«Смотрите! смотрите! вон он летит, — воскликнул Том, — на какую высоту он поднялся!»
«И на какое расстояние он был выброшен!» — заметила Луиза, которая внимательно следила за его спуском.
«Теперь, Том, — сказал его отец, — можешь ли ты объяснить операцию, которую ты только что наблюдал?»
«Не совсем, папа».
«Тогда слушай меня. Разве ты не узнал, что круговое движение всегда является результатом двух сил?»
«Несомненно, — ответил Том, — одной силы, которая притягивает его к центру, вокруг которого оно движется, и другой, которая побуждает его двигаться прочь по прямой линии».
«Конечно; первая из этих сил, следовательно, называется центростремительной, потому что она тянет тело к центру, в то время как последняя называется центробежной силой, поскольку ее влияние располагает тело к тому, чтобы улететь от центра. При круговом движении эти две силы постоянно уравновешивают друг друга; иначе очевидно, что вращающееся тело должно либо приближаться к центру, либо удаляться от него, в зависимости от того, какая из них преобладает. Когда я раскручивал пращу, я придал камню проективную силу, но он был удержан от улетания вследствие противодействующей или центростремительной силы веревки; но в тот момент, когда я разжал руку, удерживающую ее, камень полетел по прямой линии: будучи освобожденным от привязки к фиксированной или центральной точке, он приводился в действие только одной силой, а движение, производимое единственной силой, как вы только что заявили, всегда происходит по прямой линии».
«Но, — заметила Луиза, — камень не двигался по прямой, а по кривой линии: я следила за его направлением с того момента, как он покинул пращу, до тех пор, пока он не упал на землю».
«Вы совершенно правы, — ответил мистер Сеймур, — он описал кривую, которая называется параболой; но это произошло из-за влияния новой силы, которая вступила в действие, а именно силы тяжести, эффект которой мне предстоит объяснить позже».
«Я не могу понять, — сказал Том, — почему камень не должен был выпасть из пращи, когда вы раскручивали ее над головой».
«Потому что, мой дорогой, на него воздействовала центробежная сила, которая противодействовала силе тяжести: но я сделаю этот факт более очевидным с помощью очень простого и красивого эксперимента. У меня здесь есть винный бокал, вокруг края которого я привяжу кусок веревки, чтобы иметь возможность раскрутить его. Теперь я наполню его водой, и хотя во время одной части его оборота он будет фактически перевернут, вы обнаружите, что я не пролью ни капли воды».
Мистер Сеймур затем раскрутил бокал, и юная компания была в восторге от подтверждения, таким образом предоставленного утверждению их отца.
«Я вижу, — сказал Том, — как это произошло: когда бокал был перевернут, вода не могла вылиться, потому что на нее воздействовала центробежная сила, которая противостояла силе тяжести».
«Точно. Вы когда-нибудь наблюдали, что происходит во время вращения швабры? Нити, из которых она состоит, улетают от центра, но, будучи прикрепленными к нему с одного конца, они не могут отделиться от него: в то время как вода, которую они содержат, будучи ничем не удерживаемой, выбрасывается по прямым линиям».
«Я, безусловно, наблюдала то, что вы утверждаете, — сказала Луиза; — вода разлетается во всех направлениях от швабры».
«Да, — добавил Том, — на воду не воздействовала центростремительная сила, как на нити, и, следовательно, не было ничего, что могло бы сдержать центробежную силу, которая уносила воду по прямой линии от центра».
«Вы не совсем правы, — сказал мистер Сеймур; — вода не улетает по прямой линии от центра, а по прямой линии в том направлении, в котором она двигалась в момент своего освобождения; линия, которую тело всегда будет описывать при таких обстоятельствах, называется касательной, потому что она касается окружности круга и образует прямой угол с линией, проведенной из этой точки окружности к центру: но я сделаю этот предмет более понятным с помощью диаграммы.
«Предположим, тело, вращающееся в круге, было освобождено в точке a, оно улетело бы в направлении ab; если в c, то в направлении cd; и если в e, то в направлении ef; и так далее. Теперь, если вы проведете линии из этих различных точек к центру круга, вы заметите, что такие линии будут образовывать в каждом случае прямой угол. В эксперименте, который вы только что наблюдали, поверхность воды должна была образовывать во время своего вращения прямой угол с веревкой и, следовательно, не могла вылиться из винного бокала. Знание этого закона, — продолжал мистер Сеймур, — объяснит многие явления, которые, хотя и привычны, я полагаю, никогда не были вами поняты. Вы можете помнить, как сопровождали меня на гончарню, чтобы увидеть работу токарного станка; именно благодаря центробежной силе, создаваемой вращением колеса, глина под легким давлением так равномерно раздувалась; по сходной причине мука выбрасывается из вращающейся мельницы так же быстро, как она перемалывается; и я вскоре покажу вам, что вы обязаны этой же силе вращением вашего волчка и катанием обруча. Но давайте оставим этот предмет на время и проследим за камнем в его полете после того, как он освобожден из пращи. Луиза справедливо заметила, что он описал кривую; можете ли вы объяснить, почему он должен отклониться от прямой линии?»
