«Детская книга науки»

С каждой минутой, по мере приближения полной фазы, холод и тьма наступают стремительно; и есть что-то особенно и ужасно убедительное в том, что два разных чувства так полностью совпадают в своих указаниях на то, что происходит беспрецедентный факт. Внезапно и, по-видимому, без всякого предупреждения (настолько неизмеримо большими были его эффекты, чем у всего остального, что происходило), наступает полная фаза, и тьма опускается. Затем появились зловещие огни и формы, как при гашении свечей. Это был самый поразительный момент всего явления, заставивший норвежских крестьян вокруг нас в панике бежать и прятаться, спасая свои жизни.

Тьма царила повсюду на небе и на земле, за исключением того места, где вдоль северо-восточного горизонта узкая полоска безоблачного неба представляла низкий горящий тон цвета, и где некоторые далекие покрытые снегом горы, находящиеся за пределами тени Луны, отражали слабый монохроматический свет частично затменного Солнца и демонстрировали все детали своей структуры, весь свет, тень и очертания своих крутых склонов с кажущейся сверхъестественной отчетливостью. Через некоторое время глаза, казалось, привыкли к темноте, и можно было различить смутные формы объектов поблизости, все они приобрели тускло-зеленый оттенок; казалось, они утратили свой естественный цвет и приняли этот конкретный лишь под воздействием красного цвета на севере.

Жизнь и оживление, казалось, действительно покинули все вокруг, и мы не могли не бояться, вопреки нашему разуму, что если такое состояние вещей продлится дольше, то с нами всеми может случиться какое-то ужасное бедствие; в то время как зловещий горизонт на севере казался настолько похожим на отблески уходящего света в некоторых из самых грандиозных картин Дэнби и Мартина, что мы не могли не поверить, несмотря на предполагаемые экстравагантности этих художников, что Природа открыла для постоянного созерцания их мысленного взора некоторые из тех великолепных откровений силы и славы, которые другие могут увидеть лишь мельком в подобных случаях».

Легко представить, что в таких своеобразных и ужасных обстоятельствах тщательное наблюдение за этими эффектами должно быть несколько затруднительным, и удивительно лишь то, что астрономические наблюдения вообще проводятся с какой-либо точностью.

Во время затмения 1842 года не только темпераментный француз был увлечен импульсом момента и должен был впоследствии оправдываться тем, что «он всего лишь человек», в качестве извинения за свою невыполненную часть наблюдений, но то же самое произошло с серьезным англичанином и более невозмутимым немцем. В 1851 году произошел почти такой же провал в наблюдениях; и когда кто-то спросил достойного американца, который приехал со своими инструментами с другого конца света специально для наблюдения затмения, чего ему удалось добиться, он лишь ответил с большим спокойным впечатлением: «Что если бы это нужно было наблюдать снова, он надеялся, что смог бы что-то сделать, но что в данном случае он не сделал ничего: это было слишком для него». Это не так плохо, как та модная дама, которую пригласили посмотреть на солнечное затмение через большой телескоп, но, прибыв слишком поздно, она поинтересовалась, «нельзя ли показать его снова».

С этим кратким взглядом на науку астрономию мы снова возвращаемся к термину «гравитация», который познакомит нас с некоторыми новыми и интересными фактами под заголовком того, что называется «центр тяжести».

ГЛАВА IV.

ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ.

Та точка, вокруг которой все части тела в любом положении точно уравновешивают друг друга.

Открытие этого факта принадлежит Архимеду, и это точка в каждом твердом теле (какой бы формы оно ни было), в которой силы гравитации могут считаться объединенными. В нашем земном шаре, который является сферой, или, точнее, сплюснутым сфероидом, центром тяжести будет центр. Таким образом, если отвес подвешен на поверхности Земли, он указывает прямо на центр тяжести, и, следовательно, две линии отвеса, подвешенные рядом, не могут, строго говоря, быть параллельны друг другу.

Fig. 40.

f. Центр. a b c d e. Линии отвеса, все указывающие на центр и, следовательно, расходящиеся друг от друга.

Если бы можно было пробурить или выкопать галерею через всю толщу Земли от полюса до полюса, а затем позволить камню или легендарному гробу Магомета упасть через нее, импульс — то есть сила движущегося тела — пронес бы его за центр тяжести. Однако эта сила, будучи исчерпанной, привела бы к обратному движению, и после многих колебаний он постепенно пришел бы в состояние покоя, а затем, не поддерживаемый ничем материальным, он был бы подвешен силой гравитации и теперь вошел бы в общую притягивающую силу; и, будучи одинаково притягиваемым со всех сторон, камень или гроб должен был бы быть полностью лишен веса.

Импульс красиво иллюстрируется серией наклонных плоскостей, вырезанных из красного дерева, с желобчатым каналом сверху, в подражание знаменитым русским ледяным горам: и если позволить мраморному шарику скатиться по первой наклонной плоскости, импульс пронесет его вверх по второй, с которой он снова спустится и пройдет вверх и вниз по третьей и последней миниатюрной горе.

Fig. 41.

p p p. Наклонные плоскости, постепенно уменьшающиеся в высоту, вырезанные из дюймового красного дерева, с желобом сверху для обычного мраморного шарика. b b b. Различные положения шарика, который начинает движение из точки b a.

В сфере одинаковой плотности центр тяжести легко обнаружить, но не в неправильной массе; и здесь, возможно, объяснение терминов будет не совсем неуместным.

Масса — термин, применяемый к твердым телам, таким как масса свинца или камня.

Объем (bulk) — к жидкостям, таким как объем воды или масла.

Объем (volume) — к газам, таким как объем воздуха или кислорода.

Fig. 42.

a b d, Три точки подвеса. c, Точка пересечения и, следовательно, центр тяжести. p, Линия отвеса.

Чтобы найти центр тяжести любой массы, например, обычной школьной грифельной доски, мы должны прежде всего подвесить ее за любую часть рамы; затем позволить отвесу опуститься из точки подвеса и отметить его направление на доске. Снова подвесьте доску в различных других точках, всегда отмечая линию направления отвеса, и в точке, где линии пересекаются друг с другом, будет находиться центр тяжести.

Если теперь поместить доску (как показано на рис. 43) на тупой деревянный кончик в том месте, где линии пересекаются, она будет точно балансировать, и это место называется центром тяжести, являясь точкой, с которой все другие частицы тела двигались бы параллельным и равномерным движением во время его падения. Равновесие тел, следовательно, сильно зависит от положения центра тяжести. Так, если мы вырежем эллиптическую фигуру из доски толщиной в один дюйм и поставим ее на плоскую поверхность одним из ее краев (как на № 1, рис. 44), эта точка контакта называется точкой опоры, а центр тяжести находится непосредственно над ней.

Fig. 43.

