
во Фрайкфуртѣ-на-Майнѣ. Микрофонъ былъ изобрѣтенъ
Р. Людге въ Берлинѣ въ 1878 году.
Мы перечислили далеко не всѣ примѣненія электриче-
скаго тока, такъ какъ эти примѣненія безчисленны. Элек-
ческій токъ есть всесторонній слуга человѣчества.
По проволокѣ въ .нѣсколько миллиметровъ толщины онъ
проникаетъ въ нашъ домъ. Нужна намъ теплота, и намъ
стоитъ нажать кнопку, чтобы этотъ слуга доставилъ ее
намъ; нуженъ намъ свѣтъ, и тотъ же слуга доставляетъ
его намъ, для чего намъ стоитъ только нажать Другую
кнопку; нужна намъ рабочая сила, и тотъ же слуга до-
ставляетъ ее намъ изъ самыхъ отдаленныхъ мѣстъ; нужна
намъ хи м и ч е с к а я с и л а, и мы обращаемся къ тому же
слугѣ. Но онъ не только силенъ, а и очень ученъ. Мы че-
резъ него сносимся письменно и устно съ нашими друзья-
ми, хотя бы они жили въ самой отдаленной части свѣта;
стоитъ намъ наши слова написать или высказать, какъ онъ
немедленно доставляетъ ихъ на мѣсто и тотчасъ же Ириной
ситъ на нихъ отвѣтъ. Онъ знаетъ всѣ языки; никакой по-
сыльный не не можетъ быть такъ исполнителенъ и проворенъ,
такъ мало болтливъ и такъ скроменъ. Мы поручаемъ ему роль
сторожа и онъ аккуратно извѣщаетъ насъ о приходѣ человѣка,©
— 509 —
всякой попыткѣ прокрасться къ намъ, о начинающемся по-
жарѣ, о наступающемъ морозѣ въ оранжереяхъ и т, д., и
т. д, Онъ регулируетъ температуру въ аппаратахъ для топки,
взрываетъ мины безъ опасности дня людей, записываетъ
днемъ и ночью показанія метеорологическихъ инструмен-
товъ. Онъ оказываетъ въ высшей степени важныя услуги
врачу: онъ освѣщаетъ хирургу внутреннія полости человѣ-
ческаго тѣла, просвѣчиваетъ черезъ тѣло, обнаруживая
присутствіе въ немъ постороннихъ тѣлъ, поломы костей и
другія, болѣзни. И этотъ послушный слуга,, покорно пови-
нующійся малѣйшему нашему мановенію, есть тотъ самый
могучій и страшный молодецъ, который съ дикой силой
разбиваетъ въ щепки могучіе дубы, охватываетъ пожаромъ
цѣлыя зданія и убиваетъ людей и животныхъ. Франклинъ
связалъ его по рукамъ и ногамъ, Вольта и Фарадей на-
учили его служить намъ и современные физики продол-
жаютъ его воспитаніе на благо человѣчества.
ЛЕКЦІЯ СЕМЬДЕСЯТЪ ДЕВЯТАЯ.
Обзоръ формъ энергіи. Сведеніе ихъ къ энергіи солнечныхъ лучей.
Круговоротъ веществъ въ жизни растеній и животныхъ.- Заключеніе.
Мы Пространствовали по всѣмъ областямъ физики и въ
этомъ странствованіи кое-что видѣли, но, конечно, еще больше
оставили неосмотрѣннымъ. Въ этой заключительной лекціи
я приглашаю васъ еще разъ на прогулку, чтобы совершить
обзоръ формъ энергіи, существующихъ въ природѣ. Этотъ
обзоръ долженъ намъ выяснить ихъ общій первоначальный
источникъ. Представимъ себѣ, что мы находимся въ мѣ-
стности, изображенной на фиг. 463. Это недѣйствитель-
н а я мѣстность, а фантастическая, но возможна я—мѣ-
стность, въ которой собрано вмѣстѣ многое, что мывъ дѣй-
ствительности находили въ разрозненномъ видѣ.
На правой сторонѣ рисунка мы видимъ сначала мощный
водопадъ. Онъ представляетъ намъ энергію поднятой
тяжести, которая въ своемъ паденіи внизъ производить ра-
боту, потраченную для ея поднятія. Происходитъ это или
прямо давленіемъ падающей воды, какъ въ наливномъ ко-
лесѣ, или предварительнымъ превращеніемъ въ живую ра-
боту ударомъ быстро текущей воды въ лопатки подливного
колеса. Но откуда явилась эта энергія, что подняло массы
воды на высоту облаковъ, откуда онѣ падаютъ внизъ въ видѣ
дождя, образуя ключи и рѣки, энергіей которыхъ мы ноль-
34*
— 510 —
зуемся? Это дѣлаетъ энергія солнечныхъ лучей, заставляю-
щая воду испаряться съ поверхностей озеръ и морей и сооб-
щающая ей силу, которая поднимаетъ ее въ облака. Итакъ,
энергія падающей воды есть солнечная энергія и мельнич-
ное колесо не прямымъ путемъ приводится въ движеніе лу-
чами солнца.