«Дайте подумать, — сказал Том задумчиво; — на него воздействовали бы две силы, одна несла бы его вперед по прямой линии, другая притягивала бы его к земле; он, следовательно, не подчинился бы ни одной из них, а описал бы диагональ: но почему эта диагональ должна быть кривой, я не могу точно объяснить».
«Тогда я дам вам причину, — сказал его отец. — Камень, брошенный в воздух, приводится в действие не менее чем тремя силами: силой проекции, которая сообщается ему рукой или пращой; сопротивлением воздуха, через который он проходит и которое уменьшает его скорость, не меняя направления; и силой тяжести, которая в конечном итоге приводит его на землю. Теперь, поскольку сила тяжести и сопротивление воздуха всегда будут больше любой силы проекции, которую мы можем придать телу, последняя должна постепенно преодолеваться, и тело должно быть приведено на землю; но чем сильнее проективная сила, тем дольше эти силы будут ее подавлять и тем дальше тело пролетит, прежде чем упадет. Снаряд, выпущенный из пушки, например, пролетит гораздо дальше, чем камень, брошенный вашей рукой. Если бы две силы, которые воздействовали на камень, а именно силы проекции и тяжести, обе производили равномерное движение, тело, безусловно, должно было бы опуститься по диагонали; но поскольку сила тяжести, как вы уже узнали, является ускоряющей силой, тело вынуждено описывать кривую вместо прямой линии.
«Этот закон, однако, потребует помощи диаграммы для своего объяснения. Пусть X представляет мяч на его наибольшей высоте, XY — силу тяжести, тянущую его вниз; и XZ — силу проекции. У нас здесь, следовательно, две силы, действующие в направлении двух сторон параллелограмма. Проходя к Z, мяч совершит диагональ Xa; и в следующий равный промежуток времени опустится на расстояние в три раза большее Za и, следовательно, окажется в b; в то время как в следующий период он упадет на пять равных пространств и перейдет к c; а в следующий период снова, поскольку он должен упасть на семь таких пространств, он достигнет земли в d, описав часть кривой от X до d, или в течение времени, когда две силы находились в одновременном действии. Тот же принцип объяснит кривой подъем мяча, подставляя только законы замедленного движения вместо законов ускоренного; ибо ясно, что тело во время своего подъема будет замедляться в той же степени, в какой оно ускорялось во время своего спуска».
«Ваше объяснение, — сказала Луиза, — кажется очень ясным и удовлетворительным».
«Кривая, которую описывают снаряды (то есть тела, брошенные в воздух), называется параболой (16), хотя сопротивление воздуха, которое не учитывается в теории, оказывает значительное влияние на практический результат».
Дети теперь приступили к тому, чтобы развлечься пращой. Луиза вызвала Тома на соревнование в мастерстве. Она воображала, что может метнуть камень с большей точностью, чем ее брат; но после нескольких состязаний она признала себя побежденной, ибо Тому удалось попасть в ствол старого дерева на значительном расстоянии, в то время как его сестра никогда не могла бросить камень ближе чем на несколько ярдов от цели.
«Хорошо сделано, Том! — воскликнул мистер Сеймур; — да ты скоро сравняешься в мастерстве с древними жителями Балеарских островов!»
«А они были знамениты этим искусством?» — спросила Луиза.
«С такой ловкостью, — ответил ее отец, — они использовали пращу, что нам говорят, будто их маленьким детям матери не давали никакой еды, кроме той, которую они могли сбить с балки, где она была помещена высоко. Я полагаю, однако, Том, что ты стал бы очень голодным, прежде чем смог бы попасть в объект на вон том тополе».
«Во всяком случае, я попробую», — сказал Том.
Он соответственно раскрутил свою пращу и выпустил камень, который полетел вперед с большой скоростью, но в направлении, очень далеком от цели, в которую он был направлен. В следующий момент послышался яростный крик: это был викарий, который едва избежал шумного приветствия падающего камня, который, в своем стремлении броситься к ногам преподобного джентльмена, ударил по бобровому пентхаусу (шляпе), защищавшему его верхний этаж (голову), и, благодаря разложению сил, которое мы пытались объяснить, отскочил в направлении стороны параллелограмма и был таким образом отведен от столь же чувствительных антиподов его почтенной особы — мозгов в его голове и мозолей на его ногах.
