Глава шестая. СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ (1)

[1] [2] [3] [4]

и др.

Гениальный родоначальник русского естествознания писал по этому поводу: «Принужден я был искать слов для наименования некоторых физических инструментов, действий и натуральных вещей, которые (т. е. слова) хотя сперва покажутся несколько странны, однако надеюсь, что они со временем через употребление знакомее будут».

Как мы знаем, надежды Ломоносова вполне оправдались.

Напротив, предложенные впоследствии В. И. Далем (известным составителем «Толкового словаря») слова для замены «атмосферы» — неуклюжие «мироколица» или «колоземица» — совершенно не привились, как не привился его «небозём» вместо горизонта и другие новые слова.

Как будто простая задача

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

Казалось бы, здесь детски-простая арифметическая задача: один стакан вытекает в 0,5 минуты, — значит, 30 стаканов выльются в 15 минут.

Но сделайте опыт. Окажется, что самовар опоражнивается не в четверть часа, как вы ожидали, а в полчаса.

В чем же дело? Ведь расчет так прост!

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

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

где v — скорость истечения, g — ускорение силы тяжести, a h — высота уровня жидкости над отверстием. Из этой формулы следует, что скорость вытекающей струи совершенно не зависит от плотности жидкости: легкий спирт и тяжеловесная ртуть при одинаковом уровне вытекают из отверстия одинаково быстро (рис. 56). Из формулы видно, что на Луне, где сила тяжести в 6 раз меньше, чем на Земле, потребовалось бы для наполнения стакана примерно в 2,5 раза больше времени, нежели на Земле.

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

Рисунок 56. Что скорее выльется: ртуть или спирт? Уровень жидкости в сосудах одинаков.

Задача о бассейне

От сказанного один шаг к пресловутым задачам о бассейне, без которых не обходится ни один арифметический и алгебраический задачник. Всем памятны классически-скучные, схоластические задачи вроде следующей:

«В бассейн проведены две трубы. Через одну первую пустой бассейн может наполниться в 5 часов; через одну вторую полный бассейн может опорожниться в 10 часов. Во сколько часов наполнится пустой бассейн, если открыть обе трубы сразу?»

Задачи этого рода имеют почтенную давность — без малого 20 веков, восходя к Герону Александрийскому. Вот одна из героновых задач, — не столь, правда, замысловатая, как ее потомки:

Четыре фонтана дано. Обширный дан водоем.

За сутки первый фонтан до краев его наполняет.

Два дня и две ночи второй над тем же должен работать.

Третий втрое, чем первый, слабей.

В четверо суток последний за ним поспевает.

Ответить мне, скоро ли будет он полон,

Если во время одно все их открыть?[32] Удельный вес воды Кара Богаз-Гола — 1,18. «В такой плотной воде можно плавать без применения усилий и, не обходя закона Архимеда, утонуть невозможно», — замечает по этому поводу исследователь (А. Д. Пельш, Карабугаз, 1934). [33] Тяжелая вода широко применяется в атомной технике, в частности, в атомных реакторах. Она добывается из обычной соды промышленным способом в больших количествах. (Прим. ред.). [34] Английский физик Тот вычислил, что если бы земное притяжение внезапно прекратилось и вода сделалась невесомой, то уровень воды в океане поднялся бы в среднем на 35 м (вследствие того, что сжатая вода приобрела бы нормальный объем). «Океан затопил бы 5 000 000 км2 суши, обязанной своим надводным существованием лишь сжимаемости окружающих ее вод океанов» (Берже). [35] В современных условиях подводное судно, снабженное атомным двигателем, делает человека свободным в выборе путей в малоизведанных глубинах морей и океанов. Неисчерпаемые запасы энергии на борту подводною корабля позволяют, но всплывая на поверхность, проделывать огромные переходы. Так, в 1958 г. (с 22 июля по 5 aвгуста) американская подводная лодка с атомным двигателем «Наутилус» прошла в погруженном состоянии в районе Северного полюса, совершив поход из Берингова моря в Гренландское. (Прим, ред.). [36] Позднее во Франции под руководством инженера Вильма и в Италии по проекту бельгийского профессора Пикара были созданы специальные аппараты для глубоководных исследований — батискафы. Их важнейшее отличие от батисфер состоит в том, что они могут двигаться, плавать на больших глубинах, тогда как батисферы беспомощно висят на тросах. Сначала Пикар опустился в батискафе более чем на 3 км, потом французы Гийом и Вильм преодолели следующий рубеж — достигли глубины 4050 м. Ноябрь 1959 г.-батискаф на глубине 5670 м, но и это еще не предел. 9 января 1960 г. Пикар опустился на глубину 7300 м, а 23 января его батискаф достиг дна Марианской впадины на глубине 11, 5 км! По современным данным это самое глубокое место в мире. (Прим. ред.). [37] В книге «Завоевание глубин», изд-во «Молодая гвардия».
[1] [2] [3] [4]

Добавить комментарий

Обязательные поля обозначены *.