Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек

Падение со скоростного поезда длится примерно 1 с (на самом деле сцена занимает несколько меньше времени). Вес человека увеличивается за счет сил инерции, сообщающих ему ускорение 28 м/с². Нетрудно подсчитать, что среднего роста и телосложения мужчина в такой момент будет оказывать на присоску нагрузку в 2240 Н (ньютонов), что соответствует в нормальных условиях весу 224 кг. Это приближенно равно 3-кратной перегрузке, которую легко выдерживает тренированный человек. Присоска опять-таки справляется с поставленной перед ней задачей.

Между прочим, именно присоски больше всего убеждают в том, что давление воздуха направлено равномерно во все стороны. Ведь с их помощью киногерои двигаются по вертикальным поверхностям и потолкам, следовательно, воздух одинаково давит и вбок, и даже вверх.

В заключение этого разговора следует рассказать о вакууме. Аристотель верил, что пустоты не существует, и до известной степени был прав. Неужели Торричелли ошибался и все его старания опровергнуть точку зрения античного философа были пустой тратой времени и принесли вред науке? Отнюдь. Так рассуждать нельзя. В свое время Аристотель спорил с Платоном, Галилей спорил с Аристотелем, Пуанкаре объявил, что Земля не вращается, и тем самым опроверг Галилея.

И тем не менее каждый из этих мыслителей и ученых был по-своему прав, поскольку изучал законы мира с новой позиции. Судить этот вечный спор нельзя, поскольку в нем нет неправой стороны. Галилей не поддерживал Платона, когда опроверг физику Аристотеля. Пуанкаре не восстанавливал авторитет Стагирита, когда оспаривал великого итальянца. Так склонны думать лишь люди с плоским мышлением, тщетно пытающиеся «навести порядок в науке».

Пустота есть, и одновременно ее нет. В мире нет абсолютной пустоты, однако есть та пустота, против которой восстал Аристотель. Вакуум представляет собой особое состояние материи, обладающее минимальной энергией. Оно почти свободно от частиц вещества, но насыщено физическими полями и различными волнами. Из энергии полей и волн способны возникать виртуальные частицы, которые при подходящих условиях «материализуются» — становятся реальными. Вакуум не терпит пустоты и сам порождает вещество.

Физический вакуум, как видно, не является абсолютной пустотой. В еще меньшей степени ей является космический вакуум. В мировом пространстве рассеяно колоссальное количество вещества — межзвездного газа и пыли. Плотность этого газа ничтожна, однако на каждый 1 см³ самого глубокого вакуума в среднем приходится 1 атом вещества. Если бы человек обладал способностью двигаться с околосветовой скоростью, то на собственном опыте убедился бы в насыщенности космоса газо-пылевым веществом.

Если воздух на Земле оказывает сопротивление летящему снаряду, то в межзвездном пространстве сильно разреженный газ будет противодействовать полету космонавтов. Астрономы не раз наблюдали объекты, которые движутся со скоростью, близкой к световой. Это газовые струи, извергаемые некоторыми галактиками. На первый взгляд, газ в вакууме не должен встречать никакого сопротивления. Поскольку же скорость струй чудовищно велика, то для них межзвездная среда уплотняется и превращается в серьезную преграду. Поэтому астрономы наблюдают неизбежное торможение галактических выбросов.

Но скорость планет, обращающихся вокруг звезд, невероятно низка. Скорость движения самих звезд также ничтожна в сравнении со световой. Наиболее быстрая планета Солнечной системы Меркурий движется вокруг Солнца со скоростью 0,00016с, где с — скорость света (300 000 км/с). Скорость самого Солнца равна 0,0008с, т. е. всего лишь в 5 раз больше. Сопротивление заполняющего космический вакуум газа для планет и звезд исчезающе мало. Эти тела движутся в пустоте.