На ближайшемъ холмѣ мы видимъ вѣтряную мель-
ницу, а на морѣ—парусную лодку съ надутыми вѣ-
тромъ парусами. Откуда явилась энергія вѣтра? Мы знаемъ
уже, что всѣ вѣтры обязаны своимъ происхожденіемъ измѣ-
неніямъ температуры, вызваннымъ солнечными лучами. Ясно,
Фиг. 463.
что и здѣсь передъ нами работа солнца, что именно оно
косвеннымъ путемъ вращаетъ крылья мельницы и надува-
етъ парусъ корабля.
Дальше влѣво мы видимъ паровую машину, а позади
на морѣ—пароходъ. Оба они черпаютъ свою энергію въ
паровомъ котлѣ, этотъ послѣдній получаетъ ее изъ огня,
поддерживаемаго сжиганіемъ дерева или угля. Дерево при-
возятъ изъ лѣсу, а уголь изъ горныхъ шахтъ. Но откуда
дерево беретъ матеріалъ для своего роста? Ученые, занимаю-
щіеся изученіемъ жизни растеній (физіологіей растеній), объ-
ясняютъ намъ, что только древесную золу и воду дерево
— 511 —
беретъ изъ земли, а содержащійся въ веществѣ дерева
углеродъ, играющій здѣсь главную роль, дерево беретъ изъ
атмосферы, гдѣ онъ, хотя и въ небольшихъ количествахъ,
существуетъ въ формѣ углекислоты. Но въ углекислотѣ
углеродъ находится въ связи съ кислородомъ и съ образова-
ніемъ этой связи онъ потерялъ химическую энергію. Чтобы
вновь выдѣлить его изъ углекислоты и накопить его въ дре-
весинѣ въ видѣ богатыхъ углеродомъ соединеній, необходимо
вновь потратить энергію. Это дѣлается, какъ мы уже это объ-
яснили въ 62 лекціи, солнечными лучами, энергіей которйхъ
и совершается въ зеленыхъ частяхъ растенія это химиче-
ское отдѣленіе кислорода отъ углерода. Такимъ образомъ и
паровая машина обязана своей энергіей солнечнымъ лучамъ,
проникающимъ и въ гущу лѣса. Если же мы топимъ ка-
меннымъ углемъ, то и въ нихъ мы въ сущности пользуемся
энергіей солнечныхъ лучей: именно они—правда не теперь,
а въ доисторическія эпохи, много милліоновъ лѣтъ тому на-
задъ—обусловили ростъ растеній, изъ которыхъ впослѣдствіи
образовался каменный уголь.
Ясно, что и свѣтъ газоваго пламени, и свѣтъ электриче-
скихъ лампъ есть въ этомъ смыслѣ солнечный свѣтъ, кото-
рый свѣтилъ много лѣтъ тому назадъ и, накопленный въ
формѣ каменнаго угля, теперь нами снова освобождается.
И пароходъ, отапливаемый каменнымъ углемъ, приводится
въ движеніе энергіей солнечныхъ лучей, какъ парусная лодка;
разница между ними только та, что пароходъ приводится
въ движеніе лучами, свѣтившими много лѣтъ тому назадъ,
между тѣмъ какъ парусная лодка приводится въ движеніе,
лучами, свѣтящими въ тотъ же часъ.
И желѣзо, обработываемое въ кузницѣ, получаетъ теплоту
изъ того же источника, и свѣтъ накаленнаго до-красна же-
лѣза есть въ томъ же смыслѣ часть того бѣлаго солнечнаго
свѣта, которому и дерево, и каменный уголь обязаны своимъ
происхожденіемъ.
Далѣе, мы находимъ на рисункѣ и электрическую
энергію. Она скоплена тамъ въ грозовой тучѣ и вотъ—вотъ
грозитъ разрядиться молніями; здѣсь она исходитъ изъ дина-
момашины въ видѣ электрическаго тока, который по проволокѣ
проводится въ самыя отдаленныя мѣста, гдѣ онъ можетъ
создать теплоту, свѣтъ или работу. Динамомашина же заим-
ствуетъ энергію своего тока изъ угля, отапливающаго паро-
вой котелъ, или силы паденія воды и, слѣдовательно, тоже
и солнечныхъ лучей. Такимъ образомъ и вагоны электри-
ческой желѣзной дороги косвеннымъ путемъ приводятся въ
движеніе лучами солнца.
