43.(Pg. 65) How does a handle fixed to an axle, represent a wheel, fig. 6?
44.(Pg. 65) How could we increase the power in this instrument?
45.(Pg. 66) What other forces besides the power of men, do we employ to move machines?
46.(Pg. 66) What will serve as an example of an inclined plane?
47.(Pg. 66) In what proportion does it gain power? (fig. 7.)
48.(Pg. 66) To what is the wedge compared? (fig. 8.)
49.(Pg. 66) How does its power increase?
50.(Pg. 67) Why is it rather a compound than a simple power?
51.(Pg. 67) What common instruments act upon the principle of the inclined plane, or the wedge?
52.(Pg. 67) Why does a knife cut best when drawn across?
53.(Pg. 67) The screw has two essential parts; what are they?
54.(Pg. 67) What other instrument is used to turn the screw?
55.(Pg. 67) How can you compare the screw with an inclined plane? Fig. 10.
56.(Pg. 68) By what two means may the power of the screw be increased?
57.(Pg. 68) How do we estimate the power gained by the screw?
58.(Pg. 68) Is the lever always attached to the nut, as in the figure?
59.(Pg. 68) What is said respecting the composition of all machines, and for what must allowance always be made in estimating their power?
60.(Pg. 69) What is meant by friction, and what causes it?
61.(Pg. 69) How may friction be diminished?
62.(Pg. 69) Friction is of two kinds, what are they?
63.(Pg. 69) For what purpose are wheels often used?
64.(Pg. 69) When is the friction of a carriage wheel changed from the rolling to the rubbing friction?
65.(Pg. 70) What is a medium, and in what proportion does it diminish motion?
66.(Pg. 70) Under what circumstances must a body be placed, in order to move without impediment?
БЕСЕДА VI. ПРИЧИНЫ ДВИЖЕНИЯ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ.
OF THE EARTH'S ANNUAL MOTION. OF THE PLANETS AND THEIR MOTION. OF THE DIURNAL MOTION OF THE EARTH AND PLANETS.
КЭРОЛАЙН.
Я пришла к вам сегодня, миссис Б., в приподнятом духе оппозиции; ибо я обнаружила такое мощное возражение против вашей теории притяжения, что сомневаюсь, сможет ли даже ваш фокусник Ньютон со своей волшебной палочкой гравитации развеять его.
Миссис Б. Что ж, дорогая моя, какое же это веское возражение?
Plate vi.
Кэролайн. Вы говорите, что Земля вращается по своей орбите вокруг Солнца один раз в год и что тела притягиваются пропорционально количеству материи, которую они содержат; теперь мы все знаем, что Солнце намного больше Земли: почему же тогда оно не притягивает Землю в себя; вы, я полагаю, не станете утверждать, что мы падаем на Солнце?
Эмили. Как бы правдоподобно ни выглядело твое возражение, Кэролайн, я думаю, ты слишком полагаешься на него: когда кто-то дал такие убедительные доказательства проницательности и мудрости, как Исаак Ньютон, когда мы видим, что его мнения повсеместно приняты и усвоены, стоит ли ожидать, что любое возражение, которое мы можем выдвинуть, опровергнет их?
Кэролайн. И все же признаюсь, что я не склонна слепо верить даже мнениям великого Ньютона: для какой цели мы наделены разумом, если нам отказано в привилегии использовать его, судя самостоятельно.
Миссис Б. Именно разум учит нас, что когда мы, новички в науке, выдвигаем возражения против теорий, установленных людьми знания и мудрости, мы должны сомневаться скорее в своем собственном мнении, чем в их. Я далека от того, чтобы желать хоть сколько-нибудь ограничивать ваши вопросы; вы не можете лучше убедиться в истинности системы, чем обнаружив, что она противостоит всем вашим атакам, но я бы посоветовала вам не выдвигать свои возражения с такой уверенностью, чтобы обнаружение их ошибочности сопровождалось меньшим огорчением. В ответ на то, что вы только что предложили, я могу лишь сказать, что Земля действительно притягивается Солнцем.
Кэролайн. Позаботьтесь, по крайней мере, чтобы мы не были поглощены им, миссис Б.
Миссис Б. Мы в безопасности; но Ньютон, наш маг, как вам угодно его называть, не может выбраться из этой трудности без помощи некоторых каббалистических фигур, которые я должна нарисовать для него.