В этом случае тело находится в состоянии устойчивого равновесия, ибо любое движение в любую сторону заставит центр тяжести подняться в этих направлениях, и возникнет колебание. Но если мы поместим его на меньший конец, как показано на № 2 (рис. 44), положение будет равновесным, но не устойчивым или надежным; хотя центр тяжести находится прямо над точкой опоры, малейшее прикосновение сместит овал и вызовет его опрокидывание. Знаменитая история о Колумбе и яйце предлагает отличную иллюстрацию этого факта; и есть два способа, которыми яйцо может быть уравновешено на любом из концов.

Fig. 44. Точка опоры. c, Центр тяжести.

Способ, обычно приписываемый великому первооткрывателю, заключается в соскабливании или небольшом разбивании части скорлупы, чтобы сделать один из концов плоским, вот так —

Fig. 45.

a Представляет яйцо в его естественном состоянии и, следовательно, в неустойчивом равновесии; b, другое яйцо с поверхностью s, сплющенной, благодаря чему центр тяжести понижается, и если его не тревожить за пределами точки опоры, равновесие является устойчивым.

Самый философский способ заставить яйцо стоять на конце, не нарушая внешнюю скорлупу, — это изменить положение желтка, который имеет большую плотность, чем белок, и расположен около центра. Если теперь встряхнуть яйцо так, чтобы разорвать мембрану, окружающую желток, и тем самым позволить ему опуститься на дно меньшего конца, центр тяжести понизится; большая часть веса будет сконцентрирована в узком конце, и яйцо будет стоять вертикально, как показано на рис. 46.

Fig. 46.

№ 1. Срез яйца. c. Центр тяжести. y. Желток. w. Белок. № 2. c. Центр тяжести, значительно пониженный. y. Желток на дне яйца.

Именно это переменное положение центра тяжести в бильярдных шарах из слоновой кости (одна часть которых может быть плотнее другой) так часто раздражает даже лучших игроков в бильярд; и по этой причине шар будет отклоняться от линии, по которой он направлен, не из-за ошибки игрока, а из-за того, что шар из слоновой кости имеет неравномерную плотность и, следовательно, его геометрический центр не совпадает с центром тяжести. Хороший игрок в бильярд должен, следовательно, всегда проверять шар, прежде чем соглашаться играть на крупную сумму.

Игрушка под названием «томбола» напоминает нам об эксперименте с яйцом, так как в нижней части полусферы обычно вставлен кусок свинца, и когда игрушку толкают вниз, она быстро принимает вертикальное положение, потому что центр тяжести находится не в самом низком месте, до которого он может опуститься; последнее положение достигается только тогда, когда фигура стоит вертикально.

Fig. 47.

№ 1. c. Центр тяжести в самом низком месте, фигура вертикальна. № 2. c. Центр тяжести поднимается, когда фигура наклоняется в любую сторону, но снова падает в самое низкое место, когда фигура постепенно приходит в состояние покоя.

Существует популярный парадокс в механике, а именно: «тело, имеющее тенденцию падать под действием собственного веса, может быть удержано от падения путем добавления к нему веса с той же стороны, в которую оно стремится упасть», и этот парадокс демонстрируется другой известной детской игрушкой, как показано на следующем рисунке.

Fig. 48.

Линия направления падает за пределы основания; изогнутая проволока и свинцовый груз перемещают центр тяжести под стол и ближе к свинцовому грузу; задние ноги становятся точкой опоры, и игрушка идеально сбалансирована.

Fig. 49.

№ 1. Меч, сбалансированный на рукояти: дуга от c до d очень мала, и если центр c выходит из линии направления, его нелегко вернуть в вертикальное положение. № 2. Меч, сбалансированный на острие: дуга от c до d намного больше, и поэтому меч легче сбалансировать.

После того, что было объяснено относительно улучшения устойчивости яйца путем понижения положения центра тяжести, может поначалу показаться странным, что палку, нагруженную весом на верхнем конце, можно сбалансировать перпендикулярно с большей легкостью и точностью, чем когда вес находится ниже и ближе к руке; и что меч лучше всего балансируется, когда эфес находится сверху; но это легко объясняется, если понять, что с рукояткой внизу описывается гораздо меньшая дуга при падении, чем в перевернутом состоянии, так что в первом случае у балансирующего нет времени перенастроить центр, в то время как в последнем положении описываемая дуга настолько велика, что до того, как меч упадет, центр тяжести может быть возвращен в линию направления основания.

По той же причине ребенок, споткнувшись о камень, быстро упадет; тогда как мужчина может удержаться; этот факт можно очень хорошо показать, закрепив два квадратных куска красного дерева разной длины на петлях на плоском основании или доске, затем, если доску быстро толкнуть вперед и ударить о свинцовый груз или гвоздь, вбитый в стол, видно, что короткий кусок падает первым, а длинный — позже; разница во времени, затраченном на падение каждого куска дерева (которые могут быть вырезаны, чтобы изображать человеческую фигуру), четко обозначается звуками, возникающими при их ударе о доску.

Fig. 50.

№ 1. Два куска красного дерева, вырезанные, чтобы изображать мужчину и мальчика, один длиной 10, а другой 5 дюймов, прикрепленные к доске петлями в точках h h.

Fig. 51.

№ 2. Доска, толкнутая вперед, ударяется о гвоздь, при этом короткий кусок падает первым, а длинный — вторым.

Лодочные аварии часто случаются из-за невежества в вопросе о центре тяжести, и когда люди пугаются, сидя в лодке, они обычно внезапно встают, поднимают центр тяжести, который, падая из-за колебаний хрупкого судна за пределы линии направления основания, не может быть восстановлен, и лодка переворачивается; если бы лодка была закреплена за киль, поднятие центра тяжести не имело бы большого значения, но так как лодка совершенно свободна двигаться и крениться в ту или иную сторону, поднятие центра тяжести становится фатальным, и это действует точно так же, как удаление свинца, если его переместить с основания на голову игрушки «томбола».

Очень поразительный эксперимент, демонстрирующий опасность вставания в лодке, может быть показан с помощью следующей модели, как изображено на № 1 и 2, рис. 52 и 53.

Fig. 52.

№ 1. Секции игрушечной лодки, плавающей в воде. b b b. Три латунные проволоки, расположенные на равных расстояниях и ввинченные в дно лодки, с прорезями или щелями сверху, так что когда свинцовые пули l l l, которые перфорированы и скользят по ним, как бусины, поднимаются наверх, они удерживаются пружинящими латунными прорезями; когда пули находятся на дне линий, они представляют людей, сидящих в лодке, как показано на нижних рисунках, и центр тяжести будет находиться внутри судна.

Таким образом, мы видим, что устойчивость тела, помещенного на основание, зависит от положения линии направления и высоты центра тяжести.

Безопасность обеспечивается, когда линия направления падает внутри основания. Неустойчивость — когда она находится прямо у края. Неспособность стоять — когда она падает за пределы основания.

Fig. 53.