Мы далеко не перечислили всѣхъ запасовъ энергіи, пред-
ставленныхъ на нашемъ рисункѣ. Упомянемъ еще прежде
всего о мышечной энергіи. Лошади, везущія хлѣбъ съ
— 512 —
поля, какъ и волы, везущіе въ поле навозъ изъ конюшни,
черпаютъ энергіи? своихъ мышцъ изъ питательныхъ ве-
ществъ, которыя они съѣдаютъ. Такимъ образомъ и работоспо-
собностью животныхъ.мы обязаны солнцу, обливающему сво-
ими лучами поля и луга. И мышцы кузнеца, поднимающаго
въ кузницѣ тяжелый молотъ, чтобы опустить его на желѣзо,
заимствуютъ свою энергію изъ хлѣба, растущаго на поляхъ,
и изъ мяса животныхъ, которыя сами получили эту энер-
гію на поляхъ..Такимъ образомъ источникомъ и этой мышеч-
ной силы мы должны признать солнце.
Энергія можетъ также получить форму натянутойпру-
жины. Мы находимъ таковую и на нашемъ рисункѣ въ
видѣ упругой дуги кротоловки. Энергія эта освобождается
въ тотъ моментъ, когда натянутая упругая дуга быстро взле-
таетъ вверхъ, освобожденная возней крота. Случаи такого
освобожденія энергіи встрѣчаются очень часто и именно
этимъ освобожденіемъ энергіи объясняется тотъ часто встрѣ-
чающійся фактъ, что ничтожныя причины вызываютъ вели-
кія послѣдствія, что появляется энергія, ненаходящаяся какъ
будто ни въ какомъ отношеніи къ энергіи примѣненной.
На томъ же нашемъ рисункѣ изображенъ охотникъ, стрѣ-
ляющій въ птицу. Здѣсь передъ нами цѣлый рядъ такихъ
случаевъ освобожденія энергіи. Лучи солнца достигаютъ
поверхности тѣла птицы и, отразившись отъ нея, попадаютъ
въ глазъ охотника, вызываютъ въ сѣтчаткѣ этого глаза хими-
ческія дѣйствія, которыя. глазнымъ нервомъ доносятся до
мозга. Неизвѣстнымъ для насъ еще образомъ эти химиче-
скія дѣйствія въ мозгу имѣютъ своимъ слѣдствіемъ то, что
двигательные нервы возбуждаютъ мышцы рукъ и пальцевъ
охотника и освобождаютъ мышечную работу: охотникъ под-
нимаетъ ружье, нажимаетъ курокъ и освобождаетъ его упру-
гую силу. Курокъ ударяется о капсулю и ударомъ вызы-
ваетъ образованіе теплоты, которая освобождаетъ химиче-
скія упругія силы гремучей ртути, вызывающія взрывъ, ко-
торый въ свою очередь освобождаетъ энергію, накопленную
въ порохѣ. Кислородъ селитры соединяется съ углемъ и
сѣрой въ газообразные продукты, обладающіе могучей упру-
гой силой. Тазы эти, распространяясь, переносятъ энергію
на зарядъ дроби, сообщая ему живую работу. Пораженная
выстрѣломъ птица, падая на землю, превращаетъ въ теплоту
ту энергію, съ которой она поднялась вверхъ. Сколько слу-
чаевъ освобожденія и передачи энергіи, совершающихся въ
теченіе небольшой части секунды! Поглощаетъ часть энергіи
и окружающій воздухъ. Онъ приходитъ въ колебательное
движеніе, и эти колебанія, распространяясь въ видѣ звука,
достигаютъ вершины горы, гдѣ онъ слышенъ еще, какъ вы-
стрѣлъ, пока, наконецъ, они не исчезаютъ, превратившись въ
теплоту.
— 513 —
Изъ всего сказаннаго мы приходимъ къ заключенію, что
за немногими исключеніями вся энергія на землѣ имѣетъ
своимъ источникомъ солнце, которому мы обязаны всѣмъ,
что составляетъ основу нашей жизни. Къ исключеніямъ при-
надлежатъ: энергія прилива и отлива, источникомъ которой
отчасти является луна, энергія падающихъ метеоровъ и энер-
гія вулканическихъ изверженій и землетрясеній, которую
мы приписываемъ сжатію земной коры, разсматривая это
сжатіе, какъ результатъ излученія энергіи въ міровое про-
странство. Дѣло въ томъ, что всякая энергія въ концѣ кон-
цовъ переходитъ въ теплоту; эта теплота, излучаяясь въ мі-
ровое пространство, безвозвратно пропадаетъ для земли, но
ея мѣсто занимаютъ новыя количества теплрты, посылаемыя
солнцемъ. Всѣ превращенія одной формы энергіи въ дру-
гую происходятъ въ извѣстныхъ постоянныхъ эквивалент-
ныхъ отношеніяхъ, подобно превращеніямъ теплоты въ ра-
боту и обратно. Никакая, хотя бы и малѣйшая часть энергіи
не можетъ быть уничтожена, не можетъ быть увеличена,
ни уменьшена.
Не могутъ быть уничтожены и вещества: всѣ ихъ измѣ-
ненія суть лишь превращенія. Жизнь животныхъ и расте-
ній связана съ круговоротомъ веществъ, происходящимъ подъ
вліяніемъ солнечной энергіи.