Предположим, что Земля при своем создании была выброшена вперед в мировое пространство: мы знаем, что если бы никакое препятствие не мешало ее курсу, она продолжала бы двигаться в том же направлении и с равномерной скоростью вечно. На рис. 1, табл. 6, A представляет Землю, а S — Солнце. Мы предположим, что Земля прибыла в точку, в которой она представлена на рисунке, имея скорость, которая перенесла бы ее в B за один месяц; в то время как притяжение Солнца привело бы ее в C за тот же промежуток времени. Заметьте, что две силы — проекции и притяжения — действуют не в противоположных направлениях, а перпендикулярно, или под прямым углом друг к другу. Можете ли вы теперь сказать мне, как будет двигаться Земля?
Эмили. Я помню, как вы учили нас, что тело, на которое действуют две силы, перпендикулярные друг другу, будет двигаться по диагонали параллелограмма; если, следовательно, я дополню параллелограмм, проведя линии C D, B D, Земля будет двигаться по диагонали A D.
Миссис Б. Шар, ударенный двумя силами, действующими перпендикулярно друг другу, это правда, движется по диагонали параллелограмма; но вы должны заметить, что сила притяжения постоянно действует на наш земной шар и производит непрерывное отклонение от его курса по прямой линии, что превращает его в криволинейный; каждую точку которого можно рассматривать как составляющую диагональ бесконечно малого параллелограмма.
Давайте задержим Землю на мгновение в точке D и рассмотрим, как на нее повлияет комбинированное действие двух сил в ее новом положении. Она все еще сохраняет тенденцию улететь по прямой линии; но прямая линия теперь унесла бы ее к F, в то время как Солнце притягивало бы ее в направлении D S; как же тогда она будет двигаться?
Эмили. Она пойдет по кривой линии, в направлении между направлением двух сил.
Миссис Б. Чтобы точно знать, какой курс примет Земля, нарисуйте другой параллелограмм, подобный первому, в котором линия D F описывает силу проекции, а линия D S — силу притяжения; и вы обнаружите, что Земля будет двигаться по кривой линии D G.
Кэролайн. Теперь вы должны позволить мне нарисовать параллелограмм, миссис Б. Позвольте мне подумать, в каком направлении сила проекции теперь будет толкать Землю.
Миссис Б. Сначала проведите линию от Земли к Солнцу, представляющую силу притяжения; затем опишите силу проекции под прямым углом к ней.
Кэролайн. Тогда Земля будет двигаться по кривой G I параллелограмма G H I K.
Миссис Б. Вы помните, что тело, на которое действуют две силы, движется по диагонали за то же время, за которое оно двигалось бы по одной из сторон параллелограмма, если бы на него действовала только одна сила. Земля прошла через диагонали этих трех параллелограммов за три месяца и совершила четверть круга; и по тому же принципу она будет продолжать движение, пока не завершит весь круг. Затем она возобновит курс, которому следовала с тех пор, как впервые вышла из рук своего Творца, и которому, есть все основания полагать, она будет продолжать следовать, пока будет существовать.
Эмили. Какой величественный и прекрасный эффект, возникающий из такой простой причины!
Кэролайн. Это дает пример, в великолепном масштабе, криволинейного движения, которому вы учили нас в механике. Притяжение Солнца — это центростремительная сила, которая удерживает Землю в центре; а импульс проекции — центробежная сила, которая побуждает Землю покинуть Солнце и улететь по касательной.
Миссис Б. Именно так. Простой способ проиллюстрировать эффект этих комбинированных сил на Землю — это вырезать полоску картона в форме столярного угольника, как A, B, C (рис. 2, табл. 6); точка B будет прямым углом, стороны квадрата будут перпендикулярны друг другу; после этого вы должны описать маленький круг в угловой точке B, представляющий Землю, и прикрепить конец одной из сторон квадрата к фиксированной точке A, которую мы будем считать Солнцем. В таком положении две стороны квадрата будут представлять как центробежную, так и центростремительную силы; A B представляет центростремительную, а B C — центробежную силу; если вы теперь потянете его вокруг фиксированной точки, вы увидите, как меняется направление центробежной силы, постоянно образуя касательную к кругу, по которому движется Земля, так как она постоянно находится под прямым углом к центростремительной силе.
Эмили. Земля, значит, тяготеет к Солнцу без малейшей опасности приближения или удаления от него. Как это удивительно устроено! Если бы две силы, которые производят это криволинейное движение, не были так точно отрегулированы, одна в конечном итоге преобладала бы над другой, и мы либо подошли бы так близко к Солнцу, что сгорели бы, либо удалились бы так далеко от него, что замерзли бы.
Миссис Б. Что вы скажете, дорогая моя, когда я скажу вам, что эти две силы на самом деле не пропорциональны так, чтобы производить круговое движение Земли? Мы на самом деле вращаемся вокруг Солнца по эллиптической или овальной орбите, причем Солнце расположено в одном из фокусов или центров овала, так что Солнце в некоторые периоды гораздо ближе к Земле, чем в другие.