№ 2. Свинцовые пули, поднятые наверх, теперь показывают результат внезапного вставания людей, когда лодка немедленно переворачивается и либо тонет, либо плавает на поверхности килем вверх.

Пизанская башня имеет высоту сто восемьдесят два фута и отклонена на тринадцать с половиной футов от перпендикуляра, но все же остается совершенно прочной и надежной, так как линия направления падает значительно внутри основания. Если бы она была большей высоты, она не могла бы стоять, потому что центр тяжести был бы настолько поднят, что линия направления упала бы за пределы основания. Этот факт можно проиллюстрировать, взяв доску длиной в несколько футов и, вырезав ее, чтобы изобразить архитектуру Пизанской башни, затем ее можно раскрасить клеевыми красками и закрепить под прямым углом с помощью петли к другой доске, представляющей землю, в то время как отвес может быть опущен из центра тяжести; и можно показать, что до тех пор, пока отвес падает внутри основания, башня в безопасности; но как только модель башни с помощью клина подается немного вперед так, что отвес висит снаружи, то при удалении опоры, которой может быть кусок веревки, перерезаемый в нужный момент, модель падает, и факт сразу становится понятным.

Fig. 54.

f. Доска, вырезанная и раскрашенная, чтобы изображать Пизанскую башню. g. Центр тяжести и линия отвеса, подвешенная от него. h. Петля, которая прикрепляет ее к базовой доске. i. Веревка, достаточно длинная, чтобы размотаться и позволить отвесу висеть снаружи основания, так что при перерезании модель падает в направлении стрелки.

Болонские башни также знамениты своим большим наклоном; так же (в Англии) обстоит дело с висячей башней, или, точнее, массивной стеной, которая была частью башни в Бриджнорте, графство Шропшир; она отклоняется от перпендикуляра, но центр тяжести и линия направления падают внутри основания, и она остается надежной; действительно, опасения по поводу ее обрушения настолько малы, что под ней была построена конюшня.

Fig. 55.

№ 1. Два бильярдных кия, расположенных для эксперимента и закрепленных на доске: шар катится вверх. № 2. Секции, показывающие, что центр тяжести c выше в точке a, чем в точке b, которая представляет толстый конец киев; поэтому, по сути, он катится под гору.

Один из самых любопытных парадоксов проявляется в подъеме бильярдного шара от тонких к толстым концам двух бильярдных киев, расположенных под углом, как на нашем рисунке выше; здесь центр тяжести поднимается при старте, и шар движется вследствие того, что он фактически падает с высокого уровня на низкий.

Многое в устойчивости тела зависит от высоты, на которую должен быть поднят центр тяжести, прежде чем тело может быть опрокинуто. Чем больше эта высота, тем больше будет неподвижность массы. Один из самых грандиозных примеров этого факта показан в древних пирамидах; и в то время как гигантские дворцы с огромными колоннами и всем тем солидным величием, присущим египетской архитектуре, поддались времени и лежат более или менее простертыми на земле, пирамиды в своей простой форме и прочности остаются почти такими же, какими были построены, и будет замечено на прилагаемом эскизе, насколько трудно, если не невозможно, было бы попытаться опрокинуть целиком один из этих великих памятников древних времен.

Fig. 56.

c. Центр тяжести, который должен быть поднят до точки d, прежде чем он может быть опрокинут.

Принципы, уже объясненные, непосредственно применимы к конструкции или безопасной загрузке транспортных средств; и по мере того, как центр тяжести поднимается над точкой опоры (то есть колесами), увеличивается небезопасность экипажа, и обратное происходит, если центр тяжести понижается. Опять же, если фургон загружен очень тяжелым веществом, которое не занимает много места, таким как железо, свинец, медь или кирпичи, он будет в гораздо меньшей опасности опрокидывания, чем если он перевозит равный вес более легкого тела, такого как мешки с хмелем, тюки шерсти или кипы тряпья.

Fig. 57.

№ 1. Центр тяжести находится близко к земле и падает внутри колес. № 2. Центр тяжести значительно поднят, и линия направления находится снаружи колес.

В одном случае центр тяжести находится близко к земле и падает хорошо внутри основания, как на № 1, рис. 57. В другом случае центр тяжести значительно поднят над землей, и, встретив препятствие, которое подняло одну сторону выше другой, линия направления упала за пределы колес, и фургон опрокидывается, как на № 2.

Различные позы человеческого тела можно рассматривать как множество экспериментов с положением центра тяжести, которые мы каждое мгновение бессознательно выполняем.

Чтобы поддерживать вертикальное положение, человек должен так расположить свое тело, чтобы линия направления его веса падала внутри основания, образованного его ступнями.

Fig. 58.

Чем больше носки развернуты наружу, тем более суженным будет основание, и тело будет более склонно к падению назад или вперед; и чем ближе ступни сведены вместе, тем вероятнее, что тело упадет в ту или иную сторону. Акробаты и так называемые «братья-каучуки», танцующие собаки и т. д. бессознательно приобретают привычку точно балансировать себя во всех видах странных положений; но так как эти достижения не рекомендуются молодым людям, можно привести некоторые другие чудеса (например, балансирование ведра с водой на палке, положенной на стол), как проиллюстрировано на рис. 59.

Fig. 59.

Пусть a b представляет обычный стол, на который положите палку от метлы c d так, чтобы одна половина лежала на столе, а другая выступала из него; поместите над палкой ручку пустого ведра (которую, возможно, потребуется удлинить для эксперимента) так, чтобы ручка касалась или попадала в выемку в точке h; и чтобы хорошо подвести ведро под стол, другая палка помещается в выемку e и располагается по линии g f e, один конец которой опирается на g, а другой — на e. Сделав эти приготовления, ведро теперь можно наполнить водой; и хотя это кажется самым удивительным результатом — видеть ведро, по-видимому, сбалансированным на конце палки, которая может легко наклониться, принципы, уже объясненные, позволят наблюдателю понять, что центр тяжести ведра падает внутри линии направления, показанной пунктирной линией; и это сводится, по сути, к тому же, что и несение ведра на центре палки, один конец которой поддерживается в точке e, а другой — через посредство стола a b.

Эта иллюстрация может быть изменена с использованием тяжелого груза, веревки и палки, как показано на нашем эскизе ниже.

Fig. 60.

Прежде чем мы оставим эту тему, целесообразно объяснить термин, относящийся к очень полезной истине, называемой центром удара; знание которого, полученное инстинктивно или иным образом, позволяет рабочему владеть своими инструментами с повышенной силой и придает большую силу удару фехтовальщика, так что при некоторой физической силе он может выполнить подвиг разрубания овцы пополам, рассечения свинцового бруска или аккуратного разделения, à la Saladin, в древнем сарацинском стиле, шелкового платка, парящего в воздухе. Существует, однако, подвиг, который не требует очень большой силы, но достаточно поразителен, чтобы вызвать большое удивление и некоторые вопросы, а именно: разрубание пополам палки от метлы, поддерживаемой за концы на стаканах с водой, не проливая воду и не треская или иным образом не повреждая стеклянные опоры.