Для лучшаго выясненія этого круговорота мы восполь-
зуемся схематическимъ рисункомъ, даннымъ на фиг. 464.
Путь углерода изображенъ черной полоской, путь кисло-
рода—бѣлой полоской, путь воды—полоской, заполненной чер-
— 514 —
точками, путь золы—пунктирной полоской и путь энергіи—
полоской, заполненной стрѣлками.
Растеніе съ помощью поглощенной солнечной энергіи раз-
лагаетъ углекислоту, выдѣляетъ кислородъ (значительную
его часть) обратно въ атмосферу и одновременно поглощаетъ
ивъ земли воду и составныя части золы (между прочимъ и
азотъ). Въ качествѣ питанія растеніе переходитъ въ тѣло
животнаго; туда же попадаетъ вдыхаемый животными изъ
атмосферы кислородъ, который, соединившись съ углеродомъ
растенія, обратно выдыхается въ атмосферу въ видѣ угле-
кислоты. Золу и воду животное возвращаетъ землѣ. Энергія
принимаетъ формы работы и теплоты и въ видѣ послѣдней
переходитъ въ міровое пространство. Углеродъ описываетъ
замкнутый кругъ изъ воздуха черезъ растеніе и животное об-
ратно въ воздухъ. Кислородъ тоже описываетъ замкнутый
кругъ изъ зеленыхъ частей растенія въ атмосферу, оттуда въ
легкія животнаго и затѣмъ, соединенный съ углеродомъ въ
углекислоту, обратно въ растеніе. И зола, какъ и вода, въ
которой она растворена, описываютъ замкнутый кругъ изъ
земли черезъ растеніе и животное въ землю.
Только одна энергія не описываетъ замкнутаго круга. Ея
путь идетъ отъ солнца къ растенію, гдѣ она поглощается
въ видѣ химической энергіи, оттуда въ животное, которое
отдаетъ ее въ видѣ механической и калорической энергіи
и, наконецъ, она въ видѣ теплоты излучается въ міровое
пространство.
Мы описали происходящіе здѣсь процессы лишь въ глав-
ныхъ чертахъ, не гоняясь за полнотой, чтобы побочнымъ,
несущественнымъ не запутать существеннаго. Такъ напри-
мѣръ, въ нашей схемѣ не принято во вниманіе то, что тѣло
растенія поглощаетъ отчасти и кислородъ, не принята во
вниманіе важная роль азота и т. д. Схему эту слѣдуетъ, по-
этому, разсматривать лишь, какъ первое грубое приближе-
ніе къ дѣйствительному положенію вещей, и она не должна
быть ложно истолкована. Болѣе подробное изложеніе про-
цессовъ растительной и животной жизни не относится уже
къ области физики. Не относится также уже къ области фи-
зики повседневной жизни и вопросъ о томъ, откуда солнце
беретъ непрестанно новыя количества энергіи, чтобы покры-
вать свои неизмѣримыя траты, какъ и отвѣтъ, который мо-
жетъ быть данъ на этотъ вопросъ. Мы, поэтому, простимся
здѣсь съ читателемъ, выразивъ пожеланіе, чтобы пріобрѣтен-
ныя познанія принесли ему пользу, чтобы обусловленное
имъ пониманіе процессовъ природы усилило то наслажденіе,
которое доставляетъ всегда созерцаніе ея красокъ.
ИМЕННОЙ И ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ.
Аббе 429.
Аггрегатное состояніе 17.
„ . его
измѣненіе 273.
Азотъ 237.
Аккомодація 440.
Аккордъ 358.
Акустика, хорошая и пло-
хая 350.
Аль-Мамумъ 9.
Альтансъ 150.
Амперъ 479.
Амперметръ 486.
Амплитуда 354.
Анемометръ 222.
Анероидъ 177.
Анероидъ Види 177.
Анодъ 482.
Аппаратъ для рисованія 407.
Аппаратъ сопротивленія 487.
Аргравъ 226.
Ареометръ 141.
Ареометръ, вѣсовой 141.
Артезіанскій колодезь 147.
Архимедъ 132.
Астигматизмъ 442.
БанкаКлейста і .„0
„ Лейденская 14 '
Барабанная перепонка 376.
Барометръ, сифонный 175.
Барометръ 173.
„ его примѣненія 173.
Батавскія сЛезки 19.
Батарея, вольтова 480.
Белль (телефонъ) 506.
Бинокль 423.
Близорукость 441.
Блокъ 105.
Бокалъ умѣренности 191.
Бойль 180.
Болонскія склянки 19.
Брама (прессъ) 123.
Брюстеръ 392.
Бумерангъ 227.
Бунзенова горѣлка 321.
Бунзеновъ элементъ 478.
Бурдонъ (анероидъ) 177.
Баллъ 473.
Валеріусъ 326.
Ванька-встанька 65.
Велосипедистъ 75.
Вентиляторъ 224.