Кэролайн. Вы должны объяснить нам, по крайней мере, каким образом мы избегаем угрожающего разрушения.
Миссис Б. Предположим, что когда Земля находится в A (рис. 3), ее сила проекции не дала ей скорости, достаточной для уравновешивания силы тяжести, чтобы позволить этим силам совместно перенести ее вокруг Солнца по кругу; Земля, вместо того чтобы описывать линию A C, как на предыдущем рисунке, приблизится к Солнцу по линии A B.
Кэролайн. При этих обстоятельствах я не вижу, что может помешать нам приближаться все ближе и ближе к Солнцу, пока мы не упадем на него: ибо его притяжение увеличивается по мере того, как мы продвигаемся к нему, и производит ускоренное движение Земли, что увеличивает опасность.
Миссис Б. Существует другая кажущаяся опасность, о которой вы не подозреваете. Заметьте, что по мере приближения Земли к Солнцу направление ее силы проекции больше не перпендикулярно направлению ее притяжения, а наклоняется ближе к нему. Когда Земля достигает той части своей орбиты в B, сила проекции унесла бы ее к D, что приближает ее к Солнцу, вместо того чтобы отдалять от него.
Эмили. Если, значит, нас толкает одна сила, а другая тянет к этому центру разрушения, как возможно нам спастись?
Миссис Б. Немного терпения, и вы обнаружите, что мы не без ресурсов. Земля продолжает приближаться к Солнцу с равномерно увеличивающимся ускоренным движением, пока не достигнет точки E; в каком направлении сила проекции теперь будет толкать ее?
Эмили. В направлении E F. Здесь, значит, две силы действуют перпендикулярно друг другу, линии, представляющие их, образуют прямой угол, и Земля расположена точно так же, как она была на предыдущем рисунке; поэтому из этой точки она должна вращаться вокруг Солнца по кругу.
Миссис Б. Нет, не все обстоятельства совпадают. При движении вокруг центра, вы помните, центробежная сила увеличивается со скоростью тела, или, другими словами, чем быстрее оно движется, тем сильнее его тенденция улететь по прямой линии. Когда Земля, следовательно, прибывает в E, ее ускоренное движение настолько увеличит ее скорость, а следовательно, и ее центробежную силу, что последняя преобладает над силой притяжения и заставит Землю удалиться от Солнца, пока она не достигнет G.
Кэролайн. Вот так, значит, мы спасаемся от опасной близости Солнца; и по мере того как мы удаляемся от него, сила его притяжения, а следовательно, и скорость движения Земли уменьшаются.
Миссис Б. Да. Из G направление проекции — к H, направление притяжения — к S, и Земля движется между ними с равномерно замедляющимся движением, пока не завершит свой оборот. Таким образом, вы видите, что Земля путешествует вокруг Солнца не по кругу, а по эллипсу, фокусы которого занимает Солнце; и что на своем пути Земля попеременно приближается и удаляется от него, без какой-либо опасности быть поглощенной или полностью унесенной от него.
Кэролайн. И я замечаю, что то, что я опасалась считать опасной нерегулярностью, является средством, с помощью которого создаются самый совершенный порядок и гармония.
Эмили. Земля путешествует, значит, с очень неравномерной скоростью, ее скорость ускоряется по мере приближения к Солнцу и замедляется по мере удаления от него.
Миссис Б. Математически доказуемо, что при движении вокруг точки, к которой оно притягивается, тело проходит равные площади за равные промежутки времени. Все пространство, заключенное внутри орбиты Земли, на рис. 4 разделено на ряд площадей или поверхностей; 1, 2, 3, 4 и т.д., все из которых имеют равные размеры, хотя и очень разные формы; некоторые из них, вы видите, длинные и узкие, другие широкие и короткие: но каждая из них содержит равное количество пространства. Воображаемая линия, проведенная от центра Земли к центру Солнца и идущая в ногу с Землей в ее обращении, проходит равные площади за равные промежутки времени; то есть, если она идет месяц от A до B, она будет месяц идти от B до C, и еще один от C до E, и так далее; и площади A B S, B C S, C E S будут равны друг другу, хотя линии A B, B C, C E неравны.
Кэролайн. Какие длинные путешествия Земля должна совершать в течение месяца в одной части своей орбиты, и какие короткие они в другой части!
Миссис Б. Неравенство не так значительно, как кажется на этом рисунке; ибо орбита Земли не так эксцентрична, как там описано; и в действительности мало отличается от круга: та часть орбиты Земли, которая ближе всего к Солнцу, называется ее перигелием, та часть, которая наиболее удалена от Солнца, — ее афелием; и Земля более чем на три миллиона миль ближе к Солнцу в своем перигелии, чем в афелии.
