«Трактат по механике»

Примечания транскрибатора

Текст этой электронной книги по большей части сохранен в оригинальном виде, включая некоторую непоследовательность в расстановке дефисов и использовании диакритических знаков (aeriform/aëriform). Были исправлены три опечатки (arrangment → arrangement, pully → pulley, dye → die), а также опечатки в формулах на страницах 40 и 43. Кроме того, были молчаливо исправлены пропущенные знаки препинания (точки, запятые, неверные кавычки). Для удобства читателя добавлены гиперссылки в оглавление, указатель и сноски, а также к многочисленным перекрестным ссылкам внутри текста. Номера страниц указаны на правом поле, сноски расположены в конце.

Изображение на обложке книги было создано транскрибатором и является общественным достоянием.

ТРАКТАТ О МЕХАНИКЕ

BY

CAPTAIN HENRY KATER, V. PRES: R.S.

─── and ───

DIONYSIUS LARDNER, D.C.L. F.R.S. &c. &c.

A NEW EDITION REVISED & CORRECTED.

1852.

Г. Корбоулд, рисунок. Э. Финдер, гравюра.

London:

PRINTED FOR LONGMAN, BROWN, GREEN & LONGMANS. PATERNOSTER ROW:

ПРЕДИСЛОВИЕ.

Настоящий «Трактат о механике», впервые опубликованный в 1830 году, является работой доктора Ларднера, за исключением двадцать первой главы, написанной покойным капитаном Кейтером. Данное издание было пересмотрено и исправлено доктором Ларднером.

Лондон, январь 1852 г.

СОДЕРЖАНИЕ.

CHAP. I.

PROPERTIES OF MATTER.

Organs of Sense.—Sen­sa­tions.—Pro­per­ties or Qua­li­ties.—Ob­ser­va­tion. —Com­pa­ri­son and Gen­er­al­isa­tion.—Par­tic­ular and gen­eral Qua­li­ties.—Mag­ni­tude. —Size.—Vol­ume.—Lines.—Sur­faces.—Edges.—Area.—Length. —Im­pene­tra­bil­ity.—Ap­par­ent Pene­tra­tion.—Figure.—Dif­fer­ent from Volume. —Atoms.—Mol­ecules.—Matter sep­ar­able.—Par­ticles.—Force.—Co­he­sion of Atoms.—Hypo­thet­ical Phrases un­neces­sary.—At­trac­tion.1

CHAP. II.

PROPERTIES OF MATTER, CONTINUED.

Divisibility.—Unlimited Divisibility.—Wollaston’s micro­metric Wire. —Method of mak­ing it.—Thick­ness of a Soap Bubble.—Wings of In­sects.—Gild­ing of Wire for Em­broi­dery.—Glob­ules of the Blood.—Animal­cules.—Their minute Organ­isa­tion.—Ulti­mate Atoms.—Crys­tals.—Por­osity.—Vol­ume.—Den­sity. —Quick­silver pass­ing through Pores of Wood.—Fil­tra­tion.—Por­osity of Hydro­phane. —Com­press­ibil­ity.—Elas­ti­city.—Di­lat­abil­ity.—Heat.—Con­trac­tion of Metal used to re­store the Per­pen­dic­ular to Walls of a Build­ing.—Im­pene­tra­bil­ity of Air. —Com­press­ibil­ity of it.—Elas­ti­city of it.—Liquids not ab­so­lute­ly in­com­press­ible. —Ex­peri­ments.—Elas­ti­city of Fluids.—Aeri­form Fluids.—Do­mes­tic Fire Box.— Evo­lu­tion of Heat by com­pressed Air.9

CHAP. III.

INERTIA.

Inertia.—Matter In­cap­able of spon­tan­eous Change.—Im­pedi­ments to Motion.—Motion of the Solar Sys­tem.—Law of Nature.—Language used to express Inertia some­times faulty.—Familiar Examples of Inertia.27

CHAP. IV.

ACTION AND REACTION.

Inertia in a single Body.—Consequences of Inertia in two or more Bodies.— Examples.—Effects of Impact.—Motion not estimated by Speed or Velo­city alone.—Examples.—Rule for es­ti­mat­ing the Quan­tity of Motion.—Action and Re­action.—Examples of.—Velo­city of two Bodies after Impact.—Rule for finding the common Velo­city after Impact.—Magnet and Iron.—Feather and Cannon Ball im­ping­ing.—Newton’s Laws of Mo­tion.—In­util­ity of.—Fa­­miliar Effects result­ing from Con­se­quen­ces of Inertia.34

CHAP. V.

COMPOSITION AND RESOLUTION OF FORCE.

Motion and Pressure.—Force.—Attraction.—Para­llelo­gram of Forces.—Resultant.—Com­po­nents.—Com­po­si­tion of Force.—Reso­lu­tion of Force.—Illu­stra­tive Ex­peri­ments.—Com­po­si­tion of Pres­sures.—Theo­rems regu­lat­ing Pres­sures also regulate Motion.—Examples.—Reso­lu­tion of Motion.—Forces in Equi­lib­rium.—Com­po­si­tion of Motion and Pres­sure.—Illu­stra­tions.—Boat in a Cur­rent.—Motions of Fishes.—Flight of Birds.—Sails of a Vessel.—Tack­ing.—Eques­trian Feats.—Ab­so­lute and rela­tive Motion.48

CHAP. VI.

ATTRACTION.

Impulse.—Mechanical State of Bodies.—Ab­so­lute Rest.—Uni­form and recti­linear Motion.—Attrac­tions.—Mo­lecu­lar or atomic.—Inter­stitial Spaces in Bodies.—Re­pul­sion and Attrac­tion.—Co­he­sion.—In Solids and Fluids.—Manu­fac­ture of Shot.—Ca­pil­lary Attrac­tions.—Short­en­ing of Rope by Mois­ture.—Sus­pen­sion of Li­quids in ca­pil­lary Tubes.—Ca­pil­lary Siphon.—Affinity between Quicksilver and Gold.—Examples of Affini­ty.—Sul­phur­ic Acid and Water.—Oxy­gen and Hydro­gen. —Oxy­gen and Quick­silver.—Mag­net­ism.—Elec­tri­city and Elec­tro-Mag­net­ism.—Gravi­ta­tion.—Its Law.—Examples of.—De­pends on the Mass.—Attrac­tion be­tween the Earth and de­tached Bodies on its Surface.—Weight.—Gravi­ta­tion of the Earth.—Illu­stra­ted by Pro­jec­tiles. —Plumb-Line.—Caven­dish’s Experi­ments.63

CHAP. VII.

TERRESTRIAL GRAVITY.

Phenomena of falling Bodies.—Gravity greater at the Poles than Equa­tor.—Heavy and light Bodies fall with equal Speed to the Earth.— Experi­ment.—In­creased Velo­city of falling Bodies.—Prin­ci­ples of uni­form­ly ac­cel­er­ated Motion.—Re­la­tions between the Height, Time, and Velocity.—Attwood’s Machine.—Re­tard­ed Motion.84

CHAP. VIII.

OF THE MOTION OF BODIES ON INCLINED PLANES AND CURVES.