Вентиляція 240.
Винклеръ 475.
Винтъ 109.
Винтъ безконечный 116.
Височная кость 377.
Влажность 296.
Вода, ея высшая плот-
ность 256.
„ „ жесткость 162.
„ „ собственный
цвѣтъ 165.
„ „ составъ 159.
„ жесткая 162.
„ ключевая 16о.
„ метеорическая 159.
„ морская 164.
„ подпочвенная 160.
„ рѣчная 164.
„ сѣрная 164.
Водоизмѣщеніе кораб-
лей 149.
— 516 —
Водолазный колоколъ 211.
Водородъ 170.
Водяные двигатели 147.
Возгонка 873.
Воздухъ, здоровый 241.
„ его вѣсъ 166.
„ „ сжиженіе 293.
„ „ составъ 237.
Воздушное отопленіе Мейс-
нера 264.
Воздушный насосъ 202.
„ шаръ 281.
„ „ несвобод-
ный 236.
Волны воздушныя 368.
„ поперечныя 359.
„ продольныя 361.
Волшебная камера 738.
Волшебный фонарь 437.
Волчки 225.
Вольта 477.
Вольтамперъ 491.
Вольтметръ 486.
Вольтова батарея 480.
Вольтовъ, элементъ 477.
Вольтъ 479.
Воротъ 107.
Время 11.
Вѣсъ 10.
„ удѣльный 139.
Вѣсы 66.
„ для писемъ 71.
Вѣтеръ, пассатный 267.
Вѣтры 266.
Вѣтряная мельница 220.
Газы, ихъ удѣльный
вѣсъ 172.
Газометръ 213.
Газовые часы 214.
Галилей 23, 80, 38.
Гальвани 477.
Гальванометръ 486.
Гальванопластика 483.
Гальваноскопъ 486.
Гамма, мажорная 857.
„ минорная 857.
Гектоуатть 491.
Геліостатъ 859.
Гельмгольцъ 372, 440.
Герике 202, 203.
Героновъ шаръ 193.
„ фонтанъ 194.
Гете 412.
Гефнеръ-Альтенекъ 501.
Гидравлическій таранъ 155.
„ прессъ 124.
Гигрометръ 296.
„ Даніеля 297.
Гигроскопъ 301.
Глазъ 439.
Гласные звуки 873.
Говорная трубка 352.
Гортань 371.
Горькая вода 164.
Грове 478.
Градусное измѣреніе 8.
Градъ 309.
Граммъ 10.
Грузоподъемная способноеть
кораблей 139.
Грушевой барометръ 176.
Гукъ 433.
Гьюгенсъ 39.
„ его теорія
свѣта 401.
Давленіе, боковое 130.
„ воздуха 172.
„ жидкости на дно
сосуда 129.
Дагерръ 434.
Дальнозоркость. 441.
Двигатели съ нагрѣтымъ
воздухомъ 262.
Движеніе 22
„ неравномѣрное 26.
„ двойного конуса 65.
Деви 337.
Дѳнекэ 299.
Десятичные вѣсы 80.
Джуль. 832.
„ его законъ,490.
Діоптрія 408.
Дивишъ 475.
Дилатометръ 255.
Динамоэлектрическая машина
500.
— 517 —
Добыча соли 283.
Дождь 307.
Доллонъ 413.
Дуговая лампа 494.
Духовое ружье 209.
Духовые инструменты 380.
Единица теплоты 268.
„ свѣта 382.
Емкость калорическая 269.
„ электрическая 472.
Желѣзная дорога, атмосфер-
ная 210.
Желѣзо, кованное 14.
„ литое 14.
Живая работа 90.
Зажигательное стекло 420.
Зажимъ Прони 318.
Законъ Ленца 504.
Законы движенія 22.
„ паденія тѣлъ 29.
Звуковыя волны 347.
Звукъ 344.
Зеркало 387.
„ вогнутое 395.
Зеркальныя изображенія 395.
Змѣй бумажный 225.
Зрительная труба Гали-
лея 423.
„ „ Кеплера 424.
„ „ земная 426.
Зурфъ 156.
Измѣреніе высоты мѣста по-
средствомъ барометра 178.
Изображенія, дѣйствитель-
ныя и мнимыя 389.
„ вогнутаго зер-
кала 395.
„ чечевицъ 419.
Изогоны 462.
Изоляторы 467.
Импульсъ силы 99.
Иней 303.
Инерція 25.
Инжекторъ 213;
Инструментыг струнные 364.
Интерференція звуковыхъ
волнъ 363.
Источники, періодиче-
скіе 198.
„ свѣта 381.
Іоны 482.
Калейдоскопъ 392.
Калорія 268.
Кальѳтэ 293.
Каменная соль 341.
Камера-люцида 487.
Камера-обскура 433.
Камертонъ 367.
Картезіанскій водолазъ 136.
Катодъ 482.
Каучуковые мѣхи 2об.
Квасцы 341.
Килограммъ 10.