Fig. 61.

Эти и другие подвиги частично объясняются ссылкой на время: сила прикладывается и расходуется на центр палки так быстро, что она не передается на опоры; точно так же, как пуля из пистолета может быть послана через оконное стекло, не разбив весь квадрат, а сделав чистое отверстие, или свеча может быть послана через доску, или пушечное ядро пройти через приоткрытую дверь, не заставив ее двигаться на петлях. Но успех нескольких подвигов в значительной степени зависит от внимания, которое уделяется нанесению ударов в центр удара оружия; это точка в движущемся теле, где удар является наибольшим и вокруг которой импульс или сила всех частей сбалансированы со всех сторон. Это можно лучше понять, обратившись к нашему рисунку ниже. Применяя этот принцип к модели меча, сделанной из дерева, разрезанной пополам в центре лезвия, а затем соединенной с помощью коленчатого шарнира, рукоятка которого прикреплена к доске проволокой, пропущенной через нее и два вертикальных куска дерева, факт сразу становится очевидным и хорошо показан на № 1, 2, 3, рис. 62.

Fig. 62.

№ 1 — деревянный меч с коленчатым шарниром в точке c. № 2. Меч, прикрепленный к доске в точке k, и при падении с любого угла, показанного пунктирной линией, он ударяет по блоку w за пределами центра удара p, и, поскольку в частях меча существует неравномерное движение, он сгибается (или, как бы, ломается) в коленчатом шарнире c. № 3 отображает ту же модель; но здесь удар пришелся по блоку w точно в центр удара меча p, и коленчатый шарнир остается совершенно прочным.

Когда удар не наносится палкой или мечом в центр удара, в руке ощущается своеобразный толчок, или то, что привычно называют «жалящим» ощущением; и причина этого неприятного результата дополнительно разъясняется рис. 63, на котором стойка a соответствует рукоятке меча.

Fig. 63.

a. Стойка, к которой прикреплена веревка. b и c — две лошади, бегущие по кругу, и ясно, что b не будет двигаться так быстро, как c, и что последняя будет иметь наибольшую движущую силу; следовательно, если бы веревка была внезапно остановлена ударом о объект в центре тяжести, лошадь c продолжала бы двигаться быстрее, чем b, и передала бы b обратное движение, и таким образом создала бы большое натяжение на веревке в точке a. Но если бы препятствие было помещено так, чтобы удар пришелся в определенную точку ближе к c, а именно в или около маленькой звездочки, тенденция каждой лошади двигаться дальше сбалансировала бы и нейтрализовала бы другую, так что в точке a не было бы никакого натяжения. Маленькая звездочка указывает на центр удара.

Все военные, и особенно те молодые джентльмены, которые предназначены для армии, должны помнить об этой важной истине во время своей практики фехтования; и с одним из мечей мистера Уилкинсона, сделанным только из самой лучшей стали, они могут победить в случайном бою, который в противном случае мог бы оказаться для них фатальным. Мистеру Уилкинсону с Пэлл-Мэлл, выдающемуся мастеру по изготовлению мечей, принадлежит большая заслуга в улучшении качества стали, используемой в производстве офицерских мечей; и с одним из его видов оружия автор неоднократно пронзал железную пластину толщиной около одной восьмой дюйма, не повреждая острие, а также сгибал один почти вдвое, не ломая его, при этом идеальная эластичность стали выпрямляла меч снова. Эти и другие суровые испытания, примененные к мечам Уилкинсона, показывают, что нет причин, по которым офицер не должен обладать оружием, которое выдержит сравнение с, более того, превзойдет прославленное толедское оружие, вместо того чтобы подчиняться мечам армейских портных, которые часто немногим лучше обручей от пивных бочек; и в жестоком бою с тальваром индуистских или мусульманских фанатиков может слишком поздно показать глупость владельца.

Fig. 64.

ГЛАВА V.

УДЕЛЬНЫЙ ВЕС.

О великом докторе Волластоне рассказывают, что когда сэр Гемфри Дэви вложил ему в руку то, что в то время считалось научным чудом дня — а именно, небольшой кусочек металла калия, — он сразу же воскликнул: «Какой он тяжелый!» — и был крайне удивлен, когда сэр Гемфри бросил этот металл в воду и увидел, что он не только загорелся, но и фактически поплыл по поверхности. Здесь мы видим философа, обладающего глубочайшими познаниями, который не смог на ощупь и при обычном обращении правильно определить, тяжелое это новое вещество (притом металл) или легкое. Отсюда очевидно, что свойство удельного веса имеет важное значение; оно происходит от латинских слов species — «особый сорт или вид» и gravis — «тяжелый или вес», то есть это конкретный вес каждого вещества по сравнению с фиксированным эталоном — водой.

Fig. 65.

a. Большой цилиндрический сосуд с водой, в котором яйцо тонет, пока не достигнет дна стакана. b. Похожий стеклянный сосуд, содержащий наполовину рассол и наполовину воду, в котором яйцо плавает в центре — то есть как раз в той точке, где соприкасаются рассол и вода.

Fig. 66. Сосуд, наполовину наполненный водой; по мере того как рассол вливается через трубку, яйцо постепенно поднимается.

Мы настолько привыкли ссылаться на эталон совершенства в музыке, живописи и скульптуре, что даже самый юный читатель поймет роль воды, если ему сказать, что это философская единица или отправная точка для оценки относительного веса твердых тел и жидкостей. Хорошее представление о сфере применения и значении термина «удельный вес» можно получить с помощью нескольких простых опытов: если наполнить водой цилиндрический стакан, скажем, восемнадцать дюймов в длину и два с половиной в ширину, а другой стакан такого же размера наполнить наполовину водой, а наполовину насыщенным раствором поваренной соли, или тем, что обычно называют рассолом, то с помощью двух яиц можно провести весьма любопытное сравнение относительного веса равных объемов воды и рассола. Когда одно из яиц помещают в стакан с водой, оно немедленно опускается на дно, показывая, что его удельный вес больше, чем у воды; но когда другое яйцо помещают во второй стакан с рассолом, оно погружается сквозь воду, пока не достигает крепкого солевого раствора, где и зависает, представляя собой весьма любопытное и красивое зрелище. Кажется, что оно парит, как воздушный шар в воздухе, и, по-видимому, подвешено в пустоте, что вызывает вопрос: «не имеет ли к этому отношения магнетизм?». Ответ, конечно, отрицательный: оно просто плавает в центре, подчиняясь общему принципу, согласно которому все тела плавают в тех, которые тяжелее их самих; следовательно, рассол имеет больший вес, чем равный объем воды, а также тяжелее яйца. Приятным дополнением к этому опыту может служить демонстрация того, как рассол помещается в сосуд, не смешиваясь с водой над ним; это делается с помощью стеклянной трубки и воронки, и после того, как из сосуда слита половина воды (рис. 65), яйцо можно поднять со дна к центру стакана, вливая рассол через воронку и трубку. Насыщенный солевой раствор остается в нижней части сосуда и вытесняет воду, которая плавает на его поверхности, как масло на воде, увлекая за собой яйцо.