Force perpendicular to a Plane.—Oblique Force.—Inclined Plane.—Weight produces Pressure and Motion.—Motion uni­form­ly ac­cel­er­ated.—Space moved through in a given Time.—In­creased Ele­va­tion pro­duces in­creased Force.—Per­pen­dic­ular and ho­ri­zon­tal Plane.—Final Velo­city.—Motion down a Curve.—De­pends upon Velo­city and Curva­ture.—Centri­fugal Force.—Circle of Curva­ture.—Radius of Curva­ture.—Whirl­ing Table.—Experi­ments.—Solar System.—Examples of centri­fugal Force.85

CHAP. IX.

THE CENTRE OF GRAVITY.

Terrestrial Attraction the combined Action of parallel Forces.—Single equi­valent Force.—Examples.—Method of find­ing the Centre of Gravity.—Line of Direc­tion.—Globe.—Ob­late Spher­oid.—Pro­late Spher­oid.—Cube. —Straight Wand.—Flat Plate.—Tri­ang­ular Plate.—Centre of Grav­ity not always within the Body.—A Ring.—Ex­peri­ments.—Stable, instable, and neu­tral Equi­lib­rium. —Motion and Posi­tion of the Arms and Feet.—Effect of the Knee-Joint.—Posi­tions of a Dancer.—Porter under a Load.—Motion of a Quad­ru­ped.—Rope Danc­ing.—Centre of Grav­ity of two Bodies se­pa­rated from each other.—Math­em­at­ical and ex­peri­ment­al Examples. —The Con­ser­va­tion of the Motion of the Centre of Grav­ity.—Solar System.—Centre of Grav­ity some­times called Centre of Inertia.107

CHAP. X.

THE MECHANICAL PROPERTIES OF AN AXIS.

An Axis.—Planets and common spin­ning Top.—Oscil­la­tion or Vi­bra­tion.—In­stan­taneous and con­tinued Forces.—Per­cus­sion.—Con­tinued Force.—Ro­ta­tion.—Im­pressed Forces.—Proper­ties of a fixed Axis.—Move­ment of the Force round the Axis.—Le­ver­age of the Force.—Im­pulse per­pen­dic­ular to, but not crossing, the Axis.—Radius of Gyra­tion.—Centre of Gyra­tion.—Moment of Iner­tia.—Prin­ci­pal Axes.—Centre of Per­cus­sion.128

CHAP. XI.

OF THE PENDULUM.

Isochronism.—Experiments.—Simple Pen­du­lum.—Examples il­lu­stra­tive of.—Length of.—Ex­peri­ments of Kater, Biot, Sabine, and others.—Huygens’ Cyc­loi­dal Pen­du­lum.145

CHAP. XII.

OF SIMPLE MACHINES.

Statics.—Dynamics.—Force.—Power.—Weight.—Lever.—Cord.—In­clined Plane.160

CHAP. XIII.

OF THE LEVER.

Arms.—Fulcrum.—Three Kinds of Levers.—Crow Bar.—Hand­spike. —Oar.—Nut­crack­ers.—Turn­ing Lathe.—Steel­yard.—Rect­angu­lar Lever.—Hammer.—Load be­tween two Bearers.—Com­bin­ation of Levers.—Equi­va­lent Lever. 167

CHAP. XIV.

OF WHEEL-WORK.

Wheel and Axle.—Thick­ness of the Rope.—Ways of apply­ing the Power.—Pro­ject­ing Pins.—Wind­lass.—Winch.—Axle.—Hori­zon­tal Wheel.—Tread-Mill.—Cranes.—Water-Wheels. —Paddle-Wheel.—Rachet-Wheel.—Rack.—Spring of a Watch.—Fusee.—Straps or Cords.—Examples of.—Turn­ing Lathe.—Re­volv­ing Shafts.—Spin­ning Ma­chine­ry.—Saw-Mill.—Pinion.—Leaves. —Crane.—Spur-Wheels.—Crown-Wheels.—Bev­elled Wheels.—Hunt­ing-Cog.—Chro­no­meters. —Hair-Spring.—Balance-Wheel.178

CHAP. XV.

OF THE PULLEY.

Cord.—Sheave.—Fixed Pulley.—Fire Escapes.—Single move­able Pulley.—Systems of Pulleys.—Smeaton’s Tackle.—White’s Pulley.—Ad­van­tage of.—Runner.—Spanish Bartons. 199

CHAP. XVI.

ON THE INCLINED PLANE, WEDGE, AND SCREW.

Inclined Plane.—Effect of a Weight on.—Power of.—Roads.—Power Oblique to the Plane.—Plane some­times moves under the Weight.—Wedge.—Some­times formed of two in­clined Planes.—More power­ful as its Angle is acute.—Where used.—Limits to the Angle.—Screw.—Hunter’s Screw.—Examples.—Mi­cro­meter Screw.209

CHAP. XVII.

ON THE REGULATION AND ACCUMULATION OF FORCE.

Uniformity of Operation.—Ir­regu­larity of prime Mover.—Water-Mill.—Wind-Mill.—Steam Press­ure.—Animal Power.—Spring.—Reg­u­la­tors.—Steam-Engine.—Governor.—Self-acting Damper.—Tachometer.—Ac­cu­mu­la­tion of Power.—Examples.—Hammer.—Flail.—Bow-string.—Fire Arms.—Air-Gun.—Steam-Gun.—Inert Matter a Maga­zine for Force.—Fly-Wheel.—Con­densed Air.—Roll­ing Metal.—Coin­ing-Press.224

CHAP. XVIII.

MECHANICAL CONTRIVANCES FOR MODIFYING MOTION.

Division of Motion into rectilinear and rotatory.—Con­tinued and re­cip­ro­ca­ting.—Examples.—Flow­ing Water.—Wind.—Animal Motion.—Fall­ing of a Body.—Syringe-Pump.—Hammer.—Steam-Engine.—Full­ing Mill.—Rose-Engine.—Ap­par­atus of Zureda.—Leupold’s Appli­ca­tion of it.—Hooke’s uni­ver­sal Joint.—Circ­ular and al­ter­nate Motion.—Examples.—Watt’s Methods of con­nect­ing the Motion of the Pis­ton with that of the Beam.—Para­llel Motion.245

CHAP. XIX.

OF FRICTION AND THE RIGIDITY OF CORDAGE.

Friction and Rigidity.—Laws of Fric­tion.—Ri­gid­ity of Cordage.—Strength of Ma­ter­ials.—Re­sist­ance from Friction.—In­de­pen­dent of the Mag­ni­tude of Sur­faces.—Examples.—Vince’s Ex­peri­ments.—Effect of Velo­ci­ty.—Means for di­min­ish­ing Fric­tion.—Fric­tion Wheels.—Angle of Repose.—Best Angle of Draught.—Rail-Roads.—Stiff­ness of Ropes.260

CHAP. XX.

ON THE STRENGTH OF MATERIALS.

Difficulty of determining the Laws which govern the Strength of Ma­ter­ials.—Forces tend­ing to se­par­ate the Parts of a Solid.—Laws by which Solids resist Com­pres­sion.—Euler’s theory.—Trans­verse Strength of Solids.—Strength di­min­ished by the Increase of Height.—Later­al or Trans­verse Strain.—Limits of Mag­ni­tude.—Re­la­tive Strength of small Animals greater than large ones.272

CHAP. XXI.