Килоуаттъ 491.
Киль (у корабля) 45.
Кинематическая цѣпь 112.
Кислородъ 237.
Кислыя минеральныя
воды 163.
Клинъ 108.
Колодезь 159.
Колесо, маховое 318.
„ Сегнерово 150.
„ тангенціальное 149.
Количество движенія 89.
„ теплоты 208.
Коллекторъ 499.
Кольцо Грамма 499.
Компасъ 463.
Компаундъ-машина 316.
Конденсаторъ 470.
Капиллярность 126.
Короткое замыканіе 495.
Коэффиціентъ передачи ра-
боты 102.
„ расширенія 250.
„ тренія 87.
Криволинейное движеніе 36.
Круговоротъ веществъ 513.
Крупа 309.
Кулонъ 463.
Крѣпость 13.
Лавированіе 45.
Лактоденсиметръ 144.
Лампа Гефнера 382.
— 518 —
Лампа паяльная 322.
Летательная машина 228.
Ливень 308.
Ливеръ 134.
Линде 293.
Лидге 508.
Локомобиль 317.
Локомотивъ 316.
Лупа 421.
Лучи 331.
Лѣсной бусоль 463.
Магдебургскія полуша-
рія 203.
Магнитъ 458.
Магнитная индукція 497.
Магнитное поле 463.
Магнитоэлектрическая ма-
шина 500.
Магнитныя силовыя линіи 463.
Майеръ I. Р. 331.
Манометръ 181.
Маріоттъ, его законъ 180.
„ „ склянка 185.
Машины высокаго давле-
нія 315.
„ низкаго 315.
„ простыя 102.
„ сложныя 112.
„ съ расшире-
ніемъ 316.
Маятникъ 37.
„ уравнительный 252.
Метацентръ 138.
Механическій эквивалентъ
теплоты 331.
Міръ явленій 1.
Микроскопъ 428.
Микрофонъ 508.
Молнія 478.
Моментъ вращенія 58.
Монгольфьеръ 231.
Морзъ 487.
Мороженница 282.
Музыкальные ящики 367.
Мѣра 6.
Мѣхи 204.
Направленіе вѣтра 221.
Насосы 197.
Насосъ водяной 197.
. всасывающій 198.
„ нагнетательный 199.
Ньютонъ 410.
Обертоны 372.
Облако 304.
Огненныя колеса 229.
Омъ 479.
Оранжерея 341.
Органныя трубы 368.
Органъ звука 370.
„ слуха 376.
Органъ 368.
Отвердѣваніе 273.
Отливъ 157.
Отпусканіе 16.
Отраженіе звука 349.
„ полное 406.
„ свѣта 387,
„ упругихъ ша-
ровъ 56.
Охладительныя смѣси 280.
Паденіе, свободное 28.
„ по наклонной пло-
скости 33.
Папинъ 311.
Папиновъ котелъ 287.
Парабола 51.
Парадоксы аэростатиче-
скіе 214.
„ гидростатиче-
скіе 129.
Параллелограммъ силъ 41.
Парашютъ 230.
Паровая машина 310.
„ турбина Лаваля 317.
Паровое отопленіе 268.
Паромъ 43.
Парораспредѣлительная ко-
робка 812.
Парусная лодка 45.
Пары 289.
Пачинотти 498.
Передача силы, электрическая
504.
Пельтоново колесо 149.
Перегонка 289.
Перемежающійся фонтанъ 188.
— 519 —
Переохлажденіе 279.
Рѳгреінипі шоЫІе 112.
Печи различнаго устрой-
ства 323.
Пецваль 436.
Пикте 293.
Плаваніе 132.
Плечи рычага 103.
Плоскость, наклонная 102.
Пневматическая камера 243.
„ почта 209.
Поверхностное натяже-
ніе 117.
Пожарная труба 200.
Показатель преломленія 400.
Полетъ птицъ 227.
Полиспастъ 113.
Полосы поглощенія 415.
Поляризація цѣпи 478.
Порта 433.
Постоянныя точки термо-
метра 245.
Правило Ампера 485.
Пращъ 72.
Превращеніе одной формы
энергіи въ другую 331
и 79 лекціи.
Предохранительная
лампа 337.
Предохранительный кла-
панъ 311.
Предсказаніе погоды 179.
Преломленіе свѣта 401.
Прессъ Реаля 130.
Призма разсѣивающая 414.
Приливъ 157.
Принципъ Доплера, аку-
стика 380.
„ „ оптика 416.
Проводникъ электричества 467.
Продолжительность колеба-
нія маятника 38.
Проэкціонный аппаратъ 437.
Пружинные вѣсы 71.
Психрометръ 293.
Пульверизаторъ 217.
Работа 78.
„ напряженія 82.
Работа поднятія 82.
„ тренія 86.
Равновѣсіе тѣла, устойчи-
вое 61.
„ „ неустойчи-
вое 61,
„ » безразлич-
ное 61.