Говорят, что вода Мертвого моря содержит около двадцати шести процентов солевых веществ, которые в основном состоят из поваренной соли. Она совершенно прозрачна и чиста, и вследствие большой плотности человек может легко держаться на ее поверхности, как яйцо на рассоле, так что если бы корабль можно было сильно нагрузить, пока он плавает в воде Мертвого моря, он, скорее всего, затонул бы при перемещении в Темзу. Эта иллюстрация удельного веса также демонстрируется моделью корабля, которая, будучи сначала спущенной на рассол, впоследствии утонет, если ее перенести в другой сосуд с водой. Одна из жестяных моделей кораблей, продаваемых как магнитная игрушка, хорошо подходит для этого опыта, но ее нужно утяжелить или отрегулировать так, чтобы она едва держалась на плаву в рассоле, a; тогда она утонет, будучи помещенной в другой сосуд, содержащий только воду.

Fig. 67.

a. Сосуд с рассолом, на котором плавает маленькая модель. b. Сосуд с водой, в котором корабль тонет.

Еще одна забавная иллюстрация того же рода демонстрируется с золотыми рыбками, которые легко плавают в воде, держатся на поверхности рассола, но не могут нырнуть на дно сосуда из-за плотности насыщенного солевого раствора. Если вынуть рыб сразу после опыта и поместить в пресную воду, они не пострадают от контакта с крепкой соленой водой.

Эти примеры относительного веса равных объемов позволяют юному уму постичь более сложную задачу определения удельного веса любого твердого или жидкого вещества; и здесь не следует упускать из виду строгое значение терминов. Удельный вес не следует путать с абсолютным весом; последний означает общее количество весомого вещества в любом теле: так, двадцать четыре кубических фута песка весят около одной тонны, тогда как удельный вес означает отношение, существующее между абсолютным весом и объемом или пространством, которое этот вес занимает. Так, кубический фут воды весит шестьдесят два с половиной фунта, или 1000 унций авуардюпуа, но если заменить его золотом, то кубический фут будет весить более полутонны и составит около 19 300 унций — следовательно, отношение между кубическим футом воды и кубическим футом золота составляет почти как 1 к 19,3; последнее поэтому и называется удельным весом золота.

Такой способ определения удельного веса различных веществ — а именно, по весу равных объемов, будь то кубические футы или дюймы, — не мог быть использован из-за трудности получения точных кубических дюймов или футов различных веществ, которые в силу своих особых свойств хрупкости или твердости представляли бы непреодолимые препятствия для любой попытки придать им форму точных объемов. Поэтому необходимо принять метод, впервые разработанный Архимедом в 600 г. до н. э., когда он обнаружил примесь другого металла в золоте короны царя Гиерона.

Эту забавную историю, закончившуюся открытием философской истины, можно описать так: царь Гиерон выдал из царской казны определенное количество золота, которое приказал превратить в корону; однако, когда символ власти был представлен ювелиром, он не оказался недостаточным по весу, но имел тот вид, который указал монарху на то, что должна была быть сделана тайная добавка какого-то другого металла.

Можно предположить, что царь Гиерон посоветовался со своим другом и философом Архимедом, и тот мог сказать: «Скажи мне, Архимед, не разбирая мою корону на части, не была ли она подделана каким-либо другим металлом?» Философ попросил времени на решение задачи и, отправившись принимать свою обычную ванну, обнаружил тогда то, на что никогда раньше не обращал особого внимания — что, когда он вошел в сосуд с водой, жидкость поднялась по обе стороны от него, что он, по сути, вытеснил определенное количество жидкости. Таким образом, если предположить, что ванна была полна воды, то, как только Архимед вошел в нее, она перелилась бы через край. Допустим, что вытесненная вода была собрана и весила 90 фунтов, в то время как сам философ весил, скажем, 200 фунтов. Теперь ход рассуждений в его уме мог быть таким: «Мое тело вытесняет 90 фунтов воды; если бы у меня был точный слепок из свинца, такой же объем и вес жидкости перелился бы через край; но вес моего тела составлял, скажем, 200 фунтов, а слепок из свинца — 1000 фунтов; эти две суммы, разделенные на 90, дали бы очень разные результаты, и это были бы удельные веса, потому что правило гласит: «Разделите валовой вес на потерю веса в воде, то есть на вытесненную воду, и частное даст удельный вес». Правило вскоре проверяется с помощью обычных весов, а опыт становится более интересным, если взять модель короны из какого-либо металла, которая может быть красиво позолочена и отполирована фирмой Messrs. Elkington, знаменитыми гальванопластиками из Бирмингема. Для удобства чаша одних весов подвешена на более коротких цепях, чем другая, и должна иметь крючок посередине; на него помещается корона, поддерживаемая очень тонкой медной проволокой. Ради спора предположим, что корона весит 17½ унций авуардюпуа, которые должным образом помещены на другую чашу весов, и, не трогая этих гирь, корону теперь помещают в сосуд с водой. Можно было бы предположить, что, как только корона попадет в воду, она прибавит в весе из-за намокания, но происходит обратное, и если погрузить корону в воду, можно увидеть, что она поднимается с большой плавучестью до тех пор, пока на другой чаше весов остаются 17½ унций; и окажется необходимым положить по крайней мере две унции на чашу весов, к которой прикреплена корона, прежде чем последняя погрузится в воду; и таким образом отчетливо видно, что корона весит в воде всего около 15½ унций и, следовательно, потеряла, а не прибавила в весе, находясь в жидкости. Теперь можно применить правило:

Ounces. Weight of crown in air17½ Ditto in water15½ ——— Less in water2 ——— 17½ / 2 = 8·75

Частное 8¾ показывает, что корона изготовлена из меди, потому что если бы она была сделана из чистого золота, оно было бы около 19¼.

Fig. 68.

a. Обычные весы. b. Чаша весов, содержащая 17½ унций, что составляет вес короны в воздухе. c. Чаша с крючком и прикрепленной короной, которая погружена в воду, содержащуюся в сосуде d; эта чаша содержит две унции, которые необходимо положить туда, чтобы корона погрузилась и точно уравновесила b.

Таблица удельных весов металлов, находящихся в обычном употреблении.

Platinum20.98 Gold19.26 to 19.3 and 19.64 Mercury13.57 Lead11.35 Silver10.47 to 10.5 Bismuth9.82 Copper8.89 Iron7.79 Tin7.29 Zinc6.5 to 7.4

Простое правило, которое уже было объяснено, можно применить ко всем металлам любого размера или веса, и когда масса имеет неправильную форму, с различными полостями на поверхности, могут возникнуть некоторые трудности при определении удельного веса из-за прилипания пузырьков воздуха; но это можно устранить либо смахнув их перышком, либо, что зачастую гораздо лучше, окунув металл или минерал сначала в спирт, а затем в воду, прежде чем помещать его в сосуд с водой, с помощью которого должен быть определен фактический удельный вес.