«Слово даю, юный джентльмен!» — воскликнул викарий, — я ожидал ничего меньшего, чем судьбы гиганта из Гефа».
«Мой дорогой мистер Тваддлтон, — воскликнул Том в тоне тревоги, — я искренне надеюсь, что вы не были задеты?»
«О нет! благодаря моему клерикальному шлему я избежал опасности, которая мне угрожала: но скажите мне, какая новая игра занимает ваше внимание?»
Мистер Сеймур сказал, что он объяснял научный принцип пращи и что он надеется, что викарий готов предоставить им некоторую информацию относительно ее изобретения и истории.
«Праща? — повторил викарий; — ну, помилуйте! я оставил вас рассуждающими об упругости; вы действительно шагаете через провинцию за провинцией так быстро, как будто вы одарены сапогами-скороходами людоеда: — но к делу. Искусство метания из пращи, или бросания камней, является одним из высочайшей древности и было доведено до большой степени совершенства среди азиатских народов. Оно было хорошо известно и практиковалось в очень ранний период в Европе; и наши саксонские предки, по-видимому, были очень искусны в использовании этого метательного снаряда».
Мистер Тваддлтон, желая сообщить историю майора Снэпвелла, попросил мистера и миссис Сеймур уделить ему несколько минут для разговора; заметив, что внимание детей будет приятно занято в их отсутствие их новообретенным развлечением.
«Мы тогда, если угодно, викарий, — ответил мистер Сеймур, — пройдем в Геологический Храм, где я недавно поместил некоторые образцы, которые вы еще не видели».
«Говоря искренне, — сказал викарий, — я не могу разделить того высокого удовлетворения, которое вы, по-видимому, чувствуете, собирая такие груды разбитых скал и гальки: где может лежать польза от такого труда? если только, конечно, в соответствии с вашими утопическими планами, вы не намерены замостить (макадамизировать) все дороги науки».
«Разве это ничто, мой дорогой мистер Тваддлтон, открыть структуру разных стран?»
«Которую геолог выводит, — ответил викарий, — из нескольких образцов, подобранных наугад на обочине дороги!»
«Мистер Тваддлтон, — сказал мистер Сеймур, — я встречу вас на вашей собственной почве: вы антиквар; если древний памятник искусства столь бесценен, не является ли знание древности самого земного шара, по крайней мере, столь же интересным?»
«Я понимаю вас: вы хотели бы сделать вывод, что библейское повествование о Потопе опровергается теми сциолистами (невеждами), которые претендуют на то, чтобы обнаружить древность земного шара, проникая в его пещеры с такой же легкостью, с какой жокей устанавливает возраст лошади, заглядывая ей в пасть».
«Вы слишком легкомысленно говорите о классе философов, которые объединили свои усилия для исследования возвышенного предмета на истинных принципах науки; если бы вы посещали собрания Геологического общества и слышали дискуссии его членов, вы перестали бы говорить так непочтительно».
«Хотя я, возможно, неизвестен вашим гениям гор, я, во всяком случае, знаком с родственным классом философов, которые соперничают с ними в усердии, если не в талантах; и, несмотря на ограниченный диапазон их наблюдений — будучи ограниченными горными районами, которые они населяют, — я почти не сомневаюсь, что их труды оказались столь же приемлемыми для мира, как и труды учеников Гаттона или Вернера. Я однажды посетил этот район, и хотя язык его жителей был мне совершенно неизвестен, я вскоре обнаружил с помощью стекла, что они ведут серьезную беседу друг с другом; и один из старейшин братства, который сидел на скалистом утесе, нависшем над обширной долиной, покрытой богатой зеленью, казалось, по своим жестам, указывал своим товарищам-труженикам, которые копали во всех направлениях в поисках сокровищ, на опасность приближающегося потрясения. Пока я еще смотрел, фатальная катастрофа действительно произошла; огромные массы шатких пластов с стремительной поспешностью покатились в долину, вовлекая в свою гибель сотни ее обитателей. Было необычайно наблюдать эффекты этого толчка на тех, кто был вне досягаемости его более разрушительного влияния; сотни были замечены карабкающимися на высоты, которые казались недоступными; другие, спотыкаясь — падая с ужасающих обрывов — поднимаясь снова — помогая или подталкивая друг друга — самые передние служили своего рода ступенями для тех, кто был позади, которые, в свою очередь, втаскивали группы, через спины которых они так бесцеремонно перепрыгнули».