ON BALANCES AND PENDULUMS.

Weight.—Time.—The Balance.—Ful­crum.—Centre of Grav­ity of.—Sen­si­bil­ity of.—Po­si­tions of the Ful­crum.—Beam various­ly con­struc­ted.—Trough­ton’s Bal­ance.—Robin­son’s Bal­ance.—Kater’s Bal­ance.—Method of ad­just­ing a Bal­ance.—Use of it.—Pre­cau­tions ne­ces­sary.—Of Weights.—Ad­just­ment of.—Dr. Black’s Bal­ance.—Steel­yard.—Roman Statera or Steel­yard.—Con­veni­ence of.—C. Paul’s Steel­yard.—Chinese Steel-yard.—Danish Bal­ance.—Bent Lever Bal­ance.—Brady’s Bal­ance.—Weigh­ing Ma­chine for Turn­pike Roads.—In­stru­ments for Weigh­ing by means of a Spring.—Spring Steel­yard.—Salter’s Spring Balance.—Marriott’s Dial Weigh­ing Ma­chine.—Dyna­mom­eter.—Com­pen­sa­tion Pen­du­lums.—Barton’s Grid­iron Pen­du­lum.—Table of linear Ex­pan­sion.—Second Table.—Harrison’s Pen­du­lum.—Trough­ton’s Pen­du­lum.—Benzen­berg’s Pen­du­lum.—Ward’s Com­pen­sa­tion Pen­du­lum.—Com­pen­sa­tion Tube of Julien le Roy.—Deparcieux’s Com­pen­sa­tion.—Kater’s Pen­du­lum.—Reed’s Pen­du­lum.—Ellicott’s Pen­du­lum.—Mer­cur­ial Pen­du­lum.—Graham’s Pen­du­lum.—Com­pen­sa­tion Pen­du­lum of Wood and Lead.—Smeaton’s Pen­du­lum.—Brown’s Mode of Ad­just­ment.278

ОСНОВЫ

МЕХАНИКИ.

ГЛ. I. СВОЙСТВА МАТЕРИИ — ВЕЛИЧИНА — НЕПРОНИЦАЕМОСТЬ — ФОРМА — СИЛА.

(1.) Находясь в материальном мире, человек постоянно подвергается воздействию бесконечного множества окружающих его объектов. Тело, с которым соединены мыслящие и живые начала, представляет собой аппарат, искусно созданный для получения и передачи впечатлений. Его различные части организованы с очевидным расчетом на те внешние агенты, воздействию которых они должны подвергаться. Каждый орган предназначен для того, чтобы доводить до сознания непосредственные сведения о каком-либо специфическом воздействии, и, соответственно, наделен соответствующей восприимчивостью. Эта приспособленность органов к конкретным влияниям материальных агентов становится еще более очевидной, если учесть, что, какой бы тонкой ни была структура органа, он совершенно нечувствителен к любому влиянию, кроме того, для которого он, по-видимому, специально предназначен. Глаз, столь интенсивно восприимчивый к впечатлениям от света, совершенно не реагирует на звуковые воздействия; в то время как тонкий механизм уха, столь чувствительно отзывающийся на любой эффект последнего класса, совершенно невосприимчив к первому. Блеск чрезмерного света может вызвать слепоту, а грохот канонады — глухоту; но ни зрение, ни слух не могут быть повреждены самым экстремальным воздействием того принципа, который предназначен воздействовать на другой орган.

Таким образом, органы чувств — это инструменты, с помощью которых разум способен определять существование и качества внешних вещей. Эффекты, которые эти объекты производят на разум через органы чувств, называются ощущениями, и эти ощущения являются непосредственными элементами всего человеческого знания. Материя — это общее название, данное той субстанции, которая в бесконечно разнообразных формах воздействует на чувства. Метафизики по-разному определяли этот принцип. Некоторые даже сомневались в его существовании. Но эти дискуссии лежат за пределами сферы механической философии, на выводы которой они никоим образом не влияют. Наши исследования здесь относятся не к материи как к абстрактному существованию, а к тем качествам, которые мы обнаруживаем в ней с помощью чувств и в существовании которых мы уверены, как бы ни решался вопрос о самой материи. Когда мы говорим о «телах», мы подразумеваем те вещи, чем бы они ни были, которые вызывают в нашем сознании определенные ощущения; а способности вызывать эти ощущения называются «свойствами» или «качествами».

(2.) Установление свойств тел путем наблюдения — это первый шаг к получению знаний о природе. Таким образом, человек становится естествоиспытателем, как только начинает чувствовать и воспринимать. Первая стадия жизни — это состояние постоянного и любопытного возбуждения. Наблюдение и внимание, всегда бодрствующие, заняты чередой новых и удивительных объектов. Открывается обширное хранилище памяти, и каждый час наполняет его безграничными запасами природных фактов и явлений — богатыми материалами для будущих знаний. Острый аппетит к открытиям, заложенный в разуме для высших целей, постоянно стимулируемый присутствием новизны, делает вялой любую другую способность, и силы размышления и сравнения теряются в непрерывной активности и неисчерпаемой энергии наблюдения. Однако со временем более обычные классы явлений перестают возбуждать своей новизной. Внимание переключается с открытия нового на изучение знакомого. Из внешнего мира разум обращается внутрь себя, и лихорадочное удивление детства уступает место более спокойному созерцанию начинающейся зрелости. Огромная и разнородная масса явлений, собранная прошлым опытом, подвергается пересмотру. Начинается великая работа сравнения. Память предоставляет свои запасы, а разум упорядочивает их. Затем следуют те первые попытки обобщения, которые знаменуют собой рассвет науки в сознании.

Сравнивать, классифицировать, обобщать — эти склонности, по-видимому, инстинктивно присущи человеку. Они отделяют его от низших животных широкой пропастью. Именно к этим способностям можно проследить все высшие ментальные атрибуты, и именно из их правильного применения должен проистекать весь прогресс в науке. Без этих способностей явления природы оставались бы запутанной грудой сырых фактов, которыми можно было бы нагрузить память, но из которых интеллект не извлек бы никакой пользы. Сравнение и обобщение — это великие пищеварительные органы разума, с помощью которых только и можно извлечь питание из этой массы интеллектуальной пищи и без которых даже самое обширное наблюдение и самое неустанное внимание не могут привести к реальному или полезному прогрессу в знаниях.

(3.) Рассматривая те свойства тел, которые чаще всего предстают перед нашими чувствами, мы замечаем, что очень немногие из них являются существенными и неотделимыми от материи. Большее число можно назвать частными или специфическими качествами, поскольку они встречаются в одних телах, но отсутствуют в других. Так, свойство притягивать железо присуще магниту и не наблюдается у других веществ. Одно тело вызывает ощущение зеленого цвета, другое — красного, а третье лишено всякого цвета. Однако несколько характерных и существенных качеств неотделимы от материи в любом состоянии или под любой формой, в которой она существует. Только такие свойства могут считаться критериями материальности. Там, где их присутствие не проявляется чувствами и не доказуемо разумом, там материи нет. Основными из этих качеств являются величина и непроницаемость.