Способ определения удельного веса жидкостей очень прост и обычно выполняется в лаборатории с помощью тонкой шарообразной бутылочки, которая вмещает ровно 1000 гран чистой дистиллированной воды при 60° по Фаренгейту. Изготавливается небольшой свинцовый противовес, равный по весу сухой шарообразной бутылочке, и исследуемая жидкость наливается в бутылочку до градуированной отметки на горлышке; затем бутылочку помещают на одну чашу весов, а противовес и гирю в 1000 гран — на другую; если жидкость (например, купоросное масло) тяжелее воды, то потребуется больше веса — а именно 845 гран, — и эти цифры, добавленные к 1000, сразу укажут, что удельный вес купоросного масла равен 1,845 по сравнению с водой, которая равна 1,000. Когда жидкость, например спирт, легче воды, гири в 1000 гран окажется слишком много, и на ту же чашу весов, где стоит бутылочка, нужно будет добавлять гири в гранах, пока обе чаши не придут в точное равновесие. Если исследуется обычный спирт, то к бутылочке придется добавить 180 гран, и эти цифры, вычтенные из 1000 гран на другой чаше весов, дают 820, что, будучи отмечено точкой перед первой цифрой (sic .820), указывает на то, что удельный вес спирта меньше, чем у воды.

Разница в удельном весе различных жидкостей демонстрируется весьма приятным образом в опыте, разработанном профессором Гриффитсом, которому химики-лекторы особенно обязаны некоторыми из самых остроумных и красивых иллюстраций, когда-либо придуманных. Опыт состоит в расположении пяти различных жидкостей разной плотности и цвета, одна над другой, которые различаются не только оптической линией раздела, но и маленькими восковыми шариками, внутрь которых помещена свинцовая дробь, отрегулированная так, чтобы они тонули сквозь верхние слои жидкостей и останавливались только на той, которую они должны обозначать.

Лабораторный прием для этого опыта несколько хлопотен и начинается с получения чистой яркой ртути, на которую помещается железная пуля (покрытая графитом или окрашенная в какой-либо цвет) или один из тех красивых стеклянных шариков, которые продаются в таком количестве в Хрустальном дворце.

Во-вторых. Положите в полпинты кипящей воды столько белого купороса (сульфата цинка), сколько она сможет растворить, и, когда остынет, слейте прозрачную жидкость, сделайте шарик из цветного воска (скажем, красного) и отрегулируйте его, поместив внутрь немного дроби, пока он не будет тонуть в растворе медного купороса и плавать на растворе белого купороса.

В-третьих. Приготовьте раствор медного купороса точно таким же образом и отрегулируйте другой восковой шарик так, чтобы он тонул в воде и плавал на этом растворе.

В-четвертых. Необходимо подготовить немного чистой дистиллированной воды.

В-пятых. Нужно растворить немного кошенили в обычном винном спирте (алкоголе) и подготовить шарик из пробки, окрашенный в белый цвет.

Наконец. Длинный цилиндрический стакан, высотой не менее восемнадцати дюймов и диаметром два с половиной или три дюйма, должен быть подготовлен для приема этих пяти жидкостей, которые располагаются в надлежащем порядке удельного веса с помощью длинной трубки и воронки.

Четыре шарика — а именно железный, два восковых и пробковый — опускают в длинный стакан, который наклонен под углом; затем с помощью трубки и воронки вливают настойку кошенили, и все шарики остаются на дне стакана. Затем вливают воду, и теперь пробковый шарик всплывает на воду и отмечает пограничную линию спирта и воды. Затем раствор синего купороса, на котором плавает восковой шарик. В-третьих, раствор белого купороса, на котором занимает свое место второй восковой шарик; и, наконец, через трубку вливают ртуть, и на этой тяжелой металлической жидкости железный или стеклянный шарик плавает, как пробка на воде.

Fig. 69. Long cylindrical glass, 18 × 3 inches, containing the five liquids.

Трубку теперь можно осторожно извлечь, делая паузы у каждой жидкости, чтобы между ними не произошло смешивания; результатом является расположение пяти жидкостей, создающее вид цилиндрического стакана, расписанного полосами малинового, синего и серебряного цветов; и жидкости не будут смешиваться друг с другом в течение многих дней.

Более постоянное расположение можно разработать, используя жидкости, которые не имеют сродства или не смешиваются друг с другом — такие как ртуть, вода и скипидар.

Удельный вес или веса равных объемов воздуха и других газов определяются по тому же принципу, что и для жидкостей, хотя требуется другой прибор. Легкий стеклянный шар с колпачком и запорным краном, емкостью от 50 до 100 кубических дюймов, взвешивается, будучи наполненным воздухом, затем откачивается воздушным насосом и взвешивается пустым, при этом потеря веса принимается за вес его объема воздуха; эти цифры тщательно записываются, потому что воздух, а не вода, является эталоном сравнения для всех газов. Когда нужно определить удельный вес любого другого газа, стеклянный шар снова откачивают и привинчивают к газовой банке, снабженной соответствующим запорным краном, в которой содержится газ; и когда требуется идеальная точность, газ должен быть высушен путем пропускания его через асбест, смоченный купоросным маслом и помещенный в стеклянную трубку, а газовая банка должна стоять в ртутной ванне. (Рис. 70.) Запорные краны постепенно открываются, и газ поступает в откачанный шар из газовой банки; когда он наполнится, краны закрываются, шар отвинчивается и снова взвешивается, и по обычному правилу пропорции: как вес воздуха, найденный первым, относится к весу газа, так и единица (1,000, плотность воздуха) относится к числу, которое выражает плотность искомого газа. Если бы испытываемым газом был кислород, число было бы 1,111, что является удельным весом этого газообразного элемента. Если хлор — 2,470. Углекислый газ — 1,500. Поскольку водород намного легче воздуха, число составило бы всего 69, или в десятичном виде 0,069.

Fig. 70.

a. Стеклянный шар для содержания газа. b. Газовая банка, стоящая в ртутной ванне, d. c. Трубка, содержащая асбест, смоченный купоросным маслом.

Очень хорошее приближение к правильному удельному весу (особенно когда приходится проводить ряд испытаний с одним и тем же газом, например обычным светильным газом) получается путем подвешивания легкой бумажной коробки с отверстиями на одном конце на одно плечо весов, а противовеса — на другое. Коробку можно изготовить тщательно, и она должна иметь объем, равный половине или четверти кубического фута; ее подвешивают отверстиями вниз и наполняют, вдувая светильный газ, пока он не начнет выходить из отверстий, что можно распознать по запаху. Правило в этом случае будет столь же простым: как известный вес половины или четверти кубического фута обычного воздуха относится к весу светильного газа, так и 1,000 относится к искомому числу. (Рис. 71.)