Радуга 451.
Радужная оболочка 439.
Раздувальный мѣхъ 204.
Ракета 229.
Распредѣлительная доска 487
Распространеніе теплоты 338.
Растворимость 213.
Растворъ 268.
Расширеніе, газовъ 259.
„ кубическое 249.
Реакція воды 150.
„ газовъ 228.
Резонансъ 364.
Резонаторъ 371.
Рейсъ 508.
Рейта 426.
Реостатъ
Рефлекторъ 39о.
Римскіе вѣсы 69.
Робинзонъ 222.
Роса, точка росы 302.
Рубнеръ 229.
Руль 44.
Рыбы, ихъ движенія 49
Рычагъ 102.
Самоваръ 283.
Свинцовый аккумуляторъ 479
Свѣторазсѣяніе 409.
Сила 22.
„ звука 353.
„ лошадиная 317.
„ мгновенная 26.
„ постоянная 29.
„ притяженія 119.
„ равнодѣйствующая 42.
„ свѣта 381.
„ сцѣпленія 119.
» тока 479.
„ центробѣжная 72.
Силы составляющія 42.
— 520 —
Сименсъ 500.
Сирена 358.
Сирокко 268.
Система иммерсіи 429.
Сифонъ 183.
„ для ядовъ 188
„ уравновѣшиваю-
щій 191.
Склоненіе 461.
Скорость 22.
„ распространенія
звука 344.
„ свѣта 410.
Скрытая теплота, плавле-
нія 275.
„ „ парообра-
зованія 287.
Сложеніе силъ
„ однородныхъ
СИЛЪ 41.
п разнородныхъ
силъ 50.
„ силъ, приложен-
ныхъ въ различ-
ныхъ точкахъ 57.
Слуховая трубка 552.
Снѣгъ 309.
Соленыя озера 164.
Соль, каменная 341.
Сопротивленіе 479.
Спектральный анализъ 414.
Спектръ 414.
„ излученія 414.
„ поглощенія 414.
Спиртовая лампа Ланге 322.
Спиртометръ 143.
Способы тушенія пожара 326.
Сталь 16.
Тайный глазокъ 394.
Тальбо 434.
Танталовъ бокалъ 192.
Твердость 16.
Телеграфъ 487.
Температура сгоранія 326.
Теплоемкость 326.
Теплота сгоранія 312.
„ полученная сжа-
тіемъ 330.
Теплота полученная тре-
ніемъ 328.
„ животная 343.
Теплопроводность 333.
Термометръ 243.
„ максимальный 247.
„ минимальный 247.
Томлинсонъ 127.
Тоны 353.
„ частичные 271.
Торричелли.172.
Точка кипѣнія 283.
„ плавленія 273.
Траллесъ 143.
Трезвучіе 358.
Тромбы 268.
Туманъ 304.
Турбина 151.
„ осевая 151.
Тѣла 6.
„ ихъ существенныя свой-
ства 6.
„ „ случайныя „ 16.
„ теплопрозрачныя 341.
„ нетеплопрозрачныя 341
„ діэлектрическія
Тяжесть 10.
Уаттъ 311.
Увеличительное стекло 421.
Углекислота 238.
Уголъ, краевой 120.
Ударъ упругихъ тѣлъ 96.
Удѣльный вѣсъ, его опре-
дѣленіе съ помощью гидро-
статическихъ вѣсовъ 139.
Узлы 361.
Уитстонъ 501.
Упругость 96, 180.
Ускореніе 22.
Ухо 376.
Фарадей 497.
Фенъ 263.
Физика, ея задачи 4.
фирнъ 309.
Фокусъ 395.
Фокусное разстояніе 416.
Фонографъ 374.
Фонтаны 145.
— 521
Фотографическая ка-
мера 434.
Франклинъ 473.
Франклинова доска 470.
Фраунгоферъ 16.
Химія 5.
Цвѣта 443.
Цвѣта, дополнительные 412.
Цвѣтъ воды 165.
„ неба 457.
„ субъективный 448.
Цвѣтовое свѣторазсѣя-
ніе 409.
Центръ тяжести 59.
Центробѣжная сила 72.
Центробѣжный мѣхъ 208.
„ насосъ 208.
„ регуля-
торъ 76,314.
Цилиндрическій мѣхъ 204.
Часы 40.
Чечевица 416.
Число колебаній маят-
ника 36.
„ „ тоновъ 353.
Чувственное ощущеніе 1.
Шарль 233.
Шатунъ 313.
Шприцъ 188,197.
Шестерня 114.
Штейнейль 436.
Шутиха 228.
Эдисонъ 384.
Эксцентрикъ 313.
Электризованіе 465.
Электрическая искра 471.
„ передача работы 504.
Электрическій токъ 477.
„ трамвай 505.
Электроды 482.
Электролизъ 482.
Электромагнитъ 481.
Электроскопъ 466.
Элементы 477.
„ вольтовы (гальва-
ническіе) 477.