(4.) Величина. — Каждое тело занимает пространство, то есть оно обладает величиной. Это свойство, наблюдаемое чувствами у всех тел, которые не настолько малы, чтобы ускользнуть от них, и которое рассудок может проследить до самой мельчайшей частицы материи. Невозможно даже усилием воображения представить себе частицу материи настолько малую, чтобы она не имела величины.

Количество пространства, которое занимает тело, иногда называют его величиной. В разговорной речи для выражения этого понятия используется слово «размер»; но наиболее правильным термином, который мы будем использовать в основном, является «объем». Так мы говорим: объем Земли составляет столько-то кубических миль, объем этой комнаты — столько-то кубических футов.

Внешними границами величины тела являются линии и поверхности, причем линии — это границы, отделяющие различные поверхности одного и того же тела. Линейные границы тела также называют ребрами. Так, линия, отделяющая верхнюю часть сундука от одной из его сторон, называется ребром.

Количество поверхности называется площадью, а количество линии называется длиной. Так мы говорим: площадь поля составляет столько-то акров, длина веревки — столько-то ярдов. Слово «величина», однако, часто используется безразлично для объема, площади и длины. Если бы объекты исследования были более сложного и тонкого характера, как в метафизике, такое неустойчивое применение терминов могло бы привести к путанице и даже к ошибке; но в этой науке значение термина очевидно из способа его применения, и никаких неудобств не возникает.

(5.) Непроницаемость. — Это свойство будет наиболее ясно объяснено путем определения положительного качества, от которого оно берет свое название и отсутствие которого оно просто означает. Вещество было бы проницаемым, если бы оно позволяло другому проходить через пространство, которое оно занимает, не нарушая его составных частей. Так, если бы комета, ударившись о Землю, могла войти в нее с одной стороны и, пройдя сквозь нее, выйти с другой, не разделяя и не расстраивая никакие тела на Земле или внутри нее, тогда Земля была бы проницаема для кометы. Когда говорят, что тела непроницаемы, имеют в виду, что одно не может пройти сквозь другое, не вытеснив некоторые или все составные части этого другого. Существует много примеров кажущегося проникновения; но во всех них части тела, которые кажутся проницаемыми, вытесняются. Так, если острие иглы погрузить в сосуд с водой, вся вода, которая ранее заполняла пространство, в которое входит игла, будет вытеснена, и уровень воды в сосуде поднимется на ту же высоту, как если бы в него налили столько воды, сколько необходимо для заполнения пространства, занимаемого иглой.

(6.) Форма. — Если положить руку на твердое тело, мы ощущаем его непроницаемость по препятствию, которое оно оказывает проникновению руки внутрь своих размеров. Мы также чувствуем, что это препятствие начинается в определенных местах; что оно имеет определенные границы; что эти ограничения расположены в определенных направлениях относительно друг друга. Взаимное отношение, которое обнаруживается между этими границами тела, дает нам понятие о его форме. Форму и объем тела следует тщательно различать. Каждое из них полностью независимо от другого. Тела, имеющие очень разные объемы, могут иметь одну и ту же форму; и точно так же тела, различающиеся по форме, могут иметь один и тот же объем. Форма тела — это то, что в популярном языке называется очертанием или видом. Объем тела — это то, что обычно называют его размером. Отсюда легко понять, что одно тело (например, шар) может иметь в десять раз больший объем, чем другое (шар), и при этом иметь ту же форму; и что два тела (например, игральная кость и шар) могут иметь совершенно разные формы, но при этом иметь равные объемы. То, что мы здесь отметили относительно объемов, будет применимо также к длинам и площадям. Дуга круга и прямая линия могут иметь одинаковую длину, хотя они имеют разные формы; и, с другой стороны, две дуги разных кругов могут иметь одинаковую форму, но очень неравные длины. Поверхность шара изогнута, поверхность стола — плоская; и все же площадь поверхности шара может быть равна площади поверхности стола.

(7.) Атомы — Молекулы. — Непроницаемость не следует путать с неделимостью. Каждое тело, которое попадало под наблюдение человека, делимо на части; и эти части, какими бы малыми они ни были, делимы на другие, еще более мелкие. Практического предела этому процессу деления никогда не было найдено. Тем не менее, многие явления, которые были выявлены исследованиями тех, кто успешно изучал законы природы, делают весьма вероятным, что все тела состоят из элементарных частей, которые неделимы и неизменны. Составные части, которые можно назвать атомами, настолько малы, что полностью ускользают от чувств, даже при использовании самых мощных научных инструментов. Слово «молекула» часто используется для обозначения составных частей тела, настолько малых, что они ускользают от чувственного наблюдения, но не являются предельными атомами, причем каждая молекула, как предполагается, состоит из нескольких атомов, расположенных в соответствии с определенной формой. «Частица» также используется для выражения малых составных частей, но чаще применяется к тем, которые не слишком малы, чтобы их можно было обнаружить путем наблюдения.

(8.) Сила. — Если бы частицы материи не были наделены никаким свойством по отношению друг к другу, кроме их взаимной непроницаемости, вселенная была бы подобна массе песка, без разнообразия состояний или форм. Атомы, будучи помещенными в соприкосновение, не сцеплялись бы, как в твердых телах, и не отталкивались бы, как в газообразных веществах. Напротив, мы обнаруживаем, что в некоторых случаях атомы, составляющие тела, не просто помещены рядом, но проявляется определенный эффект в их сильном сцеплении. Если бы они были просто помещены в соприкосновение, их разделение осуществлялось бы так же легко, как перемещение любого из них с одного места на другое. Возьмите кусок железа и попытайтесь разделить его части: усилие будет сильно встречено сопротивлением, и гораздо легче будет переместить всю массу. По-видимому, в таких случаях части, находящиеся в соприкосновении, сцепляются и сопротивляются их взаимному разделению. Этот эффект называется силой; и говорят, что составные атомы сцепляются с большей или меньшей степенью силы, в зависимости от того, оказывают ли они большее или меньшее сопротивление их взаимному разделению.

Сцепление частиц, находящихся в соприкосновении, — это эффект того же класса, что и взаимное сближение частиц, расположенных на расстоянии друг от друга. Нетрудно заметить, что то же самое влияние, которое заставляет тела А и В сближаться, когда они находятся на некотором расстоянии друг от друга, будет, когда они соединятся, удерживать их вместе и оказывать сопротивление их разделению. Поэтому этот эффект взаимного приближения тел друг к другу также называют силой.

Сила обычно определяется как «все, что производит или противодействует производству движения в материи». В этом смысле это название для неизвестной причины известного эффекта. Однако было бы более философски давать название не причине, о которой мы ничего не знаем, а эффекту, о котором у нас есть чувственные доказательства. Наблюдать и классифицировать — вот вся задача естествоиспытателя. Когда ссылаются на причины, подразумевается, что эффекты одного и того же класса возникают в результате действия одной и той же причины. Как бы вероятно ни было это предположение, оно совершенно излишне. Все цели науки — расширение разума, распространение и улучшение знаний, легкость их приобретения — достигаются только путем обобщения, и никакой пользы не может принести искажение наших выводов возможными ошибками гипотез.

Здесь можно раз и навсегда заметить, что фразеология причинности и гипотез настолько переплелась с языком науки, что невозможно избежать частого ее использования. Так, мы говорим: «магнит притягивает железо»; выражение «притягивает» подразумевает причину наблюдаемого эффекта. В таких случаях, однако, следует понимать, что мы имеем в виду сам эффект, находя менее неудобным продолжать использование принятых фраз, модифицируя их значение, чем вводить новые.