Fig. 71.

a. Весы. b. Бумажная коробка известного объема. c. Газовая труба, вдувающая светильный газ; стрелки показывают вход газа и выход воздуха.

Fig. 72. Перевернутый большой стеклянный колпак, содержащий наполовину углекислый газ и наполовину обычный воздух.

В качестве иллюстрации различных удельных весов газов можно отрегулировать маленький воздушный шар, содержащий смесь водорода и воздуха, так, чтобы он едва тонул в высоком стеклянном колпаке, перевернутом и установленном на подкладке, сделанной из куска клеенки, обрезанной по кругу и обшитой тесьмой. При быстром введении большого количества углекислого газа маленький шар будет плавать на его поверхности; а если другой шар, содержащий только водород, удерживать в верхней части открытого колпака и осторожно сдвинуть лист стекла над открытым концом, плотность газов (хотя они совершенно невидимы) будет прекрасно видна; и, в качестве кульминации опыта, третий шар можно наполнить веселящим газом и поместить в стеклянный колпак, следя за тем, чтобы шар, полный чистого водорода, не улетел; последний шар опустится на дно банки, потому что веселящий газ почти такой же тяжелый, как углекислый газ, и вес самого шара определит его спуск. (Рис. 72.)

Fig. 73.

a. Перевернутый стеклянный колпак, содержащий материал, b, для генерации углекислого газа. c. Мыльный пузырь. d d. Стеклянная трубка для выдувания пузырей. e. Маленький фонарь, чтобы направить яркий луч света от оксиводородной горелки на тонкий мыльный пузырь, который затем демонстрирует красивейшие переливающиеся цвета.

Мыльный пузырь будет идеально покоиться на поверхности углекислого газа, и воздушная и упругая подушка поддерживает пузырь, пока он не лопнет. Опыт лучше всего проводить, взяв стеклянный колпак шириной двенадцать дюймов и соответствующей глубины, установив его на подкладку; полфунта сесквикарбоната соды помещают в сосуд, и на него выливают смесь из полпинты купоросного масла и полпинты воды, причем последнюю предварительно смешивают и дают остыть перед использованием. Внезапно генерируется огромное количество углекислого газа, который, поднимаясь к краю, переливается через верх стеклянного колпака. Хорошо сформированный мыльный пузырь, аккуратно отделенный от конца стеклянной трубки, мягко колеблется на поверхности тяжелого газа и представляет собой весьма любопытное и приятное зрелище. Мыльная вода готовится путем нарезания нескольких кусочков желтого мыла и помещения их в двух-унцовую бутылочку, содержащую дистиллированную воду. (Рис. 73.) Удельный вес газов, следовательно, может быть как больше, так и меньше атмосферного воздуха, который уже был упомянут как эталон сравнения, и при проверке этим тестом пары некоторых соединений углерода и водорода обнаруживают удивительно высокий удельный вес; в доказательство чего можно привести в качестве примера пары эфира, хотя они состоят не только из двух упомянутых элементов, но и содержат определенное количество кислорода. В цилиндрический жестяной сосуд высотой два фута и диаметром один фут поместите обычную тарелку для горячей воды, конечно, полную кипятка; на эту теплую поверхность вылейте около половины унции лучшего эфира; и, подождав несколько минут, пока все не превратится в пар, возьмите сифон, сделанный из полудюймовой оловянной трубки, и согрейте его, пролив через него немного горячей воды, стараясь дать воде стечь из него перед использованием. После установки сифона в жестяной сосуд к концу длинного колена снаружи жестяного сосуда можно поднести огонь, чтобы показать, что никакой эфир не проходит, пока воздух не будет вытянут, как в водяном сифоне; и после того, как это будет сделано, можно наполнить несколько теплых стеклянных сосудов этими тяжелыми парами эфира, которые горят при поднесении пламени. Наконец, остаток паров можно сжечь на конце сифонной трубки, демонстрируя самым удовлетворительным образом, что пары текут через сифон точно так же, как спирт удаляется винокурами из бочек в погреба питейных заведений. (Рис. 74.)

Fig. 74.

a. Жестяной сосуд, содержащий тарелку для горячей воды, b, на которую выливается эфир. c. Сифон. d. Стакан для приема паров. e. Сжигание паров эфира в другом сосуде.

Прежде чем оставить важную тему удельного веса (или, как его называют французские ученые, «плотности»), стоит отметить, что астрономы смогли, определив плотность Земли и с помощью астрономических наблюдений, вычислить гравитацию планет, принадлежащих нашей солнечной системе; и интересно заметить, что плотность планеты Венера — единственная, приближающаяся к гравитации Земли:—

The Earth1.000 The Sun.254 The Moon.742 Mercury2.583 Venus1.037 Mars.650 Jupiter.258 Saturn.104 Herschel.220

ГЛАВА VI.

ПРИТЯЖЕНИЕ СЦЕПЛЕНИЯ.

В предыдущих главах один вид притяжения — а именно гравитация — был обсужден и проиллюстрирован в популярной форме, и, продолжая исследование невидимых, активных и реальных сил природы, мы перейдем к притяжению сцепления. Есть особое удовлетворение в проведении таких исследований, потому что каждый шаг сопровождается разумным доказательством; в философских изысканиях нет никакой призрачной тайны; ум не внезапно поражается в один момент тем, что кажется сверхъестественным; он не уносится в экстазе удивления и трепета, как в так называемых опытах по «вызыванию духов», чтобы затем грубо вернуться к материальному при раскрытии разного рода нелепых фокусов, подобных тем, что были недавно разоблачены М. Жобером де Ламбалем в Академии наук в Париже. Этот джентльмен сорвал маску с наглости вызывателей духов, просто сняв чулок с пятки четырнадцатилетней девушки. М. Вельпо заявляет, что стук производится мышцами пятки и колена, действующими согласованно, и приводит случай с дамой, некогда прославившейся как медиум, которая обладает способностью производить самую любопытную и интересную музыку сухожилиями бедра. Говорят, что эта музыка достаточно громкая, чтобы ее можно было услышать из одного конца длинной комнаты в другой, и она часто играла заметную роль в откровениях, сделанных медиумом. М. Жюль Клоке также объяснил метод, с помощью которого знаменитая «девушка-маятник» так долго злоупотребляла доверчивостью парижской публики. Эта девушка, чья самопровозглашенная способность заключается в том, чтобы бить час в любое время дня и ночи, наблюдалась в больнице Сент-Луи М. Клоке, который утверждает, что вибрации в данном случае производились вращательным движением в поясничном отделе позвоночника. Звук их (à la гремучая змея) был настолько мощным, что их можно было отчетливо услышать на расстоянии двадцати пяти футов.