Элементъ Даніеля 478.
Энергія 332.
Эпископъ 438.
Эратосфенъ 9.
Эфиръ 320.
„ свѣтовой 386.
Эффектъ 85.
Эхо 350.
Юзъ 489.
Явленія контраста 448.
Якоби 483.
Янтарь 465.
Издательская группа
ЦК55
представляет
М. Е. Перельман
Наблюдения и озарения
И- ИЛИ
Как физики выявляли
законы природы
Все мы знакомы с открытиями, ставшими заметными вехами на пути понимания человеком законов окружающею
мира: начиная с догадки Архимеда о величине силы, действующей на погруженное в жидкость тело, и заканчивая
новейшими теориями скрытых размерностей пространства-времени.
Но выли сделаны эти открытия? Почему именно в свое время?
именно теми, кого мы сейчас считаем первооткрывателями? И что делать тому, кто хочет не только понять, как &
устроено все вокруг, но иуЗНсІТІЭ, каким путем человечество пришло к современной картине мира?
Книга, которую вы держите в руках, поможет прикоснуться к тайне геНИЭЛЬНЫХ ПрОЗрвНИЙ
Рассказы «Наблюдения и озарения, или Как физики выявляют законы природы» написаны человеком
неравнодушный, любящим и знающим физику, искренне восхищающимся ее красотой. Поэтому книга не просто
захватывает - она позволяет почувствовать себя посвященными в великую тайну. Вместе с автором вы будете
восхищаться красотой мироздания и удивляться неожиданный озарениям, которые помогли эту красоту раскрыть.
Первая часть книги, «От Аристотеля
до Николы Теслы», расскажет о пути
развития науки, начиная с утверждения
Аристотеля «Природа не терпит пустоты»
и эпициклов Птолемея, и до гелиоцентрической
системы Коперника и Галилея и великих
уравнений Максвелла. Читатель проделает
этот огромный путь рука об руку с гениями,
жившими задолго до нас.
«От кванта до темной материн» -
вторая часть книги. Она рассказывает о вещах,
которые мы не можем увидеть, не можем понять
с точки зрения обыденной, бытовой логики:
о принципе относительности, замедлении времени,
квантовании энергии, принципе неопределенности,
черных дырах и темной материн. История
загадочной, сложной и увлекательной современной
физики раскроется перед читателем.
Итак, вперед — совершать открытия вместе с гениями!
I
Леопольд ПФАУНДЛЕР
Австрийский физик и химик. Родился в Инсбруке. Образование получил в Инсбрукском,
Мюнхенском (где стал учеником выдающегося химика, основателя агрохимии Ю. Либиха)
и Парижском университетах; изучая химию, физику и математику. В 1861 г. получил сте-
пень доктора философии, с 1865 г. — приват-доцент, а с 1867 г. ординарный профессор фи-
зики в Инсбрукском университете. В1891-1910 гг. — профессор физики и директор Инсти-
тута физики в университете Граца. Член Академии естествоиспытателей (Леопольдина),
Венской академии наук.
В многочисленных работах Л. Пфаундлера, опубликованных главным образом в издани-
ях Венской академии наук, исследовались в основном физико-химические проблемы:
диссоциация, теплоемкость растворов и чистой воды, изучение охладительных смесей,
определение молекулярного веса и т. д. В 1867 г. он предложил объяснение механизма
протекания обратимых реакций на основе кинетической теории газов. Им были изобрете-
ны некоторые научные приборы, в том числе сейсмограф и устройство для оптической
демонстрации фигур Лиссажу; написано несколько работ по описанию форм рельефа
и исследованию ледников в Альпах, а также популярная книга «Физика обыденной жиз-
ни», неоднократно переизданная в Германии и переведенная на русский язык.
Наше издательство предлагает следующие книги:
С|ЭѵИДАМЕНТАЛЬНЫЕ
ФИЗИЧЕСКИ!
ЗАКОНЫ ФИЗИКИ
В ПОВСЕДНЕВНОЙ
ЖИЗНИ
ПОСТОЯННЫЕ
ФИШКИ
ДОМИ ЧІО.ІОІ ни
1 :
В. В. Покдомкий
КОСМОС ВСЕЛЕННАЯ
ТЕОРИЯ ВСЕГО
почти *
без фопму.і
іі.ш
КАК ДОШЛИ
ДО ТЕОРИИ СѴПЕРСТРѴН
* ШгаЯГ
Издательская группа
9 785971 026976
в Интернете:
Ь«р://иК85.ги
........Е-таіІ: ІІК88@ІІК88.ги
117335, Москва, Телефон/факс
Нахимовский (многоканальный)
проспект, 56 +7 (499) 724 25 45
Отзывы о настоящем издании, а также обнаруженные
опечатки присылайте по адресу ІІК88@0В88.ги.
Ваши замечания и предпожения будут учтены
и отражены на ѵѵеЬ-странице этой книги на сайте
іі«р://0К88.ги