Сила, когда она проявляется через взаимное сближение или сцепление тел, также называется притяжением, и она по-разному именуется в зависимости от обстоятельств, при которых она наблюдается. Так, сила, удерживающая вместе атомы твердых тел, называется силой сцепления. Сила, которая притягивает тела к поверхности Земли, когда они находятся над ней, называется силой тяготения. Сила, которая проявляется при взаимном сближении или прилипании магнита и железа, называется магнитным притяжением, и так далее.

Когда сила проявляется через движение тел друг от друга, она называется отталкиванием. Так, если кусок стекла, энергично натертый шелковым платком, последовательно коснуться двух перьев, эти перья, если их приблизить друг к другу, разойдутся. Этот эффект называется отталкиванием, и говорят, что перья отталкивают друг друга.

(9.) Влияние, которое силы оказывают на форму, состояние, расположение и движения материальных веществ, является основным объектом физической науки. В строгом смысле, механика — это термин очень широкого значения. Однако, согласно более популярному употреблению, он обычно применяется к той части физической науки, которая включает исследование явлений движения и покоя, давления и других эффектов, развивающихся в результате взаимного действия твердых масс. Рассмотрение подобных явлений, проявляющихся в телах жидкой формы, возложено на гидростатику, а газообразных флюидов — на пневматику.

ГЛ. II. ДЕЛИМОСТЬ — ПОРИСТОСТЬ — ПЛОТНОСТЬ — СЖИМАЕМОСТЬ — УПРУГОСТЬ — РАСШИРЯЕМОСТЬ.

(10.) Помимо качеств величины и непроницаемости, существуют несколько других общих свойств тел, рассматриваемых в механической философии, к которым мы будем часто обращаться. Те, которые мы рассмотрим в настоящей главе, следующие:

1. Делимость. 2. Пористость — Плотность. 3. Сжимаемость — Упругость. 4. Расширяемость.

(11.) Делимость. — Наблюдение и опыт доказывают, что все тела ощутимой величины, даже самые твердые, состоят из частей, которые можно разделить. Практическому подразделению материи, по-видимому, нет установленного предела. Многочисленные примеры деления материи до степени, почти превосходящей веру, можно найти в экспериментальных исследованиях, проводимых в физической науке; полезные искусства дают много примеров, не менее поразительных; но, пожалуй, самые наглядные доказательства, которые можно привести, крайней миниатюрности, которой могут быть подвержены части материи, возникают из рассмотрения определенных частей организованного мира.

(12.) Относительные положения звезд на небе, видимые в поле зрения телескопа, отмечаются тонкими проволочными линиями, расположенными перед окуляром и пересекающими друг друга под прямым углом. Поскольку звезды в телескопе кажутся лишь светящимися точками без ощутимой величины, необходимо, чтобы проволоки, отмечающие их места, имели соответствующую тонкость. Но эти проволоки, будучи увеличенными окуляром, имели бы видимую толщину, что сделало бы их непригодными для этой цели, если бы их реальные размеры не были необычайной степени миниатюрности. Чтобы получить проволоку для этой цели, доктор Волластон изобрел следующий процесс: кусок тонкой платиновой проволоки a b протягивается вдоль оси цилиндрической формы A B, рис. 1. В эту форму, в точке A, заливается расплавленное серебро. Поскольку тепло, необходимое для плавления платины, намного больше того, которое удерживает серебро в жидкой форме, проволока a b остается твердой, в то время как форма A B заполняется серебром. Когда металл становится твердым в результате охлаждения и извлекается из формы, получается цилиндрический серебряный стержень, имеющий платиновую проволоку в своей оси. Затем этот стержень протягивается через волочильную доску, пропуская его последовательно через отверстия C, D, E, F, G, H, уменьшающиеся в величине, причем первое отверстие немного меньше проволоки в начале процесса. Таким образом, платина a b протягивается одновременно и в той же пропорции, что и серебро, так что какова бы ни была первоначальная пропорция толщины проволоки a b к толщине формы A B, такой же будет пропорция платиновой проволоки к целому при различных толщинах C, D и т. д. Если мы предположим, что форма A B в десять раз толще проволоки a b, то серебряная проволока на протяжении всего процесса будет в десять раз толще платиновой проволоки, которую она включает в себя. Серебряная проволока может быть вытянута до толщины, не превышающей 300-й доли дюйма. Таким образом, платина не будет превышать 3000-й доли дюйма. Затем проволока погружается в азотную кислоту, которая растворяет серебро, но оставляет платину твердой. Этим методом доктору Волластону удалось получить проволоку, диаметр которой не превышал 18000-й доли дюйма. Количество этой проволоки, равное по объему обычной игральной кости, протянулось бы от Парижа до Рима.

(13.) Ньютону удалось определить толщину очень тонких пластинок прозрачных веществ путем наблюдения цветов, которые они отражают. Мыльный пузырь — это тонкая оболочка воды, и наблюдается, что он отражает разные цвета от разных частей своей поверхности. Непосредственно перед тем, как пузырь лопается, можно заметить черное пятно возле вершины. В этой части толщина, как было доказано, не превышает 2 500 000-й доли дюйма.

Прозрачные крылья некоторых насекомых настолько утончены в своей структуре, что 50 000 из них, положенных друг на друга, не составили бы стопку высотой в четверть дюйма.

(14.) В производстве вышивки необходимо получать очень тонкие позолоченные серебряные нити. Чтобы достичь этого, цилиндрический серебряный стержень весом 360 унций покрывается примерно двумя унциями золота. Этот позолоченный стержень затем протягивается, как в первом примере, пока он не превратится в нить настолько тонкую, что 3400 футов ее весят менее унции. Затем проволока сплющивается путем пропускания ее между валками под сильным давлением — процесс, который увеличивает ее длину, так что около 4000 футов будут весить одну унцию. Следовательно, один фут будет весить 4000-ю часть унции. Пропорция золота к серебру в исходном стержне была как 2 к 360, или 1 к 180. Поскольку та же пропорция сохраняется после того, как стержень был протянут, следует, что количество золота, покрывающее один фут тонкой проволоки, составляет 180-ю часть от 4000-й части унции; то есть 720 000-ю часть унции.

Количество золота, покрывающее один дюйм этой проволоки, будет в двенадцать раз меньше того, которое покрывает один фут. Следовательно, это количество составит 8 640 000-ю часть унции. Если этот дюйм снова разделить на 100 равных частей, каждая часть будет отчетливо видна без помощи микроскопов. Золото, которое покрывает эту малую, но видимую часть, составляет 864 000 000-ю часть унции. Но мы можем пойти еще дальше; эта часть проволоки может быть рассмотрена под микроскопом, который увеличивает в 500 раз, так что 500-я часть ее станет видимой. Таким образом, унция золота может быть разделена на 432 000 000 000 видимых частей, каждая из которых будет обладать всеми характеристиками и качествами, обнаруженными в самых больших массах металла. Она сохранит свою твердость, текстуру и цвет; она будет сопротивляться тем же агентам и вступать в соединение с теми же веществами. Если позолоченную проволоку погрузить в азотную кислоту, серебро внутри покрытия растворится, но полая трубка из золота, которая окружала его, все еще будет сцепляться и останется висеть.