При изучении сил природы, которые, как признает самый скептический ум, должны существовать, открывается обширное поле для экспериментов, не пытаясь совершать подвиги ведьм Макбета или причудливые силы Манфреда; и, возвращаясь к теме нашей нынешней главы, можно спросить: как определяется сцепление? И ответ можно дать, обратив внимание на три физических состояния воды, которая принимает форму льда, воды или пара.

В полярных регионах, а также в Альпах и других горах, где существуют ледники, путешественники говорят о льде толщиной двадцать, тридцать, сорок, да что там, триста футов. Здесь отвод определенного количества тепла от воды явно позволяет новой силе вступить в полную силу. Мы можем называть ее как угодно; но сцепление, от латинских cum — «вместе» и hæreo — «я прилипаю или держусь», представляется лучшим и наиболее рациональным термином для этой силы, которая стремится заставить атомы или частицы одного и того же вида материи двигаться навстречу друг другу и предотвратить их разделение или перемещение врозь. Что это не просто гипотеза, показывают следующие опыты.

Fig. 75. a a. Два куска свинца, очищенные на поверхностях b b. c. Подставка, поддерживающая два куска свинца, прикрепленных друг к другу сцеплением.

Если отлить два куска свинца и аккуратно зачистить концы, стараясь не касаться поверхностей пальцами, их можно с помощью простого давления заставить сцепиться, и в таком состоянии притяжения их можно поднять со стола за кольцо, которое обычно вставляется для удобства в верхний кусок свинца; они могут некоторое время висеть на надлежащей опоре, и нижний кусок свинца не оторвется от верхнего; их можно даже подвесить, как продемонстрировал Морво, в вакууме воздушного насоса, чтобы показать, что сцепление не следует путать с давлением атмосферы, и никакого разделения не происходит. И когда соединение разрывается физической силой, удивительно заметить ограниченное количество точек, подобных булавочным уколам, где произошло сцепление; в то время как вес куска свинца, удерживаемого против силы гравитации, настойчиво напоминает об притяжении массы мягкого железа мощным магнитом и заставляет философски настроенного исследователя размышлять о том, что принцип сцепления — это лишь некая замаскированная форма магнитного или электрического притяжения. (Рис. 75.)

Прекрасный пример той же силы показан при использовании пары плоских железных поверхностей, отстроганных знаменитым Уитвортом из Манчестера. Эти поверхности настолько точны, что при наложении друг на друга верхняя будет свободно вращаться, если ее подтолкнуть, вследствие тонкой пленки воздуха, остающейся между поверхностями, которая действует как подушка и предотвращает металлическое сцепление. Однако, когда верхнюю пластину постепенно сдвигают по нижней, чтобы исключить воздух, тогда обе можно поднять вместе, потому что произошло сцепление. (Рис. 76.)

Fig. 76. a. Плоскости Уитворта с пленкой воздуха между ними. b. Пленка воздуха исключена, когда происходит сцепление.

Стеклянный сосуд — хороший пример сцепления. Материалы, из которых он состоит, были мягкими и жидкими при плавлении в огне, а после удаления избытка тепла стали твердыми и прочными вследствие притягательной силы сцепления, связывающей частицы вместе; в отсутствие такой силы, конечно, материал превратился бы в пыль, и простая бесформенная куча силикатов калия и свинца указывала бы место, где иначе стояло бы формованное и связное стекло.

Кусок свинца длиной шесть дюймов, шириной четыре и толщиной полдюйма можно поддержать, ловко сняв толстую стружку соответствующим рубанком, и после прижатия дюйма или более полоски к отстроганной поверхности большого куска свинца сцепление становится настолько мощным, что последний можно поднять со стола за эту полоску металла.

Пули, выбрасываемые из паровой пушки Перкинса со скоростью триста штук в минуту, выбрасываются с такой силой, что при попадании в толстую свинцовую пластину, подкрепленную листовым железом, происходит холодная сварка между двумя поверхностями металла самым совершенным образом, точно так же, как два мягких кусочка металла калия можно сжать и сварить вместе. Поверхности разорванного яблока не будут легко сцепляться, но если разрезать его острым ножом, сцепление легко происходит; так и с раной, нанесенной рваной поверхностью, трудно заставить части срастись, тогда как некоторые из самых отчаянных ударов саблей были исцелены, так как сцепление поверхностей разрезанной плоти происходит очень быстро; следовательно, если отрезать кончик пальца, его можно поставить на место, и он прирастет вследствие естественного сцепления частей.

Искусство плакирования меди серебром, которое затем золотится, а затем вытягивается в сплющенную проволоку для производства золотого кружева и эполет, обычно называемого слитком, является еще одним примером удивительного сцепления частиц золота, один гран которого может быть распределен по тончайшей пластинчатой проволоке длиной 345 футов.

Процесс изготовления восковых свечей — хорошая иллюстрация притяжения сцепления; они обычно не отливаются в формы, как полагают многие, а изготавливаются путем последовательного нанесения расплавленного воска вокруг центрального плетеного фитиля. Другие примеры сцепления показаны сосульками, а также сталагмитами; последние образуются в результате постепенного падения капель воды, содержащей мел (карбонат кальция), удерживаемый в растворе избытком углекислого газа; растворитель постепенно испаряется и оставляет серию известковых пленок, и они сцепляются последовательно, создавая самые фантастические формы, как показано в различных замечательных пещерах, и особенно в пещере Арта на острове Майорка.

В металлических веществах сцепление частиц приобретает важное значение в вопросе относительной вязкости и способности сопротивляться деформации; следовательно, термин «сцепление» видоизменяется в свойство «вязкости».

Вязкость различных металлов определяется путем установления веса, необходимого для разрыва проволок одинаковой длины и калибра. Железо, по-видимому, обладает свойством вязкости в наибольшей степени, а свинец — в наименьшей. (Рис. 77.)

Fig. 77.

b. Чаша, поддерживаемая свинцовой проволокой, разорванной весом, который железная проволока в a легко поддерживает.

Вязкость железа используется самым научным образом великими инженерами, построившими Британийскую трубчатую переправу и восьмое чудо света — пароход «Левиафан», или «Грейт Истерн». В обоих этих возвышенных воплощениях гения и промышленного мастерства Великобритании преимущество ячеистого принципа полностью признано. Масштаб этого колоссального корабля лучше осознается, если вспомнить, что «Грейт Истерн» в шесть раз больше линейного корабля «Герцог Веллингтон», что его длина более чем в три раза превышает высоту Монумента, в то время как по ширине он равен ширине Пэлл-Мэлл, а прогулка вокруг палубы составит более четверти мили. До ватерлинии корпус построен с внутренней и внешней оболочкой, отстоящими друг от друга на два фута десять дюймов, каждая из трехчетвертьдюймовой плиты; а между ними, с интервалами в шесть футов, проходят горизонтальные перемычки из железных листов, которые превращают все это в серию непрерывных ячеек или железных коробок. (Рис. 78.)