Эмили. Я думаю, я могу проследить следствие из этих различных положений Земли; не являются ли они причиной лета и зимы?
Миссис Б. Напротив, в разгар лета Земля находится в той части своей орбиты, которая наиболее удалена от Солнца, и именно во время суровой зимы она приближается к нему ближе всего.
Эмили. Это очень необычно; и как же тогда вы объясняете, что жара наибольшая, когда мы наиболее удалены от Солнца?
Миссис Б. Разница в расстоянии Земли от Солнца летом и зимой, по сравнению с ее общим расстоянием от Солнца, незначительна. Земля, это правда, более чем на три миллиона миль ближе к Солнцу зимой, чем летом; но это расстояние, как бы велико оно ни казалось на первый взгляд, меркнет по сравнению с 95 миллионами миль, которые являются нашим средним расстоянием от Солнца. Изменение температуры, возникающее из-за этой разницы, было бы едва ощутимым, даже если бы оно не было полностью подавлено другими причинами, которые производят вариации времен года; но их я отложу до тех пор, пока мы не сделаем некоторые дальнейшие наблюдения о небесных телах.
Кэролайн. А разве солнце не должно казаться меньше летом, когда оно находится от нас гораздо дальше?
Миссис Б. На самом деле так и есть, если измерять точно; но кажущаяся разница в размерах, полагаю, неразличима невооруженным глазом.
Эмили. Тогда, поскольку Земля движется с наибольшей скоростью на том участке своей орбиты, где она ближе всего к Солнцу, она должна проходить эту половину орбиты за меньшее время, чем другую?
Миссис Б. Да, летняя половина ее орбиты примерно на семь дней длиннее зимней; и, следовательно, лето в северном полушарии на семь дней длиннее, чем в южном.
Обращение всех планет вокруг Солнца является результатом тех же причин и происходит таким же образом, как и обращение Земли.
Кэролайн. Скажите, пожалуйста, что такое планеты?
Миссис Б. Это небесные тела, которые, подобно нашей Земле, обращаются вокруг Солнца; предполагается, что они во многих других отношениях также похожи на Землю, и аналогия приводит нас к мысли, что они являются обитаемыми мирами.
Кэролайн. Я слышала об этом, но не считаете ли вы такое мнение слишком смелым полетом воображения?
Миссис Б. Доказано, что некоторые планеты больше Земли; лишь их огромное расстояние от нас делает их видимые размеры столь малыми. Если же мы будем рассматривать их как огромные шары, а не как маленькие мерцающие точки, то придем к выводу, что Всевышний создал их не просто для того, чтобы давать нам немного света ночью, как полагали прежде. Нам покажется более согласующимся с нашими представлениями о Божественной мудрости и благости полагать, что эти небесные тела созданы для обитания существ, которые, подобно нам, благословлены Его провидением. Как с моральной, так и с физической точки зрения мне кажется более разумным рассматривать планеты как миры, вращающиеся вокруг Солнца, а неподвижные звезды — как другие солнца, каждое из которых сопровождается собственной системой планет, на которые оно оказывает свое влияние. Мы довели наши телескопы до такой степени совершенства, что, судя по виду Луны в них, у нас есть веские основания заключить, что это обитаемый шар: ибо, хотя верно, что мы не можем разглядеть на ней города и людей, мы отчетливо видим ее горы и долины, а некоторые астрономы зашли так далеко, что вообразили, будто обнаружили вулканы.
Эмили. Если неподвижные звезды — это солнца, вокруг которых вращаются планеты, почему мы не видим эти планеты так же, как их солнца?
Миссис Б. Во-первых, мы заключаем, что планеты других систем (подобно планетам нашей собственной) гораздо меньше солнц, которые дают им свет; поэтому на столь огромном расстоянии, на котором солнца кажутся неподвижными звездами, планеты были бы совершенно невидимы. Во-вторых, свет планет — это лишь отраженный свет, он гораздо слабее света неподвижных звезд. Здесь существует точно такая же разница, как между светом Солнца и светом Луны: первое — это неподвижная звезда, вторая — планета.
Эмили. Но планеты кажутся нам такими же яркими, как неподвижные звезды, а они, как вы говорите, — солнца, подобные нашему; почему же мы не видим их при дневном свете, когда они должны быть такими же светящимися, как и ночью?
Миссис Б. И те и другие невидимы по одной и той же причине: их свет настолько слаб по сравнению со светом Солнца, что полностью им затмевается. Свет, излучаемый неподвижными звездами, вероятно, столь же силен, как свет нашего Солнца на равном расстоянии, но поскольку они находятся гораздо дальше, он рассеивается на большем пространстве и, как следствие, пропорционально ослабевает.