(15.) Организованный мир предлагает еще более замечательные примеры невообразимой тонкости материи.

Кровь, которая течет в венах животных, не является, как кажется, равномерно красной жидкостью. Она состоит из плоских дисков красного цвета, плавающих в прозрачной жидкости, называемой сывороткой. У разных видов эти диски различаются как по форме, так и по величине. У человека и всех животных, вскармливающих своих детенышей молоком, они совершенно круглые или почти круглые. У птиц, рептилий и рыб они имеют овальную форму. У человеческого вида диаметр этих дисков составляет около 3500-й доли дюйма. Отсюда следует, что в капле крови, которая осталась бы висеть на кончике тонкой иглы, должно быть около 3 000 000 таких дисков.

При всей малости этих дисков, животное царство представляет существ, чьи тела еще более миниатюрны. Были обнаружены анималькули (микроскопические животные), чья величина такова, что миллион из них не превышает объема песчинки; и все же каждое из этих существ состоит из членов, организованных так же любопытно, как и у самых крупных видов; они обладают жизнью и самопроизвольным движением, и наделены чувствами и инстинктом. В жидкостях, в которых они живут, они движутся с поразительной скоростью и активностью; и их движения не слепы и случайны, а явно управляются выбором и направлены к цели. Они употребляют пищу и питье, из которых получают питание, и поэтому снабжены пищеварительным аппаратом. Они обладают большой мышечной силой и снабжены конечностями и мышцами силы и гибкости. Они восприимчивы к тем же аппетитам и подвержены тем же страстям, удовлетворение которых сопровождается теми же результатами, что и у нашего собственного вида. Спалланцани отмечает, что некоторые анималькули пожирают других настолько прожорливо, что они толстеют и становятся вялыми и ленивыми от переедания. После такой трапезы, если их поместить в дистиллированную воду, чтобы лишить всякой пищи, их состояние ухудшается; они вновь обретают дух и активность и развлекаются погоней за более мелкими животными, которые им поставляются; они проглатывают их, не лишая жизни, ибо с помощью микроскопа наблюдали, как одно движется внутри тела другого. Эти необычные явления не являются предметом праздного и любопытного наблюдения. Они заставляют нас спросить, какие части необходимы для получения таких результатов. Не должны ли мы заключить, что эти существа имеют сердце, артерии, вены, мышцы, жилы, сухожилия, нервы, циркулирующие жидкости и весь сопутствующий аппарат живого организованного тела? И если так, насколько невообразимо малы должны быть эти части! Если глобула их крови несет ту же пропорцию к их общему объему, какую глобула нашей крови несет к нашей величине, какие силы вычисления могут дать адекватное представление о ее миниатюрности?

(16.) Эти и многие другие явления, наблюдаемые в непосредственных произведениях природы или развитые механическими и химическими процессами, доказывают, что материалы, из которых сформированы тела, восприимчивы к миниатюрности, которая бесконечно превосходит возможности чувственного наблюдения, даже когда эти возможности были расширены всеми средствами науки. Должны ли мы тогда заключить, что материя бесконечно делима и что нет никаких первоначальных составных атомов определенной величины и формы, на которых должно прекратиться всякое деление? Такой вывод был бы необоснованным, даже если бы у нас не было других средств суждения о вопросе, кроме средств прямого наблюдения; ибо это означало бы наложение того предела на произведения природы, который она сама наложила на наши возможности их наблюдения. Однако, подкрепленные разумом и должным рассмотрением определенных явлений, которые попадают в пределы наших непосредственных возможностей наблюдения, мы часто способны определить другие явления, которые находятся за пределами этих возможностей. Суточное движение Земли не воспринимается нами, потому что все вещи вокруг нас участвуют в нем, сохраняют свое относительное положение и кажутся находящимися в покое. Но разум говорит нам, что такое движение должно производить чередование дня и ночи, а также восход и заход всех небесных тел; явления, которые вполне наблюдаемы и которые выдают причину, из которой они возникают. Опять же, мы не можем поместить себя на расстоянии от Земли, увидеть ось, вокруг которой она вращается, и наблюдать ее специфический наклон к орбите, по которой движется Земля; но мы видим и чувствуем смену времен года — эффект, который является непосредственным следствием этого наклона и с помощью которого мы способны его обнаружить.

(17.) Так обстоит дело и в настоящем случае. Хотя мы не способны путем прямого наблюдения доказать существование составных материальных атомов определенной формы, все же существует много наблюдаемых явлений, которые делают их существование в высшей степени вероятным, если не морально достоверным. Наиболее примечательный из этого класса эффектов наблюдается при кристаллизации солей. Когда соль растворяется в достаточном количестве чистой воды, она смешивается с водой таким образом, что полностью исчезает для зрения и осязания, причем смесь представляет собой одну однородную прозрачную жидкость, подобную самой воде до ее соединения с солью. Присутствие соли в воде, однако, может быть установлено путем взвешивания смеси, которая, как будет обнаружено, превышает первоначальный вес воды на точную величину веса соли. Хорошо известно, что определенная степень тепла превращает воду в пар и что та же степень тепла не производит такого же эффекта на соль. Смесь соли и воды, подвергаясь воздействию этой температуры, постепенно испаряется, отделяясь от соли, с которой она была соединена. Когда испарилось так много воды, что оставшегося количества недостаточно для удержания в растворе всей соли, часть последней, таким образом высвобожденная из воды, вернется в твердое состояние. Солевой компонент в этом случае не будет собираться в неправильные твердые молекулы, а проявится в частицах правильной формы, ограниченных плоскими поверхностями, причем форма всегда одна и та же для одного и того же вида соли, но разная для разных видов. Эти частицы называются кристаллами. Существует несколько обстоятельств при формировании этих кристаллов, которые заслуживают внимания.

Если один из них отделить от других и наблюдать за ходом его формирования, будет обнаружено, что он постепенно увеличивается, всегда сохраняя свою первоначальную форму. Поскольку его увеличение должно быть вызвано постоянным притоком солевых молекул, высвобождаемых испарением воды, следует, что эти молекулы должны быть сформированы так, чтобы, прикрепляясь последовательно к кристаллу, они поддерживали регулярность его ограничивающих плоскостей и сохраняли их взаимные наклоны неизменными.

Предположим, что кристалл взят из жидкости во время процесса кристаллизации и от него отколот кусок, чтобы разрушить регулярность его формы: если кристалл, таким образом сломанный, вернуть в жидкость, будет наблюдаться, как он постепенно восстанавливает свою правильную форму, причем атомы соли, последовательно высвобождаемые испаряющейся водой, заполняют неправильные полости, образованные изломом. Отсюда следует, что солевые частицы, которые составляют поверхность кристалла, и те, которые образуют внутреннюю часть его массы, подобны и оказывают подобные притяжения на атомы, высвобождаемые водой.