Барометр и прочие изобретения

Первый барометр был создан, как ни странно, 2000 лет тому назад великим механиком античности Героном Александрийским. Изобретенное греком устройство правильнее называть бароскопом, однако использовалось оно в качестве термоскопа. То есть прибором измеряли не давление воздуха, но его температуру. Термоскоп Герона описан ниже, в разделе, посвященном температуре и изобретению термометров.

Настоящий бароскоп, использовавшийся по прямому назначению, создал Э. Торричелли. Торричеллиева трубка, заполненная ртутью, как раз и представляет собой этот бароскоп. Устройство является предшественником нынешних ртутных барометров. Показания трубки выражались в единицах, понятных любому современному человеку, а это большая редкость для науки и техники.

Обычно история отметает старые меры и приборы, заменяя их более удобными и улучшенными аналогами. Достаточно напомнить, что сегодня не применяются древнейшие мерные инструменты и единицы для измерения длины, хотя эта физическая величина наиболее проста. Атмосферному давлению повезло больше. Его сразу стали измерять посредством прибора, который не претерпел со временем принципиальных изменений. Единица измерения также сохранилась и почти повсеместно используется, лишь в ряде наук она вытеснена другими.

Сегодня созданы водные, ртутные и многие другие типы барометров. Барометры для измерения атмосферного давления, имеющиеся почти в каждом доме, обычно не являются ртутными. Они принадлежат к семейству анероидов. Барометр-анероид внешне напоминает часы: он круглый и снабжен стрелками. Одна стрелка установочная, она выставляется владельцем барометра и показывает изначальное значение давления. Вторая стрелка рабочая, она отклоняется при изменении давления.

По разнице между положением установочной и рабочей стрелок можно судить о том, как меняется давление (возрастает, падает) и насколько. При этом установочная стрелка выставляется по рабочей, т. е. указывает на ту же отметку, что и рабочая стрелка. На следующий день владелец барометра считывает показания прибора. Для этого необходимо посмотреть, куда отклонилась рабочая стрелка относительно своего первоначального положения, отмеченного установочной.

Если стрелка ушла в сторону больших значений, то это говорит о том, что давление растет. О падении давления свидетельствует движение стрелки в сторону меньших значений. Резкие скачки предвещают существенные изменения погоды. Впрочем, плавное изменение положения стрелки также опасно, если она далеко отклонилась от области нормальных значений. Нормальным атмосферным давлением принято считать значение 760 мм рт. ст., а также соседние отметки — 750–765 мм рт. ст.

Падение давления ведет к ухудшению погоды: облачности, дождям, ветру. Критическое падение давления отмечено на барометре надписью «Буря». Это связано с тем, что в местность с пониженным давлением затягивается воздух из соседних областей, что вызывает ветер, а тот, в свою очередь, нередко приносит облака, тучи, осадки и т. д. Скорость ветра напрямую зависит от разницы давлений между участками атмосферы над рассматриваемыми местностями. Большие подвижные области низкого давления называются циклонами. Тропические циклоны (тайфуны и ураганы) опасны очень сильным ветром и грозами, которые сопровождают их.

Обширные области устойчивого высокого давления носят названия антициклонов. При высоком давлении небо ясное, облачность минимальна, а осадков не наблюдается. Летом повышение давления означает увеличение жары и сухости, отсюда и надпись «Сушь» на барометре. Зимой «Сушь» приносит крепкие морозы. Критическое повышение давления отмечено на шкале анероида надписью «В. сушь», т. е. великая сушь.

Анероид лишен ртутного или водяного столба, зато обладает гофрированной коробочкой, стенки которой чрезвычайно чувствительны к перепадам давления. В зависимости от величины давления коробочка сжимается, как бы сдавливается или, напротив, распрямляется и выгибается. По поверхности такой коробочки скользит стержень механического устройства, приводящего в движение стрелку барометра. Стержень меняет свое положение всякий раз, как только коробочка деформируется. Соответственно, изменяется и положение стрелки.