«Какой ужас!» — воскликнула миссис Сеймур. — «Я никогда не слышала о столь масштабной современной катастрофе: где она произошла?»
«Викарий, несомненно, намекает на ужасное землетрясение в Мессине или, возможно, в Лиссабоне».
«Я не намекаю ни на то, ни на другое, — воскликнул мистер Тваддлтон, — и все же в некотором отношении катастрофа, которую я описал, напоминает лиссабонскую; ибо во время этого страшного бедствия люди воспользовались неразберихой, чтобы убить многих жителей и разграбить их земли».
«Ради всего святого! — воскликнула миссис Сеймур. — Скажите нам немедленно, где произошло это ужасное событие».
«В превосходном чеширском сыре! — воскликнул викарий. — Который служил обильной пищей для миниатюрной республики клещей, населявших его глубокие ущелья и альпийские высоты. Думаю теперь, — продолжал преподобный джентльмен, — я сполна отомщен за аллегорические шутки, которые мистер Сеймур так часто позволял себе за мой счет».
«Я вполне удовлетворен, — сказал мистер Сеймур, — ибо, пересказав вашу аллегорию своим детям, я смогу преподать им яркий урок мудрости. Они извлекут из него, что нет такого занятия, сколь бы возвышенным оно ни было, которое не могло бы подвергнуться насмешкам, особенно со стороны тех скудоумных философов, чьи представления о пользе ограничены узкими рамками прямой и немедленной выгоды».
«Это слишком верно, — воскликнула миссис Сеймур, — что мы все склонны преуменьшать значение тех областей знания, которые не имеют прямого отношения к комфорту или жизненным потребностям; и приложения геологии, пожалуй, настолько далеки, что едва ли понятны основной массе человечества».
«Здесь я должен с вами не согласиться, — ответил ее муж. — Не говоря уже о практических преимуществах, которые эта наука принесла горнякам, она послужила средством введения в культуру сотен акров земли в тех районах, где прежде не росло ни травинки; и если схоластические исследования пролили дополнительный свет на библейские сюжеты, то их нельзя сравнивать с исследованиями геолога в этих вопросах, так же как свет светлячка нельзя сравнивать со светом солнца».
«Эй-эй! Что я слышу? — воскликнул викарий. — Неужели вы сравните свидетельство Апамейской медали с бесформенным кремнем?»
«Я бы возложил свою веру на скалу, — ответил мистер Сеймур. — Пещеры Бакленда сделали больше для подтверждения библейского рассказа о Потопе, чем все медали знатоков древностей. Ископаемые, по сути, для геолога то же, что медали для антиквара: они хранят запись о событиях, которые иначе исчезли бы в потоке времени».
К этому времени мистер и миссис Сеймур и викарий прибыли в Вернерианский храм, где, обсудив несколько вопросов, связанных с его целями, мистер Тваддлтон рассказал о майоре Снэпвелле, чья история вызвала значительный интерес и побудила мистера Сеймура заехать в Айви-Коттедж и пригласить его обитателя в Овертон-Лодж.
16. Обычная тарелка вполне подойдет для этой цели; но черная поверхность дает преимущество, позволяя более отчетливо наблюдать движение воды в ходе эксперимента.
17. См. стр. 54.
ГЛАВА VIII.
Продолжение темы вращательного движения. — С помощью особого вращательного движения мяч можно заставить остановиться или двигаться в обратном направлении, даже если он не встречает видимых препятствий. — Прямолинейная траектория сферического тела под влиянием вращательного движения. — Бильбоке, или чаша с мячом. — Совместные силы, позволяющие жонглеру подбрасывать и ловить мячи на полном скаку. — Обруч. — Центр удара. — Кнут и волчок. — Исторические сведения. — Сила, позволяющая волчку сохранять вертикальное положение во время вращения. — Объяснение «сна» волчка. — Сила, позволяющая ему подняться из наклонного положения в вертикальное. — Его гирация.
«Том, помнишь, я говорил тебе несколько дней назад, — сказал мистер Сеймур, — что придание вращающемуся телу особого вращательного движения порождает определенные эффекты, которые я рассмотрю в будущем?»
«Конечно, помню», — ответил Том.
«Ну тогда слушай меня».
Мистер Сеймур взял мраморный шарик, положил его на землю и придал ему импульс вперед, нажав на него указательным пальцем: шарик пролетел несколько шагов вперед, после чего покатился обратно.
«Это совершенно необычно! — воскликнул Том. — Шарик вернулся к вашей руке, как будто сам по себе, не встретив никаких препятствий».