Все эти детали процесса кристаллизации являются очень очевидными указаниями на определенную форму у предельных атомов веществ, которые кристаллизуются. Но помимо веществ, которые таким образом сводятся искусством к форме кристаллов, существуют более крупные классы, которые естественно существуют в этом состоянии. Существуют определенные плоскости, называемые плоскостями спайности, в направлениях которых природные кристаллы легко делятся. Эти плоскости в веществах одного и того же вида всегда имеют одно и то же относительное положение, но различаются в разных веществах. Поверхности плоскостей спайности совершенно невидимы до того, как кристалл разделен; но когда части разделены, эти поверхности демонстрируют самый интенсивный блеск, с которым не может сравниться никакое усилие искусства.

Мы можем представить кристаллизованные вещества как регулярные механические структуры, сформированные из атомов определенной формы, от которой должна зависеть форма всей структуры. Плоскости спайности параллельны сторонам составных атомов; и их направления, следовательно, образуют столько условий для определения их формы. Форма атомов, таким образом, определена, и нетрудно назначить все различные способы, которыми они могут быть расположены, чтобы получить фигуры, которые, соответственно, обнаруживаются в соответствии с различными формами кристаллов одного и того же вещества.

(18.) Когда эти явления должным образом рассмотрены и сравнены, мало сомнений может остаться в том, что все вещества, восприимчивые к кристаллизации, состоят из атомов определенной формы. Это случай со всеми твердыми телами вообще, которые попадали под научное наблюдение, ибо они были по отдельности найдены в кристаллизованной форме или сведены к ней. Жидкости кристаллизуются при замерзании, и если бы газообразные флюиды могли каким-либо образом быть сведены к твердой форме, они, вероятно, также проявили бы тот же эффект. Отсюда представляется разумным предположить, что все тела состоят из атомов; что различные качества, которыми, как мы находим, наделены различные вещества, зависят от величины и формы этих атомов; что эти атомы неразрушимы и неизменны любым естественным процессом, ибо мы находим качества, которые зависят от них, неизменно одинаковыми при всех влияниях, которым они были подвергнуты с момента их создания; что эти атомы настолько малы по своей величине, что их нельзя наблюдать никакими средствами, которые человеческое искусство еще придумало; но все же можно назначить величины, которые они не превышают.

Однако здесь уместно заметить, что различные теоремы механической науки не основываются на какой-либо гипотезе относительно этих атомов как на базе. Эти теоремы не выводятся из этого или какого-либо другого предположения, и поэтому их истинность ни в коей мере не была бы нарушена, даже если бы было установлено, что материя физически делима до бесконечности. Основой механической науки являются наблюдаемые факты, и, поскольку рассуждение является доказательным, выводы имеют ту же степень достоверности, что и факты, из которых они выведены.

(19.) Пористость. — Объем тела — это количество пространства, заключенного внутри его внешних поверхностей. Масса тела — это совокупность атомов или материальных частиц, из которых оно состоит. Говорят, что два атома или частицы находятся в контакте, когда они сблизились друг с другом до тех пор, пока не были остановлены их взаимной непроницаемостью. Если бы составные частицы тела находились в контакте, объем был бы полностью занят массой. Но это не так. Мы вскоре докажем, что составные частицы ни одного известного вещества не находятся в абсолютном контакте. Отсюда следует, что объем состоит частично из материальных частиц, а частично из межчастичных пространств, которые являются либо абсолютно пустыми, либо заполнены каким-либо веществом иного рода, чем рассматриваемое тело. Эти межчастичные пространства называются порами.

В телах, которые устроены равномерно по всем своим размерам, составные частицы и поры равномерно распределены по объему; то есть данное пространство в одной части объема будет содержать то же количество материи и то же количество пор, что и равное пространство в другой части.

(20.) Пропорция количества материи к величине называется плотностью. Так, если из двух веществ одно содержит в данном пространстве вдвое больше материи, чем другое, говорят, что оно «вдвое плотнее». Плотность тел, следовательно, пропорциональна близости или проксимальности их частиц; и очевидно, что чем больше плотность, тем меньше будет пористость.

Поры тела часто заполнены другим телом более тонкой природы. Если поры тела на поверхности Земли, подверженного воздействию атмосферы, больше, чем атомы воздуха, то воздух может проникать в поры. Это обнаруживается в случае со многими сортами дерева, которые имеют открытую структуру. Если кусок такого дерева, или мела, или сахара прижать ко дну сосуда с водой, можно заметить, как воздух, заполняющий поры, выходит в виде пузырьков и поднимается на поверхность, а вода входит в поры и занимает его место.

Если высокий сосуд или трубку с деревянным дном наполнить ртутью, жидкий металл под действием собственного веса будет проталкиваться через поры дерева и будет виден, выходящий серебряным дождем со дна.

(21.) Процесс фильтрации в искусствах зависит от наличия пор такой величины, чтобы позволить проход жидкости, но отказать в нем тем примесям, от которых она должна быть очищена. В качестве фильтров используются различные вещества; но, что бы ни использовалось, следует всегда помнить, что никакое вещество не может быть отделено от жидкости путем фильтрации, кроме того, чьи частицы крупнее частиц жидкости. В общем, фильтры используются для отделения твердых примесей от жидкости. Самые обычные фильтры — это мягкий камень, бумага и древесный уголь.

(22.) Все организованные вещества в животном и растительном царствах по самой своей природе в высокой степени пористы. Минералы пористы в разной степени. Среди кремнистых камней есть один, называемый гидрофаном, который проявляет свою пористость весьма замечательным образом. Камень в своем обычном состоянии полупрозрачен. Если, однако, его погрузить в воду, то при извлечении он становится прозрачным, как стекло. Поры, в этом случае ранее заполненные воздухом, пронизываются водой, между которой и камнем существует физическое отношение, благодаря которому одно делает другое совершенно прозрачным.

Более крупные минеральные массы демонстрируют степени пористости, не менее поразительные. Вода просачивается сквозь стены и своды пещер и гротов и, будучи пропитанной известковыми и другими землями, образует сталактиты, или свисающие выступы, которые представляют собой любопытное зрелище.

(23.) Сжимаемость. — Качество, в силу которого тело позволяет уменьшить свой объем, не уменьшая своей массы, называется сжимаемостью. Этот эффект достигается путем сближения составных частиц, тем самым увеличивая плотность и уменьшая поры. Этот эффект может быть произведен несколькими способами; но название «сжимаемость» применяется к нему только тогда, когда он вызван действием механической силы, например, давлением или ударом.

Все известные тела, какова бы ни была их природа, способны к уменьшению своих размеров без уменьшения своей массы; и это одно из самых убедительных доказательств того, что все тела пористы, или что составные атомы не находятся в контакте; ибо пространство, на которое может быть уменьшен объем, должно до уменьшения состоять из пор.

(24.) Упругость. — Некоторые тела при сжатии механическим воздействием возобновляют свои прежние размеры с определенной энергией, когда освобождаются от действия силы, которая их сжала. Это свойство называется упругостью; и из этого определения следует, что все упругие тела должны быть сжимаемыми, хотя обратное неверно, так как сжимаемость не обязательно подразумевает упругость.

(25.) Расширяемость. — Это качество является противоположностью сжимаемости. Это способность, наблюдаемая в телах, увеличивать свой объем без увеличения своей массы. Этот эффект может быть произведен несколькими способами. В обычных обстоятельствах тело может существовать под постоянным действием давления, которым определяются его объем и плотность. Может случиться, что при случайном снятии этого давления тело расширится благодаря качеству, присущему его строению. Это случай с обычным воздухом. Расширение может быть также эффектом тепла, как вскоре станет ясно.

Различные качества тел, которые мы отметили в этой главе, при рассмотрении их в отношении друг к другу представляют много обстоятельств, заслуживающих внимания.

(26.) Физическим законом высокой общности является то, что увеличение температуры, или степени тепла, которым подвергается тело, сопровождается увеличением объема; и что уменьшение температуры сопровождается уменьшением объема. Исключения из этого закона будут отмечены и объяснены в нашем трактате о теплоте. Отсюда следует, что снижение температуры — это эффект, который, рассматриваемый механически, эквивалентен сжатию или конденсации, поскольку он уменьшает объем, не изменяя массы; и поскольку это эффект, к которому восприимчивы все тела вообще, следует, что все тела вообще имеют поры. (23.)

Тот факт, что повышение температуры вызывает увеличение объема, проявляется в многочисленных экспериментах.

(27.) Если дряблый мочевой пузырь завязать у горловины так, чтобы остановить выход воздуха, а затем подержать перед огнем, он постепенно раздуется и примет вид полностью надутого. Небольшое количество воздуха, содержащееся в пузыре, в этом случае настолько расширяется от тепла, что занимает значительно увеличенное пространство и заполняет пузырь, из которого он раньше занимал лишь малую часть. Когда пузырь убирают от огня и дают ему вернуться к прежней температуре, воздух возвращается к своим прежним размерам, и пузырь снова становится дряблым.

(28.) Пусть A B, рис. 2, будет стеклянной трубкой с колбой на конце A; и пусть колба A и часть трубки будут заполнены какой-либо жидкостью, окрашенной так, чтобы быть видимой. Пусть C будет уровнем жидкости в трубке. Если колбу теперь подвергнуть воздействию тепла, погрузив ее в горячую воду, уровень жидкости C быстро поднимется к B. Этот эффект производится расширением жидкости в колбе, которая, заполняя большее пространство, частично вытесняется в трубку. Этот эксперимент легко можно проделать с обычной стеклянной трубкой и небольшим количеством портвейна.

Термометры строятся на этом принципе, причем подъем жидкости в трубке используется как индикатор степени тепла, которое его вызывает. Подробный отчет об этих полезных инструментах будет найден в нашем трактате о теплоте.

(29.) Изменение размеров твердых тел, вызванное изменениями температуры, будучи намного меньше, чем у тел в жидком или газообразном состоянии, не так легко наблюдаемо. Замечательный пример встречается в процессе подковки колес экипажей. Железный обод, которым должно быть обвязано колесо, в первом случае делается диаметром несколько меньшим, чем у колеса; но будучи нагретым при помощи огня до очень высокой температуры, его объем получает такое увеличение, что его становится достаточно, чтобы охватить и окружить колесо. Когда его помещают на колесо, оно охлаждается и внезапно сокращает свои размеры, прочно связывая части колеса вместе и надежно усаживаясь на своем месте на ободьях.

(30.) Часто случается, что пробка стеклянной бутылки или графина фиксируется на своем месте настолько прочно, что приложение силы, достаточной для ее извлечения, поставило бы под угрозу сосуд. В этом случае, если приложить к горлышку бутылки ткань, смоченную горячей водой, стекло расширится, и горлышко увеличится, что позволит легко извлечь пробку.

(31.) Сокращение металла вследствие изменения температуры было применено некоторое время назад в Париже для восстановления стен шаткого здания в их надлежащем положении. В Консерватории искусств и ремесел стены части здания были выдавлены из перпендикуляра весом крыши, так что каждая стена наклонялась наружу. М. Молар задумал применить непреодолимую силу, с которой металлы сокращаются при охлаждении, чтобы стянуть стены вместе. Железные стержни были помещены в параллельных направлениях поперек здания и под прямым углом к направлению стен. Будучи пропущенными сквозь стены, на их концах снаружи здания были навинчены гайки. Каждый второй стержень затем нагревался лампами, а гайки завинчивались вплотную к стенам. Затем стержни охлаждались, и, поскольку их длина уменьшалась из-за сокращения, гайки на их концах стягивались вместе, и вместе с ними стены стягивались на равное расстояние. Тот же процесс повторялся с промежуточными стержнями и так далее попеременно, пока стены не были приведены в перпендикулярное положение.

(32.) Поскольку на поверхности земного шара происходит постоянное изменение температуры во всех телах, следует, что происходит также постоянное изменение величины. Вещества, которые окружают нас, постоянно раздуваются и сокращаются под воздействием превратностей тепла и холода. Они становятся меньше зимой и расширяются летом. Они увеличивают свой объем в теплый день и сокращают его в холодный. Эти любопытные явления не замечаются только потому, что наши обычные средства наблюдения недостаточно точны, чтобы оценить их. Тем не менее, в некоторых знакомых случаях эффект очень очевиден. В теплую погоду плоть раздувается, сосуды кажутся наполненными, рука полная, а кожа натянута. В холодную погоду, когда тело подвергалось воздействию открытого воздуха, плоть кажется сокращенной, сосуды сжимаются, а кожа сморщивается.

(33.) Явления, сопровождающие изменение температуры, являются убедительными доказательствами всеобщей пористости материальных субстанций, но они не единственные. Многие вещества допускают сжатие под воздействием одной лишь механической силы.

Пусть небольшой кусочек пробки плавает на поверхности воды в тазу или другом сосуде, а пустой стеклянный бокал перевернут над пробкой так, чтобы его края едва касались воды. Часть воздуха окажется запертой в бокале, будучи отделенной от остальной атмосферы. Если теперь нажать на бокал, погружая его полностью, можно заметить, что вода не заполнит его, будучи вытесненной непроницаемостью заключенного в нем воздуха. Таким образом, этот эксперимент является решающим доказательством того, что воздух, одна из самых тонких и разреженных субстанций, известных нам, обладает свойством непроницаемости. Он абсолютно исключает присутствие любого другого тела в пространстве, которое занимает в любой данный момент.

Но хотя вода и не заполняет бокал, если обратить внимание на положение плавающей на ее поверхности пробки, можно обнаружить, что уровень воды внутри поднялся выше его края или ободка. Фактически, вода частично заполнила бокал, а воздух был вынужден сократить свои размеры. Этот эффект вызван давлением вышележащей воды, прижимающей поверхность в бокале к воздуху, который уступает до тех пор, пока не сожмется настолько, что приобретет силу, способную противостоять этому давлению. Таким образом, становится очевидно, что воздух способен уменьшаться в размерах под механическим давлением, независимо от воздействия тепла. Он сжимаем.

То, что этот эффект является следствием давления жидкости, легко продемонстрировать, показав, что по мере увеличения давления воздух пропорционально сокращается в своих размерах, а по мере его уменьшения размеры, напротив, увеличиваются. Если увеличить глубину погружения бокала в воду, можно увидеть, что пробка в нем поднимается, что показывает, что возросшее давление на большей глубине заставляет воздух в бокале сжиматься сильнее. Если же, напротив, поднять бокал к поверхности, можно заметить, что пробка опускается к краю, что показывает, что по мере освобождения от давления жидкости воздух постепенно приближается к своим первоначальным размерам.